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Sistemi fotovoltaici - Il fotovoltaico nei lampioni

Lampione fotovoltaico

Sistemi fotovoltaici - Il fotovoltaico nei lampioni : Questo articolo parla dei sistemi fotovoltaici (che utilizzano l'energia solare) e dei lampioni fotovoltaici (molto utili nei luoghi dove manca la linea di alta tensione). Visto il prezzo del petrolio, cerchiamo di trovare altre fonti di energia. Lampioni fotovoltaici: perché non usarli per illuminare le strade?

Sistemi fotovoltaici - Il fotovoltaico nei lampioni

Energie rinnovabili: sistemi fotovoltaici, energia solare, energia eolica, energia estratta dall'idrogeno. In questi giorni, specialmente a causa del caro petrolio, molto spesso sentiamo persone che parlano di nuove fonti di energia. L'Italia sta muovendo i primi passi in questo campo e di conseguenza si trova indietro rispetto agli altri paesi europei. L'Italia, per la sua posizione geografica, potrebbe sfruttare l'energia solare molto meglio: meglio della Germania e della Svezia che hanno fatto del risparmio energetico il loro cavallo di battaglia. Spesso, purtroppo, si vedono lampioni stradali che non funzionano, a volte strade intere sono al buio. Quindi, perché non usare lampioni stradali fotovoltaici? Essi sono:
- Poco costosi
- Facili da installare
- Non inquinano e rispettano il protocollo di Kyoto
- Si trasportano facilmente

In aggiunta:

- Niente bolletta della luce
- Lavorano persino durante un black out
- Richiedono pochissima manutenzione
- La rottura di un lampione non influenza il funzionamento degli altri

Il sistema di illuminazione solare fotovoltaico ha alcune caratteristiche:

- L'energia è ottenuta soltanto dal sole
- Non necessita della presenza di alcun operatore
- Non ha bisogno di essere connesso alla rete elettrica
- Il sistema è altamente affidabile

Visione generale

Il lampione fotovoltaico è molto utile in quelle zone dove non è presente la rete elettrica. Il lampione fotovoltaico è un sistema isolato dove i moduli fotovoltaici catturano l'energia e caricano la batteria. L'energia è usata per alimentare una lampada ad alta efficienza durante la notte. Il numero di ore di illuminazione richieste e la potenza della lampada sono i fattori che determinano la dimensione della superficie dei moduli fotovoltaici: per questo motivo una buona soluzione sarebbe quella di utilizzare moduli dotati di sistemi ad inseguimento solare. Questa soluzione consentirebbe di aumentare il numero di ore di illuminazione notturna o di ridurre la superficie dei moduli fotovoltaici che dovrebbero essere installati in cima al lampione. In generale le lampade usate per i lampioni sono a vapori di sodio a bassa pressione (chiamate anche SOX). Esse emettono una luce gialla monocromatica ed hanno una efficienza molto alta. In un lampione fotovoltaico l'efficienza deve essere ai massimi livelli perché l'energia disponibile è limitata e deve essere usata al meglio per ridurre il costo del sistema o per aumentare il numero di ore notturne nel periodo invernale. Inoltre deve avere una alta efficienza sia il circuito elettronico di pilotaggio della lampada (ballast), sia il regolatore di carica che supervisiona la ricarica della batteria, sia la programmazione del timer.

Sistemi fotovoltaici - Descrizione tecnica

In generale un lampione fotovoltaico è costituito da:

- Modulo (moduli) fotovoltaico con una potenza totale variabile da 80 Wp a 250 Wp.

Modulo fotovoltaico
Modulo fotovoltaico


- Centralina elettronica per il controllo del sistema, programmabile secondo le specifiche del costruttore. Essa ha un timer programmabile tramite switch e un sistema di switching con micro-controllore per batterie al piombo a 12V.
- Batteria (12 V) con capacità variabile da 100 a 150 Ah, secondo la richiesta di illuminazione notturna. Queste batterie sono specifiche per i sistemi fotovoltaici e non necessitano di una manutenzione particolare.

