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3.3. Le forme di energia prevista
L’art. 31 del Dlgs 112 / 98 attribuisce agli Enti locali le funzioni amministrative connesse al controllo sul risparmio energetico e l’uso razionale dell’energia e le altre funzioni che sono previste dalla legislazione regionale. Alla Provincia sono assegnate le seguenti funzioni:
- La redazione e l’adozione dei programmi di intervento per la promozione delle fonti rinnovabili e del risparmio energetico.
- L’autorizzazione alla istallazione ed all’esercizio degli impianti di produzione di energia.
Sulla base di questi compiti e seguendo gli indirizzi del PER (Piano Energetico Regionale del 1999) la Provincia di Lucca ha istituito nel 1999 l’Agenzia Provinciale per l’Energia con il sostegno della Comunità Europea e servendosi di questo strumento ha prodotto il Programma Energetico della Provincia di Lucca approvato dal Consiglio nel Marzo del 2001. Con tale documento si sono definiti gli obiettivi in termini di produzione di energia da fonti rinnovabili e di riduzione dei consumi che permettessero di rispettare gli impegni assunti a livello regionale, nazionale e comunitario in termini di MTEP (Milioni di Tonnellate Equivalenti di Petrolio) risparmiati e di tonnellate/anno di CO2 (Anidride Carbonica) evitata (Tabella 3.3.1).
Produzione Risultato Energetico (MW) MTEP Risparmiati CO2 Evitata t/anno Investimenti (Milioni di euro) Idroelettrico 10 0,01 32˙000 25 Eolico 10 0,005 15˙000 9 Solare FV 2 0,0001 700 15 Solare Termico 22˙500 mq 0,0007 400 8 Biomasse 10 0,019 70˙000 25 Cogenerazione 82 0,055 200˙000 95 Riduz. Consumi Civile e terziario 0,025 90˙000 Trasporti 0,072 250˙000 TOTALI 0,1868 658˙100
178 Il Quadro di sintesi in termini di produzione si basa essenzialmente sullo sviluppo delle energie rinnovabili quali l’idroelettrico, le biomasse, il solare e l’eolico. Dall’analisi dei dati si evince che l’attuazione delle politiche fin qui indicate, produrrebbe una modifica del sistema energetico provinciale tale da ottenere un quantitativo di CO2 evitata al 2010 di circa 658˙000 tonnellate l’anno rispetto allo scenario che si verificherebbe senza l’attuazione di tali indirizzi.
Il fotovoltaico
Perché il fotovoltaico
A Castelnuovo Garfagnana nei giorni 20 e 21 Ottobre 2003 si è tenuto un convegno dal titolo: “Dall’acqua all’acqua. La Garfagnana come terra di sviluppo sostenibile: le risorse rinnovabili e l’economia dell’idrogeno”, che ha dato una svolta all’intera valle verso l’uso delle forme di energia rinnovabili. Molti i progetti di cui si è parlato, e molte anche le iniziative prese in tale sede e poi realizzate. In particolare, tra le fonti rinnovabili previste dal programma energetico Provinciale, è stato posto l’accento sul fotovoltaico, evidenziando ciò che finora era stato fatto e quali erano i progetti futuri.
Già nel triennio 2001 – 2003 erano stati finanziati dal Ministero dell’Ambiente 32 impianti, per un totale di 100 Kwp nell’ambito del programma “10˙000 Tetti Fotovoltaici” con il quale la Regione Toscana aveva promosso un accordo volontario settoriale.
Quanto previsto per il decennio 2000 – 2010 è riassunto nella Tabella 3.3.2.
PIANIFICAZIONE 2000 - 2010 Potenza installata Kwp TEP Risparmiati Ton CO2 evitate 2000 100 700
Tabella 3.3.2: Solare Fotovoltaico - Provincia di Lucca
Ad oggi si sa che siamo leggermente in ritardo sulla tabella di marcia, soprattutto perché i finanziamenti pubblici rimangono insufficienti, e anche perché per ogni bando, la domanda
179 dei cittadini interessati a realizzare un impianto fotovoltaico supera ampiamente le disponibilità dei contributi possibili.
