studio di prefattibilita’di un impianto davide... · dell’impianto al variare dei parametri...
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POLITECNICO DI MILANO
Facoltà di Ingegneria Industriale
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica
STUDIO DI PREFATTIBILITA’DI UN IMPIANTO
SOLARE TERMICO PER IL PRE-RISCALDO
D’ACQUA DI PROCESSO
Relatore: Prof. Federico Viganò
Tesi di laurea di
Davide Acerbis
Matr. N. 801755
Anno Accademico 2013-2014
INDICE
Indice delle figure
Indice delle tabelle
Sommario I
Abstract II
Introduzione III
1. BONIFICA AUTOCISTERNE
1.1 Autolavaggio cisterne ________________________________________________ 2
1.2 Impianto termico 5
1.2.1 Caldaia ad olio diatermico 8
1.2.2 Pompe ad alta pressione di alimento testine 10
1.2.3 Testine di lavaggio 13
1.3 Linea olio diatermico- acqua 15
2. IL SOLARE TERMICO
2.1 L’energia solare 21
2.2 Le componenti della radiazione solare 22
2.3 Geometria solare 24
2.3.1 Declinazione solare 24
2.3.2 Angolo orario e durate del giorno 25
2.3.3 Angolo Zenitale, d’incidenza, Azimutale e di Tilt 26
2.4 Energia intercettabile 29
2.5 Collettore solare piano TSOL 25 TOP 33
3. PROGETTO DI MASSIMA IMPIANTO SOLARE TERMICO
3.1 Logica progettuale 36
3.1.1 Prima dell’alba, dopo il tramonto 38
3.1.2 Tra l’alba e l’apertura dell’impianto 39
3.1.3 Durante l’apertura dell’impianto 42
3.2 Codice di calcolo 44
3.3 Percorso solare Piacenza 54
3.4 Dimensionamento impianto 58
4. ANALISI ECONOMICA
4.1 Fattibilità 70
4.2 L’investimento 71
4.2.1 Costi di installazione 73
4.2.2 Costi di esercizio 76
4.3 Agevolazioni per il risparmio energetico 75
4.3.1 Chi può usufruire dell’agevolazione 77
4.3.2 Gli interventi interessati dall’agevolazione 79
4.4 Ammortamenti 81
4.5 Calcolo flussi di cassa 84
4.6 Valutazione investimento 85
4.6.1 Metodo del VAN 86
4.6.2 Metodo del TIR 90
5. CONCLUSIONI
5.1 Premessa 93
5.2 Lavoro svolto e sviluppi futuri 94
INDICE DELLE FIGURE
Fig. 1 Bonifica Autocisterne Piacenza 3
Fig. 1.1 Schema impianto 6
Fig. 1.2 Schema impianto 7
Fig. 1.3 Caldaia TH/AR 3000 8
Fig. 1.4 Caratteristiche caldaia TH/AR 300 9
Fig. 1.5 Pompe alimento testine 11
Fig. 1.6 Testine di lavaggio 13
Fig. 1.7 Serbatoio accumulo acqua 16
Fig. 1.8 Linea acqua-olio diatermico 17
Fig. 1.9 Linee olio diatermico uscita caldaia-ingresso evaporatore 18
Fig. 1.10 Linea olio diatermico - acqua, ingresso e uscita evaporatore 19
Fig. 2.1 Componenti radiazione solare incidente su una superficie 23
Fig. 2.2 Angolo di declinazione solare 25
Fig. 2.3 Rappresentazione degli angoli di Tilt, Zenit e Azimut 27
Fig. 2.4 Angolo zenitale 28
Fig. 2.5 Angolo azimutale 28
Fig. 2.6 Flussi energetici nel collettore 30
Fig. 2.7 Variazione rendimento in funzione della differenza di T 31
Fig. 2.8 Collettore solare TSOL 25 TOP 33
Fig. 3.1 Diagramma T-Q scambiatore serbatoio 40
INDICE DELLE TABELLE
Tab. 1.1 Tipologie – trattamenti lavaggi 4
Tab. 1.2 Caratteristiche tecniche testine di lavaggio 14
Tab. 2.1 Parametri caratteristici collettori 30
Tab. 2.2 Caratteristiche tecniche pannello 34
Tab. 3.1 Calcolo parametri impianto solare 36
Tab. 3.2 Altezza solare Piacenza in funzione ora e mese 55
Tab. 3.3 Altezza azimutale solare Piacenza in funzione ora e mese 56
Tab. 3.4 Valori operativi giorno tipo 58
Tab. 3.5 Risultati installazione 50 pannelli solari a dicembre 61
Tab. 3.6 Risultati dicembre senza pannelli 62
Tab. 3.7 Risultati installazione 100 pannelli solari a dicembre 62
Tab. 3.8 Risultati dicembre senza pannelli 63
Tab. 3.9 Risultati installazione 50 pannelli solari a luglio 63
Tab. 3.10 Risultati luglio senza pannelli 64
Tab. 3.11 Risultati installazione 100 pannelli solari a luglio 64
Tab. 3.12 Risultati luglio senza pannelli 65
Tab. 3.13 Risultati anno con installazione 50 pannelli solari 67
Tab. 3.14 Risultati anno con installazione 100 pannelli solari 67
Tab. 4.1 Costi installazione impianto con 50 – 100 pannelli solari 72
Tab. 4.2 Copertura assicurativa con 50 collettori solari 74
Tab. 4.3 Copertura assicurativa con 100 collettori solari 75
Tab. 4.4 Detrazione per installazione pannelli solari 77
Tab. 4.5 Valor residuo all’anno n impianto a 50 collettori 83
Tab. 4.6 Valor residuo all’anno n impianto a 100 collettori solari 84
Tab. 4.7 Indici economici per il calcolo del VAN con 50 pannelli solari 87
Tab. 4.8 Indici economici per il calcolo del VAN con 100 pannelli solari 89
Tab. 4.9 Indici economici per il calcolo del TIR con 50 pannelli solari 91
Tab. 4.10 Indici economici per il calcolo del TIR con 100 pannelli solari 92
Sommario
La presente trattazione riguarda lo studio e la conseguente progettazione in
termini di fattibilità di un impianto solare utile al pre-riscaldo dell’acqua di
processo; acqua utilizzata per il lavaggio delle autocisterne dall’azienda
piacentina denominata Bonifica Autocisterne.
La progettazione dell’impianto solare si è fondata su due precise richieste
pervenute direttamente dall’azienda:
- la possibilità di avere acqua di processo ad una temperatura maggiore della
temperatura di falda;
- una soluzione che non fosse troppo “invasiva”, cioè che non portasse
modifiche strutturali dell’impianto già esistente;
Attraverso un’attenta ricerca delle diverse soluzioni offerte dal mercato solare e
implementando un algoritmo risolutivo che potesse simulare il comportamento
dell’impianto al variare dei parametri operativi, si è potuto stabilire la fattibilità
tecnica di una soluzione impiantistica come quella studiata e determinare, tra
diverse possibilità (installazione 50 -100 collettori solari), quella che meglio
rispondesse alle esigenze dell’azienda.
Determinata la fattibilità realizzativa dell’impianto, si è condotta un’analisi
economica, studiando con particolar attenzione le agevolazioni connesse ad
investimenti come quello qui considerato e valutando i vari indici economici
utili a determinare la redditività dell’investimento.
Abstract
This thesis consists of a research project on the feasibility of a solar plant to pre-
heat process water; the water is used for washing tanks in Bonifica Autocisterne,
a company located in Piacenza.
The solar plant project is based on two specific requests from the company:
The possibility to get process water at a higher temperature than water-
bearing temperature.
A solution which does not involve any structural change to the current
plant.
Through an in-depth research of the different solutions available in the solar
market and implementing an algorithm to simulate the performance of the plant,
it was possible to assess the technical feasibility to considering different
solutions. The installation of 50-100 solar panels was the option that better
satisfied the company’s request.
Since the technical feasibility was ensured, it was necessary to carry out an
economical analysis through an attentive look at fiscal benefits, like economical
indexes that determine the return on investments.
Introduzione
Il seguente elaborato tratta lo studio, la progettazione e l’analisi economica di un
progetto preliminare per l’installazione di un impianto solare termico utile al
riscaldo dell’acqua di processo utilizzata dall’azienda Bonifica Autocisterne, sita
a Piacenza, per il lavaggio delle autocisterne.
Ingenti per l’azienda sono le spese necessarie al riscaldo dell’acqua di processo,
che nell’apposito serbatoio di accumulo si trova alla temperatura di falda (circa
8 °C); l’installazione di una soluzione che permetta in modo del tutto green il
riscaldo dell’acqua, comporterebbe un significativo risparmio energetico e
quindi economico.
Il tema chiave della trattazione è stata la progettazione dell’impianto; grazie ai
parametri operativi forniti dall’azienda, all’irraggiamento nella zona di interesse
fornito da PVGIS e alla scrittura di un algoritmo risolutivo si è riusciti a
simulare il comportamento dell’impianto nei giorni tipo dei vari mesi.
Sono state considerate due diverse soluzioni impiantistiche, un impianto formato
da 50 collettori solari ed un altro costituito da 100 collettori solari.
Oltre ad un confronto a livello tecnico tra le due soluzioni proposte è stata
condotta anche un’analisi economica per valutare la remunerabilità dei due
investimenti.
La tesi si compone dei seguenti capitoli:
CAPITOLO 1: presentazione dell’impianto Bonifica Autocisterne, dei vari
componenti dell’impianto e delle linee acqua di processo e olio diatermico.
CAPITOLO 2: solare termico, le componenti fondamentali della radiazione
solare,gli angoli della radiazione solare e l’irraggiamento; elementi fondamentali
per una corretta progettazione di questo tipo di impianti.
