PROGRAMMA DIDATTICO FORMATIVO SULL'UTILIZZO DELL'ENERGIA SOLARE
PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA O TERMICA
Rivolto alle Scuole Superiori (Anno Scolastico 2002/2003)
A cura: dell'Agenzia per il Risparmio Energetico del Comune di
Roma e della cooperativa T.E.R.R.E. (Tecnologie ad Energia Rinnovabile
e Risparmio Energetico). *
PROGRAMMA DIDATTICO
- FORMATIVO SULL'UTILIZZO DELL'ENERGIA SOLARE PER LA PRODUZIONE
DI ENERGIA ELETTRICA O TERMICA
Il Ministero dell'Ambiente ha
varato negli anni passati due programmi che miravano ad incentivare
l'installazione di sistemi fotovoltaici (per la produzione di energia
elettrica) e solari termici (per la produzione di acqua calda sanitaria)
su edifici pubblici.
L'obiettivo politico di questi
programmi è quello di promuovere l'uso delle tecnologie solari che
risultano strategiche per il conseguimento degli obiettivi di riduzione
delle emissioni di gas serra fissati dal Protocollo di Kyoto.
Per sensibilizzare la cittadinanza
circa l'uso razionale e sostenibile delle risorse energetiche mediante
l'utilizzo delle tecnologie rinnovabili, valorizzando al massimo
l'opportunità di finanziamento offerta dal Ministero, l'Agenzia
per il Risparmio Energetico del Comune di Roma ha promosso nell’anno
scolastico 2001-2002 e ripropone quest’anno una iniziativa
didattico-formativa : "Energia Solare a Scuola",
rivolta a Licei ed Istituti Tecnici e Professionali.
Tale iniziativa prevede due
percorsi didattici:
MODULO 1: "Il Fotovoltaico:
la generazione di energia elettrica dal sole"
MODULO 2: "Il Solare
Termico: l’utilizzo termico della radiazione solare"
Ciascuno dei due moduli può
concludersi con il coinvolgimento degli studenti nella progettazione
e nell'installazione di un impianto solare, termico o fotovoltaico,
purché la scuola ne faccia richiesta. Per la realizzazione
di tali impianti la scuola può avvalersi del contributo messo a
disposizione dal Ministero dell'Ambiente. L'Agenzia per il Risparmio
Energetico si occuperà di redigere il progetto esecutivo degli impianti
e di presentare la domanda di finanziamento al Ministero a firma
dell'Amministrazione Provinciale in quanto proponente; si fa inoltre
garante delle proposte didattiche illustrate, che saranno affidate
alla cooperativa T.E.R.R.E. che ha una pluriennale esperienza nel
settore della didattica sulle fonti rinnovabili.
Gli Istituti interessati alla
proposta dovranno comunicarlo quanto prima all'Agenzia, per poter
beneficiare degli incentivi.
Caratteristiche generali dei moduli didattici
Il primo incontro mira a fornire
agli studenti una consapevolezza critica delle problematiche ambientali
ed energetiche attuali. Negli incontri successivi lo/la studente
ha la possibilità di approfondire la conoscenza della tecnologia
solare considerata.
Durante la fase di installazione
è inoltre prevista la realizzazione di pannelli illustrativi che
unitamente al dispositivo di monitoraggio dell'impianto permetteranno
alla scuola di fruire negli anni successivi dell’esperienza didattica
realizzata.
Triennio dei Licei scientifici, Istituiti tecnici e Istituti
professionali.
Per consentire un efficace inserimento all’interno del curricolo
sono previsti accordi diretti con i docenti.
Struttura
Entrambi i moduli hanno una durata
complessiva di 16 ore cui si aggiungono eventualmente ulteriori
12 ore per la realizzazione dell'impianto.
Le prime 16 ore costituiscono
comunque un percorso didattico compiuto che si conclude con una
visita di una giornata (4 ore) presso un centro dove è possibile
svolgere attività su impianti esistenti e realizzare una microinstallazione
di solare termico o fotovoltaico.
Il laboratorio di progettazione
e installazione dell’impianto si concentrerà sugli aspetti maggiormente
formativi della fase di realizzazione.
Metodologia e strumenti
La metodologia che viene adottata
alterna la lezione frontale interattiva, la discussione guidata,
l’uso di schede di lavoro individuali e di gruppo e l’attività in
laboratorio. In particolare tre dei sei incontri che si svolgono
presso la scuola consistono in attività guidate di laboratorio.