Per il settore pubblico, la Provincia di Lucca ha portato a finanziamento 10 impianti in edifici scolastici per un totale di 200 Kwp. Con il supporto di ALERR (Agenzia Lucchese Energia Recupero Risorse) sono stati fatti due interventi in edifici scolastici di Castelnuovo: uno ha riguardato l’Istituto Campedelli ed un altro l’Ipsia Simoni. La potenza dei due impianti è di 20 Kwp, la spesa è stata di € 320˙200.
Fig. 3.3.1: Pannelli fotovoltaico sul tetto dell’IPSIA S. Simoni
Funzionamento di un impianto fotovoltaico
Ogni istante il Sole trasmette sull’orbita terrestre 1367 W/m2. L’irraggiamento solare sulla superficie terrestre mediato nelle 24 ore e nelle quattro stagioni, alle latitudini europee e di circa 200 W/m2. La quantità di energia solare che arriva ogni istante sul suolo terrestre è enorme, circa mille volte superiore a tutta quella usata dall’umanità nel suo complesso, ma essendo poco concentrata, è piuttosto difficile da convertire in energia facilmente sfruttabile con efficienze accettabili (principalmente elettricità). Fra le tecnologie principali per estrarre energia dal sole, ci sono i pannelli fotovoltaici.
I pannelli fotovoltaici convertono la luce solare direttamente in energia elettrica sfruttando l’effetto fotoelettrico e hanno una efficienza di conversione che arriva fino al 32,5% nelle
180 celle da laboratorio. In pratica però una volta ottenuti i moduli dalle celle e i pannelli dai moduli e una volta montati in sede, l’efficienza media è di circa del 12%.
L’effetto fotovoltaico è il principio che sta alla base del funzionamento dei pannelli solari. Quando la radiazione solare (costituta da fotoni di diversa energia) investe una cella fotovoltaica, la parte di radiazione assorbita cede energia agli elettroni della cella (di materiale semiconduttore, generalmente silicio). In queste condizioni gli elettroni sono liberi di lasciare la loro posizione e si rendono disponibili per la conduzione. Le posizioni lasciate libere vengono dette lacune e vengono assimilate ad una corrente di cariche positive opposta a quella di cariche negative costituita dagli elettroni.
Fig. 3.3.2: Schema di cella fotovoltaica
Di molti materiali impiegabili per la costruzione dei moduli fotovoltaici, il silicio è in assoluto il più utilizzato. Il silicio è uno degli elementi più diffusi sulla terra e, per la particolare
181 posizione in cui si trova nel sistema periodico di Mendeleev (nel quarto periodo), allo stato puro a temperatura ambiente non conduce elettricità, ma può essere sfruttato affinché lo faccia, grazie alla disposizione dei suoi 14 elettroni; la loro disposizione orbitale naturale permette che i quattro esterni possano essere dati, accettati o condivisi.
La tecnica più comune per creare un campo elettrico è quella conosciuta come “drogaggio”. Consiste nell’aggiungere al silicio una piccola quantità di fosforo o arsenico (quinto colonna del sistema di Mendeleev): si ottiene un semiconduttore di tipo “n”. Aggiungendo invece una piccola quantità di boro o gallio (terza colonna del sistema), si ottiene un semiconduttore di tipo “p”. Quando due parti di silicio di tipo “n” e di tipo”p” sono messe in contatto, si forma un campo elettrico.
La cella, unità fondamentale di un sistema fotovoltaico, da sola produce una potenza compresa tra 1 e 2 W (sfruttando una superficie di circa 100 cm2). Più celle vengono messe insieme per formare unità di maggiore potenza dette moduli.