CAPITOLO 3: verrà illustrata la logica progettuale utilizzata in fase di
progettazione, l’algoritmo risolutivo e i risultati ottenuti rispettivamente con la
soluzione a 50 collettori solari e a 100 collettori solari;
CAPITOLO 4: verrà trattata l’analisi economica dell’investimento,
considerando le agevolazioni concesse per questo tipo di impianti solari e i vari
indici economici per stabilire la bontà dell’investimento;
CAPITOLO 5: conclusioni riguardanti il lavoro svolto e possibili sviluppi
futuri;
Capitolo 1
BONIFICA AUTOCISTERNE
Nell’area industriale di Borgoforte, nella periferia sud-est di Piacenza, Iren
gestisce un complesso, costituito dai seguenti impianti:
Impianto di trattamento biologico delle acqua fognarie di Piacenza;
Impianto del trattamento chimico-fisico dei reflui industriali;
Area di stoccaggio dei rifiuti speciali;
Centro stoccaggio e trattamento, costituito da cernita e triturazione, di
rifiuti solidi urbani e rifiuti speciali assimilabili;
Stazione di lavaggio autocisterne, denominata Bonifica Autocisterne;
Bonifica Autocisterne in realtà è una società autonoma, che ha come socio di
maggioranza Iren; svolge attività di lavaggio, previa accettazione del materiale
da trattare, di autocisterne contenenti residui di varie tipologie di carichi, molto
differenti tra loro.
Tale attività richiede l’utilizzo di un gran quantitativo di acqua calda e vapore;
ingenti sono quindi le risorse richieste per il riscaldamento dell’acqua.
1.1 Autolavaggio cisterne
L’impianto è situato nei pressi dell’autostrada A1, si trova dunque in una
posizione strategica per gli utenti interessati al lavaggio della autocisterne.
L’impianto è costituito da un parcheggio esterno molto grande, dove vi è la
possibilità di parcheggio per 40-50 veicoli in attesa del lavaggio.
Le piste utili al lavaggio delle autocisterne sono 4, di cui una separata per
prodotti alimentari con sistema di filtrazione e sterilizzazione.
In ogni pista sono presenti:
tre testine di lavaggio dalle quali possono fuoriuscire getti freddi, getti
caldi (temperature fino a 90° C) a pressioni fino a 200 bar; queste testine,
attraverso i boccaporti, vengono calate all’interno delle autocisterne;
tre lance dalle quali fuoriesce solamente acqua, no vapore; queste
vengono utilizzate prevalentemente per il lavaggio esterno delle
autocisterne e per la pulizia dei residui sulle piste;
Le testine vengono calate, nelle autocisterne, dall’alto attraverso i boccaporti; gli
operatori operano sopra le autocisterne grazie alla presenza di carrelli mobili che
garantiscono sicurezza durante le fasi di lavaggio e possibilità di movimenti
agevoli dato il loro sviluppo lungo tutta la lunghezza dell’autocisterna.
Nella fase di pre-lavaggio, cioè nell’attesa prima dell’entrata nelle diverse piste,
alcuna autocisterne, quelle che trasportano sostanze molto incrostanti, iniziano
l’operazione di lavaggio con vapore, in modo da eliminare le incrostazioni e
poter lavare successivamente con più efficacia l’autocisterna.
Figura 1 Bonifica Autocisterne Piacenza
La scelta del tipo di trattamento è demandata all’esperienza degli operatori ed a
un database in grado di suggerire il lavaggio più appropriato. In presenza di una
nuova sostanza dichiarata dal trasportatore, il gestore dell’impianto procede alla
sua individuazione all’interno dell’elenco di materiali presente nel database;
apprese tutte le caratteristiche della sostanza il gestore, in presenza di elevati
rischi legati alla manipolazione della stessa, si riserva il diritto di rifiutarla. Il
database raccoglie l’elenco di sostanze non pericolose e pericolose, secondo la
classificazione ADR (Accordo internazionale per il trasporto di merci su strada,
ferrovia e via mare). La banca dati è altresì in grado di fornire una linea guida
procedurale e strumentale relativa ai trattamenti necessari a bonificare la
cisterna di quel tipo di materiale. Il gestore dell’impianto, in presenza di una
nuova sostanza, segue le indicazioni suggerite, salvo modifiche apportate dagli
operatori sulla base della loro esperienza; mentre invece in presenza di composti
già trattati, di cui esiste già un file, ripercorrere le procedure definite in passato.
Nel caso in cui la sostanza trasportata dall’autocisterna non compaia nella banca
dati, viene allora richiesta la scheda di sicurezza del materiale, stilata dal
produttore, in modo da identificare l’eventuale pericolosità e parentela con le
altre sostanze per procedere ad un lavaggio il più appropriato possibile.
La tabelle riporta alcuni schemi di lavaggio riferiti alle principali categorie di
sostanze trattate; propone solamente i trattamenti generici, l’operatore ed il
gestore dell’impianto valuteranno quelli più opportuni per ogni singolo prodotto.
Come protezione contro i materiali pericolosi, gli operatori hanno a disposizione
tutte le misure di sicurezza imposte dalla normativa (tute impermeabili, guanti
prottettivi, maschere…).
Oltre al lavaggio interno, è anche possibile richiedere quello esterno alla
autocisterna; in questo caso vengono utilizzate delle lance manovrate
manualmente dagli operatori presenti sulle diverse piste.
Le operazioni di lavaggio esterno vengono effettuate solamente con acqua
fredda in pressione, quindi non andranno a gravare ulteriormente sulla spesa
energetica dell’impianto.
Tabella 1.1 Tipologia - trattamento lavaggi
1.2 Impianto termico
L’impianto termico è cosi costituito:
n.1 generatore di energia termica ad olio diatermico (potenza resa 3500
KW);
n.1 serbatoio per la raccolta acqua di falda poi utilizzata nelle operazioni
di lavaggio;
n.4 pompe utili al circolo dell’acqua dal serbatoio alle utenze;
n.2 pompe utili al circolo dell’olio diatermico nell’impianto;
n.4 scambiatori shell and tubes utili al riscaldamento delle acque prima
dell’arrivo alle utenze;
n.1 evaporatore per insuflaggio vapore, sterilizzazione e riscaldamento
cisterne;
n.12 punti lavaggio con lance
n.6 attacchi manichette vapore
n.1 sistemi di aspirazione vapori tossici/maleodoranti e convogliamento
alla colonna di abbattimento;
n.12 testine di lavaggio rotanti modello HKF 200 E;
n.2 computers industriali per gestione cicli lavaggio e scarico;
n.1 accumulatore vapore in uscita dall’evaporatore
n.1 cisterne per accumulo olio diatermico
n.1 vado di espansione olio diatermico situato sul tetto;
Figura 1.1 Schema impianto
Figura 1.2 Schema impianto
1.2.1 Caldaia ad olio diatermico
La caldaia svolge un ruolo fondamentale all’interno dell’impianto in quanto
permette al fluido termo-vettore di scaldarsi e di conseguenza all’acqua in arrivo
alle utenze di essere calda.
La caldaia utilizzata è stata prodotta dall’azienda Garioni naval nel 2011, si
tratta di una caldaia ad olio diatermico (TH/AR 3000) avente una potenza di
3488 KW.
Figura 1.3 Caldaia TH/AR 3000
Tale caldaia è equipaggiata con uno speciale sistema di preriscaldo dell’aria di
combustione che permette di elevare il rendimento fino al 94%. Questo
generatore è realizzato con una struttura multi tubolare avvolta a spirale,
completamente schermata sia sul lato anteriore che posteriore della camera di
combustione per ridurre al minimo la quantità di refrattario necessaria.
Su questo tipo di caldaia TH/AR 3000 è installata di serie una serranda
automatica di by-pass dei fumi, che permette tramite l’impostazione su un
controllo digitale di mantenere costante la temperatura dei fumi al variare del
carico del generatore.
Ciò permette di dare una garanzia totale contro i fenomeni di corrosione per
bassa temperatura dei fumi, anche se il generatore funziona al carico minimo.
Figura 1.4 Caratteristiche caldaia TH/AR 3000
L’utilizzo di fluido diatermico ha notevoli vantaggi rispetto all’utilizzo di un
fluido come l’acqua, primo fra tutti la caratteristica di avere alla pressione
atmosferica una elevata temperatura di ebollizione ( circa 400-500 C); è
facilmente comprensibile come ciò renda possibile ottenere alte temperature
senza dover ricorrere ad elevate pressioni.
Le proprietà fisiche che caratterizzano questo olio diatermico sono:
- Coefficiente di dilatazione elevato (circa 7% per 100 C);
- Temperatura di ebollizione elevata;
- Solidificazione senza aumento di volume;
- Buon potere lubrificante;
Le proprietà chimiche che caratterizzano olio diatermico sono:
- Stabilità termica: i fluidi diatermici hanno una buona stabilità
termica fino ad una temperatura che in genere sta tra 320 e 350
°C. Oltre tale temperatura ha inizio un fenomeno di piroscissione
e la conseguenza rottura delle catene molecolari porta alla
formazione di residui carboniosi e di particelle leggere a base di
idrogeno.
- Reazione sui materiali: alcuni materiali reagiscono con i fluidi
diatermici o fungono da catalizzatori nella loro ossidazione.
1.2.2 Pompe alta pressione di alimento testine
Le pompe vengono alimentate dall’acqua di falda contenuta all’interno del
serbatoio (1), la quale una volta prelevata dal serbatoio viene inviata agli
scambiatori, dove si riscalda per poi essere mandata alle utenze per il lavaggio.
Lo schema idraulico è il seguente:
1.5 Pompe di alimento testine
1. Serbatoio; 6. Ammortizzatore di vibrazioni;
2. Pompe ad alta pressione; 7. Valvola di sicurezza;
3. Valvola imitatrice di pressione; 8. Elettrovalvola;
4. Filtro; 9. Regolatore di pressione;
5. Unità di regolazione portata;
Il motore elettrico aziona entrambi i lati pompa (2). Le pompe (2) inviano
l’acqua ad alta pressione verso il lato mandata.
Durante l’avviamento del motore si apre la valvola limitatrice di pressione (3)
con filtro a monte (4), con ciò si mettono in collegamento lato pressione e lato
aspirazione delle pompe.
L’acqua ad alta pressione, attraverso un set di montaggio del dispositivo di
regolazione portata (5), giunge all’uscita ad alta pressione; l’ammortizzatore di
vibrazione (6) smorza le vibrazioni della pressione pulsante dell’acqua
provocate dal movimento dei pistoni.
L’acqua non prelevata viene rinviata nel serbatoio tramite il dispositivo dei
regolazione della portata; se nell’alimentazione dell’acqua si effettua un
dosaggio di prodotto detergente, l’acqua non prelevata deve essere ricondotta
all’entrata della pompa. In tal caso il rinvio del serbatoio provocherebbe una
formazione di schiuma.
