ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
SECONDA FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CON SEDE A CESENA
CORSO DI LAUREA
IN INGEGNERIA MECCANICA
Classe: L-9
Sede di Forlì
ELABORATO FINALE DI LAUREA
In: IMPIANTI INDUSTRIALI MECCANICI L
Progettazione di impianti per la produzione di energia
da fonti rinnovabili per imbarcazione da diporto
ITAMA 75
CANDIDATO RELATORE
Mattia Quadrelli Augusto Bianchini
Anno Accademico 2011-2012
Sessione I
1
1 INTRODUZIO NE
1.1 Prem es sa, p ag.5
1.2 Ferretti ed A.Y.T. , p ag. 6
2 ITAMA 75
2.1 It ama75, p ag. 11
3 IMPIANTO TE CNI CO
3.1 Prem es sa, p ag.15
3.2 Im pi ant o s en tin a, pag.15
- Im po sizioni l egisl ati ve, p ag. 16 - Compo nenti, p ag. 20
- Fu nzion am ent o imp i ant o s enti na, p ag.3 0 - Consid erazioni fi nal i , p ag. 31
3.3 Im pi ant o acqu e nere e gri gie, p ag.32 - Im po sizioni l egisl ati ve, p ag. 33 - Compo nenti, p ag. 34
- Fu nzion am ent o, pag. 40
4 INTRODUZIO NE I MPI ANTO FOTOVOLTAI CO: FUNZIO NAMENT O E SCHE MA
4.1 Prem es sa, p ag.45
4.2 Prin cipi o di funzio nament o celle, p ag.47 4.3 Sch em a imp ianto, p ag.52
5 STRUTT URA E D ASSEMBLAGGIO CELLE
5.1 Strutt ura, p ag. 57
2
6 GE NERALIT A’ CO MPO NENT I I MPIANTO FOTOVOL TAICO
6.1 I P ann elli , p ag.65 6.1. 1 Tipol o gi e, p ag. 66
6.2 Il regol ato re d i cari ca, pag.7 6 6.3 Ban co b att eri e, p ag. 78
7 PRO GETT AZIO NE IMPI ANTO FOTO VOLTAICO
7.1 Prem es sa, p ag.81 7.2 Cal colo ut enz e, pag. 84 7.3 Cal colo p ann ell i, pag.87
- Pro cedim ento , p ag.8 9
7.4 Scelta d ei com pon en ti, p ag.93
- Scelta p ann ell i foto v oltai ci , p ag.93 - Scelta b an co b att eri e, p ag. 95
- Scelta regol ato re di cari ca, pag.9 6
8 VAL UTAZIONE E CONO MI CA I NVE STIME NTO
8.1 Prem es sa, p ag.99 8.2 Val ut azion e, p ag. 101
9
CONCLUS IONI9.1 Conclusi oni, p ag. 111
10 RINGRAZIAME NT I p ag. 113
11 RI FE RI MENT I BIB LIO GRAFI CI p ag. 1 15 12 APE NDI CI p ag. 117
3
CAPITOLO PRIMO
Introduzione
5
1.1
Premessa
Du rante lo st age di tiro cin io, int rap res o nell a carri era di stu di e s volto press o la Ferretti S.p.a. (azi en da l eader nel sett ore n au tico p er la pro duzio ne di imb arcazi oni d a dipo rt o), si è pres ent at a l’opp ortu nit à di affi an care i p ro gett isti d egl i impi anti tecni ci di b ordo dell e vari e imbarcazi oni in p ro duzion e, im parand o la met odol o gi a s eguit a per l a realizzazi on e d egli s tessi .
Con l a pres ent e rel azione, s vin col at a d al la atti vit à di ti ro cini o sv olt a, i n accord o con il rel at ore, si in tend e reali zzare uno s tudi o ri g uard ant e l a pro get tazi on e di un i mpianto dedi cat o all a p ro duzion e di en ergi a da fonti rinn ov abil i per l’i mbarcazio n e da dip orto ITAMA75 (Fi gura 1 .1 -1 ), pro dott a d a Ferretti S.p.a., s frutt and o la pos sibili tà di u no scam bio di info rm azion i con l’aziend a.
(Fi gura 1 .1 -1)
In parti col are si t rat terà ri gu ardo un impi ant o fotovo ltaico, m ai realizzato prim a p er questo tipo di imb arcazion e.
Verranno , p erò, int rodott e an che alcun e consi derazioni ri gu ardanti la realizzazi on e di al cu ni impi anti t ecni ci q uali s entin a, acqu e n ere e acq u e
6
gri gie, com e esem pi o dell ’attivit à sv olt a presso l’azi end a Ferretti e da cui è n ata l ’id ea d ell a p res ent e.
1.2
Ferretti ed A.Y.T.
Come gi à d etto , l 'o p port unit à di realizzare im pianti su b arch e da dipo rto si è p res ent at a grazie al ti ro cini o cu rri colare, s volto att ravers o l'uni versit à.
Tal e ti ro ci nio, realiz zato n ei mesi di Ot t obre, Nov emb re e Di cemb re d el 2011 , è st at o s volto press o l a Ferretti S .p .a.
Il grup po Ferretti , fo nd ato d a No rb ert o Ferretti n el 1968 , è all 'av an gu ardi a n ell a n auti ca, grazie all a cos tante in no vazio ne di pro dott o, di p ro cess o e al la co ntinu a ri cerca in camp o tecn olo gi co p er una maggio re q uali t à, eccell enz a, p rest azioni e d esi gn d el marchio ch e han no po rt ato i l gru p po ai verti ci del la n autica m ond ial e.
Le i mb arcazioni di l usso son o p ro get tat e da un team di circa 90 p erso ne, tra pro getti sti e tecn i ci sp eci alizzati (Adv an ced Yacht Technol o g y, uffi ci press o cui ho svo lt o il ti ro cinio ), e prodott e n ei 25 st abi l iment i d el Grupp o.
Il marchi o, con os ciu to un p o ' in t utto il mondo , è pres ent e an ch e in Asi a, att ravers o u n u ffici o di rapp res ent anz a e promozio ne a Sh an gai , e n el con tin ent e ameri can o. Un network es cl u sivo di ci rca 85 d eal er alt am ent e sel ezion ati garanti scono al Grupp o un a p resenza i n olt re 8 0 Paesi e alla cli ent el a i più el evat i liv elli di ass ist enza nelle m ari ne di tutt o il mo ndo . Il Grupp o Ferretti ha al cent ro d ella prop ria st rat egia l a cont inu a innov azio ne e il co stan te mi glio ram ent o del le perfo rman ce dei p ro pri pro dotti . Per qu esto motivo n el 1 989 ha creato la Div isio ne En gi neerin g, pen sat a come centro speci alizzat o, dot ato di t ecnol o gi e all 'avan gu ardi a e uni co nel p ano ram a nau tico, non sol o it al ian o.
7 Dop o qu asi 20 anni , tal e Divis ion e En gi n eerin g, ri nomi nat a nel 2 006 AYT (Adv an ced Yacht Techn olo g y), l a cui sede è rip ort at a in fi gura 1.1. 1, si pres ent a co me un o d ei centri di ricerca e p ro gett azi one navale più avanzati al m on do, alla co ntin ua ri cerca di sol uzioni i n nov ativ e di pro dott o e di p ro cesso v olt e al raggiun gi mento d ell 'eccell enza e d ell a massi ma affid abil ità.
AYT (Figu ra 1 .2 -1 ) è un a s qu ad ra uni ca e com pat ta organizzata per piatt afo rm e di comp et enza, o gn un a d ell e qu ali d edi cat a ad un asp ett o speci fi co di p ro get tazion e. E‘ i nolt re un net wo rk di comp etenze alt am ent e s peci aliz zato ch e sos tiene, conso lid a e svil u ppa l ’int ero Grupp o e ch e lavo ra in strett a coll abo razione con le azien d e p art ner di tecnol o gi a, svi lup pando sist emi s emp re più inno v ativi , perso nalizzati ed es clus ivi.
In un set tore d ov e la tecnol o gi a è u n “m u st”, l ’eccell enz a tecn olo gi ca d el Grupp o Ferretti nasce p ro pri o d a qui .
9
CAPITOLO SECONDO
Itama 75
11
2.1
Itama 75
(Figura 2.1-1)
Lo yacht Itama 75 (Figura 2.1-1 e 2.1-2) si presta ad essere utilizzato sui grandi laghi così come per brevi navigazioni costiere.
Le elevate performance e tenuta del mare, insieme agli ampi spazi, sono i tradizionali punti di forza del marchio che, soprattutto nell’Itama Seventyfive, sono pensati per rendere più confortevole ed ospitale la permanenza a bordo e favorire i momenti di condivisione, caratteristiche rilevanti nella cultura nautica delle barche da diporto. A questo contribuiscono tutta una serie di dettagli innovativi come lo schermo posizionato nel pozzetto, il blocco frigo con un’ampiezza consistente o ancora la possibilità di avere l'icemaker in pozzetto.