I moduli, hanno dimensioni variabili da 0,5 mq a 1,5 mq e raramente maggiori a causa delle grosse perdite di prestazione che l’intero modulo subisce all’ombreggiamento di una sua singola cella. La potenza più comune si aggira intorno ai 150 W a 24 V, raggiunti in genere impiegando 72 celle fotovoltaiche (per creare 1kWp servono 8 metri quadrati di moduli). La superficie occupata dai modelli commerciali si aggira in genere intorno ai 7,5 mq/kW, ovvero sono necessari 7,5 mq di superficie per ospitare pannelli per un totale nominale di 1000 W. Un mq di moduli fotovoltaico di silicio può produrre 0,3 - 0,4 Kwh al giorno in inverno e 0,6 -0,8 kWh in estate.
2002 2006 2008 - 2012 MWe Mtep MWe Mtep MWe Mtep Fotovoltaico 25 0.045 100 0.022 300 0.071
Tabella. 3.3.3: Dati relativi al Fotovoltaico: situazione e previsione di sviluppo
Nella tabella sopra sono riportati i dati relativi agli anni 2002 e 2006 e la previsione di sviluppo nei quattro anni 2008 - 2012.
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Fotovoltaico per le scuole
Il Programma “Tetti Fotovoltaici” del Ministero dell’Ambiente finanzia al 70% il costo dell’impianto. Il costo dell’impianto sarà ammortizzato prima del 10° anno di utilizzo (intorno al 6°-7°-8° anno) e da allora in poi si avrà un continuo risparmio fino alla fine dell’impianto stesso (la vita è stimata in 30 anni, ma può durare oltre).
A titolo di esempio, consideriamo che, per una famiglia di 4 persone dell’Italia centrale (irraggiamento medio) il cui consumo annuo è di 2.500 kWh, ai costi di mercato attuali, la spesa per un impianto che soddisfi le relative esigenze è di circa 15.000 € Iva esclusa. Un impianto da 1,5 Kw risparmierà in 30 anni l’emissione in atmosfera di 40 tonnellate di CO2 e farà risparmiare 14 tonnellate di combustibili fossili. Per la parte elettrica è necessario effettuare una verifica, con cadenza annuale, dell’isolamento dell’impianto verso terra, della continuità elettrica dei circuiti di stringa e del corretto funzionamento dell’inverter, che converte la corrente, continua così come prodotta dai pannelli, in alternata.
Fig. 3.3.3: Pannelli fotovoltaici sul tetto di un edificio scolastico
Di recente, l’ex Ministro Fioroni ha fatto notare che, se in cinque anni, in Italia, un edificio scolastico su quattro scegliesse, per produrre energia elettrica, di adottare un sistema fotovoltaico di piccole dimensioni (50 kWh), la totalità degli impianti impedirebbe
183 l'emissione di tre milioni di tonnellate di CO2 nell'atmosfera e produrrebbe l'energia di una grande centrale elettrica a gas o a carbone. Con questo sistema, una scuola dell’Italia centrale potrebbe avere un ricavo annuo di circa 32˙000 euro.
I vantaggi sono evidenti. Innanzi tutto si educano i ragazzi verso il rispetto dell’ambiente e l’utilizzo di energie pulite e rinnovabili, poi si avrebbe un guadagno finanziario non indifferente, azzerando i costi della bolletta elettrica e vendendo la parte di elettricità in eccesso al distributore locale (in questo caso l’Enel).
Caratteristiche dell’impianto scelto
I dati geografici del sito di installazione sono: - Latitudine di 44° 7′ 19′′ Nord
- Longitudine di 10° 24′ 20′′ Est - Altitudine 410 metri s.l.m. - Azimut 28° Ovest
Il campo fotovoltaico è posizionato su parte della copertura dell’auditorium che è stato orientato proprio per favorire lo sfruttamento di tale forma di energia. I moduli fotovoltaici vengono disposti su più file, ad una distanza tale da evitare il mutuo ombreggiamento. Il tipo di modulo fotovoltaico scelto è il mod. PHOTOWATT PW1000 – M100 tipo standard con cornice di alluminio anodizzato composto da 72 celle in silicio policristallino connesse in serie. I moduli sono in numero di 200 con potenza nominale pari a 100 Wp cadauno, per una potenza complessiva di 20.000 Wp.
