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progettazione e simulazione degli impianti fotovoltaici La curva AM0, corrispondente alla radiazione solare misurata al di fuori dell’atmosfera terrestre, risulta invece essere assai simile allo spettro di emissione di un corpo nero portato alla temperatura di 5.760 K. Tuttavia, al fine di stabilire delle condizioni di prova standard in laboratorio per i componenti fotovoltaici, la norma CEI EN 60904-3 (CEI 82-3) considera la curva AM1,5 come radiazione solare standard di riferimento. Per quest’ultima, nel documento normativo sono anche riportati i valori standard di energia specifica associati alle varie frequenze dello spettro luminoso, da riprodurre nei simulatori solari a lampada utilizzati nei test. Nelle norme, cosi come nella pratica impiantistica di progettazione, il valore di massima radiazione al suolo viene assunto pari a 1.000 W/m 2 La misura della radiazione solare globale orizzontale, si effettua mediante uno strumento, detto piranometro o più comunemente solarimetro. Lo strumento misura l'energia associata alla componente verticale della radiazione incidente nell’unita di tempo ed è sensibile alle frequenze visibili della radiazione solare ed al vicino infrarosso. L’intensità della radiazione globale o potenza specifica è espressa in W/m 2 . Tipicamente i valori di potenza specifica orizzontale possono arrivare in Italia, al livello del mare, durante una bella giornata estiva di sole, a 900÷1100 W/m 2 . Registrando a intervalli di tempo regolari l'irraggiamento istantaneo, si possono ottenere diverse grandezze utili per l’ingegneria solare, (valore medio orario della radiazione globale, l’integrale giornaliero, il valore massimo giornaliero ecc.) e tutte le statistiche necessarie per caratterizzare un sito. Inclinando poi lo strumento ad un angolo fisso rispetto al piano orizzontale è anche possibile misurare la radiazione solare globale su un piano inclinato che, come vedremo, risulta uno dei dati fondamentali nella progettazione solare. Dalle considerazioni fatte sopra si deduce che la stima della radiazione globale solare al livello del suolo richiede delle più complesse metodologie di quelle relative alla stima della radiazione solare extraterrestre. Infatti in un dato sito hanno molto peso le condizioni atmosferiche e topografiche oltre agli altri parametri che determinano la posizione del Sole nel cielo. I problemi sono anche più complessi a livello di progettazione di sistemi fotovoltaici perchè in genere le misure di irraggiamento solare o le estrapolazioni con modelli partono sempre da dati riferiti a superfici orizzontali e non a superfici inclinate. Occorre quindi riportare i predetti dati ad altri che si riferiscono alla effettiva orientazione della superficie di collezione della radiazione solare. La radiazione globale a livello del suolo consiste di radiazione diretta, di radiazione diffusa dal cielo a causa dello scattering dei costituenti dell’atmosfera (nebbia ed aerosol). Si veda a riguardo la figura 72. L’atmosfera è variabile ed agisce come un filtro dinamico assorbendo e diffondendo la radiazione solare. I cumuli e gli strati di nebbia bassi ed a media altezza sono in genere opachi ed intercettano la radiazione solare, invece le nebbie alte (ad esempio cirri) sono traslucidi e diffondono la radiazione diretta, ma non la bloccano totalmente. Nei giorni soleggiati con cielo sereno la maggior parte della radiazione solare è radiazione diretta e 130 Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca
progettazione e simulazione degli impianti fotovoltaici la radiazione diffusa incide per il 5÷20% del totale. Con il cielo coperto la radiazione diretta è diffusa dai gas degli aerosol e dalle nuvole e può costituire anche il 100% della radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. Energia UV Visibile infrarosso vicino spettro extraterrestre assorbita e diffusa dall'atmosfera spettro in un tipico mezzogiorno con cielo sereno, esposizione Sud Fig. 72 – Confronto tra la distribuzione spettrale dell’energia al suolo e nello Spazio In condizione di cielo sereno la radiazione solare al suolo a mezzogiorno può superare 1.000 W/m 2 , mentre in un giorno coperto può essere inferiore a 100 W/m 2 . Nella figura 73 si può vedere l’effetto della nuvolosità sulla radiazione solare disponibile al suolo. Il grafico si riferisce alla località di Fresno-California USA. radiazione diretta kW/m 2 /giorno mese dell'anno Fig. 73 – Effetto della nuvolosità sulla radiazione solare disponibile al suolo nella località di Fresno-California USA In tale località le variazioni della torbidità atmosferica sono piccole e contenute sono anche le variazioni dell’umidità atmosferica. Ne segue che le variazioni della radiazione Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca copertura in decimi 131
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