12
Di s eguito vi en e ri port at a un a lis ta ri ass untiv a (Figu ra 2 .1-3) d ell e caratt eristi ch e d ell 'i mbarcazio n e ITAMA 75:
(Fi gura 2 .1 -3)
Pass erem o o ra allo studi o di al cu ni im pianti t ecni ci generi ci p res enti sull’imb arcazion e p er poi pass are, in mani era più app rofo ndit a, al foto volt ai co , o ggetto di i nteress e della rel azion e.
13
CAPITOLO TERZO
15
3.1
Premessa
Non ent reremo n ei parti col ari d ell a p ro gettazi on e d i im pi anti t ecni ci gen eri ci, n on facen do qu est i p art e dello stu dio i ntrap res o, m a n e esp orremo l ’utilit à, le caratt eristi ch e prin cip ali e le mod alit à di funzio n amento , in modo ch e si a comp rensi bil e ch e cos a si int end e, in riferim ent o all e b arche da di po rto, con la defin izion e “imp ian ti tecn ici ”. Affin ch é u n’i mb arcazione poss a ess ere autorizzat a ad ess ere usat a allo sco po p er cui è co n cepit a, deve es sere cost ru ita, e qu indi p ro gett at a, i n con fo rmit à a regol amenti e crit eri previs ti da enti p repos ti al la v erifica e al co ntrollo , com e ad es emp io R . I. Na. (R egi stro It ali ano Nav al e).
Per cu i, l a realizzaz ion e d egli i mpi anti è sp es so l egat a ad i mposizio ni legi slativ e.
3.2
Impianto sentina
Molto im po rtanti s o no gli im pianti di sentin a, fon dam en tali per il bu on funzio n amento di u n a imb arcazion e e di cui and rem o o ra a spiegare la meccani ca e l ’im po rt anz a.
Con s enti n a si i ndi cano qu ell e zo ne sul fo ndo dello s cafo, solit am ent e diffi cilm ent e accessi bili a caus a d ell a pres enza di macchi nari e struttu re (qu ali tu bazi oni, mo t ori ecc. ), in cui si accumul an o acqu a e liqu ami vari ch e po sson o p rod urre mal e o do ri e/ o arrivare a so mmergere gl i impi anti , caus and on e un m al fu nzion amento o l 'arresto.
L'acqu a p uò en trare a bo rdo a caus a di trafilaggi n ell e guarnizio ni d ei pas sascafo, p er la pio ggi a o an ch e per p erdit e nel l 'i mpianto di aspi razion e a mare.
I liqu ami s ono dov uti pri n cip alm ent e all 'app arat o moto re, questo p uò perd ere oli o o com bu stibil e ch e and rà a colare verso il fond o, div ent and o putres cent e e produ cend o, ap pun to, d ei m al e o do ri.
16
É ov vio not are ch e s e n egli ambi en ti si accumul a un a ril ev ant e q u antit à di liqui do, l a b arca potreb b e anche affo ndare, s op rat tutto se si crea u na piccol a fall a n ell o s cafo d all a qu al e ent ra acqu a di m are.
È evid ent e com e, n ello stu dio degli i mpianti, parti co lare impo rt anza riv est ono q uelli di sent in a, il cui s co p o è p rop rio qu ello di evit are l'all agam en to d ell 'i mbarcazio n e, ev acuan do fuo ri bo rd o i fl uidi att ravers o u na po mp a d ett a, app unto , “di sentin a” ch e va ad aspi rare d a pozzetti appo sitamen te pro gett ati, disl ocati n ei v ari com partim enti .
Imposizioni legislative
A seco nd a d ell a zon a in cui l 'im barcazio ne n avi ga, la s ua om olo gazion e dev e s ottos tare a l eggi e n orm e im post e da enti p rep osti, ri conos ciu ti a livel lo i nt ern azio nal e.
In It ali a, l 'ent e per l a cl assi fi cazi on e e cert ifi cazion e di navi è il R. I. Na. (Regist ro It ali an o Naval e).
Esso fun ge d a s upp orto t ecnol o gi co du rant e l a fas e di p ro gett azio ne, cost ruzi on e e assist enza tecni ca d ell a nave con l 'obbi etti vo d i assi cu rare ad arm at ori e canti eri il raggiu n gim ent o di el ev ati st an d ard di qu alit à e sicu rezza.
Ferretti, realizzando un prodot to alt am ente arti gianal e d edi cato ad u na cli ent el a abb ast anz a rist retta, è i n grado di sod dis fare, olt re alle richiest e di o gni sin golo acqu irent e, le res trit tiv e legi slazi oni R. I.Na. ed M.C . I. , in modo d a po ter garanti re u n prodot to finito di q ual ità e mantenere un el ev ato prest i gio d el marchio.
Non tutt e l e tipo lo gi e d i imp ianto son o n orm at e.
Le leggi utili al lo studi o di un effi ci ent e im pi anto s enti na son o l e seguenti:
− UN I EN IS O 150 83 del 20 04, imp ianti di pompaggio di s ent in a per unit à di pi ccol e dimension i;
− UN I EN IS O 884 9 del 2 00 4, pom pe di s en tin a azi onate el ettricam ent e a co rrent e co ntin ua p er uni tà di pi ccol e dim ensi oni;
17 − UN I EN IS O 9 093 del 1 998 , v alv ol e a scafo e p ass as cafi in
cost ruzi on e m et alli ca p er u nit à d i pi ccol e dim ensi oni.
Nel p art icolare caso preso in es am e d ell 'i mpianto sentin e, la l egis lazio n e R. I. Na. cat al o ga le i mbarcazio ni s econ do le cat egori e A, B, C e D (UN I EN ISO 15 083 d el 2 004 ), descriv endo ne i requ isiti .
L'imb arcazio ne ITAMA 7 5 d a noi p resa in cons id erazion e fa part e del la catego ria A, dov e l a po sizion e d i go verno pri n cip al e è es post a, cio è dest in ata a ess ere u tilizzata in con dizio ni di catt ivo t empo , p riv a di prot ezio ni ri gid e o fl essi bili s ull a p aret e sup eri ore e s u al men o tre l ati, e il cari co id ro statico nell a tub azion e di man dat a è maggio re o uguale a 1,5 m et ri.
Per q uesto ti po di imbarcazi oni l a UNI EN ISO 1 508 3 i mpon e v ari e regol e.
Qu ell e ch e a n oi i nt eress ano so no:
• pres enza, p er o gni ambiente di i nteress e, un a p omp a “p rin ci pal e” (cari co id ros tati co maggio re o u gu al e a 1,5 m et ri ) man ual e, meccani ca o el ett ri ca e un a “s econ dari a” m anu al e o meccan ica o el ettrica;
• una cap acit à, p er o gni p omp a di sen tina, no n min ore d i 30 litri/mi nut o, av en do l 'imb arcazion e uno scafo di l un ghezza sup eri ore ai 12 metri ;
• divi eto di scari care i n un p ozzetto , a m eno ch e qu esto n on si apra a p opp a sul mare;
• access ibilit à al la z ona i n cui ven go no mont ate, p er facil itare l a man utenzion e e l a pu lizia d ell a pres a;
18
• gl i scari chi n ell o s cafo al di so pra d ell a lin ea di gall eggi ament o incli nata m ass ima, cio è qu an do il li vel lo del l 'acqu a sull o scafo quando q u esto è in cl inat o ad un an gol o d i incli nazi on e trasv ers ale di 7°, a m en o ch e non sia in stallata una v alvo la a scafo in con fo rmit à all a IS O 909 3 e n on si a present e un m ezzo per impedire il rifluss o n ell 'i mb arcazion e;
• dov e più pomp e s caricano attrav erso un solo p ass as cafo co mun e, l'impi ant o d ev e ess ere pro gett ato in m o do tale ch e l 'azio nament o di un a pom pa no n cau si u n rito rn o in un 'alt ra p om pa e l'azio namento sim ult an eo d ell e pom pe n on rid u ca l a cap acit à di pomp aggio dell 'im pi ant o;
• i motori del le p om pe di s ent in a non somm ers e d ev ono essere posizio nat i sop ra il livell o criti co d ell 'acqu a di s enti na, ci oè i l livel lo in cui l 'acq ua di s enti na ent ra in cont att o co n serb atoi met alli ci del com bus tibil e, accop piamenti , pro puls ori , macchi nario non s ommers o o circuiti el ett ri ci e co n nes sioni non stagni nell a posizio ne di gall eggi am ent o st ati co o durant e il fu nzion ament o abit ual e;
• le p omp e di s enti na con comandi autom ati ci d evo no essere pro vvist e di un i nt errutto re m anu al e dell 'al iment azion e el et tri ca facilm ente accessi bil e p er atti vare l a p om pa.