Agli studenti sarà distribuito
del materiale didattico consistente in una dispensa sui contenuti
del corso e in alcune schede di lavoro.
Sono previsti inoltre due momenti
di verifica formativa attraverso prove semistrutturate che gli studenti
potranno svolgere a casa.
Di seguito vengono descritte nel dettaglio le due proposte.
Modulo 1: "Il Fotovoltaico: la generazione
di elettricità dal sole"
|
Incontro
|
Argomento
|
Metodologia
|
Durata (ore)
|
|
1
|
L’utilizzo dei combustibili fossili
e il cambiamento climatico
L’aumento dei consumi energetici nel mondo e la limitatezza
degli idrocarburi.
|
Lezione frontale interattiva con lucidi e schede
di lavoro.
|
2
|
|
2
|
Le fonti rinnovabili di energia: vantaggi e limiti
del loro utilizzo. Le diverse tecnologie per l'uso delle
fonti rinnovabili.
La risorsa Sole: aspetti geometrici
ed energetici
|
Lezione frontale interattiva con lucidi, proiezione
di diapositive, modello tridimensionale del sistema Terra-Sole.
|
2
|
|
3
|
Il corso del sole e il calcolo della radiazione incidente
su un piano
|
Attività in laboratorio di informatica con foglio
di calcolo da svolgere in gruppi
|
2
|
|
4
|
Generazione di elettricità dal sole: le tappe dello
sviluppo della tecnologia.
I semiconduttori e l’effetto fotovoltaico.
La cella come generatore: elementi di teoria dei
circuiti in corrente continua.
|
Lezione frontale interattiva con lucidi, lavagna,
silicio grezzo, vari tipi di celle. Misure dimostrative.
|
2
|
|
5
|
Dipendenza delle caratteristiche elettriche della
cella da area, tecnologia costruttiva, irraggiamento. Collegamento
serie e parallelo.
|
Attività in laboratorio di fisica
|
2
|
|
6
|
La curva caratteristica di una cella: efficienza
e condizioni di lavoro. Alimentazione di semplici dispositivi
con celle fotovoltaiche.
|
Attività in laboratorio di fisica
|
2
|
|
Visita al centro dimostrativo
|
Dalla cella al modulo. Tipologie di impianti. Visita
agli impianti presenti nel centro.
Assemblaggio di un piccolo impianto isolato e misure
della potenza prodotta.
|
Sia la visita che la microinstallazione saranno condotte
attraverso attività di soluzione di problemi da svolgere
in gruppi.
|
4 (mattina o pomeriggio)
|
Modulo 2:"Il Solare Termico: l'utilizzo
termico dell’energia solare"
|
Incontro
|
Argomento
|
Metodologia
|
Durata (ore)
|
|
1
|
L’utilizzo dei combustibili fossili
e il cambiamento climatico
L’aumento dei consumi energetici
nel mondo e la limitatezza degli idrocarburi
|
Lezione frontale interattiva con lucidi e schede
di lavoro.
|
2
|
|
2
|
Le fonti rinnovabili di energia: vantaggi e limiti
del loro utilizzo. Le varie tecnologie.
La risorsa Sole: aspetti geometrici
ed energetici
|
Lezione frontale interattiva con lucidi, proiezione
di diapositive, modello tridimensionale del sistema Terra-Sole.
|
2
|
|
3
|
Il corso del sole e il calcolo della radiazione incidente
su un piano
|
Attività in laboratorio di informatica con foglio
di calcolo da svolgere in gruppi
|
2
|
|
4
|
I principi fisici alla base di generazione e trasmissione
del calore
Le tipologie di collettori solari esistenti e i materiali
di costruzione
Il collettore piano
Parallelo
|
Lezione frontale interattiva con lucidi, lavagna,
piccolo collettore piano
|
2
|
|
5
|
La retta d’efficienza dei collettori piani
|
Lezione frontale con lucidi e attività in laboratorio
di informatica con foglio di calcolo da svolgere in gruppi
|
2
|
|
6
|
Gli impieghi del solare termico. Produzione di acqua
calda ad uso sanitario e condizionamento di ambienti
Tutti i componenti di un impianto per la produzione
di acs
|
Lezione frontale interattiva con lucidi, proiezione
di diapositive , e molti dei componenti di un impianto per
la produzione di acqua calda
|
2
|
|
Visita al centro dimostrativo
|
Visita agli impianti solari presenti nel centro
Assemblaggio di un prototipo di collettore solare
termico in autocostruzione e misura delle prestazioni raggiunte
Panoramica dei criteri di progettazione di diverse
tecnologie solari
|
Sia la visita che la microinstallazione saranno condotte
attraverso attività di soluzione di problemi da svolgere
in gruppi.
