Progettare ed installare un impianto fotovoltaico - Enea

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47 Il dimensionamento energetico degli impianti fotovoltaici Curve isoradiative (Atlante europeo) Questo valore è tuttavia fortemente influenzato dalle variazioni delle condizioni atmosferiche che hanno andamento aleatorio; per questo motivo si utilizzano i dati storici dell’irraggiamento solare rilevati nella località prescelta o in località con caratteristiche climatiche simili. Che cosa è il kW p Un campo fotovoltaico di potenza pari ad 1 kW p corrisponde ad un insieme di moduli FV, disposti in serie, in grado di generare energia elettrica di potenza pari ad 1 kW se sottoposti ad un irraggiamento solare di 1.000 W/m 2 , alla temperatura di 25 °C ed Air Mass 1,5. L’energia prodotta dall’impianto varia nel corso dell’anno e soprattutto della giornata, in funzione delle condizioni meteorologiche e dell’altezza del sole sull’orizzonte. Il campo unitario-tipo di cui prima genererà una potenza via via crescente a partire dalle prime ore del mattino, sino ad 1 kW quando il sole si trova allo zenit, per poi decrescere gradualmente sino a portarsi allo zero quando il sole sarà tramontato. 1 kW p , installato in una località con insolazione pari a quella riscontrabile in una località dell’Italia centrale (media annuale = 4,7 kWh/m 2 /giorno), è in grado di produrre almeno 1.300 kWh di energia elettrica utile all’anno. I dati storici disponibili riguardano generalmente i valori giornalieri medi mensili dell’irradiazione su superficie orizzontale H o (espressi in kWh/m 2 /giorno), sono relativi a medie di 5-10 anni e possono essere reperiti consultando, ad esempio: l’Atlante Europeo della radiazione solare; le Norme UNI 10349 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Dati climatici”; la Raccolta Dati ENEA. Tali dati sono disponibili anche on-line e, a partire da essi, collegandosi al sito Internet http://www.solaritaly.enea.it, è possibile effettuare il calcolo della radiazione al suolo per qualunque località (note le coordinate geografiche) e qualunque orientazione (azimut e tilt) della superficie captante. Spesso i dati storici vengono forniti attraverso curve isoradiative che riportano i valori di H o ; tali curve, costruite correlando i dati rilevati dalle diverse stazioni meteorologiche, rappresentano una utile guida per determinare i valori di irradiazione di località che non si trovano in prossimità di una stazione di rilevamento. [6.1.2] Calcolo dell’energia incidente sul piano dei moduli Per poter calcolare la radiazione solare incidente (H) sulla superficie dei moduli (S) è necessario prima determinare e poi sommare fra loro le varie componenti dell’irraggiamento riportate sul piano dei moduli fotovoltaici. Come passo iniziale si determinano i valori giornalieri medi mensili dell’irradiazione su superficie orizzontale H o (dati storici) e successivamente, attraverso metodi di calcolo sperimentali, le sue componenti sul piano (sono solo due cioè diretta e diffusa, non c’è ovviamente la riflessa). Il più noto di questi metodi, quello di Liu-
48 Progettare ed installare un impianto fotovoltaico H do Jordan, fornisce una legge che mette in relazione la componente diffusa H do alla H o : ⎡ H ⎛ H ⎞ o o H = − + H ⎜ of ⎝ H ⎟ of⎠ − ⎛ ⎢1, 39 4, 027 5, 531 3, 108⎜ ⎝ H ⎣ ⎢ , , of , dove H o,f è l’irradiazione su superficie orizzontale fuori dall’atmosfera (calcolato). Un’altra relazione, che fornisce valori non molto differenti dalla precedente, è quella proposta dalla Norma UNI 8477: H do ⎛ H = Ho ⋅ ⎜0, 881 + 0, 972 ⎝ H Nota la radiazione diffusa sul piano orizzontale è possibile calcolare la componente diretta sul piano orizzontale mediante la relazione: Hbo = Ho −Hdo In alternativa a questo metodo è possibile far riferimento alla Norma UNI 10349 che fornisce direttamente i valori di H do e H bo (per ciascuna provincia italiana). Per il calcolo della radiazione globale H incidente su una superficie inclinata rispetto al piano orizzontale di un angolo β è necessario sommare le seguenti 3 componenti: diretta H b = R b . Hbo , dove R b è un termine dipendente dalla latitudine del sito (Φ), dalla declinazione solare (δ) e dall’angolo di tilt (β) ed è definito dal rapporto H f /H o,f , dove H f rappresenta l’irradiazione su una superficie inclinata fuori dall’atmosfera (calcolato); diffusa H d = H do . ⎛1 + cosβ ⎞ , ⎝ 2 ⎠ riflessa H a = H o . a ⎛1 − cosβ ⎞ , ⎝ 2 ⎠ dove a è il fattore di albedo definito precedentemente. o of , o ⎞ ⎟ ⎠ ⎞ ⎤ ⎟ ⎥ ⎠ ⎦ ⎥ 2 3 H = Hb + Hd + Ha = Rb ⋅ Hbo + ⎛1 + cosβ⎞ 1 cos Hdo a Ho ⎝ 2 ⎠ ⋅ + ⋅ ⎛ − β⎞ ⎝ 2 ⎠ ⋅ Poiché il valore di H è un valore giornaliero medio mensile, per calcolare l’energia incidente in un anno è necessario ripetere il calcolo per ciascun mese e sommare i valori ottenuti ciascuno moltiplicato per il numero di giorni che compone il relativo mese. Questo metodo ha il pregio di essere estremamente semplice; di contro esso fornisce una stima per difetto dell’intensità della radiazione diffusa, sostanzialmente a seguito dell’ipotesi di ritenere che la stessa si distribuisca in modo uniforme sull’intera volta celeste, condizione reale in presenza di giornate caratterizzate da cielo coperto. Metodi di calcolo più sofisticati consentono, mediante opportuni coefficienti correttivi, di tener conto dell’incremento di radiazione diffusa dal cielo in prossimità dell’orizzonte e nella regione di cielo vicina al Sole, in presenza di giornate serene. Dall’analisi delle mappe isoradiative è possibile osservare che, con riferimento ai valori di irraggiamento disponibili, località situate in zone costiere risultano molto simili anche se sufficientemente distanti e, viceversa, località vicine, ma poste una in zona montuosa e l’altra in zona costiera, presentano caratteristiche molto diverse. Alcune mappe, oltre a riportare i dati di radiazione sul piano orizzontale, forniscono anche i valori per particolari angoli di inclinazione delle superfici di raccolta (β = 30°, 60°) data l’importanza che questi rivestono nella progettazione e realizzazione di un impianto FV o, in genere, solare. Inoltre, le carte dei percorsi solari, che forniscono una rappresentazione grafica del moto apparente del Sole, sono di grande
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