La UN I EN ISO 884 9, es cl usiv am ent e d edicat a al la ti polo gi a di pomp a, impon e ch e, olt re al la n ecessit ò ch e l e prest azioni si ano in dicat e s ull a strut tu ra d ell a p omp a st es sa:
• le pomp e somm ergi b ili d eb bano es sere p rov vist e di un filt ro o di alt ri m ezzi p er i mp edi re ch e i d et riti ent rin o n ell a p res a dell a pomp a. I filt ri e gli s ch ermi dell a p resa d evo no ess ere pro gett ati in mani era t ale d a p ot er es sere p uliti;
19 • le pom pe s omm ergi bili abbi ano coll egam enti elettri ci a t enu ta stagna, IP5 6 i n con formit à al la IEC 605 29. Raccom an da l 'ut ilizzo di un cavo el ett ri co a t enut a s tagn a, coll egato ermeticam ent e all a pomp a in mod o da pot er effettuare i coll egamenti dell 'al iment azion e el ettrica al di s o pra d el no rm al e l ivell o dell 'acq ua di s enti na;
• le pom pe di s enti na pro gett at e per il funzion am ent o aut om ati co dev ono ess ere p rov vist e di un int errutt ore di com mut azion e pe r con senti re il funzi onamento m an uale in cas o di gu ast o d el funzio n amento auto mati co.
Un a volt a che s i è a co nos cenz a delle imposizio ni legisl ati ve si p ass a all a s celt a d ei compo nen ti.
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Componenti
Prem essa
Come è poss ibil e evi ncere dal le su ccessiv e con sid erazio ni, s i è d eciso di sov radim ensi on are l ' impianto in mo do che s ia as si cu rat a l a con fo rmit à all a legisl azion e, sia d al p unt o del la si cu rezza che da q uel lo dell 'efficienza, p unt and o ad ott en ere un p ro dott o finit o di el ev at a effi caci a e fu nzion al ità.
La n ave, p er qu ant o ri guard a l a zon a sent in a, è sud divi sa in du e ambi ent i:
• la sala ma cchin e: st agn a ri sp etto a tutti gl i alt ri am bienti, n ella qu al e ven gon o st iv ati l a m aggior p arte d ei m acchi nari;
• la p rua: com pren d e tutt a qu ell a part e ch e n on ri ent ra n ell a s al a macchin e.
Tra le d u e, il ri schi o maggio re d i all agam ento e/o accumul o di flui di stagnanti lo co rre la sal a m acchin e.
Qu esto p erch é v i s ono s tiv at e l a m aggi or p art e dei m acchi nari (d ai moto ri al gen erat ore, d alle b att eri e al desali nizzato re), caus a pri nci pale dell 'accum ulo di oli o ed alt ri lub ri fi can ti, n on ch é l e p rese d 'ari a per i moto ri ed i p as sascafi, ch e p oss ono po rtare ad un a i nfil trazio ne d i acq u a nell a barca.
Nel la part e rim an ent e d ell a s ent in a, i nv ece, abbi am o un a m aggio re area da ri co pri re m a mi no ri p ossi bilit à di i nfil t razi on e.
Le tipo lo gi e di p omp e s ent in a p revis te so no:
21 2. poliv al ent e Giann es chi CP30 con col l etto re che aspi ra d all e
“su cchi arol e”
3. pomp a di p ro sci u gament o J abs co Puppy 2000
Ad o gni mod o, in vece di po sizion are com e ri chi es to d al R.I. Na. un a sol a pomp a p rin cip al e autom ati ca e u na s ola s eco nd ari a m an ual e (come preced entemente esp osto n el paragrafo l egis lazio n e), lo st ud io t ecni co opt a p er l ’inst all azio ne dei s eguenti com p onenti:
• sent in a sala ma cch i ne → due pompe principali MARCO UP2000 somm ers e, di cui un a m unit a di gall eggi ant e aut om ati co e l 'alt ra man ual e, un a pom pa Gi annes chi CP30 co n tre “s u cchiaro le” e un a aspi razion e di p rosci u gam ento real i zzata d a un a J absco Pupp y20 00 ;
• sent in a prua → due pompe principali automatiche MARCO
UP2 000 s omm erse, due Gi anneschi CP3 0 co llegate a du e
succhi arol e e un a aspi razion e d i pro sci u gam ento Ja bsco Pupp y20 00.
Di s eguit o and rem o a ri portare al cu n e caratt eri sti ch e ri gu ardanti t ali com pon enti .
22
Pompa principale
Come pom pa p rin cip al e si è s cel to un a M ARCO UP 200 0 (Fi g ura 3.2 -1 ):
(Figura3.2-1)
Prod ott a d all a Ma rco Spa, fab bri ca pres so cui l 'aziend a gi à s i ri fo rni sce, Elet tro pom pe ad im mersio ne p er sv uot ament o s ent in a.
In v olu cro in ro bust o ABS anti urt o, res istente all a co rrosi o ne ed all a el ettrolisi .
Di seguit o sono ri port at e in Tab ella 3.2-1 le caratteri stiche d ell a MARCO UP 200 0:
23
(Tabella 3.2-1)
Si può co sì oss ervare com e tal e po mpa, scelt a per l 'aspi razion e prin ci pal e, s oddi sfi ampi am ent e le di rett ive R. I. Na. avend o una po rt at a di: ] min [ 126 l Q=
decis am ent e m aggio re d ei ] min [
24
Pompa secondaria e Succhiarola
La p omp a p rin ci pal e MARCO UP20 00 è ad imm ersio n e, p er cui l as ci a un li vel lo, s epp ur mi nimo, di flu ido che n on riesce ad aspi rare.
In t erv eni amo p er risol vere tal e i nco nv eni ent e in st al lan do d ell e “su cchi arol e” (Figu ra 3. 2-2 ), cio è del le bo cchette in ott one m ari n o pro vvist e di grat a ch e v an no ad aspi rare i l fo ndo d ell a s en tin a
Figu ra 3.2 -2
Tal e “s ucchi arol a” viene pos izion at a n ei p unti do ve si p revede un maggio re accum ulo di fluid o.
Viene coll egat a, at trav ers o t ub atu re ALIMPOMP/ F, ad u na pomp a aut oadescant e Gian nes chi CP3 0 (Figu ra 3.2 -3 a, b , c), aut o-ad es cant e ad an ello l iqui do co n giran te s tel lare ed el ev ato auto -i nn es co, fi no a 8 met ri) (T abella 3.2 -2).
Al primo avvi am ent o o dopo u n lun go p eriodo di i nutilizzo, è con si gli at o riempi re il co rp o d ell a p omp a, ma in con dizioni di no rm ale utilizzo, an ch e co n il tub o di aspi razion e vuo to, ades ca aut omaticam en te.
25
Figu ra 3.2 -3
a)
b )
26
27
Jabsco Puppy 2000:
Figu ra 3.2 -4
Qu est a p omp a di sen tina auto ad es cant e con gi rant e el asti ca (Figu ra 3 .2
-4) può es sere mo nt at a in qu alsi asi po s izione è st ata sp eci ficat am ent e
realizzata p er l 'utiliz zo nell 'aspi razion e d i liqui di i n s en tin e e trav asi. Può funzio n are a secco per qu al ch e mi nut o s enza su bire d anni .
È un a pomp a con co rpo in bro nzo e gi rante elasti ca i n nitril e resis tente. Studi ata p er il p om paggio di s ent in a o per s ervizi gen erali di trav as o. Auto -ad es camento m assim o di 1 ,2 m, con un 'ero gazion e di 1 9 20 litri ora. Port at a 3 2 Lt/m in. Al iment azio ne 24 V. As sorbim ento 7, 5A. P eso 2 Kg.
28
Galleggianti flottanti
Per le po mp e “p rin cipali ”, ess end o aut o mati ch e, l 'avv io è d ato d a d ue interrutto ri a gall eggianti flott anti p rod ot ti d all a Ru le (Figu ra 3.2 -5 ):
(Fi gura 3 .2 -5)
Il p rim o vi en e posiz ion ato ad un liv ello più basso ed h a il com pito di attiv are la pom p a qu alo ra il li quid o arriv i ad un l iv ello t al e p er cui inizi a ad ess ere op po rtun o esp ell ere fuo ri bo rd o, il seco ndo , ad u n livell o più alto , at tiv a un all arme acusti co in pl an cia p er i nformare chi ai com andi ch e, o l a pomp a di sentin a è fu ori uso o n ono stant e l a p o mpa si a in funzio n e cont inu a ad au mentare l ’acqu a i n s enti na.