|
4 (mattina o pomeriggio)
|
Laboratorio di progettazione
e installazione dell'impianto solare
Un impianto fotovoltaico connesso alla rete
|
Incontro
|
Argomento
|
Metodologia
|
Durata (ore)
|
|
Laboratorio di progettazione e installazione
|
Dimensionamento e progettazione
di un impianto da 1 kW di picco connesso alla rete elettrica
Stima della produzione elettrica prevista
Installazione del campo fotovoltaico e dell'inverter
Monitoraggio del funzionamento dell’impianto e istruzioni
per la manutenzione
|
Lezione frontale interattiva. Attività in gruppi
di lavoro
|
3 incontri di 4 ore (pomeridiane)
|
Un impianto solare termico per la produzione di acqua
calda sanitaria
|
Incontro
|
Argomento
|
Metodologia
|
Durata (ore)
|
|
Progettazione e installazione
|
Progettazione e dimensionamento
di un impianto solare per la produzione di acqua calda sanitaria
per la scuola
Calcolo del rendimento previsto, del tempo di ritorno
dell’investimento, e dei benefici ambientali ottenuti
Installazione dei collettori solari e connessione
al circuito idraulico preesistente
Monitoraggio del funzionamento dell’impianto
e istruzioni per la corretta manutenzione
|
Lezione frontale interattiva. Attività in gruppi
di lavoro
|
3 incontri di 4 ore (pomeridiane)
|
Costi per la didattica dei
corsi e tempi di attuazione
|
Proposte didattiche
|
Costi
|
Tempi
di attuazione
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MODULO 1: "Il Fotovoltaico: la generazione
di energia elettrica dal sole"
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|
senza impianto |
€ 880,00
|
16 ore
|
|
con impianto |
€
1700,00
|
28 ore
|
| |
|
|
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MODULO 2. "Il Solare Termico: l’utilizzo
termico della radiazione solare"
|
|
|
| senza
impianto |
€ 880,00
|
16 ore
|
| con
impianto |
€
1700,00
|
28 ore
|
| |
|
|
I costi previsti sono esenti da IVA.
La durata e i costi indicati
sono da considerarsi relativi ad una classe.
Modalità di accesso
all'incentivo pubblico
Modulo 1: "Un impianto fotovoltaico connesso
alla rete"
Il programma "Tetti fotovoltaici"
concede contributi pubblici, nella misura del 75% del costo d’investimento
ammesso - non inclusivo dell’IVA - per la realizzazione di interventi
d’installazione di impianti fotovoltaici fino a 20 kW.
Le spese ammissibili costituenti
il costo d’investimento, sono riferibili alle seguenti voci:
· progettazione, direzione lavori, collaudo
e certificazioni degli impianti;
· fornitura dei materiali e dei componenti necessari
alla realizzazione degli impianti;
· installazione e posa in opera degli impianti;
· eventuali opere edili strettamente necessarie
e connesse all’installazione degli impianti.
Per la realizzazione degli impianti
di potenza compresa tra 1 e 5 kW il costo massimo d’investimento,
riconosciuto dal Programma, è fissato in 8005 euro (IVA esclusa)
per kW installato; qualora il progetto risulti approvato, solo
il 25 % di questa somma più l'IVA calcolata sull'intero ammontare
(IVA al 10 %) sono da ritenersi a carico della Provincia di Roma,
quale richiedente del contributo pubblico (*).
Per la scuola non vi sono
quindi costi aggiuntivi di materiale.
