Le problematiche ambientali sono sempre più presenti nella scuola che se ne occupa, ma in genere l'interesse degli alunni, risulta superficiale e poco coinvolgente perché le tematiche legate al rapporto uomo-ambiente vengono proposte in modo generico, astratto: bisogna rispettare la natura, si deve aver cura delle piante e degli animali, l'aria e l'acqua inquinata nuocciono alla salute, facendo leva più sull'aspetto emotivo che sostanziale del problema.

Nelle mie classi ho voluto affrontare l'argomento, soprattutto sotto l'aspetto energetico, (una causa primaria del disequilibrio ecologico) in modo pratico, attraverso situazioni esperibili direttamente dagli alunni.

L' obiettivo didattico che mi sono posto riguardava il concetto di "energia rinnovabile"; l'obiettivo educativo, era saper valutare la convenienza o meno, dell'impiego di macchine che producono energia elettrica partendo da altre fonti di energetiche.

I contenuti, a carattere generale, riguardano la conoscenza dell'energia solare e suoi possibili utilizzi, la differenza tra produzione termica ed elettrica dell'energia solare, le tecnologie delle celle fotovoltaiche e loro funzionamento ed infine il problema dell'accumulo di elettricità e le batterie di accumulatori. Contenuti più specifici si riferiscono all'elettricità e relativi strumenti di misura, (voltmetro, amperometro, tester ), ai circuiti elettrici, come si rappresentano e si realizzano, alle loro protezioni elettriche (fusibili), i simboli grafici di componenti elettriche ed elettroniche.

Ma l'aspetto più solleticante e significativo dell'attività ha riguardato da un punto di vista metodologico, le modalità e le fasi con cui è stato realizzato il prodotto, "una bici solare " appunto, che non pretende di essere una "invenzione" (che non è), ma solo uno strumento didattico a forte valenza educativa.

Ci eravamo procurati una motorizzazione elettrica, che assieme ad altri accessori, aveva subito un allagamento e quindi mandata da un rottamaio. Una ditta di progettazione ci aveva messo a disposizione una serie di pannelli fotovoltaici, che il vento aveva strappato dal tetto facendoli rovinare a terra: con l'aiuto di un papà che ha fornito un camion per caricarli, siamo andati a prenderli per portali a scuola; veniva così ripresa l'idea del recupero, che i ragazzi avevano già conosciuto (le tre R di recupero, riciclo, riuso) e che è un concreto concetto ecologico.

Ci siamo messi, per prima cosa, a smontare i pannelli fotovoltaici riparabili e, riassemblandoli, abbiamo ottenuto moduli efficienti, di cui due per la bici, uno per il laboratorio, e quattro per l'impianto di illuminazione, dei cortili interni della scuola, che è già stato ultimato.

A questo punto ci mancava la bici. Ci è stata fornita gratuitamente da un rivenditore locale, così come le batterie di accumulatori, donateci da un negozio di elettronica: un altro concetto importante, quello di coinvolgere anche il proprio territorio, soluzione quasi d'obbligo viste le modeste risorse finanziarie della scuola e che ci ha permesso di costruire la nostra bici a costo zero.

Visto che i due pannelli avevano una superficie di circa un metro quadro, si è pensato di installarli in piano su un piccolo rimorchio che avevamo a disposizione.

Mentre un gruppo di ragazzi di adoperava a questo, altri allievi realizzavano grafici e schemi attinenti alle energie che stavamo utilizzando ( lo stesso gruppo, nella fase finale, preparerà articoli e schede didattiche per i giornali e per i loro compagni) ed altri ancora realizzavano un gancio di traino, con movimenti nelle tre direzioni ( alto-baso, destra-sinistra, rotazione su se stesso) utilizzando anche la saldatrice elettrica.