Disinserendo l’ultimo apparecchio a spruzzo, il dispositivo automatico di
regolazione portata passa alla circolazione senza pressione, a tal scopo è
necessaria una chiusura rapida (punta di pressione).
Se, nonostante il dispositivo di regolazione portata, all’uscita la pressione supera
il valore massimo della pressione di lavoro, si apre la valvola di sicurezza (7) e
la sovrapressione viene scaricata.
Durante il funzionamento della pompa, l’elettrovalvola (8) deve essere aperta,
attraverso essa l’acqua di raffreddamento scorre, tramite il regolatore di
pressione (9).
1.2.3 Testine di lavaggio
Per le operazioni di lavaggio vengono utilizzate delle testine rotanti modello
HKF 200 E, azionate con un motore elettrico in grado di funzionare con
pressione di esercizio di 100 bar con acqua a temperatura massima pari a 95 °C,
capaci di erogare 50/60 litri/min.
Il pulitore è costituito dall’elemento di comando, dal tubo portante e dalla testina
pulente. La testina pulente ruota mediante un motore elettrico, il numero di giri è
pertanto indipendente dalla pressione e dalla quantità di liquido detergente.
Con il motore di comando elettrico il numero di giri può essere imposto
costante, oppure a due stadi.
1.6 Testine di lavaggio
Queste testine vengono calate, attraverso i boccaporti dei mezzi soggetti al
lavaggio, all’interno delle cisterne; la pressione dell’acqua in uscita spinge
meccanicamente il getto d’acqua contro le pareti interne provocandone una
rotazione elicoidale, questa direzione non è casuale, ma utile ad un più efficace
lavaggio della cisterna.
Tabella 1.2 Caratteristiche tecniche testine di lavaggio
1.3 Linea olio diatermico-acqua.
Nello schema (Fig. 1.8) sono riassunti tutti i passaggi che l’acqua deve
attraversare a partire dall’estrazione del pozzo sino allo scarico presso
l’impianto di depurazione chimico-fisico.
L’acqua è prelevata dal pozzo di estrazione per uso industriale situato in
prossimità del depuratore biologico.
Raggiunto l’impianto di bonifica, passa attraverso una valvola per la regolazione
della pressione; solitamente la valvola rimane aperta non essendoci necessità di
alcun tipo di regolazione. Il flusso si divide poi in due direzioni: una tubazione
porta alle pompe a pistone che alimentano la linea dell’ acqua fredda e
dell’acqua calda, l’altra tubazione conduce l’acqua all’evaporatore.
Prima dell’utilizzo vero e proprio sulla linea caldo-freddo, l’acqua di pozzo
viene trattata con un prodotto anticalcareo, principalmente il Ferrofos L, al fine
di evitare la formazione di incrostazioni all’interno delle tubazioni dello
scambiatore di calore alimentato ad olio diatermico; una volta l’anno comunque
si trattano i tubi con acido per rimuovere le incrostazioni formatesi all’interno.
L’impianto di dosaggio è proporzionale al passaggio d’acqua ed, in funzione
della durezza residua, una pompa inietta il prodotto anticalcareo; tale sistema è
stato suggerito e progettato da Karcher, la ditta fornitrice dell’impianto ad olio
diatermico in uso all’impianto di lavaggio.
Segue un serbatoio della dimensione di 4000 litri, rappresentato in figura 1.7.
Figura 1.7 Serbatoio accumulo acqua
Il serbatoio è fornito di due sensori ad asta: uno rileva la quota minima di acqua
sotto la quale il serbatoio viene riempito, l’altra rileva la quota massima
dell’acqua oltre la quale viene interrotto il riempimento.
Dal serbatoio viene prelevata acqua attraverso le 4 pompe necessarie ad
alimentare le 4 piste di lavaggio; l’acqua prima di giungere alle piste di lavaggio
attraversa gli scambiatori nei quali scorre olio diatermico portato ad elevata
temperatura grazie alla presenza della centrale termica, dagli scambiatori
l’acqua fuoriesce alla temperatura di 80 °C.
Quando nelle operazioni di lavaggio è necessario l’utilizzo di vapore, una
portata d’acqua è fatta fluire nell’evaporatore che produce il vapore richiesto
dalla pista di lavaggio (linea tratteggiata nello schema).
Figura 1.8 Linea acqua-olio diatermico
Come possiamo vedere dal disegno riportato in figura 1.9, l’olio diatermico in
uscita dalla caldaia è diretto in parte agli scambiatori di calore ed in parte
all’evaporatore.
Figura 1.9 Linee olio diatermico uscita caldaia- ingresso evaporatore
Tale fluido-termovettore costituisce una sorta di volano termico dell’impianto,
poiché è tenuto costantemente a temperature superiori ai 245 ºC dalla caldaia;
ogni qual volta la temperatura scende sotto tale valore, si avvia il bruciatore in
modo da far risalire la temperatura dell’olio diatermico al di sopra dei 245ºC.
L’olio diatermico diretto verso gli scambiatori permette il riscaldamento
dell’acqua richiesta dalle 4 piste di lavaggio.
L’olio diatermico diretto verso l’evaporatore o by-passa quest ultimo, se non c’è
necessità di produrre vapore, oppure passa nell’evaporatore e permette la
produzione di vapore saturo a 191,7 ºC.
L’evaporatore funziona come uno scambiatore di calore, con una capacità di
accumulo di 1477 litri.
L’acqua in ingresso all’evaporatore è a 60 ºC grazie al degasatore che la
riscalda dalla temperatura di falda a questo valore.
All’uscita dell’evaporatore, il vapore formatosi sfrutta parte della capacità
d’accumulo dell’evaporatore e da qui è prelevato per l’alimentazione delle
quattro piste in funzione delle rispettive richieste.
Figura 1.10 Linea olio diatermico – acqua, ingresso e uscita evaporatore
Capitolo 2
IL SOLARE TERMICO
Il solare termico è la tecnologia che permette la conversione diretta dell’energia
solare in energia termica (calore). In questo processo l’energia solare non viene
convertita in energia elettrica ma viene utilizzata come fonte di calore ad alta
temperatura eventualmente sfruttabile in un ciclo termodinamico.
Il calore ricavato può, quindi, essere usato per la produzione di energia elettrica,
per la produzione di acqua calda, per muovere motori o per raffreddare tramite
macchine frigorifere ad assorbimento. L’applicazione più conveniente per il
solare termico è relativa alla produzione di acqua calda sanitaria o per il
riscaldamento delle abitazioni. Esistono diversi modi per usufruire dell’energia
termica solare, bisogna poi tener presente che esistono tre tipi principali di
impianti termici: a bassa temperatura (fino a circa 120°C), a media temperatura
(fino a circa 500°C), ad alta temperatura (fino a circa1000°C).
Gli impianti solari termici sono oggi una tecnologia affidabile e matura per quel
che riguarda le applicazioni a basse temperature, ad elevate temperature sono in
fase di sviluppo nuove soluzioni che permettano rendimenti migliori di quelli
attualmente presenti.
Assumono un ruolo particolarmente importante nel contesto di progetti
energetici integrati, cioè nella totalità degli interventi per il risparmio energetico
nel settore residenziale e nelle altre strutture dove è considerevole il fabbisogno
energetico imputabile alla produzione di acqua calda.
Questo permette risparmi economici e di emissioni di CO2, grazie anche alle
detrazioni fiscali, che coprono dal 55% al 65% l’investimento iniziale.
2.1 L’energia solare
Il sole è la fonte energetica più importante per la terra. La vita, in tutte le sue
forme, dipende dall’energia del sole, che rappresenta il punto di partenza per le
catene chimiche e biologiche sul nostro pianeta ed allo stesso tempo costituisce
una delle forme energetiche più pulite dal punto di vista ambientale: può essere
utilizzata in vario modo ed è appropriata in ogni contesto sociale.
Il sole è una stella che irradia i pianeti del nostro sistema con una potenza
dipendente dalla distanza. La terra si trova in posizione tale da ricevere un
irraggiamento ottimale per le funzioni vitali degli organismi presenti sul nostro
pianeta; tale distanza viene valutata, mediamente, pari a 149,5* , variando
nel corso dell’anno dell’1,7% a causa dell’eccentricità dell’orbita terrestre.
Nel sole hanno luogo processi di fusione nucleare che permettono di rilasciare
energia, irradiata poi nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche
Poiché la terra si trova a 149,5* dal sole, riceve solo una piccola frazione
di tale energia. Il sole offre più energia in un quarto d’ora di quanta l’uomo ne
usi in un anno. Gli astrofici ritengono che l’età del sole sia di circa 5 miliardi di
anni. Di conseguenza, con riferimento ad una scala temporale a misura d’uomo,
il sole rappresenta una fonte energetica di durata illimitata.
La quantità di energia solare incidente sulla fascia esterna dell’atmosfera
terrestre nell’unità di tempo può considerarsi, in prima approssimazione,
costante. Tale potenza di irraggiamento, o intensità di radiazione riferita ad una
superficie di area unitaria (perpendicolare alla radiazione stessa), viene detta
costante solare o, meglio, si definisce costante solare l’energia media irraggiata
dal sole nell’unità di tempo su una superficie unitaria posta all’esterno
dell’atmosfera terrestre ed orientata perpendicolarmente ai raggi solari.
Tale valore è stato misurato pari a 1367 W/ .
Il valore massimo rilevato al livello del mare invece, supera raramente i 1100
W/ , a causa dell’effetto filtro dovuto ai componenti atmosferici (gas, vapore,
pulviscolo), che assorbono e diffondono parte dell’energia.
2.2 Le componenti della radiazione solare
La radiazione solare incidente sulla superficie terrestre può essere scomposta in
tre differenti componenti:
Radiazione diretta Edir
Radiazione riflessa Erif
Radiazione diffusa Edif
La prima è costituita dalla radiazione che, superato il filtro atmosferico, riesce a
giungere direttamente al suolo. Tra le componenti della radiazione solare non
provenienti direttamente dal sole, occorre considerare la quota riflessa la
superficie ricevente dalle diverse superfici poste .
La radiazione diffusa è invece dovuta alla presenza di molecole d’aria e
particelle di polvere.
La somma della radiazione diretta, di quella riflessa e di quella diffusa è
conosciuta come radiazione solare globale EG incidente su una superficie.