Modulo 2: "Un impianto per la produzione di
acqua calda sanitaria"
Il dimensionamento di massima
dell'impianto deve essere eseguito caso per caso, in relazione
alle esigenze dell'Istituto, anche allo scopo di valutare la migliore
scelta impiantistica. A titolo di riferimento si può comunque
considerare che un metro quadro di collettori in Italia centrale
è in grado di fornire dai 50 agli 80 litri di acqua calda al giorno
a 45°C in media, ed ha un costo compreso fra 1,5 e 2 milioni di
lire a metro quadrato a seconda della tipologia dei collettori,
del tipo e della taglia dell'impianto. Lo Stato ha previsto
per questo tipo di impianti un programma di incentivazione ad
uso degli enti pubblici che copre il 30% del costo dell'investimento,
qualora la taglia dell'impianto superi i 6 metri quadrati, e complessivamente
la domanda preveda l'installazione di almeno 20 metri quadrati
di collettori solari termici nel territorio dello stesso comune.
Per un impianto di 6 metri
quadrati la copertura economica sarà suddivisa tra Provincia di
Roma quale richiedente e il Ministero dell'Ambiente quale
erogatore del contributo pubblico (qualora il progetto risulti
approvato) secondo la percentuale del 70 % e del 30 % rispettivamente
(*).
Per la scuola non vi sono
quindi costi aggiuntivi di materiale.
(*) La conferma definitiva della
disponibilità da parte della Provincia a figurare quale ente richiedente
del contributo pubblico, sarà verificata una volta definito il
numero di scuole interessate nel territorio del Comune di Roma.
Energia Solare a Scuola
a.s. 2001-2002
Nel corso del precedente anno
scolastico, il programma 'Energia solare a scuola' è stato realizzato,
in una modalità molto simile a quella precedentemente illustrata,
in sei istituti di istruzione superiore nel territorio del Comune
di Roma:
- il Liceo Scientifico
L. Pasteur
- il Liceo Scientifico
E. Majorana
- il Liceo Scientifico
G. Keplero
- l'IPSIA Sisto V
- l'IPSIA C. Cattaneo
- l'IPSIA A. Diaz
L'attività didattica ha coinvolto
complessivamente 17 classi : di queste, 3 classi hanno scelto
il modulo relativo al solare termico, realizzando un collettore
solare in autocostruzione, a scopo dimostrativo.
Per ritardi legati all'erogazione
dei fondi pubblici da parte della Regione Lazio, le classi che
hanno optato per l'impianto fotovoltaico realizzeranno l'impianto
nel corso dell'anno scolastico 2002-2003.
 T.E.R.R.E.(Tecnologie
ad Energia Rinnovabile e Risparmio Energetico), è una piccola società
cooperativa costituitasi a Roma nel marzo 1999.
I soci, laureati in fisica e in ingegneria,
si sono specializzati nel settore delle tecnologie che utilizzano
fonti energetiche rinnovabili: Master in Tecnologia dei sistemi
ad energia rinnovabile, Loughborough University UK; Corso
sulla tecnologia fotovoltaica CIEMAT, Madrid e nella didattica
e comunicazione delle scienze: Scuola di Specializzazione per l'Insegnamento
Secondario, Corso di Perfezionamento in didattica delle scienze,
Università "Roma tre".
La cooperativa lavora nel settore della
progettazione e l'installazione di sistemi da fonti rinnovabile
di energia, e nel settore della didattica e della promozione. In
particolare la cooperativa ha realizzato le seguenti iniziative
rivolte alle scuole secondarie inferiori e superiori:
- a.s. 2001/2002: "Energia
solare a scuola": corsi nell'ambito dei P.O.F. sulla
tecnologia fotovoltaica e sul solare termico con attività di laboratorio
e realizzazione di un impianto, presso sei istituti
superiori romani. Visite al centro dimostrativo per scuole medie
inferiori e superiori con incontri preparatori in classe.
- a.s. 2000/2001:"Progetto
energie a scuola": Realizzazione di corsi sulla tecnologia
fotovoltaica con la realizzazione di caricabatterie solari presso
gli istituti LSS "Archimede" e LSP "R.Levi".
- a.s. 2000/2001:
Interventi a carattere seminariale sull'uso appropriato
delle risorse e le conseguenze ambientali delle scelte energetiche
presso gli istituti LCS "Orazio", ITIS "Cardano".
- a.s. 1999/2000: Concorso
"1000 celle per 100 scuole"promosso dall'associazione
ISES - Italia. Attività di laboratorio con materiale fotovoltaico
presso la SMS "E.Montale"; Le realizzazioni sono
state poi presentate al pubblico nell'ambito della settimana della
Ricerca scientifica promossa dal MUSIS.ì
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