29
Tubazioni
Le t ub azioni senti na u tilizzat e so no dell a gamm a AL IMPOMP/ F, pro dotti dall 'aziend a HOSES TECNOL OGY, l ead er n el s ettore e con un 'ampi a gamm a n ell 'amb ito d ell a nautica d a dipo rto . Si tratt a di con dott e av enti un sottos trato l is cio i n PVC t rasp aren te alim ent are, rin fo rzi a spi rale i n acci aio ed un a cop ertura semp re in PVC trasp aren te resist ent e agli agenti atm os feri ci e a gran part e dei p rod otti ch imici . Per facili tare l 'in divid uazio n e del la tipolo gia di t u bo e su e caratt eristi ch e, in azi end a si è adott at o di indi care qu esto tip o di tub atu re con la si gl a S E-x x , dov e: S E st a ad i ndi care ch e so no t u bazio ni p er sent in a d ell a tipo lo gia ch e semp re si us a, m ent re al p osto di x x si va ad indi care il v alo re d el di amet ro int erno .
Di seguito vi ene ripo rtata u na t ab ell a (Ta bella 3. 2-3) d ei d ati tecni ci per questo tipo di tub atu re:
30
Funzionamento impianto sentina
Andi am o o ra a p arl are d el funzion am ent o dell ’im pianto così pro gettat o.
Si posson o in cont rare d ue casi: la b arca è presi di ata ed i n es ercizio oppu re n on vi è ness uno a bo rdo ed è orm eggiat a in po rto.
Nel p rimo , q u and o l 'acqu a raggi un ge il primo s en so re, in s al a macchin e o nel rest o del la s enti na, l a pomp a di int eress e v iene attiv at a e il fluid o esp ulso di ret tam en te fuo ri bo rdo att rav erso t ub azioni ALI MPOMP/ F a diam et ro int erno 30 millimetri , d a noi co difi cati com e SE -3 0.
Nel cas o l a qu an tità di liq uido to rni al di sott o d el prim o s ens ore, la pomp a si arres ta, altrim enti , se s up era il seco ndo s en so re, si attiv a l'all arm e in pl an ci a.
A questo pu nto l 'armato re dov rà and are in sentin a ad atti vare l a sentin a “s econd ari a”, ch e l avora co n SE -25 , p er cercare di li berare l a sentin a. In ent rambi i casi, u na volt a ch e l a senti na è l ib era ed è rim asto q ual che residu o ch e s i int end e t o gli ere, si dis pon e la su cchi arol a (lavo ra con S E-20) n ell a zon a di i nt eres se e si as pira fi n o a ch e lo si repu ta n eces sario . Nel seco ndo caso , q uan do l a n av e no n è presidi at a, s on o po chi i sist emi ch e rim an gon o in fu nzion e e ven go no al iment ati d agli accu mulat ori di co rren te. Tra qu esti vi è l 'imp ianto s entin a d ato ch e l e i nfilt razioni poss ono avv eni re an ch e a barca ferma.
Per cui si atti va il primo senso re, l a pom pa “p rin cip al e” part e e svu ota l a sent in a.
Se non d ov ess e ri usci re a st are di et ro al l 'in cremento d el liv ello dell 'acq ua, s i attiv a il s econ do senso re ed il rel ativ o all arme. A qu el punto chi p residi a l a zon a di approd o agi rà p er ri us cire ad attiv are le pomp e s eco nd ari e.
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Considerazioni finali
Non tutt e l e ti polo g ie di impi an to s ono no rmat e m a qu ello sentin a sì , visto che s vol ge un compito mol to delicat o ed i mpo rt ant e ai fi ni d el bu on funzio n amento d ell ’i mbarcazio n e e ch e è fond am ent al e d a u n punt o di vist a di si cu rezz a.
Un ev ent ual e all agament o d et erm in ereb be u n a imp ossi bilit à di utilizzo dell ’im barcazi on e e, nei cas i più gravi , l’affo nd amento , mett end o a ris chi o l a b arca e chi vi è a bo rdo .
Prop rio p er qu est o, gli ent i di cont rol lo imp on gono d ell e sp eci fi ch e richi est e n ei con fron ti di ch i v a a realizzare l’impi ant o.
Compito del pro gett ista è qu ell o di ri us cire a realizzare efficacem ent e ciò che gli vi en e ri ch iest o.
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3.3
Impianto acque nere e grigie
Con a cque n ere si intendo no l e acq u e di scari co, i ri fiut i del co rp o umano e q uell i dei servizi i gieni ci e di alt ri cont enit ori intesi p er ricevere o ri tenere t ali ri fiu ti.
Nel tipo di barca d a noi con sid erat o, qu esto tipo di im pi ant o ri gu arda i soli W.C., i cui rifiuti, p er ovvi m otiv i, dov rann o es sere scari cati in modo ido neo.
Nel s egu en te capi to lo, i nsi eme alla p resent azio ne d ell ’impi ant o acqu e nere, and iam o ad affian care qu ell a d ed icata all e acqu e gri gi e.
Qu esto no n vi ene fatto p erch é i d ue s ono fisi cam ent e col legati, m a semp licem ent e perché, in qu est o capit olo, tratt erem o gl i sca ri chi i n gen erale e p ro gett eremo ent ram bi segu end o p ro cedim enti simil i.
Le a cqu e grigi e so no qu ell e scari cate da cu cin e, l av abi , b idet , do cce, vas ch e, lavat ri ci, o mbri nal i, ecc. e n on sono m en o in quin anti di q uelle nere, con tenendo sp esso det ersiv i e alt ri p rod otti ch imici.
In molti Paes i, co m e ad esempio gli St ati Uni ti, è vietat o scari care liqu ami di q ualun qu e tipo n ei p orti e v ici no all a cost a.
Le i mb arcazioni dev ono q uin di ess ere d otat e d i op po rtun e cass e p er l a raccolt a d ell e acqu e gri gie e nere prodott e a bo rd o, che s aran no svu otate in app ositi d epos iti n ei porti d ’att racco.
Non t utti gli yacht s ono p ro vvis ti di im p iant o a cass e di raccolta, p er cu i in qu esti casi o gni ut enz a ha l e p ro pri e tu bazio ni, ch e raccord at e as sieme scari can o p oi fuo rib ord o.
Per qu est o m otivo , però , t ali imb arcazioni n on pos son o, di n orma, ent rare nei po rti in cui vi gon o i divi eti di cu i so pra.
Per o ttemp erare all e nuov e n orm e anti nqu inam ent o, im post e ul timam ent e an ch e d a di spos izio ni dell’UE, o gni ut enz a dov reb be ess ere dot at a di doppi a pos sibil ità:
• Scari co di ret to fuo ri bordo, po ssibil e in nav i gazion e al l argo dal le cost e
33 • Raccolt a in cass e o serb atoi e scarico s u cces sivo n egli impi anti di terra p ress o l e b an ch ine dei p orti d ’at tracco, op pu re al l argo dall e cost e.
Imposizioni legislative
Le im posizio ni l egis lativ e s ono l e m ed esime p er entram bi i casi, fat ta eccezion e p er qu al ch e p recis azion e s ull ’u na o s ull ’alt ra.
Fatto re impo rt ant e da not are è ch e le no rm e ri ch ieste p er l a omolo gazio n e d a parte dell’en te R . I. Na. non imp on gono es p licit am ent e di pro gett are l 'im barcazi on e co n un s erb atoi o di rit enzi on e p er l e acq ue nere m a, ess end o vi et ato lo s cari co di t ali ri fiut i in acqu e port uali, si prev ed e u n si stema per l o st occaggio mom ent an eo di essi q uando necess ari o co n l a p os sibilit à di s cari carli i n un s econd o m omen to.
In t al e s ens o e per l a bu on a rius cit a di questi imp ianti, l a UN I EN IS O 8099 d el 200 2 risult a es sere mo lto i mpo rt ant e.
Ess a con tiene nu merosi p unti cardi ne che devon o ess ere ri sp et tati.
A p ro posi to delle caratt eristi ch e generich e, i mpo ne n um erosi limiti ri gu ardo all a cap aci t à d el sis tem a ch e d eve ess ere i n grado di esp ell ere i rifiuti a v ari e in cli nazio ni s u u no d ei du e l ati (alm en o 20° ) e i n con dizioni di app ru ament o e app opp am en to (alm en o 1 0° ).
Ciò è reso po ssib ile grazie all ’utilizzo di sifoni ch e, s emp re s eco ndo norm a, devon o imp edire fl ussi a rit ro so al lo ro int erno p er i ncli nazi oni su u no d ei d ue l ati (alm eno 2 0°) e i n co ndizio ni di ap pruam ent o o app opp am ent o (almeno 1 0° ).