EG
Figura 2.2 Componenti radiazione solare incidente su una superficie
In assenza di informazioni circa l’orientazione della superficie ricevente ci si
riferisce sempre all’irraggiamento incidente su una superficie orizzontale.
Quando il sole è in posizione perfettamente verticale rispetto al piano
dell’orizzonte di una determinata località, la luce solare compie il percorso più
breve possibile attraverso l’atmosfera; se invece il sole si trova ad
un’angolazione più bassa, il percorso diventa più lungo, provocando un
maggiore assorbimento e dispersione della radiazione solare, e di conseguenza,
una minore densità della radiazione stessa sulla superficie ricevente.
L’effetto della lunghezza della traiettoria percorsa dalla radiazione solare viene
denominato Air Mass(AM), ed è determinato dall’angolo del sole rispetto
all’orizzontale (dalla verticale).
Utilizzando questa definizione con il sole in posizione verticale risulta che
AM=1.
2.3 Geometria solare
Per quanto riguarda lo studio e la progettazione di sistemi atti a sfruttare
l’energia solare, di fondamentale importanza è la definizione degli angoli propri
della radiazione solare.
2.3.1 Declinazione solare
Si definisce angolo di declinazione solare, l’angolo formato dalla
congiungente centro della terra – centro del sole con il piano equatoriale. Il
suo valore varia continuativamente, ma, con buona approssimazione si può
considerare costante nell’arco del singolo giorno. Nel corso dell’anno
oscilla tra +23,45° e -23,45°, in corrispondenza, rispettivamente, del
solstizio d’estate (21 o 22 giugno) e del solstizio d’inverno (21 o 22
dicembre). Agli equinozi (20 o 21 marzo e 22 o 23 settembre), quando la
durate del giorno equivale a quella della notte, vale 0.
In cui N rappresenta il numero progressivo del giorno considerato ( ad
esempio per il 30 dicembre si ha N=364). rappresenta principalmente il
parametro necessario ad individuare il giorno specifico cui si riferisce.
Figura 2.2 Angolo di declinazione solare
2.3.2 Angolo orario e durata del giorno
L’angolo orario rappresenta l’angolo formato dal piano meridiano (che
contiene, cioè, l’asse terrestre) passante per il sole con il piano meridiano
passante per l’osservatore posto nel sito relativamente al quale si eseguono i
calcoli, nell’ora e nel giorno considerati. Vale 0 a mezzogiorno e varia di
15° ogni ora, assumendo valori positivi al mattino e negativi al pomeriggio
(ad esempio, alle ore 10 si ha ω=30 , alle ore 13 si ha ω= 15 ). Un
particolare valore dell’angolo orario è rappresentato da ωs, angolo orario al
sorgente del sole, simmetrico di quello al tramonto, che si calcola tramite la
relazione:
Una volta definito ωs, il suo valore può essere utilizzato per calcolare D, la
lunghezza espressa in ore del giorno in questione, e cioè l’intervallo
temporale che separa l’alba dal tramonto:
/15
Infine l’ora Os in cui sorge il sole, simmetrica di quella in cui tramonta, può
essere calcolata mediante l’espressione:
Ora solare
2.3.3 Angolo Zenitale, d’incidenza, Azimutale e di Tilt
Per individuare l’altezza del sole sull’orizzonte è possibile utilizzare
l’angolo zenitale, compreso tra la congiungente sole-terra nel sito in oggetto
e la retta verticale, tracciata rispetto al punto considerato.
L’angolo zenitale non è altro che un particolare angolo di incidenza della
radiazione solare, riferito ad una superficie orizzontale.
L’angolo di incidenza della radiazione solare su di una superficie è quello
formato dalla direzione di propagazione dei raggi solari con la retta normale
alla superficie stessa.
L’energia raccolta dai dispositivi dipende dalla latitudine del sito,
dall’esposizione dei dispositivi (angolo di tilt e angolo di azimut) e
dall’irraggiamento. Quest’ultimo dipende dalla stagione, dall’ora del giorno
e dalle condizioni meteorologiche.
Figura 2.3 Rappresentazione degli angolo di tilt, zenit e azimut
La posizione del sole è definita da due angoli: AZIMUT e ZENIT, mentre
l’angolo di inclinazione del pannello è definito come angolo di tilt.
L’azimut è la deviazione angolare dalla direzione sud. Rispetto ad un
determinato punto geografico ad altitudine zero (livello del mare), l’Azimut
rappresenta l’angolo formato tra la direttrice SUD e la direttrice che si
interseca con la retta perpendicolare al Sole. Il valore in gradi dell’Azimut,
può essere espresso con valori positivi (posizione Sud-Est) e/o negativi
(posizione Sud/Ovest). Il riferimento può essere anche il Nord, qualora il
punto geografico di riferimento (il cono) si trovi nell’emisfero Sud.
Sempre in riferimento ad un determinato punto geografico, lo Zenit
rappresenta l’angolo formato tra la direttrice Zenitale e la direttrice che
unisce il punto di riferimento con il Sole.
Lo Zenit esprime l’altezza in gradi del Sole rispetto all’orizzonte.
Figura 2.4 Angolo Zenitale
L’altezza e l’azimut solare possono essere calcolati per ogni giorno, ora e
latitudine. E’ da notare che l’angolo azimutale a mezzogiorno è sempre zero e
che l’altezza varia secondo la latitudine nella quale ci si trova.
Figura 2.5 Angolo Azimutale
2.4 Energia intercettabile
Non tutta la radiazione solare che arriva al pannello viene convertita in energia,
a tal proposito di fondamentale importanza è la scelta del pannello può
opportuno alle nostre richieste; un’ottima scelta del pannello permetterà di avere
ottimi rendimenti nelle condizioni di esercizio.
Il rendimento di un collettore indica la percentuale di radiazione solare incidente
sulla superficie di apertura del collettore che può essere trasformata in energia
termica utile. Come superficie di apertura viene definita la superficie di un
collettore interessata dal sole. Il rendimento dipende, tra l’altro, dalla condizione
d’esercizio del collettore; la modalità di misura è uguale per tutti i tipi di
collettori.
Una parte della radiazione solare che colpisce il collettore va perduta per via
della riflessione e dell’assorbimento sulla lastra di vetro e della riflessione
sull’assorbitore. Dal rapporto tra l’irradiazione sul collettore e la potenza di
irradiazione, che viene trasformata in calore sull’assorbitore, si può calcolare il
rendimento ottico.
L’irradiazione che raggiunge il collettore viene diminuita della perdita ottica, la
restante radiazione riscalda l’assorbitore. La quantità di calore che il collettore
cede all’ambiente sono le dispersioni termiche.
Figura 2.6 Flussi energetici nel collettore.
I parametri caratteristici variano in funzione del tipo di collettore, più
precisamente:
Tabella 2.1 Parametri caratteristici collettori
Il rendimento ottico e i coefficienti di dispersione termica vengono rilevati con
un procedimento descrittivo nella norma europea EN12975 e rappresentano i
parametri essenziali di un collettore; devono essere indicati nei fogli di dati
tecnici.
Questi valori, insieme al valore dell’irraggiamento sono sufficienti a raffigurare
il rendimento del collettore mediante la sua curva caratteristica.
Come possiamo vedere dal grafico sopra riportato l’efficienza varia molto in
funzione del ΔT e del tipo di collettore scelto:
collettore solare per piscina: realizzati in materiale plastico e privi di
vetro, lavorano a basse temperature ed hanno un buon rendimento se il
ΔT tra i pannelli e ambiente esterno è basso.
collettore piano: costituito da una vasca in alluminio prestampata sulla
quale è fissata una piastra captante in rame; ogni pannello è protetto da
Figura 2.7 Variazione rendimento in funzione della differenza di T
un vetro solare antigrandine temprato; questi pannelli hanno buon
rendimenti anche per ΔT più elevati ( 50 ºC).
collettore sottovuoto: costituito da tubi a doppia parete di vetro
all’interno del quale è creato il vuoto; ogni tubo di vetro contiene un tubo
di rame, lo strato assorbente nero è depositato sulla parte interna del
tubo. Alta efficienza in presenza di basse temperature esterne, ideale per
applicazioni industriali.
Il collettore sottovuoto non capta più energia rispetto al collettore piano,
semplicemente ne disperde meno.
Fatte le seguenti considerazioni si è deciso di utilizzare nel
dimensionamento dell’impianto solare dedito al riscaldo dell’acqua di
processo per il lavaggio delle autocisterne dei collettori piani,
essenzialmente per le seguenti ragioni:
Il riscaldamento dell’acqua dedita al lavaggio non può superare i
40 ºC altrimenti le pompe, utili all’estrazione dell’acqua dal
serbatoio hanno problemi di cavitazione;
I collettori piano hanno un costo pari a circa la metà rispetto ad
un collettore sottovuoto della stessa dimensione;
I collettori per piscine costano sì meno ma hanno rendimenti
ottici molto più bassi e se si utilizzano secondo la loro
progettazione cioè, facendo circolare acqua senza glicole al loro
interno, possono essere utilizzati solo in quei mesi dove le
temperature non sono molto rigide in modo che l’acqua non geli
e che quindi i pannelli non si rompano.
2.5 Collettore solare piano TSOL 25 TOP
Il collettore solare utilizzato per la progettazione dell’impianto solare è il
collettore solare piano TSOL 25 TOP con vasca prestampata e piastra captante
in alluminio, assorbitore a meandro con finitura selettiva TINOX Energy
massima flessibilità ed efficienza.
E’ un collettore con quattro attacchi ad innesto rapido, l’inclinazione di
installazione minima è di 15° mentre quella massima è di 75°.
La superficie del vetro è ad alta trasparenza (96%) ed ha un efficienza ottica
nominale dell’84%.
Figura 2.8 Collettore solare TSOL 25 TOP
Utilizzando questo tipo di pannello si ha la possibilità di un collegamento in
serie fino a 12 moduli; il contenuto di liquido nel pannello è pari a 1,3 litri, la
pressione massima di esercizio è 10 bar.
Le caratteristiche tecniche del pannello sono le seguenti:
Tabella 2.2 Caratteristiche tecniche pannello
Capitolo 3
PROGETTO Dì MASSIMA IMPIANTO
SOLARE TERMICO
Una volta determinata la tecnologia utile al raggiungimento degli obbiettivi
prefissati, quali il riscaldamento dell’acqua contenuta nel serbatoio al fine di un
minor dispendio energetico, in questo capitolo si andrà ad illustrare la logica
progettuale utilizzata per valutare di tal tecnologia: l’impianto solare termico.