Si è passati quindi alla realizzazione dell'impianto elettrico mediante innesti tipo "faston" e con saldobrasature dolci a stagno; le celle fotovoltaiche sono state collegate in parallelo direttamente agli accumulatori (due in serie, dal momento che avevamo a disposizione una tensione nominale di 28 volts ed una tensione di targa del motore di 24 volts) con l'aggiunta dei relativi fusibili di protezione: da 3 Ampere per i pannelli, erogando questi una corrente di 2 Ampere e da 15 Ampere sulla linea del motore della bici da momento che questo assorbe a pieno carico 9,6 Ampere. Al momento di verificare il funzionamento, due erano gli interrogativi: non sapevamo le condizioni interne del motore apparentemente in ottimo stato, né il tipo potenziometro da applicare per regolare la velocità del motore. Quanta delusione è stata provata quando il motore non partiva. Con caparbietà abbiamo smontato il motore e ci siamo accorti che il calcio dell'acqua aveva incollato le spazzole del collettore non permettendo il contatto elettrico. Disincrostato, ripulito, lubrificato e quindi rimontato il tutto, il motore funzionava ed a tentativi abbiamo collegato il potenziometro giusto, da 1000 ohm, che permetteva il corretto funzionamento a tutte le velocità: una volta fissatolo in prossimità della manopola destra, la "bici solare" era pronta per il suo primo viaggio inaugurale.

Durante il primo percorso per recarci a Fano, 48 Km, per partecipare al "Laboratorio nazionale: Fano la città dei bambini" in collaborazione con l'attività del WWF "La riconquista della mia città, abbiamo misurato una velocità media di 22 km/h con punte massime di 28 km/h. L'autonomia con presenza di sole ha garantito tutta la distanza per arrivare a Fano; successivamente in assenza di sole è stata di 20 km.

All'arrivo inoltre i ragazzi hanno potuto presentare questa loro realizzazione direttamente alla RAI regionale, spiegando come si è sviluppata ed i motivi dell'esperienza, un altro aspetto per allargare la loro esperienza.

Per quanto riguarda le verifiche esse sono state svolte in tre momenti: sulla teoria, in laboratorio sull'attività pratica, e direttamente sulla realizzazione

Per la conoscenza degli argomenti ho preparato una serie di domande alle quali i ragazzi avrebbero dovuto rispondere e che riguardavano quanto già a loro proposto: concetto e valore medio della costante di irradiazione solare al suolo; definizione della differenza tra energie rinnovabili e non; differenza tra collettori solari piani ad assorbimento e le celle fotovoltaiche; funzionamento di una cella fotovoltaica; come si rappresenta un semplice circuito elettrico; a cosa serve il fusibile; che cosa è un accumulatore.

In laboratorio ho semplicemente annotato come i ragazzi operavano: se usavano gli attrezzi giusti per le varie funzioni; se eseguivano correttamente e rispettando la sucessione delle varie fasi esecutive previste; se erano ordinati nell'usare i vari stumenti; se li rimettevano a posto a fine lezione; se sapevano superare le difficoltà esecutive che incontravano durante la realizzazione. Inoltre, con alcuni, si era concordato all'inizio della lezione il lavoro che avrebbero dovuto svolgere nel tempo a loro assegnato, ciò per favorire un loro maggior impegno nel laboratorio che si rivela, a volte, come un momento dispersivo e poco producente. Il raggiungimento, o meno, di quanto loro si erano prefissati veniva da me trascritto.

Per ultimo, ho messo i ragazzi di fronte alla bici solare completa, chiedendo loro di ricavare o misurare parametri elettrici, cose che avevo già proposto in fase di preparazione e annotavo come riuscivano a rispondere alle mie richieste: la potenza del motore elettrico (leggere sulla targa il valore della tensione e della corrente nominale moltiplicandoli fra loro); la potenza spesa dal sole sul pannello (moltiplicare il valore della costante di irradiazione solare, 1000 w/mq, per la superficie del pannello); la potenza erogata dal pannello fotovoltaico quando è colpito dal sole (valore della tensione misurata con un voltmetro collegato in parallelo ai capi dei poli delle celle, moltiplicato il valore della corrente misurata con un amperometro collegato in serie su di un solo cavo proveniente dalle fotocelle); il rendimento delle celle fotovoltaiche (la potenza fornita dal pannello fotovoltaico fratto la potenza spesa dal sole per farlo funzionare).