184
Normativa di riferimento
Il progetto dovrà essere realizzato a regola d’arte in accordo con la normativa vigente ed in particolare:
- CEI 0-2 : Guida per la definizione della documentazione di progetto per gli impianti elettrici
- CEI 11-20 per impianti di produzione di energia elettrica e gruppi di continuità collegati a reti di I e II categoria;
- CEI 20-19 (1 -13) : Cavi isolati con gomma con tensione nominale non superiore a 450/750 V.
- CEI 20-20 (1 -13) : Cavi isolati con polivinilcloruro con tensione nominale non superiore a 450/750 V.
- CEI 20-21 : Calcolo delle portate dei cavi elettrici. - CEI 20-40 : Guida per l’uso di cavi in bassa tensione.
- CEI 64 (fasc. S/423) : Impianti di terra negli edifici civili. Raccomandazioni per l’esecuzione.
- CEI 64-8 per gli impianti utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in ca e a 1500 V in cc;
- CEI 81-1, CEI EN 62305 : Protezione delle strutture contro i fulmini.
- CEI 82-25 per la guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di media e bassa tensione;
- CEI EN 50086-1, CEI EN 50086-2-2, CEI EN 50086-2-3 : sistemi di tubi e accessori per le installazioni elettriche. parte 1: prescrizioni generali, per tubi rigidi, per tubi flessibili e accessori.
- CEI EN 50380 per i fogli informativi e i dati di targa dei moduli FV. - CEI EN 60099-4 : Scaricatori ad ossido metallico
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- CEI EN 60439-1, CEI EN 60439-2, CEI EN 60439-3 : apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per quadri BT ( Parte1 - 2 -3)
- CEI EN 60529-1 per il grado di protezione degli involucri.
- CEI EN 60904-1 per i dispositivi fotovoltaici (Parte1: Misura delle caratteristiche fotovoltaiche tensionecorrente);
- CEI EN 60891 : Caratteristica I-V di dispositivi fotovoltaici in silicio cristallino. procedure di riporto dei valori misurati in funzione di temperatura ed irraggiamento.
- CEI EN 60904-2 per i dispositivi fotovoltaici (Parte 2: Prescrizione per le celle fotovoltaiche di riferimento);
- CEI EN 60904-3 per dispositivi fotovoltaici (Parte 3: Principi di misura per sistemi fotovoltaici per uso terrestre e irraggiamento spettrale di riferimento;
- CEI EN 61173: Protezione contro le sovratensioni dei sistemi fotovoltaici per la produzione di energia. Guida.
- CEI EN 61727 per sistemi fotovoltaici e loro caratteristiche di interfaccia di raccordo con la rete;
- CEI EN 61215 per moduli FV in silicio cristallino,
- Norme CEI/IEC ( in particolare le norme: EN 60439-1,-2, -3 per i quadri elettrici, CEI EN 60555-1 per i disturbi indotti sulla rete, CEI EN 61000-3-2 per la compatibilità elettromagnetica EMC e la limitazione delle emissioni in RF) per gli aspetti elettrici ed elettronici convenzionali;
- Norme UNI/ISO per le strutture meccaniche di supporto e di ancoraggio dei moduli fotovoltaici
- Norme UNI 10349 e la collegata UNI 8477 per il dimensionamento del generatore fotovoltaico.
- DPR 547/55 e D.L. 626/94 e succ. mod. per la sicurezza e la prevenzione degli infortuni sul lavoro
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Il recupero delle acque meteoriche
Perché recuperare le acque piovane
Anche se il globo terrestre risulta coperto da acqua e ghiaccio per il 90%, l’acqua dei mari e degli oceani, come pure quella di alcuni laghi, rappresenta una risorsa proibitiva per l’uomo a causa della sua salinità. L’acqua dolce ricavata per desalinizzazione risulta dalle cinque alle dieci volte più cara rispetto a quella prelevata dalle acque di superficie o dalle falde sotterranee. Rimane pertanto questa la sola acqua che possiamo utilizzare, ma spesso la usiamo male e sempre più spesso la restituiamo inquinata. I problemi legati alla disponibilità di acqua potabile dipendono proprio dall’uso scriteriato che ne facciamo, oltre alla crescita demografica vertiginosa e alla differente distribuzione delle precipitazioni e delle riserve idriche sul nostro pianeta.