La determinazione dei principali parametri caratteristici di un impianto solare,
l’irraggiamento presente nella zona di nostra interesse e i vari parametri
operativi caratterizzanti una giornata lavorativa tipo, hanno permesso di
determinare l’apporto/risparmio di energia data dall’installazione di pannelli
solari.
Si sono prese in considerazione due differenti soluzioni che riguardano
rispettivamente l’installazione di un impianto solare a 50 pannelli e un impianto
solare a 100 pannelli.
In questo capitolo verrà quindi riportata la logica progettuale utilizzata per
l’installazione dei collettori solari e le differenze tra la configurazione
dell’impianto a 50 pannelli solari rispetto a quella con 100.
3.1 Logica progettuale
La procedura definita per il calcolo della potenza producibile dai pannelli solari
in funzione dell’irraggiamento intende considerare per ogni mese dell’anno un
giorno tipo dove calcolare vari parametri che permetteranno poi di valutare la
fattibilità dell’impianto.
Per ogni giorno tipo si è costruita una tabella come questa:
Tabella 3.1 Calcolo parametri impianto solare
Sulla prima riga della tabella, quella corrispondente all’ora solare si
specificherà la iniziale; nelle altre righe, invece, la sarà
il risultato del calcolo iterativo.
Per determinare il valore dell’irraggiamento all’ora mi sono riferito ai valori
restituiti dal PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System). Dato che
nella mia tabella, lavoro con ore decimale e il PVGIS restituisce l’ora solare
devo convertire l’orario da solare a decimale, nel seguente modo, considerando
l’offset:
- da novembre a marzo
offset = 0,35
- da aprile a ottobre:
offset=1,35 (ora legale)
L’irraggiamento G (W/ ) riportato in tabella viene fornito da PVGIS, il quale
restituisce anche la temperatura media dell’aria alle varie ore del giorno, esclude
però le ore notturne, per le quali ho utilizzato la temperatura minima media del
mese, valore dato dall’aeronautica:
GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC
-2,1 -0,9 2,2 5,5 9,8 13,6 16,3 16,4 12,8 8,5 3,0 -0,7
Indicherò con la portata d’acqua in ingresso/uscita dal serbatoio. Per
semplicità trascuro le variazioni di livello dell’acqua contenuta nel serbatoio e
assumo che sia costantemente pieno.
Date le ore di funzionamento dell’impianto la cosa più semplice che si possa
fare è ripartire uniformemente il consumo di acqua giornaliero sulle varie ore di
attività.
Assumiamo che l’integrale della portata:
Per le varie grandezze in tabella si possono scrivere delle relazioni generali, che
valgono per qualsiasi periodo. Per comodità in questa trattazione differenziamo i
vari periodi, in quanto per ognuno di essi c’è un differente contributo al bilancio
energetico.
3.1.1 Prima dell’alba, dopo il tramonto.
Questa relazione generale (da periodo a periodo può variare solo f),
evidenzia la formulazione implicita che è necessaria per garantire la
stabilità dell’algoritmo numerico (siccome non ha controllo sul ).
Nel periodo considerato, l’unico contributo non nullo al bilancio
dell’energia del serbatoio sarà la potenza scambiata con l’ambiente.
L’ambiente in cui si trova il serbatoio è un locale che presenta un certo
isolamento con l’esterno, oltre a dei carichi termici (caldaia, pompe e
tubazioni contenenti olio diatermico ad elevata temperatura) che tendono a
mantenerlo a temperatura costantemente maggiore di quella dell’aria.
Per semplicità possiamo considerare la :
è la superficie esterna del serbatoio, probabilmente dell’ordine di 15
, mentre è il coefficiente di scambio complessivo tra l’acqua
contenuta nel serbatoio e l’aria locale. Poiché tale coefficiente è dominato dallo
scambio convettivo con l’aria e il serbatoio presenta diverse giaciture, è
ragionevole assumere
fornirà complessivamente, nell’arco dell’anno, un contributo positivo al
bilancio dell’energia nella situazione attuale, poiché quasi sempre
3.1.2 Tra l’alba e l’apertura dell’impianto
Assumiamo .
Detto il salto di temperatura dell’acqua glicolata
attraverso lo scambiatore immerso nel serbatoio e la portata d’acqua
circolante nel circuito pannelli-scambiatore-serbatoio, si avrà :
In alternativa, senza passare dal che introduce un’equazione
trascendente, nel caso in esame mantenendo costante , anche
l’efficacia dello scambiatore deve rimanere costante.
Figura 3.1 Diagramma T-Q scambiatore serbatoio
L’efficacia è definita come :
Dove :
Pertanto, una volta determinato ε nella configurazione di progetto:
Una volta determinato il tra la temperatura del fluido circolante all’interno dei
pannelli e la temperatura ambiente, andando a studiare il percorso del sole nella
località di interesse, Piacenza, sarà possibile determinare in modo corretto il
rendimento del pannello istantaneo, in quanto, andremo a considerare lo IAM ai
diversi valori dell’angolo ϑ (angolo compreso tra la perpendicolare della superficie
ricevente e la direzione della radiazione incidente).
3.1.3 Durante l’apertura dell’impianto
Formulazione generale
In generale varrà:
La tabella infatti riporta le tre colonne corrispondenti alla
viene sempre calcolata nel seguente modo:
La , riportata nella tabella contenente tutti i parametri per ogni
ora del giorno tipo varierà seguendo una procedura iterativa.
contiene un valore numerico variato
iterativamente.
Per determinare in modo corretto il valore del rendimento del pannello e la
temperatura del serbatoio, si sono aggiunte in tabella due colonne
rappresentative rispettivamente dell’errore1, cioè l’errore riferito al
rendimento del pannello e l’errore2, cioè l’errore riferito alla temperatura
del serbatoio.
Si è costruita una macro che permettesse di ottenere i valori del rendimento
pannello e temperatura serbatoio corretti, azzerando l’errore1 e l’errore2.
La macro che permette di calcolare il giusto valore di rendimento e
temperatura ad ogni orario di giornata è la seguente.
3.2 Codice di calcolo
Il codice scritto permette quindi di azzerare questo errore variando il valore del
.
Come vediamo dalla formula scritta sopra, affinché l’ sia azzerato in
modo corretto e quindi sia determinato il rendimento del pannello è necessario
considerare il percorso del sole nell’arco della giornata, come vedremo al
paragrafo seguente.
e di conseguenza, , dovranno essere calcolati solo quando
.
Può risultare anche che il .
sarà calcolata sempre come mostrato in precedenza.
Poiché proporzionale a m’, quando risulterà automaticamente che
.
Si definirà:
La macro varierà la temperatura del serbatoio fino ad azzerare l’errore.
La procedura viene ripetuta fino all’ultima ora della giornata, in modo da
ottenere la
Se è necessario correggere per
verificare l’uguaglianza.
3.3 Percorso solare Piacenza
Per determinare in modo corretto l’energia intercettata dai pannelli solari e
quindi il reale apporto energetico all’impianto, dato dall’installazione di un
campo solare, è molto importante considerare il percorso del sole dall’alba al
tramonto nell’arco di una giornata nella località di interesse (Piacenza).
Noto:
l’angolo di inclinazione del pannello, TILT, pari a 35°
l’altezza del sole in funzione dell’ora, del giorno e del mese considerato
pari a:
Tabella 3.2 Altezza solare Piacenza in funzione ora e mese
l’angolo azimutale solare in funzione dell’ora, del giorno e del mese
considerato pari a:
Tabella 3.3 Altezza azimutale solare Piacenza in funzione ora e mese
si è potuto calcolare lo IAM (incident angle modifier).
La variazione dell’efficienza in base all’angolo di incidenza della radiazione solare
(che varia in funzione delle diverse ore del giorno) sulla superficie dei collettori è
valutata con il fattore d’angolo IAM.
Per i collettori piani è funzione solo dell’angolo ϑ tra la perpendicolare della
superficie e la direzione della radiazione incidente.
La valutazione del fattore d’angolo per la componente diretta è effettuata secondo la
seguente relazione:
In prima approssimazione possiamo assumere che e partendo da un valore
noto di IAM per un determinato angolo fornito dai costruttori ricavare il coefficiente
.
Il pannello scelto per questo impianto presenta:
Grazie all’altezza del sole e all’angolo azimutale solare è stato possibile calcolare 4
coefficienti (a, b, c, d) che permettessero di stimare il percorso solare giornaliero.
Noti questi quattro coefficienti e nota l’inclinazione ottimale del pannello (35°) :
determinato il valore di alle varie ore del giorno è stato possibile calcolare lo
IAM per ogni istante del giorno tipo considerato.
IAM=1 è raggiunto quando il collettore è perpendicolare ai raggi del sole, riceve
quindi la massima radiazione disponibile.
Lo IAM riflette quindi la variazione del rendimento ottico del collettore nelle varie
ore del giorno, questo per un calcolo preciso risulta molto importante in quanto
permette di conoscere il rendimento istantaneo (reale) del pannello solare.
L’efficienza del pannello può essere scritta come:
Tabella 3.4 Valori operativi giorno tipo
Assunti dei valori di primo tentativo per e , determinato il
valore dello IAM all’istante di tempo considerato, noto il valore del rendimento
ottico del pannello e noti i coefficienti di dispersione termica è stato possibile
azzerare in modo corretto l’ e l’ e quindi determinare correttamente
il rendimento del pannello e la temperatura del serbatoio ai vari istanti di tempo.
3.4 Dimensionamento impianto
Determinati quelli che sono i parametri caratteristici dell’ impianto, cioè quei
parametri che consideriamo costanti nell’analisi, attraverso il codice scritto
sopra e con la logica progettuale utilizzata, si è potuto dimensionare l’impianto
più consono alle richieste energetiche.
Per quanto riguarda il serbatoio, si sono considerati costanti i seguenti
parametri:
Tacquafalda = 8°C ;
Area serbatoio = 15 ;
Massa d’acqua contenuta nel serbatoio = 4000 kg;
Coefficiente globale di scambio termico serbatoio locale = 2
Per quanto riguarda il collettore solare, TSOL 25 TOP, i parametri utilizzati per
il dimensionamento sono:
Superficie complessiva = 2,57
Superficie effettiva = 2,15
Temperatura di stagnazione = 206 °C;
Portata consigliata per di pannello pari a 30 l/h;
ηottico nominale=84%;
Nel dimensionare l’impianto, seguendo la logica progettuale prima presentata,
si sono studiate due situazioni differenti per ogni giorno tipo del mese
considerato.