Batteria
Batteria

- Plafoniera con lampada a vapori di sodio a bassa pressione (18W - 1.800 lumen, 26W - 3.600 lumen o 36W - 5.800 lumen ). Queste lampade hanno una vita che supera le 8.000 ore di lavoro, il cono luminoso ha un diametro di 9/10 metri e possono essere orientate in qualunque direzione. La lampada è posizionata, all'incirca, ad una altezza di 6 metri e genera sulla superficie circostante un flusso luminoso di ~ 5.5 Lux. I valori di illuminazione richiesti dal C.I.E (Commission International de L'Eclarage) sono uguali a 5-10 Lux per le strade con un traffico medio, uguale a 5 Lux per le strade con poco traffico.

Lampada a vapori di sodio a bassa pressione
Lampada a vapori di sodio a bassa pressione

- Palo metallico a sezione circolare per sostenere il modulo(i) fotovoltaico.
- Braccio metallico a sezione circolare per sostenere la plafoniera.
- Cassetta metallica per contenere la centralina e la batteria nel caso in cui esse vengono posizionate in cima al palo.

Centralina all'interno del contenitore metallico
Centralina all'interno del contenitore metallico

Sotto c'è lo schema generico di un lampione stradale.

lampione stradale

La produzione di energia elettrica è assicurata dal modulo (moduli) fotovoltaico. Ogni lampione è controllato da una centralina che provvede alla ricarica della batteria e alla attivazione automatica della lampada che si accende al crepuscolo e si spegne dopo un tempo predeterminato (in ogni caso in accordo con la regolazione del timer). Lampada, modulo (moduli) fotovoltaico e centralina sono sempre fissati su un palo di acciaio di circa 7 metri (~ 1 metro nel basamento in cemento armato). La batteria può anche essere fissata insieme agli altri componenti (vedi il disegno qui sopra), ma è meglio posizionarla nel sottosuolo in un apposito contenitore. Questa seconda soluzione consente alla batteria di non avere forti escursioni termiche e, soprattutto, di non soffrire le rigide temperature delle notti invernali che riducono la sua capacità reale e, di conseguenza, il tempo di illuminazione del lampione. Quello che abbiamo mostrato sopra è un sistema standard, un ulteriore miglioramento è stato fatto dalla Western CO. Questa società ha progettato e prodotto un sistema radio ricetrasmittente, situato su ogni lampione, e una interfaccia radio, sufficiente per 199 lampioni, per monitorare i parametri elettrici, per il settaggio dei parametri e per la programmazione oraria: ogni cosa viene fatta rimanendo alla base del palo, senza salirci sopra. In questo modo un controllo periodico consente di settare i parametri secondo le condizioni atmosferiche e i costi si riducono in maniera significativa.

Tentativo di progetto

Per concludere questo argomento proviamo a progettare un lampione. Considerando che il cono luminoso alla base del palo ha approssimativamente un'area di S=75 m² e il fattore di utilizzo complessivo K compreso tra il 25% e 50%, ne consegue che il flusso reale utilizzato è compreso tra 1/4 e 1/2 del flusso nominale Øn di ogni lampione. Così è possibile calcolare il valore medio di illuminazione Em tramite la formula:

lighting medium value Em formula

Usando lampade di 18W (1800 lumen) si ottiene una illuminazione compresa tra 6-12 Lux che è sufficiente per i nostri scopi (nella "Descrizione tecnica" abbiamo detto che il valore di illuminazione voluto, per le strade con un traffico medio, è di 5-10 Lux). Usando lampade di 26W (3600 lumen) si ottiene una illuminazione compresa tra 12-24 Lux, con lampade di 36W (5800 lumen) si ottiene una illuminazione compresa tra 19-38 Lux.

N.B. Tra Watt e Lumen non c'è una relazione diretta perché dipende dalla sorgente. Una lampadina ad incandescenza e una a fluorescenza, che assorbono la stessa potenza (P), hanno indubbiamente flussi luminosi differenti (F): esse hanno una differente efficienza E=F/P. La lampadina ad incandescenza ha circa 10 lumen per watt, quella a fluorescenza circa 80 lumen per watt.

Lampione fotovoltaico DEA/SOX
Lampione fotovoltaico DEA/SOX

Repost: 6 Nov 2008

 

 

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