La preziosità dell’acqua potabile richiederebbe un diverso atteggiamento, volto soprattutto al risparmio, al risanamento, ad un prelievo razionale e ad un contenimento degli sprechi. Gli americani, nel loro opulento stile di vita, consumano in media 170 litri d’acqua potabile al giorno pro capite: 8 per bere e cucinare, 65 per la pulizia personale, 20 per il bucato, 70 per lo sciacquone del water e i rimanenti per altri usi. Noi italiani riusciamo a sprecarne anche di più, con una media di 260 litri giornalieri, raggiungendo l’infelice primato in Europa.
A peggiorare questo scenario che vede ridursi la quantità d’acqua dolce disponibile, negli ultimi anni si stanno anche accentuando alcuni fenomeni come la siccità prolungata o le precipitazioni brevi e catastrofiche (l’estate 2003 ne è un esempio significativo).
Appare evidente che il futuro dell’umanità si giocherà certamente anche sull’uso che faremo della risorsa acqua e sulla nostra capacità di non ripetere gli errori commessi finora. Il futuro vedrà di certo l’acqua destinata ad usi strettamente domestici; per tutti gli altri usi dovrà andar bene anche la cosiddetta “acqua riciclata”.
187 Per quali utilizzi si può ricorrere all'acqua piovana?
• Impianti antincendio (vasche di accumulo)
• Servizi igienici non potabili (cassette di risciacquo e orinatoi) • Innaffiamento dei giardini od impianti di irrigazione
• Lavaggio delle auto
• Impianti industriali in genere (raffreddamento, lavaggio, risciacquo)
188
Come funziona un impianto di recupero acque piovane
Un impianto di raccolta e riciclaggio acque piovane è costituito da alcuni componenti essenziali:
- Il sistema di raccolta vero e proprio, cioè l’insieme delle superfici investite dalla pioggia, grondaie, converse, pluviali, caditoie, pozzetti di drenaggio e tubazioni di raccordo, che servono a convogliare l’acqua verso il serbatoio di accumulo.
- Il filtro, che rappresenta il cuore dell’impianto ed ha la funzione di trattenere o separare dall’acqua tutto il materiale (fogliame, detriti, ecc…) che, andando a depositarsi nel serbatoio di accumulo, determinerebbe un deterioramento della qualità dell’acqua e un eventuale intasamento delle condotte o del sistema di pompaggio.
- Il serbatoio di accumulo, cioè una cisterna prefabbricata o costruita in loco, di capacità appropriata, con un accesso sicuro e dotata di dispositivo di “troppopieno”. Questo ultimo permette il convogliamento dell’acqua accumulata in eccesso verso la fognatura, verso il terreno (sistema di infiltrazione, pozzo perdente), oppure verso un sistema di smaltimento naturale (fitodepurazione o subirrigazione)
- Una stazione di pompaggio dell’acqua raccolta verso l’impianto di utilizzo, nettamente separato dalla rete di acqua potabile.
Oltre al contenimento degli sprechi, va considerato anche l’aspetto ecologico. Le superfici urbane sono sempre più saturate di edifici e di strade, o di aree cementificate, che convogliano direttamente le acque piovane nella rete fognaria ed impediscono la naturale infiltrazione nel terreno: di conseguenza si riduce sempre più la formazione di nuova acqua sotterranea, che rappresenta la fonte principale di approvvigionamento acqua potabile.
Un impianto di recupero acque meteoriche consente di disperdere in loco l’eccesso di acqua raccolta (tramite il dispositivo di “troppopieno” collegato ad un sistema di infiltrazione), impedendo che questa “scivoli” via a causa della progressiva impermeabilizzazione dei suoli.