Una situazione, nella quale si considera come varia la temperatura del serbatoio,
tutte le potenze (Plocale, Pirr, Pcons, Putile) e la potenza prodotta considerando
il lavoro dei pannelli solari; un’altra situazione nella quale si è studiata la
variazione della temperatura del serbatoio e la potenza prodotta senza l’apporto
dei collettori solari.
Cosi’ facendo si è riusciti a determinare il delta di energia, cioè il reale apporto
di energia all’impianto dato dai collettori solari.
Grazie ai risultati ottenuti da PVGIS, sono noti i valori di irraggiamento (W/m2)
per ogni ora del giorno tipo considerato.
Calcolando l’intervallo temporale tra una misurazione e l’altra, facendo la
somma del prodotto tra irraggiamento temporale e intervallo di tempo
considerato, attraverso una semplice conversione è stato possibile calcolare
l’energia giornaliera data dall’irraggiamneto.
(3.5)
A questo punto, determinato il valore dell’energia giornaliera data
dall’irraggiamento e ΔE, come differenza tra energia prodotta dai pannelli ed
energia prodotta senza pannelli è stato possibile calcolare il rendimento dei
pannelli per quel giorno tipo del mese considerato.
Di seguito vengono riportati rispettivamente i risultati ottenuti installando 50
collettori solari e 100 collettori solari.
Si riportano i valori relativi al mese di dicembre, di luglio e i risultati riassuntivi
dell’intero anno.
INSTALLAZIONE 50 PANNELLI SOLARI- DICEMBRE
Con pannelli
Tabella 3.5 Risultati installazione 50 pannelli solari a dicembre
Tabella 3.6 Risultati dicembre senza pannelli
INSTALLAZIONE 100 PANNELLI SOLARI- DICEMBRE
Con pannelli
Tabella 3.7 Risultati installazione 100 pannelli soalri a dicembre
Tabella 3.8 Risultati dicembre senza pannelli
INSTALLAZIONE 50 PANNELLI SOLARI- LUGLIO
Con pannelli
Tabella 3.9 Risultati installazione 50 pannelli luglio
Senza pannelli
Tabella 3.10 Risultati luglio senza pannelli
INSTALLAZIONE 100 PANNELLI SOLARI- LUGLIO
Con pannelli
Tabella 3.11 Risultati installazione 100 pannelli luglio
Senza pannelli
Tabella 3.12 Risultati luglio senza pannelli
Come possiamo vedere dalle tabelle sopra riportate:
Dicembre (mese critico): l’installazione di 50 collettori solari permette
di ottenere un maggior rendimento medio giornaliero rispetto
all’installazione di 100 collettori.
Come detto prima:
nella soluzione a 50 pannelli è la metà rispetto al caso con
100 pannelli in quanto, è proporzionale all’area dei
collettori, l’energia prodotta senza pannelli è uguale in entrambi i casi
mentra l’energia prodotta che risulta con l’installazione di 50 pannelli è
minore, ma non la metà rispetto ai 100 pannelli in quanto l’energia
prodotta dai pannelli è data da:
Dove:
Luglio (mese più performante): anche per il mese di luglio possiamo fare
considerazioni simili a dicembre. Inoltre, nella configurazione con 100
pannelli solari, nei mesi più caldi, in particolare nel mese di luglio, la
temperatura dell’acqua nel serbatoio sale fino a 54,9 ºC. Questo è un
problema per le pompe di estrazione in quanto sopra i 40 ºC iniziano ad
avere problemi di cavitazione. Si dovrebbe quindi miscelare acqua calda
e fredda per abbassare la temperatura a 40 ºC ma questo, sarebbe
controproducente ai fini per cui l’impianto è installato.
Anche questo sposta l’attenzione sull’installazione di 50 collettori che
come massima temperatura, nel giorno tipo di luglio, sono inferiori di
solo 5 ºC rispetto alla configurazione a 100 pannelli.
Risultati relativi all’intero anno.
50 PANNELLI SOLARI
Tabella 3.13 Risultati anno con installazione 50 pannelli solari
100 PANNELLI SOLARI
Tabella 3.14 Risultati anno con installazione 100 pannelli solari
Noti i rendimenti dei collettori solari nei vari mesi dell’anno, per calcolare il
reale risparmio energetico mensile è importante conoscere i giorni lavorativi
effettivi, senza considerare sabati e domeniche ed eventuali festività. Grazie alla
formula(3.5) si è calcolata l’energia data dall’irraggiamento; conoscendo il
numero di giorni lavorativi mensili e il rendimento del pannello specifico per
ogni mese, è stato possibile determinare i disponibili grazie
all’installazione dei collettori solari:
Calcolati i KJ/mese risparmiati grazie all’installazione dell’impianto solare
termico, noto LHV gas naturale = 36287 KJ/S e tenendo in considerazione il
rendimento della caldaia pari a 0,9 è stato facile determinare i di metano
risparmiati in un anno.
Una volta determinati i risparmiati per l’installazione dell’impianto solare
termico, si può calcolare l’equivalente economico risparmiato in un anno
conoscendo il costo del gas naturale.
50 PANNELLI SOLARI
59
100 PANNELLI SOLARI
Determinata la fattibilità tecnica, data dai risultati ottenuti, dei due impianti e il
possibile risparmio annuo dato dall’installazione dei collettori solari, nel
capitolo seguente verrà analizzata la fattibilità economica dell’investimento
prendendo in considerazione le diverse voci di costo che sono comprese nella
stesura di un conto economico.
Capitolo 4
ANALISI ECONOMICA
4.1 Fattibilità
La soluzione progettuale di un impianto deve essere supportata da due analisi di
fattibilità : una tecnica ed una economica.
Effettuando l’analisi tecnica ci si trova spesso di fronte a varie possibilità; ciò
che indirizza verso una soluzione piuttosto che un’altra è il risultato della
verifica di convenienza economica dell’investimento.
La suddetta analisi viene effettuata tramite un confronto tra l’investimento
iniziale e l’ammortare del guadagno attualizzato che si presume fluisca in
entrate per l’investimento stesso nel corso della vita dell’impianto.
Si tratta di valutare la redditività di un investimento, che permette quindi un
ricavo a fronte però di una serie di costi.
Nel nostro caso l’analisi di fattibilità economica è volta alla valutazione:
Dell’investimento iniziale attraverso i preventivi dei fornitori,
estrapolazioni sulla base di impianti simili già realizzati o stime sulla
base di tabelle;
Dei flussi di cassa annui attraverso le assunzioni in merito ai principali
parametri economico-finanziari;
Della redditività dell’investimento attraverso il calcolo dei principali
indicatori di redditività (valore attuale netto, tempo di ritorno…);
4.2 L’investimento
Nel caso in esame dobbiamo considerare che l’azienda ha richiesto
specificatamente di valutare la fattibilità di un investimento volto
all’installazione di collettori solari. Altre soluzioni sono proponibili al fine di
raggiungere il risultato richiesto, il riscaldamento dell’acqua contenuta nel
serbatoio, ma l’azienda richiede un intervento che non sia troppo invasivo, cioè
che non vada a modificare a livello strutturale l’impianto già esistente.
Nella valutazione di una fattibilità economica dell’investimento si sono valutate
due differenti soluzioni:
Installazione di 50 collettori solari;
Installazione di 100 collettori solari;
Soluzioni alternative all’installazione di un impianto solare termico saranno
illustrate più avanti nel corso della trattazione.
4.2.1 Costi di installazione
Come costo di installazione si intendono tutti gli esborsi che l’impresa
deve effettuare per disporre dell’impianto solare pronto a garantire quel
supporto all’attività industriale.
E’ importante stimare tale costo a priori per due ragioni:
Necessità di conoscere l’ammontare totale dei finanziamenti
necessari;
Necessità di valutare l’orizzonte temporale utile al recupero di tale
investimento;
Il costo di installazione è quindi dato dalla somma di diverse voci quali:
Costo collettori solari;
Costo componentistica necessaria ad un corretto funzionamento
impianto;
Costo montaggio;
Si riportano di seguito i dati di un preventivo fornito dall’azienda
Thermital:
Componente
Costo €
Componente
Costo €
50 collettori solari
piani
35000 100 collettori
solari piani
70000
Vaso espansione 2500 Vaso espansione 5000
Glicole
propilenico puro
per miscelazione
2500
Glicole
propilenico puro
per miscelazione
3900
Kit giunto
accoppiamento/
raccordi terminale
meandro/raccordi
per tubo in rame
20000
Kit giunto
accoppiamento/
raccordi terminale
meandro/raccordi
per tubo in rame
35000
Scambiatore
calore nel
serbatoio
5000 Scambiatore calore
nel serbatoio
8500
Manodopera
realizzativa
15000 Manodopera
realizzativa
27600
TOTALE 80000 TOTALE 150000
Tabella 4.1 Costi installazione impianto con 50-100 pannelli solari
Come detto anche in precedenza, questi valori sono il risultato di una pre-
analisi dei componenti e dei relativi prezzi proposti dal mercato del solare
termico.
Con buona approssimazione, per calcolare il costo totale dell’investimento
possiamo ritener valida la seguente relazione:
4.2.2 Costi di esercizio
Sono tutti i costi da affrontare in un dato periodo di tempo (in genere un
anno), affinché l’impianto funzioni correttamente.
I costi di esercizio di un impianto solare termico possono comprendere
una copertura assicurativa contro i danni provocati da eventi atmosferici,
incendio, furto …
Nel calcolo del conto energetico si è considerato il costo di una copertura
assicurativa pari al 2% annuo del valore dell’investimento residuo. Questi
tipi di impianto hanno solitamente una vita utile pari a 20 anni, assumendo
un deprezzamento del 5% annuo al termine della vita utile il valor residuo
è pari a zero.
dove:
Il costo della copertura assicurativa andrà a contribuire alla
determinazione del credito d’imposta, nonchè sul calcolo dei flussi di
cassa e quindi del T.I.R.