Ven go no no rm ati anch e i serb ato i ch e, in parti col are, d evono ess ere sald am ent e fiss ati, avere u no sp eci fico diam et ro mini mo p er il tubo di disaerazion e a s eco n da della capacit à deg li st essi .
Viene n orm at a anche la ti polo gi a e l un gh ezza d ell e tub azioni , per perm ett ere il l ib ero flus so d ell ’acqu a di scari co, p rev eni re in tas am enti e mal e o do ri.
34
In p arti col are m odo , av en do reput ato d ue s erb atoi da 330 l più ch e [ ] suffi ci enti p er un ’i mbarcazio n e di qu es te dim en sion i, l a no rma impo ne ch e n ell a pro gett azi one s i utilizzin o tub i di dis aerazion e d ei serb atoi di diam et ro int erno non mino re di 19 mm . [ ]
In olt re, il sist ema deve ess ere pro vvist o di u n a valvol a di intercet tazi on e in co rri spo nd enz a d el racco rdo a m are dello s cafo e di un racco rdo di aspi razi o ne di co pert a.
Qu esto s econ do vi en e utilizzato qu an do s i è in po rto e si vu ol e svu ot are il s erbat oio.
Componenti
Pompa polivalente
Lo s cari co d ei d ue impianti è realizzat o att rav erso pomp a poliv al ent e
Gi annes chi CP30 (Figu ra 3.3 -1 a, b, c), auto -adescante ad an ello
liquid o con gi rant e stell are ed el ev ato auto -in n esco, fino a 8 metri )
(Tab ella 3. 3-1).
Al primo avvi am ent o o dopo u n lun go p eriodo di i nutilizzo, è con si gli at o riempi re il co rp o d ell a p omp a, ma in con dizioni di no rm ale utilizzo, an ch e co n il tub o di aspi razion e vuo to, ades ca aut omaticam en te.
35 a ) b) c) (Fi gure 3.3 -1 )
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37
Tubazioni Acque Nere
Ven go no i mpi egat e t ubazi oni S ANI PO MP/W.
Si tratt a di tubi in gomm a sp iral ati, fl essibili e ro bust i, ap posit am ent e pro get tat i com e coll egam ent o p er l o s cari co WC n ell e imb arcazioni. La lo ro p rero gativ a è quell a di limit are la p ro pagazi on e di odo ri deriv anti d al pass aggio d egli s cari chi d ell e t oilette.
La struttu ra è l a segu ent e:
• sottos tra to li scio in gom ma nera con un bu on li vel l o di
imperm eabilit à
• rinforzo d ovut o ad una spi ral e m et alli ca con t essu ti si nt eti ci ad
alt a resist enz a
• cop ertu ra in gomm a bi an ca resist ente all ’abrasi on e, all ’acqua di
mare e agli agent i at mosferi ci
• superfici e li scia ad i mpressi on e t el a
In T abel la 3.3 -2 so n o ri po rt ati al cun i di amet ri caratt eristi ci:
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Tubazioni Acque Grigie
Le t ub azioni senti na u tilizzat e so no dell a gamm a AL IMPOMP/ F, pro dotti dall 'aziend a HOSES TECNOL OGY, l ead er n el s ettore e con un 'ampi a gamm a n ell 'amb ito d ell a nautica d a dipo rto . Si tratt a di con dott e av enti un sottos trato l is cio i n PVC t rasp aren te alim ent are, rin fo rzi a spi rale i n acci aio ed un a cop ertura semp re in PVC trasp aren te resist ent e agli agenti atm os feri ci e a gran part e dei p rod otti ch imici . Per facili tare l 'in divid uazio n e del la tipolo gia di t u bo e su e caratt eristi ch e, in azi end a si è adott at o di indi care qu esto tip o di tub atu re con la si gl a S E-x x , dov e: S E st a ad i ndi care ch e so no t u bazio ni p er sent in a d ell a tipo lo gia ch e semp re si us a, m ent re al p osto di x x si va ad indi care il v alo re d el di amet ro int erno .
Di seguito vi ene ripo rtata u na t ab ell a (Ta bella 3. 3-3) d ei d ati tecni ci per questo tipo di tub atu re:
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W.C.
Ven go no util izzat e toilet te “Sanin aut ico” (Figu ra 3 .3 -2 ), p ro dott e dalla TECM A.
Si tratt a di W.C . i n cerami ca, appo sit ament e p ens ati e real izzati p er l a nau tica.
In fat ti, olt re all a po mpa di immi ssio ne dell ’acqu a dol ce, al suo int erno ve n e è i nst all at a u na second a di m acerazi on e ch e m an d a i fl uidi di scari co dirett am ent e al s erb at oio di accu mulo, s enz a dov er ut ilizzare un a pomp a aggiun tiv a d edicat a.
(Fi gura 3 .3 -2)
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Funzionamento
Andi am o o ra a p arl are d el funzion am ent o dell ’im pianto così pro gettat o.
-
Impianto Acque Nere
Le t oil ett e “S ani naut ico ” v en gon o coll egat e di rettam ente al s erbatoio di rit enzion e attrav erso tubazio ni SAN IP OMP/W con di am etro interno di
] [
38 mm . G razie all a pom pa di m acerazi on e, non son o n ecess ari accu muli interm edi p erch é gli scari chi ven go no aspirati e m and ati al la cas sa di accumulo .
Tal e cass a è d ot at a di si stemi di v entilazi on e che nel nost ro caso con sisto no i n du e t ubi d a 19 mm , uno per o gni l ato dell a barca, ch e [ ] att ravers o d ei sifoni perm etto no l a fu oriuscita d ei gas , im p ed end o ad agenti est ern i di ent rare.
Un a volt a ch e i ri fiu ti raggi un gono l o st occaggi o, qu i vi ri m an gono fin o a ch e non si decid e d i es pellerli .
Come già d ett o, q uando l a b arca è i n po rto, l o sv uot am ento dell a cass a può av veni re medi an te coll egam en to co n l’impi anto di raccolt a a t erra. A qu est o scopo , l’imbarcazi on e è d ot at a di un bo cch ett one per il coll egam ent o con l a tub azion e d i aspi razi one in b an chin a.
Qu and o, inv ece, s i t rov a in m are ap erto, a do vut a dist anz a d all a cos ta, può scari care di rett ament e fu ori bo rd o.
Da not are ch e il serb atoi o acqu e n ere h a due tipi di al larmi:
1 all arm e di tre-qu arti , quando il s erbat oio è pien o per i ¾ si ha una s egn al azion e di pre-all arm e
2 all arm e di qu att ro -q uarti, qu an do il serb atoi o è pieno si h a un segnal e di all arme e il blocco aut om ati co dello s carico da p arte dell e t oil ett e
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-
Impianto Acque Grigie
Gli s cari chi d i do cce, lav an dini , bid èt ecc. ven go no raccolti n el serb atoi o di raccolt a dedi cat o, av en te du e sfi ati p er i gas d a 19 mm con sifone, [ ] com e nel cas o d ell e acqu e nere.
Tal e cass a ha sol o u n allarm e da tre-qu arti.
Nel caso p art icolare dell e acqu e di cond ens a d ei co ndizio nat ori, q ueste poss ono essere co nvo gl iat e a v as ch ett e di raccolt a che gettano dirett am ent e fuo ri bo rdo o all a cass a di rit enzio ne.
In qu est o seco ndo caso , però , le tu bazi o ni devon o ess ere do tat e di un a pap erella anti-odo re parti col are, al trim en ti si corre il ris chi o di avere un rito rn o di od ori p res so i co ndizio ni d’ari a p osti al l’i ntern o d elle cabi ne.
43
CAPITOLO QUARTO
Introduzione impianto
fotovoltaico: funzionamento e
schema
45
4.1
Premessa
Dop o u na p remess a rigu ard ante gen erici i mpianti t ecni ci , andi amo o ra ad an alizzare la pro get tazion e di un imp ianto fot ovo ltaico, tema cent ral e dell a rel azion e.
In un co nt esto europ eo di ri con versi on e e t rasformazio n e so s teni bil e d el sistema energeti co , i nflu enz ato d ai cambi am enti cli mat ici in atto e d all a cri si degli ap provvi gi on am enti di comb ustibil e fo ssil e t rad izional e, è impost a l ’u rgenz a di nuov e st rat egi e che trasform ino il sist em a attu al e in uno più s ost enib ile s ia da u n punt o di vis ta am bient ale ch e in dust ri ale ed econo mico.
In t utta Eu ro pa l a p rod uzion e d i energi a el ettrica t ramite fon ti rinn ov abil i è i n crescit a: già nel 20 08 si è regist rato un incremento , risp ett o al 1 99 7, del 40%, p as sando d a 3 5 0TWh a 504 ,3TWh .