L'esperienza sotto l'aspetto formativo, ha offerto agli alunni la possibilità di valutare il problema energetico in una visione generale, cogliendo gli aspetti positivi e negativi dell'utilizzo delle varie "macchine" deputate alla produzione di energia elettrica sulla quale fra l'altro hanno potuto operare direttamente. Si sono resi conto, ad esempio, che l'utilizzo delle energie rinnovabili, "pulite" è possibile, ma il loro impiego è ancora lontano da un uso diffuso; che l'utilizzo di queste energie stimola il fare creativo, l'inventiva, superando l'atteggiamento passivo di solo fruitori dell'interruttore acceso-spento; che ancora siamo indietro nello studio dello sfruttamento della energia solare. Comunque quello che è importante, è che abbiano incominciato a trattare queste forme energetiche, alle quali probabilmente le generazione future dovranno sempre più rivolgersi.

Bibliografia

ISES "Energia dal sole" Leonardo periodici

T. W. Norton " Gli esperimenti facili: energia dal sole" Muzzio editore

Casci piemonte "Energia solare " CLUP

Bullo " Elettricità da celle fotovoltaiche" Editoriale Delfino

Tecnologie d'avanguardia "Dispositivi a Semiconduttore" Finmeccanica

Paolo Cella "L'energia alternativa" Ed. Longanesi

Debeir Deleage Hemery "Storia dell'energia" Ed. Sole 24 Ore

Fermignano 17.03.1996

prof. Giuseppe Dini

LE NOSTRE CELLE FOTOVOLTAICHE

Si tratta  di moduli  policristallini della Solaris - Agip Nucleare mod. 40 SL/SOL.

Le dimensioni sono di 1067 x 445 mm e del peso di circa 8 kg.

Forniscono una tensione nominale di 14 v, con una corrente pari a 2,2 A.

Dalle varie prove da noi effettuate per verificarne il rendimento, abbiamo ottenuto un valore di poco più del 6 %, orientando il pannello esattamente al sole e con un’inclinazione pari a circa 45°; i calcoli da noi effettuati in giornate assolate e piuttosto nitide, sono stati ottenuti utilizzando un valore della costante d’irradiazione solare al suolo, pari a 1000 w/m².

PERCORSO DIDATTICO

PROCESSI TECNOLOGICI PARTICOLARI UTILIZZATI

Saldobrasatura dolce a stagno per i termali dei cavi.

Utilizzo di attacchi tipo “faston”, per il collegamento dei cavi alla batteria e del motore.

Saldatura elettrica con elettrodo di fusione, per la realizzazione del gancio di traino del rimorchio.

OLTRE LA SCUOLA

Con i ragazzi, abbiamo partecipato alla fiera regionale di Pesaro “Marche Producono” a fine settembre 1996 presentando al pubblico la bicicletta solare. Inoltre i mass media hanno parlato della nostra realizzazione, così come risulta dalla tabella.

Abbiamo partecipato al bando pubblico indetto dalla Regione Marche con L. R. n°35/95 sulla “Promozione e diffusione di veicoli elettrici…”, ma per un disgiudo burocratico (abbiamo tardato di 3 giorni la presentazione della domanda), abbiamo perso il relativo contributo.

Una relazione presentata da tre nostri allievi, contenente la descrizione della bicicletta solare assieme alle attività ambientali svolte nella nostra scuola, presentata alla manifestazione “La  nuova città del sole” , a Brescia, è stata premiata nel giugno 1998.