Considerando:
Installazione 50 collettori solari
Costo investimento: 80000 €
Assicurazione: 2% Deprezzamento: 5%/anno
Tabella 4.2 Copertura assicurativa 50 collettori solari
Installazione 100 collettori solari
Costo investimento: 150000 €
Assicurazione: 2% Deprezzamento: 5%/anno
Tabella 4.3 Copertura assicurativa con 100 collettori solari
Contrariamente a quanto ci si può aspettare il costo della manutenzione
ordinaria è irrisorio; rispetto ad altre tecnologie, i pannelli solari sono in
grado di produrre energia senza parti in movimento, quindi con un’usura
dei componenti praticamente nulla.
Gli unici interventi che potrebbero essere necessari sono la pulizia
periodica dei moduli ed eventuali interventi di controllo per visionare il
corretto funzionamento del collettore solare.
4.3 Agevolazioni per il risparmio energetico
L’agevolazione fiscale consiste in detrazioni dall’Irpef (imposta sul reddito delle
persone fisiche) o dall’ Ires (imposta sul reddito delle società) ed è concessa
quando si eseguono interventi che aumentano il livello di efficienza energetica
degli edifici esistenti.
In particolare, le detrazioni sono riconosciute se le spese sono state sostenute
per:
Il miglioramento termico dell’edificio
L’installazione di pannelli solari
La sostituzione degli impianti di climatizzazione invernale
Le detrazioni, da ripartire in dieci rate annuali di pari importo, sono riconosciute
nelle seguenti misure:
55% delle spese sostenute fino al 5 giugno 2013
65% delle spese sostenute
Dal 6 giugno 2013 al 31 dicembre 2014 per interventi sulle
singole unità immobiliari
50% delle spese sostenute
Dal 1 giugno 2015 al 31 dicembre 2015 per interventi sulle
singole unità immobiliari
Indipendentemente dalla data di avvio degli interventi cui le spese si riferiscono,
per l’applicazione dell’aliquota (55,65 o 50%) occorre far riferimento alla data
di ultimazione della prestazione, indipendentemente dalla data dei pagamenti,
per le imprese individuali, le società e gli enti commerciali (criterio di
competenza).
Tabella 4.4 Detrazione per installazione pannelli solari
Condizione indispensabile per fruire della detrazione è che gli interventi siano
eseguibili su unità immobiliari e su edifici (o su parti di edifici) esistenti, di
qualunque categoria catastale, anche se rurali, compresi quelli strumentali (per
l’attività di impresa o professionale). La prova dell’esistenza catastale può
essere fornita dalla sua iscrizione in catasto o dalla richiesta di accatastamento,
oppure dal pagamento dell’imposta comunale (Ici/Imu), se dovuta.
4.3.1 Chi può usufruire dell’agevolazione
Possono usufruire della detrazione tutti i contribuenti residenti e non
residenti, anche se titolari di reddito di impresa, che possiedono, a
qualsiasi titolo, l’immobile oggetto di intervento.
In particolare, sono ammessi all’agevolazione:
Le persone fisiche, compresi gli esercenti arti e professioni;
I contribuenti che conseguono reddito d’impresa (persone
fisiche, società di persone, società di capitale);
Per le imprese il vantaggio fiscale collegato alle spese è duplice perché la
detrazione IRPEF o IRES del 65% (che non va contabilizzata come
provento ma come minore onere fiscale) si aggiunge al risparmio fiscale
generato dalla normale deducibilità dal reddito di imprese dei costi
dell’intervento come spese di manutenzione o ammortamenti. Ad esempio
un soggetto IRES può recuperare sotto forma di risparmio fiscale quasi
l’intera spesa sommando il 65% sommabile a titolo di detrazione e il
31,4% (27,5% IRES + 3,9% IRAP) per il risparmio d’imposta per la
deducibilità della spesa sostenuta.
Per gli imprenditori soggetti IRPEF il vantaggio può essere ancora
maggiore, data la progressività delle aliquote IRPEF (dal 23% al 43%), cui
vanno aggiunte le addizionali comunali e regionali, e dato al vantaggio
fiscale può aggiungersi anche quello derivante dal versamento di minori
contributi INPS calcolati (con aliquote del 21,75% o del 22,75%) sul
reddito d’impresa eccedente il reddito minimale, in relazione al minor
reddito d’impresa dichiarato per effetto dei costi dell’investimento.
Si ha diritto all’agevolazione anche quando il contribuente finanzia la
realizzazione dell’intervento di riqualificazione energetica mediante un
contratto di leasing. In tale ipotesi, la detrazione spetta al contribuente
stesso (utilizzatore) e si calcola sul costo sostenuto dalla società in leasing.
Pertanto, non assumono rilievo, ai fini della detrazione, i canoni di leasing
addebitati all’utilizzatore.
La detrazione d’imposta (del 55,65 o 50%) non è cumulabile con altre
agevolazioni fiscali previste per i medesimi interventi da altre disposizioni
di legge nazionali.
Se gli interventi realizzati rientrano sia nelle agevolazioni previste per il
risparmio energetico sia in quelle previste per le ristrutturazioni edilizie, si
potrà fruire per le medesime spese, soltanto dell’uno o dell’altro beneficio
fiscale, rispettando gli adempimenti previsti per l’agevolazione prescelta.
4.3.2 Gli interventi interessati dall’agevolazione
Con decreto ministeriale del 19 febbraio 2007 (successivamente
modificato dal decreto 7 aprile 2008) sono stati individuati gli interventi
ammessi all’agevolazione fiscale. Essi riguardano: la riqualifica energetica
di edifici esistenti, gli interventi sull’involucro degli edifici, l’installazione
di pannelli solari, la sostituzione degli impianti di climatizzazione
invernale.
Per quel che riguarda l’installazione di collettori solari la detrazione
fiscale massima è di 60000 euro.
Per interventi di installazione di pannelli solari si intende l’installazione si
pannelli solari per produzione di acqua calda per usi domestici o
industriali e per la copertura del fabbisogno di acqua calda in piscine,
strutture sportive, case di ricovero e cura, istituti scolastici e università.
I fabbisogni soddisfatti con l’impianto di produzione di acqua calda
possono riguardare non soltanto la sfera domestica o le esigenze
produttive ma, più in generale, l’ambito commerciale, ricreativo o socio
assistenziale.
In pratica, possono accedere alla detrazione tutte le strutture che svolgono
attività e servizi in cui è richiesta la produzione di acqua calda.
Per l’asseverazione dell’intervento concernente l’installazione dei pannelli
solari è richiesto:
un termine minimo di garanzia (fissato in cinque anni per i pannelli
e i bollitori, in due anni per gli accessori e i componenti tecnici)
che i pannelli siano conformi alle norme UNI EN 12975 o UNI EN
12976, certificati da un organismo di un Paese dell’ Unione
Europea e della Svizzera.
Sulla base delle indicazioni tecniche fornite dall’Enea, sono ammissibili ai
pannelli solari i sistemi termodinamici a concentrazione solare utilizzati
per la sola produzione di acqua calda. Pertanto, le spese ammesse in
detrazione comprendono sia i costi per i lavori edili relativi all’intervento
di risparmio energetico, sia quelli per le prestazioni professionali
necessarie per realizzare l’intervento stesso e acquisire la certificazione
energetica richiesta.
Seguendo la regolamentazione qui sopra riportata e considerando che
l’impianto solare venga realizzato entro il 31 dicembre 2014, sarà
possibile usufruire delle seguenti detrazioni.
Installazione 50 pannelli solari:
- costo investimento:
Investimento detraibile:
Installazione 100 pannelli solari:
- costo investimento:
Detrazione massima.
Investimento detraibile:
Investimento non detraibile:
Come possiamo vedere dai calcoli qui sopra riportati, installando 50
collettori solari, l’investimento e totalmente detraibile; installando 100
collettori solari solamente sono detraibile.
Tali detrazioni sono, inoltre, cumulabili con la normale deduzione delle
quote d’ammortamento che, trattandosi di bene strumentale,
corrispondono al 10%.
4.4 Ammortamenti
I beni strumentali sono beni, prodotti da terzi, che vengono utilizzati per un
numero più o meno grande di cicli produttivi (macchine, impianti, attrezzature
etc.)
L’ammortamento dei beni strumentali consiste nell’accantonamento di quote
finanziarie, destinate a compensare la perdita di valore che il capitale investito
subisce in un dato periodo di tempo.
Le quote di ammortamento, una per ogni periodo di esercizio, vanno a costituire
il fondo di ammortamento, che rappresenta il totale degli ammortamenti
effettuati fino ad un determinato istante di tempo. Costituisce quindi una
disponibilità di bilancio .
Le quote di ammortamento si calcolano secondo un “piano” che richiede la
conoscenza dei seguenti elementi:
valore da ammortizzare;
vita utile del bene;
Si hanno tre tipi di ammortamento:
contabile: quote destinate alla semplice ricostruzione contabile del valore
di un bene strumentale;
economico: quote comprensive di interesse che costituiscono un
processo di ripartizione del valore iniziale su un orizzonte temporale;
finanziario: piano per la graduale estinzione di un debito (o mutuo)
contratto per l’acquisto di beni strumentali, oppure per finanziare un
qualunque investimento anche non produttivo;
L’ammortamento che l’azienda effettuerà è di tipo economico con un piano a
rata annuale costante.
È quindi necessario conoscere:
: valore iniziale del bene strumentale;
aliquota di ammortamento;
: valore residuo investimento alla fine dell’anno
– : è l’anno di cui devo calcolare
Considerando:
l’installazione di 50 collettori solari
Tabella 4.5 Valor residuo all'anno n impianto a 50 collettori
Il piano di ammortamento considerando un aliquota di ammortamento
pari al 10% e considerando un investimento dal valore iniziale pari a
80000 € ha un intervallo temporale di 10 anni a rata costante pari a 8000
€, al termine di questi anni il valore residuo dell’impianto è nullo.
l’installazione di 100 collettori solari
Tabella 4.6 Valor residuo all'anno n impianto a 100 collettori
Il piano di ammortamento considerando un aliquota di ammortamento
pari al 10% e considerando un investimento dal valore iniziale pari a
160000 € ha un intervallo temporale di 10 anni a rata costante pari a
16000 €, al termine di questi anni il valore residuo dell’impianto è nullo.
4.4 Calcolo flussi di cassa
Il calcolo dei flussi di cassa è di fondamentale importanza nella valutazione
degli indici economici utili a stabilire la bontà o meno di un investimento.