In mo do p arti col are, la not evol e di ffusio ne d ell a t ecnol o gi a fotovo ltaic a avu ta negli ultimi anni h a fatto sì ch e ess a si a riu scita ad ottenere u n ruol o fond am ent al e nell a p rod uzion e d i en ergia el ett ri ca t ra l e fonti rinn ov abil i, o ffren do not ev oli op po rtunit à d’inn ov azion e cres cita tecnol o gi ca ed i ndu s tri ale di tale s etto re.
A gius tifi cazion e d egli i n genti in vesti menti diretti all ’uti lizzo e all o svilu ppo d el fot ovo ltai co son o pres ent i v ari fatt ori : a p arti re d all a diffus a di spo nibil ità dell a font e s olare, dall a s ua facil e i ntegrabil ità nell ’edilizi a, d all a s empli cit à cost rutti v a e dall e tras cu rabili richi est e di man utenzion e, d all ’assenza di emissi oni di gas s erra fino ad arriv are al not evol e, e n on tras curabil e, grado di accett azion e da p arte d ell’o pinio n e pubbl ica.
È di fon dam en tal e i mportanza, però , in s tall are un imp ianto fotovo ltaico facend o p arti col are attenzio n e all a su a real e effi ci enza e p rod uttivit à.
Si inten de, qui ndi, realizzare u n impi ant o foto volt ai co com p atibi lment e con l e dim ens ioni dell 'i mb arcazion e e le su e esi genz e el ett ri ch e, val utando l e pot enze pro dott e con l e s up erfi ci a di spo sizion e e i cos ti p er
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rius ci re a realizzarl e, ch e s ia in grad o di s ostit uire o affi an care il gen erato re a co mbus tibil e fossil e nel la p rod uzion e e imm agazzinazion e dell a co rrent e elettri ca.
Come già d etto , d agli an ni ’90 in p oi si a l a p rod uzio ne d i cell e foto volt ai ch e ch e la ri cerca in questo campo è cres ciut a esp on enzi alm ent e. Tutt avi a, an co ra o g gi , il rendi mento d ei p an nelli foto volt ai ci, cio è la quant ità d i en ergi a solare ch e att rav erso di es si viene conv ertit a in energi a el ett ri ca, è ci rca d el 18 %, co mun que s emp re inferio re al 20 % an che nei casi mi glio ri.
Le od iern e tecnolo gi e, non ess end o anco ra in grado di raggiu n gere obbi etti vi impo rt ant i ri gu ardo all 'accu mulo di energi a s olare, non perm etton o di s oppi ant are com pl etam en te il gen erat ore d i co rren te a com busti bil e fossi le, sop rattu tto s u di una imb arcazion e come qu est a, nell a qu al e l usso , comfo rt e p rest azion i son o l 'uni co v ero obb iet tivo fin al e, p res cind endo ciò ch e q uesto p o ' com portare d a un pu nto di vist a en ergetico e t ant o m eno economi co .
É altres ì v ero che, i n p arti co lari situ azio n i in cui l a barca è o rmeggiat a o ferm a al l argo, cio è a moto ri s p enti, uno st udi o di q uest o tipo può riv el arsi affro ntabil e e gi usti fi cato qu alo ra si v o gli a accum ul are energia solare p er assi cu rare il fu nzion am ento di sist emi a basso con sumo di en ergi a, q uali allarm i sentin a, m em ori e radi o, p as serell a elett roni ca p er sali re a bo rdo e lu ci est erne, p rescind en do d ai gen erat ori a combus tibil e oppu re an ch e per affiancare quest 'ul timi nell a ri carica del banco batt erie.
Un impi an to fotov o ltai co è legat o a d iversi fat to ri, ch e and remo a studi are, da cui no n si può p resci nd ere e ch e ne lim itano, com e vedrem o più av anti, l 'effi cacia e di con segu enz a la fatt ibilit à. P art iamo d all o studi o di funzion am ento d ell e cell e fot ov oltai ch e.
47
4.2
Principio di funzionamento celle
Come d ett o, ci son o vari e tipol o gi e ti tecnolo gi e fo tov olt ai ch e, molt e an co ra in fase di sp eri ment azion e. Le p iù di ffuse e ch e in t eres sano al nost ro stu dio so no quell e al Sili ci o, per cu i an dremo di segui to a com pren dere com e ess e funzio n ano e qu ali t ipol o gi e si pos son o incont rare, t en en do in consi derazioni pregi e d ifetti del le u ne e d ell e alt re.
Part en do d al con cet to fo nd ament ale ch e la s orgent e di en ergi a di un sistema fot ovo ltai co è l a radi azi one sol are, ci oè l’en ergia el ettrom agn eti ca che spri gion a il sol e, di seguito v errà espo st o com e t ale tecnol o gi a cons en ta di tras fo rmare di ret tam ente l ’en ergi a solare in en ergi a elettri ca a parti re d a m at eri ali s emico ndut to ri.
Vedremo an ch e com e, in t al e setto re, s ia p resente un a leadershi p d el silici o, d ovu ta a s variati v ant aggi, q uali l’abbo nd anz a e l a co mpati bilit à ambi ent al e d ell a mat eri a p rim a, le b u one p ro pri et à el ett roni ch e del mat eri al e, l a stabilit à nel t emp o dei di sp ositivi e la fort e sin ergi a con l e tecnol o gi e del la mi croel ett ron ica.
Negli ultimi anni, però, inizi a a farsi strad a il fot ovolt aico ad alt a con cent razion e ch e utilizza celle ad altis sim a effi ci enz a, di piccol e dimensio ni ma mol t o cost os e a p ari tà di unit à di area ri spet to all e tradizion ali , caratt erizzate d a con cent rat ori otti ci di grand e sup erfi ci e semp re pun tat i verso il sol e per in tercett arn e ort o go n alm ent e la com pon ent e di rett a d ell a radi azion e.
Consid eri amo o ra il caso di un a tradizi o nal e cell a fot ovo ltai ca di sil ici o cri st allin o p er s piegare i m eccanismi fis ici all a b as e di tale effetto .
Il p rin ci pio ch e st a alla base d el funzi on ament o d ell e cell e fot ovolt ai ch e è d ett o “Effetto Fo tovol tai co ”.
Consist e n ell a cap acità d i un a giunz ion e el ett rica, opp ortu nament e realizzata, di asso rbi re energia d ai fot oni (lu ce) e conv erti rla i n corrent e.
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Il Si lici o ha 4 elettroni di “Val enza ”, ci oè qu att ro elet troni nell ’o rbit al e più est erno . Fo rn en d o a qu es ti u na op po rtun a q uantit à d i en ergi a (per il semi -con dutt ore Sili cio si p arl a di 1. 1 2V), sott o form a di luce o di calo re, essi po sson o ess ere lib erat i n el reticol o, es sendo così in grado di salt are dal la band a di “Val en za ” a qu el la di “Condu zion e”, las ci and o uno sp azio vuot o n el reti colo cri stal lino d etto “L acun a”.
A qu es to p unt o, p erò, si ott errebb e un movim ent o dis ordin ato di cariche di s egn o o ppo sto , os tacol ato d a cont inui fenom eni di ri com bi nazio ne tra el ettroni e lacun e, ch e h a come uni co risu ltato un a produzi on e di cal ore. Effetto as solut am ent e i nutil e per i l n ost ro fi ne.
Se, p erò, si ri es ce a d are un o ri entam ent o preferenzi al e a tal i spost am enti , si ott iene un a p ro duzio ne di co rrent e elettri ca.
Crean do un o ppo rtu no cam po el ett rico, si ri es ce a fare i n m odo ch e gl i el ettroni i n eccesso , ori gin ati d all ’asso rbi ment o d ell a lu ce, si ano s ep arati dall e ri sp ettiv e l acune, obb li gand o gl i elet troni ad an d are in u na direzion e e le lacun e nell’alt ra.
Ott eni amo, così , u na co ncentrazio ne di cari che po sitiv e da un a p art e e di negati ve d all ’altra, det ermin an do un a d ifferenza di pot enzi al e ch e, se coll egat a ad u n carico est erno, produ ce co rrent e el ett ri ca e qui ndi raggiu n gi amo il nost ro fin e.
Per fare qu est o s i s frutta la “Giunzion e p -n”.
Attrav erso opp ort uni trat tam enti fi sici-ch imici , si p rod uce u n eccess o di “La cune” d a u n l ato d el cond utto re (p) e un ecces so d i el ett ro ni dall ’alt ro l ato (n ). Qu est a op erazion e è dett a “Droga ggio ”: dro gando la strut tu ra crist alli na del Sil ici o (tet rav al ente) con un el ement o tri val en te (es. il Boro ) si otti en e un a l acun a p er o gni at omo int ro dot to (lato p ), dro gando l a struttu ra co n un el em ent o pen taval en te (es . il Fo sforo ) si libera u n el ettron e p er o gni atom o i ntrod otto.