189 Fig. 3.3.5: Esempio di “impianto di recupero acque meteoriche”
Il serbatoio da noi adottato è il “Columbus 6500L” della ditta Actec. I diversi tipi di serbatoio costruiti dalla ditta, possono essere collegati in serie, nel nostro caso la raccolta avviene tramite un unico recipiente che può contenere circa 6500 litri. Le dimensioni sono di 2,13 metri di diametro per 2,50 metri di altezza.
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Il tunnel solare
Perché il tunnel solare
La luce naturale ha effetti positivi sul fisico e al contempo, grazie alla sua variabilità in termini temporali (mattina-sera, cielo coperto-cielo sereno) può suscitare reazioni emozionali ed emotive che influiscono positivamente sullo stato d’animo delle persone. La luce naturale svolge un ruolo determinante nella definizione architettonica degli spazi, contribuisce in modo decisivo alla percezione dei volumi e degli arredi ma soprattutto al benessere.
Generalmente quando si parla di luce ci si riferisce al rapporto tra la superficie delle finestre e quella della stanza. Mentre la luce naturale garantisce uno spettro luminoso completo, quella artificiale spesso provoca un’alterazione nella percezione dei colori, per questo motivo nella valutazione della qualità luminosa di una stanza viene preso come parametro di riferimento la luce solare. Talvolta diventa difficile ottenere ambienti sufficientemente illuminati e ricchi di colori, chiari-scuri e ombre.
Dal punto di vista architettonico l’unica porzione di edificio colpita dai raggi solari durante tutto l’arco della giornata è il tetto. Le finestre verticali invece, essendo posizionate in facciata, hanno un orientamento che è subordinato alla forma dell’edificio e alle condizioni ambientali esterne.
Negli ultimi anni sono stati progettati e realizzati i tunnel solari in grado di captare la luce naturale dal tetto e di trasportarla attraverso condotti in stanze sottostanti prive di finestre o scarsamente illuminate. Nell’edilizia residenziale nuova, le possibili applicazioni di questi prodotti riguardano principalmente ambienti a uso discontinuo che non comunicano direttamente con l’esterno (corridoi, vani scala, ripostigli). Negli edifici vecchi o nei restauri, invece, l’utilizzo di condotti/tunnel di luce permette di risolvere gravi problemi illuminotecnici non solo nei locali di servizio ma anche in quelli scarsamente illuminati come ad esempio nei bagni “ciechi” o negli ingressi. Inoltre, nel recupero edilizio, a causa dell’eccessiva profondità o irregolarità dei locali può essere necessario integrare l’apporto di luce anche in ambienti normalmente illuminati dalle finestre.
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Come funziona il tunnel solare
La luce del sole viene catturata e trasportata all'interno degli ambienti attraverso un tunnel altamente riflettente dentro il quale sono posizionate lenti prismatiche. Un captatore ottico è predisposto per intercettare e dirigere dentro il tubo riflettente e convogliatore, come un imbuto, tutti i raggi di luce che lo raggiungono.
Tutta l’energia luminosa fornita dal cielo e dal sole, meno la piccolissima frazione che la cupola del captatore assorbe o riflette (8%), e quella che il tubo non riflette (0,5% ad ogni contatto), raggiunge il diffusore che, per la sua funzione ne assorbirà o disperderà al massimo il 20%. Per queste buone ragioni un apparecchio lungo 3 m, con due raccordi curvi a 60°, può portare all’ambiente da illuminare almeno 70% della luce ricevuta alla cupola anche con cielo nuvoloso o coperto. Se poi riusciremo a fare a meno di raccordi curvi, il guadagno sarà molto più alto.
192 Fig. 3.3.8: Il captatore ottico
La luce è anche energia. L'energia solare acquisita dal Tunnel solare è strettamente connessa alla quantità di luce che passa attraverso il tunnel. La quantità di energia contenuta nella luce solare è di circa 9W per 1000 lumen. Se, ad esempio, l'emissione di luce del Tunnel solare è di 2000 lumen, l'energia solare acquisita sarà di 18W.