I flussi di cassa considerati sono i seguenti:
FLUSSI DI CASSA OPERATIVI
rappresenta l’effettivo flusso monetario generato da un azienda tenuti in
considerazione gli investimenti necessari all’operatività e al
mantenimento dell’attività considera tata.
FLUSSI DI CASSA ATTUALIZZATI
permettono di portare all’attualità flussi di cassa che si manifestano in
periodi diversi. Questi valori sono molto importanti per valutare
l’investimento.
FLUSSI DI CASSA CUMULATI
Rappresenta la somma tra il flusso di cassa cumulato in un anno con il
flusso di cassa attualizzato all’anno considerato.
4.4 Valutazione dell’investimento
Gli investimenti industriali sono caratterizzati da un susseguirsi di esborsi e di
disponibilità che avvengono in tempi diversi: la spesa può aver luogo in un solo
periodo prima dell’avviamento dell’impianto o protrarsi in periodi successivi.
L’analisi dell’investimento può, quindi, essere ricondotta all’analisi delle entrate
e delle uscite da una cassa simbolicamente associata all’investimento.
Convenzionalmente il periodo 0 è quello in cui è realizzato l’impianto, dal
momento della decisione fino alla messa in opera.
La vita economica dell’investimento è pari a n anni, i periodi da 1 a n sono
quelli di vita utile dell’impianto; è lungo questo arco di tempo che andiamo a
svolgere i calcoli per determinare la bontà o meno del nostro investimento.
Obbiettivo dell’analisi degli investimenti è, quindi, quello di considerare tutte le
varie voci di costo interessate che, una volta determinato il valore
dell’investimento permettono di valutarne la possibile realizzazione.
4.4.1 Metodo del VAN
Dal punto di vista economico un investimento può essere considerato
redditizio se la somma algebrica dei flussi di cassa, opportunamente
ricondotti ad un tempo di riferimento ed estesa per tutti gli anni della
vita economica stimata per l’investimento, risulta positiva.
Nel metodo VAN (Valore Attuale dei flussi di cassa al Netto
dell’investimento iniziale) l’utilità complessiva dell’investimento può
essere valutata sommando algebricamente i diversi flussi di cassa e
riportandoli ad un medesimo tempo di riferimento attraverso il
meccanismo di attualizzazione:
Dove:
VAN : rappresenta il Valore Attuale Netto;
: rappresenta il numero di anni di durate dell’investimento;
Fn : rappresenta i flussi di cassa al periodo n;
: tasso interno di rendimento cioè indica il rendimento
dell’investimento.
Considerando tutti gli indici economici utili ad una corretta stesura del
conto economico si è potuto arrivare ai seguenti valori.
Installazione 50 collettori solari
Tabella 4.7 Indici economici per il calcolo del VAN considerano 50 pannelli solari
Questo metodo richiede a priori la fissazione di ” e di e consente
di fare le seguenti considerazioni:
Se VAN > 0 l’operazione di investimento darà una certa utilità
economica;
Se VAN = 0 l’operazione servirà unicamente a restituire in n
anni capitale ed interessi al tasso “i”;
Se VAN < 0 l’investimento è in perdita;
Conviene quindi effettuare l’investimento solamente con un VAN>0;
come possiamo vedere dalla tabella sopra presentata, considerando
l’installazione di 50 collettori solari e un tasso interno di rendimento
pari al 6%, tasso considerato ragionevolmente vantaggioso per
investimenti di questo tipo, otteniamo un valore di VAN su un
orizzonte temporale di 20 anni positivo, pari a 20,76.
Questo ci indica con ragionevole certezza che l’investimento darà una
certa utilità economica
Installazione 100 collettori solari
Tabella 4.8 Indici economici per calcolo del VAN considerano 100 pannelli solari
Come possiamo vedere dalla tabella, considerando l’installazione di
100 collettori solari e un tasso interno di rendimento pari al 6%,
otteniamo un valore di VAN su un orizzonte temporale di 20 anni
negativo, pari a -2,34; questo sta ad indicarci che l’investimento è in
perdita ma soprattutto che, tra i due impianti considerati (50-100),
risulta vantaggioso solamente quello che prevede l’installazione di 50
pannelli solari.
4.4.2 Metodo del TIR
Si definisce TIR(Tasso interno di Rendimento), quel particolare valore
del tasso di attualizzazione che rende il valore attuale di tutti i flussi di
cassa uguale all’esborso iniziale per l’investimento.
Altra possibile interpretazione è quella per la quale il tasso di
redditività attualizzato può essere interpretato come quel particolare
valore del tasso di interesse al quale è possibile prendere in prestito tutti
i fondi necessari per realizzare l’investimento, senza avere né utili né
perdite al termine della vita del progetto dopo aver restituito l’esborso
iniziale ed i relativi interessi maturati.
Dal punto di vista analitico il metodo del tasso interno di rendimento si
applica risolvendo la relazione:
Grazie a questo metodo è possibile stabilire quale sia il valore del TIR
che annulli la somma dei flussi di cassa nell’intervallo di tempo
considerato; in funzione del valore trovato è possibile stabilire se il
rendimento dell’investimento giustifica o meno la realizzazione di esso.
Nel caso specifico, dei due investimenti considerati, si sono ottenuti i
seguenti risultati.
Installazione 50 collettori solari
Tabella 4.9 Indici economici per calcolo del TIR considerano 50 pannelli solari
Come possiamo vedere dalla tabella, utilizzando il metodo del TIR,
andiamo ad azzerare la somma dei flussi di cassa attualizzati
nell’orizzonte temporale considerato e calcoliamo il valore del T.I.R
che da VAN=0 al ventesimo anno.
Installando 50 collettori solari si ottiene un tasso di rendimento
dell’investimento pari a 10,719 %, valore molto vantaggioso per questo
tipo di investimenti.
Installazione 100 collettori solari
Tabella 4.10 Indici economici per calcolo del TIR considerano 100 pannelli solari
Installando 100 collettori solari si ottiene un tasso di rendimento
dell’investimento pari a 6,003%, è un T.I.R interessante per questo tipo
di investimenti ma, comunque molto meno vantaggioso rispetto al
T.I.R relativo all’installazione di 50 collettori solari.
Dai risultati ottenuti con entrambi i metodi, metodo del VAN e metodo
del TIR, possiamo affermare che da un punto di vista economico
riscontra una maggior fattibilità di realizzazione l’impianto che prevede
l’installazione di 50 collettori solari.
Capitolo 5
CONCLUSIONI
5.1 Premessa
In questi ultimi mesi, grazie alla possibilità concessami dal Dipartimento di
Energia del Politecnico di Milano, ho avuto la possibilità di seguire un progetto
che mi ha permesso di acquisire conoscenze teoriche applicabili direttamente
all’impianto oggetto del lavoro di tesi.
Lo studio dell’installazione di un impianto solare potendo accedere direttamente
all’impianto in questione, mi ha permesso di capire le varie problematiche che
subentrano durante la progettazione di soluzioni di questo tipo.
Il lavoro è stato particolarmente interessante perché presente appunto quel
riscontro pratico che ha permesso, ogni qual volta necessario, di essere presente
all’interno dell’azienda e in tal modo verificare in prima persona il corretto
avanzamento dello studio.
Dopo un percorso universitario per lo più teorico e nozionistico, fondamentale
per creare basi solide e consolidate nella mente di noi studenti, questa tesi mi ha
offerto l’opportunità di seguire un progetto pratico direttamente sperimentabile
sul “campo”.
5.2 Lavoro svolto e sviluppi futuri.
La valutazione della prefattibilità all’installazione di un impianto solare termico
per il pre-riscaldo dell’acqua utile al lavaggio della autocisterne ha richiesto, in
una prima fase, uno studio accurato di quelli che sono i parametri operativi con i
quali l’impianto lavora quotidianamente.
Valutati i parametri dell’impianto è stata fatta una ricerca della varie soluzioni
offerte dal mercato, per situazioni similari alla nostra ed in tal modo sono stati
scelti alcuni collettori solari che meglio potessero rispondere alle nostre
esigenze.
La mancanza di alcuni parametri operativi caratteristici dell’impianto, mi ha
portato ad alcune ipotesi semplificative quali il considerare la portata di acqua
fluente alle utenze costante e il serbatoio di accumulo sempre a livello (4000
litri).
Servendomi dei dati riguardanti l’irraggiamento forniti dal PVGIS e
considerando un giorno tipo per ogni mese dell’anno è stato possibile calcolare,
scrivendo un algoritmo risolutivo, tutti quei parametri utili alla valutazione
dell’energia risparmiabile con l’installazione di un impianto solare
rispettivamente da 50 e da 100 collettori solari.
La determinazione dell’energia risparmiata ha permesso di calcolare il
corrispondente risparmio in termini di gas naturale.
Prima di determinare la fattibilità economica dell’investimento si sono
considerate le possibili agevolazioni fiscali previste per l’installazione di un
impianto solare; proprio questo punto ha permesso, ottenendo risultati positivi
per gli indici economici, di suggerire l’installazione della soluzione
impiantistica a 50 collettori solari.
Per migliorare ulteriormente il rendimento dell’impianto solare, si potrà studiare
una logica di riempimento del serbatoio di accumulo che, permetta di riempire il
serbatoio solamente quando richiesto dalle utenze e non indipendentemente
dalle richieste tener sempre 4000 litri d’acqua.
Si potrà prendere in considerazione anche l’installazione di un altro serbatoio e
studiare la variazione dei parametri operativi utili a determinare la variazione del
rendimento dalla soluzione ora valutata.
Inoltre dovrà essere considerata la possibilità di installare i collettori solari
perfettamente diretti verso sud (cosi come considerato nel nostro studio) o
altrimenti valutare altre direzioni d’installazione.
Bibliografia
[1] GARIONI NAVAL S.p.A QT-004 Quaderno tecnico, caldaia a
fluido diatermico. Scheda tecnica generatore termico tipo TH/AR 3000 Karcher
S.p.A, Garioni Naval S.r.l
[2] VIESMANN, climate of innovation, Manuale di progettazione Solare
termico.
[3] Agenzia delle entrate, Le agevolazioni fiscali per il risparmio energetico.
[4] Brealey, Myers, Sandri Principi di finanza aziendale, Decisioni
d’investimento con il metodo del valore attuale netto.