Se pren di amo un el ement o co n dro gaggi o p e uno con d ro gaggio n e li accosti amo , crei amo la giunzio n e p -n .
A qu esto p unto av rem o ch e, per diffusion e, gl i el ett ron i liberi di muov ersi n el reti col o crist all ino p ass ano dal la zon a n all a z ona p e l e lacun e i n s enso o ppost o, così ch e i l sili cio di tipo n si cari ca
49 positi vam ente e qu ello di tipo p si cari ca n egati v ament e (Figura 4.2 -1 ) in p ros simit à d ell a zona di cont atto , d ett a di “ca rica sp azial e”.
(Fi gura4. 2-1)
Un a v olta raggiu nto l’equ ilib rio , si crea un campo el ett ri co intern o ch e impedis ce alle l acun e d i p ass are in n e agl i elettroni di pass are in p . A qu est o p unto , n el momento i n cui il semi -con dutt ore vi ene s timol ato dai fotoni d ell a l uce sol are, t al e campo i nterno p ermette l a rottu ra d ell e cop pi e elet tron e-l acuna che si v en gon o a creare grazie al s alto di band a dell ’elettron e, favo rendo l a ci rcol azion e d egli el ett ro ni i n eccesso.
Ultim e p arti fo nd am ent ali, ai fini del co rret to fu nzion am ento dell a cell a, sono i cont atti m etallici pres en ti su ent ramb e l e s up erfi ci (s uperio re ed inferio re) ch e ha il compito di conv o gli are il fl uss o di elet tro n i.
In ferio rm ent e (l ato nascosto ) il cont atto met all ico o ccu pa t utt a l a sup erfi ci e, s up erio rment e (l ato es post o al sol e) il con tat t o è fatto a gri glia, così d a dimi nuire la su perficie ri flettent e.
Se il ci rcuito è ap ert o, mis uri am o sol am ent e un a d. d.p . (dovut a all a maggio re co ncent raz ion e di elett ro ni in n e di lacu n e in p), ment re se è chi uso, cio è col legato ad un carico, ott eni amo , o ltre ad u n a d.d .p. un a co rren te.
Può s ucced ere, p erò , ch e alcuni el ett ro ni n on ri es cano a raggiun gere questi co nt atti m et allici , and an dosi a “ri co mb ina re” con l e l acun e di segno opp osto .
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Ent ra in gio co l a “Distan za di diffusion e”, ci oè i l tratto ch e, all’int erno del reti colo crist all ino, un el ettron e d ev e cop ri re prima di pot ersi ricombi nare con u n atom o. M aggio re è questo v al ore e più è p rob abi le ch e gli el ettroni lib eri ri es cano a raggi un gere i co ntatti m et all ici.
A qu esto punt o si ottiene un fluss o es terno ch e v a da n (pot enzi al e maggio re) a p (pot en ziale min ore).
Fin tanto che l a cell a è esp ost a all a lu ce solare e ch e, qui ndi, ai fot oni è perm esso di int eragire con l a gi unzio ne, s i otti en e un a co rren t e con tinu a.
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4.3
Schema impianto:
Per inizi are lo st udi o, ci b asi amo su lla pro get tazi on e civi le di impianti foto volt ai ci i n cui si poss ono avere d ue casi:
1. un coll egam ento diretto co n ret e elett ri ca e p ossi bil e s cam bio di en ergi a (es. v end en do all a rete n azio n al e l 'energi a p rod ot ta i n eccess o d ai p ann ell i sol ari risp ett o al consum o). In qu esti casi l'ut enza può cont are sia su ll 'en ergi a el ett rica prodot ta d al p an nell o foto volt ai co si a s ul la no rm al e ero gazi o ne di en ergi a d ell a ret e nazio nal e. Il cos to final e in boll ett a s arà il s ald o al gebrico tra i due fluss i di en ergi a. Qu est a tip olo gi a è dett a “Grid -Conn ect” e può es sere di p iccol e d imensi oni, ad es empio pi ccole ut enz e, o di grandi dim ens ioni , com e n el caso di cent rali fotov olt aich e. Il prin ci pio di fu nzio nam ent o è basat o sul fatto che, l 'en ergi a el ettrica prodo tta d ai pann elli sol ari vien e cedut a di ret tam en t e all a ret e elet tri ca nazi on al e e co nt eggi at a a credit o da un o sp eci ale con tat ore del gest ore della ret e el ett ri ca.
2. Il si st ema no n v iene co nn ess o all a rete. Pert an to non ced e ad ess a l'energi a che ev ent ualm ent e vi en e p ro dott a in ecces so m a la accumul a i n app os ite bat teri e lo cali . Qu est a poss ibilit à di immagazzin are cons enti rà, in un s econ d o temp o, l 'ero gazion e all e utenze d 'i nt eress e. Qu esto ti po di sist ema è d ett o “S tand-Alon e” ed h a l 'in dub bio v antaggio di fo rni re energi a el ett ri ca in l uo ghi an co ra s cop erti d all a rete el ett ri ca e ris ol vere, q uindi , il pro bl em a dell e u tenze diffi cili ed il cost o so ci al e di al lacci amento all a rete el ettrica, d ecis ament e el ev ato.
Per o vvi mo tivi l egati all 'i mpos sibil ità d i all accio all a ret e elett ri ca, si decid e di realizzare un im pi anto “S tan d-Al one”, al trim enti det to “ad
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ess ere i n grad o di garanti rn e la fo rnit ura per un cert o num ero di gio rni, a pres cind ere d all 'all accio all a rete fiss a.
Di s eguit o, (Fi gura 4.3 -1 ), vi en e ripo rt ato un gen eri co s ch ema circui to “Stand-Alon e” n el quale so no i ndi cati tutti i comp on enti n eces sari n el caso di un im pi anto civil e che s erve ut en ze d a 230 V e [ ] 24 V : [ ]
(Fi gura 4 .3 -1)
Si oss erva ch e i p an nelli ven go no coll egati in parall elo al regol ato re di cari ca e d a qui l 'en ergi a vi en e imm agazzi nat a nel b an co b att erie.
A q uesto punt o, se l 'ut enza d a 230 V ri chi ed e co rrent e, qu est a p asserà [ ] att ravers o l 'inv ertito re altrimenti, s e a ri chi ed ere co rrent e so no l e ut enze da 24 V , la co rren te passerà d a un s eco nd o regol at ore di carica e [ ] successi vamente a t ali ut enz e.
Nel no stro cas o n on risul ta n eces sario l 'i mpiego di un inv erti tore, perch é le ut enz e che an dremo ad alim ent are n on n e h ann o necess i tà, ess en do tutte d a 24 V . [ ]
L'en ergia elettri ca p rod ott a è no rm almen te a b ass a tensio ne e a corrent e con tinu a, quin di p er ess ere uti lizzat a n elle abit azioni va t rasfo rm at a in
53 co rren te altern at a a 220 V . Q uesto è res o poss ibile d all 'utilizzo di uno [ ] strum ento chi am ato inv ert er. Nel no stro caso, p erò, d ov remo an dare ad accumul are en ergi a i n batt eri e che fu nzio nan o a 24 V , stivat e n ell a sal a [ ] macchin e, ed al imen tare ut enze al la medesi ma tensio ne, p er cui non è necess ari o l 'utilizzo di qu es t 'ult imo.
In ol tre, tal e i nv ert er serv e u nicam en te p er le ut enze a 230 V in as senz a [ ] di alim ent azion e di b an chi na o generato re.
Come ci rcuit azion e ci appo ggi amo all 'i mpianto p re-esi stent e, al qu al e and iam o ad aggi un gere s olo l a part e rel ativ a ai p an nelli, regol ato re di cari ca e all acci o al circuito .
In fat ti, i p an nelli, il cui num ero v errà ottenuto più av ant i, ven go no coll egati ad un rego l ato re di cari ca, ch e ne m odul a l a co rrent e in us cit a ad un val ore m as si mo di 20 A . V en go no i n stall ati , t ra il circui to p re-[ ] esist ente e la p arte rel ativ a ai p an nel li, d egli int errutto ri m agnet o-t ermi ci da 25 A , per evit are sovraco rrenti e co rti -ci rcuiti s ull a linea, [ ] assi cu rand o ci ch e l a co rren te no n v ad a a rovin are i p an nelli.
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CAPITOLO QUINTO
Struttura ed assemblaggio celle
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5.1
Struttura
Tipi ca st rut tura di u n p an nel lo fot ovo ltai co st and ard (Figu ra 5.1 -1 ) è l a seguent e:
(Fi gura 5 .1 -1)
dov e:
1. co rni ce in allumi nio 2. coll ant e in ert e 3. vet ro tem prat o
4. sottil e st rato di acetato di vin ile 5. celle ass embl at e
6. sup erfi ci e di su ppo rt o
Sopra un a sup erfi ci e posterio re di supp o rto, in gen ere realiz zata in un mat eri al e isol ante anti-umidit à com e il vet ro t emp erat o o u n polim ero com e il Tedl ar (6 ) ven gon o app o ggi ati un sot til e st rat o di acet ato di vinil e, id enti fi cato com e i ncapsul ant e EVA ch e s erv e per l’iso lam en to dell e cell e d all ’um id ità e per isol am ent o el ettrico (4 ).
L’EVA (ovv ero acet ato vinil etil en ico) è un m ateri al e di el ett rico (cio è a bas sa co ndu cibi lit à elett ri ca) in grado di garanti re un cont atto tra l a cell a ed i l v et ro elimi nan do gli int erstizi ed i solando elett ri cam en te l a p art e. Sopra le n ost re cell e ass embl at e (5) c’è un seco ndo st rato di EVA e un
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mat eri al e tras parent e che fun ge d a p rot ez ion e meccan ica ant eriore per l e celle foto volt ai ch e, i n gen ere v etro t emp erat o (3 ).
Il p ro cedim en to di pres sofusi on e t ras fo rma l ’EVA in m ero coll ant e inert e (2 ). Le cell e ven go no ch ius e i n una s cat ol a di giu n zione n ell a part e pos terio re d el modul o fotov olt aico e il “s and wi ch ” ott enu to vi en e fiss ato ad un a co rni ce i n allumi nio (1 ).
5.2
Funzionamento pannelli
Ogni sin gol a cell a viene conn es sa al le alt re m edi ant e ri bb on m et alli ci detti “bu sb ar” (Fig ura 5.2 -1 ) che, at trav ers an do la cel l a, fo rm an o oppo rtu n e s erie e p arall eli el ett ri ci.
(Fi gura 5 .2 -1)
In po ch e p arole, i busb ar h an no il com p ito di trasp ort are, come di ce la parol a s tess a “bu s”, l a co rren te gen erat a d al m odul o.
In altri t ermini , di can alizzare gl i el ett roni generati d al m odulo per il cosi dd etto effett o-fo tovolt ai co , ci oè q u el prin cip io b as ato s ul le p rop ri et à di al cun i mat eri ali s emi con dutt ori , in grado di co nv ertire l 'energi a d ell a radi azion e s ol are i n energia el ett ri ca, s enza p arti m eccani ch e in movim ent o e s enz a l ' uso di al cun combu st ibile.
Le v ari e tipo lo gi e di pann elli s ol ari s ono t ecnol o gi e cost rutti vamente molto simili .
59 Ess end o lo st rato co n d ro gaggio n qu ell o generalm ent e es post o al la lu ce, sull a sua s up erfi ci e vien e realizzat a un a gri gli a met alli ca ch e crea il con tatt o el ett ri co p er la raccolt a d ell a cari ca, and an do a can alizzare gli el ettroni .
Tal e gri gli a è gen eralm ent e fo rm ata d a sottili (in mod o d a non co pri re eccess iv ament e lo s t rat o foto -attiv o su cui v en gono deposi tate) st ris ce met alli ch e p arall el e tra lo ro (“fi n gers”) e d a du e st ris ce metalli ch e (“bus bar”), orto gon ali ai fin gers , che servon o a con vo gliare v erso l’est erno l a co rrent e raccolt a dai fin gers s tessi (Figu ra 5. 3-4).
(Fi gura 5 .3 -4)
Posizion at a tal e gri gl ia, viene d ep osit at o, sem pre sul l ato esterno , uno strato di an tiri fl ess o ch e cons ent e l a ri d uzion e delle perdi te dovut e all a rifles sio ne d ell a radi azion e i ncid ent e.
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5.3
Assemblaggio
Il com pon ent e fond ament al e di u n p an nel lo è l a cella fo to vol taica.
Generalm ent e s i p res ent a di col ore nero o bl u a fo rm a o ttagon al e e dimensio ni v ari abili dai 10 ai 12 [cm . ]
Le tipo lo gi e pri n cip ali so no l e mon o e l e multi -crist allin e in s ilici o.
(Figu ra 5 .3-1) (Figu ra 5. 3-2)
La di fferenza p rin ci pal e è ch e il mono -crist all ino vi en e realizzat o a
parti re d a un w afer (Figu ra 5.3 -1 ) la cui st ruttu ra cri st allin a è
omo gen ea, il ch e garanti sce un a massim a con du cibil ità d ovut a al perfetto allin eam ent o d egli atomi di sili cio all o st ato pu ro , m ent re il mul ti
-cri st allin o, i n cui il wafer (Figu ra 5.3 -2 ) non è st ruttu ral mente
omo gen eo ma o rganizzato in grani l ocalm ent e ordin ati, si ot tiene ricicl an do com pon enti el ett ro ni ci s cart ati, detti “s craps d i sili cio ” il
quale vi en e ri fuso p er ot tenere u na comp o sizion e cri st allin a co mpatt a.
61 Qu esto fa sì ch e l e celle di un mod ulo multi -crist allin o si ano cost ituit e da un in si eme di p iù crist alli di sili cio , det ermin and o un rendim ent o leggerm ent e i nferio re a q u ello del mono -cri st allin o.
Ass embl an do insi em e l e vari e cell e, s i ot tien e i l modulo .
63
CAPITOLO SESTO
Generalità componenti impianto
fotovoltaico
65
6.1
I pannelli:
Il pann ello foto volt ai co, chi am ato anche mod ulo fotov olt ai co, è u n parti col are ti po di p annello so lare che h a la cap acit à di gen erare co rrente el ettrica q uando viene esp osto all a lu ce d el Sol e, com e s piegat o n el
(Capitolo 4.2 ) sui princi pi d i funzio namento.
Qu est a è an ch e la p ri nci pal e caratt eri sti ca ch e lo di fferenzia d al p ann ell o solare t ermico, util e, inv ece, p er p rod urre acqu a cald a a s cop o s anit ario (i gi en e pers on ale o lav aggio d ell e st o vi gli e) o per i l ris cald amento . Purt rop po la t ecnolo gi a at tu ale p ermette accumul are n ell e b at terie sol o i l 12-24 % d ell 'en ergi a sol are ch e colp is ce il p ann ell o fot ovol taico ment re per q uelli t ermi ci s i ri es ce a raggiu n gere rend imenti an ch e s up eri ori all '80 %.
Tal e debol ezza è dov uta a v ari fatt ori :
• interni all ’i mp ian to , cio è i rend imenti d ei com pon en ti m at eri ali
• es terni all ’i mpi anto, ad es empi o l ’in cid enz a d ell a l uce sull a
sup erfi ci e capt ant e ed il m et eo
Ma il fatto re d et erminante, ch e condiz ion a m aggio rment e il ri sult ato fin al e d ell ’im pianto, è il p an nello co n il suo rendi mento.
66
6.1.1
Tipologie
Sul mercato s ono pres enti vari e ti polo gi e di pann elli , a second a d ell e caratt eristi ch e d ell e celle foto volt ai ch e.
Possi amo disti n gu erl i in t re gru ppi prin ci pali:
• di pri ma g en era zi one, s ono q uel li pi ù utilizzati n ell ’in d ustri a
foto volt ai ca, a b as e di silicio mon o e multi-cris tall ino e n astri di silici o (Si rib bon ).
• di seconda g en era zione, seco ndi p er ut ilizzo. Sono t ecno lo gi e a fil m so ttil e e utili zzano com e mat eri al e Tellu rio di C admio
(CdTe), Dis el eni uro di R ame Ind o e Gal li o (C u( In Ga)S e2) e Si licio
a mo rfo e mi cro cristallino.
• di terza g en erazi o ne, t ecnolo gi e em ergenti ch e h ann o com e
obbi etti vo q uel lo d i com pens are gli el ev ati costi co n l ’al ta effi ci enza d ell e cell e.
I pi ù d iffus i so no qu elli di prim a e s econ da gen erazion e.
Silicio cristallino o prima generazione
Come è st ato app rofo ndit o in p reced enza, l a t ecnol o gi a foto volt ai ca con sent e la con versi one d ell a radiazi on e solare i nci d ent e su di un a cell a di s emi con dutt ore i n una corrent e di el ett roni.
Molti t ipi di sem icondut to ri p oss ono essere ut ilizzati p er realizzare queste cell e s ol ari , ma, qu alu nqu e s i a il m at erial e i mp iegato , il meccani smo co n cui la cell a s frutt a l a l uce sol are p er ott en ere en ergi a el ettrica è ess enzi alm ent e lo st ess o ed è d en omin at o “effetto
