Energia solare. Prof.ssa Matilde Pietrafesa

Transcript

1 Prof.ssa Matilde Pietrafesa Università Mediterranea Reggio Calabria Dipartimento DIIES dell Informazione, delle Infrastrutture e dell Energia Sostenibile Energia solare 05/04/2016 1

2 Temperatura del Sole La radiazione solare è l energia elettromagnetica emessa dal Sole. Il Sole si comporta come un corpo nero a T = 5778 K. Il Sole è essenzialmente un reattore nucleare, generata nei processi di fusione dell idrogeno in atomi di elio che avvengono al suo interno

3 Potenza irradiata dal Sole

4 Costante solare La potenza irradiata dal Sole è pari a 63 MW/m 2. La potenza disponibile decresce con la distanza; dopo aver percorso i circa 150 milioni di km che separano il Sole dalla Terra il suo valore è molto ridotto, pari a kw/m 2 (costante solare) all esterno dell atmosfera, ad una distanza media dal Sole nell orbita terrestre.

5 Spettro di emissione del Sole La radiazione emessa dal Sole subisce notevole attenuazione per assorbimento e dispersione da parte dell atmosfera; la radiazione che giunge sulla superficie terrestre è quasi tutta compresa nella banda di lunghezze d onda che vanno da 0,3 a 2,5 micron; essa raggiunge circa 1000 W/m2 solo in una giornata serena.

6 Spettro elettromagnetico

7 Energia solare che giunge sulla Terra La quantità che attraverso l atmosfera giunge sulla Terra è pari a circa 1/3 dell energia totale al di fuori dell atmosfera Di essa il 70% cade sui mari; la rimanente aliquota che cade sulle terre emerse è pari ad alcune migliaia di volte il fabbisogno energetico mondiale annuo 05/04/2016 7

8 Disponibilità dell energia solare Ogni anno: Energia solare che raggiunge le terre emerse: miliardi di tep Energia consumata nel mondo: 8 miliardi di tep L energia disponibile è quindi pari ad alcune migliaia di volte 05/04/2016il fabbisogno energetico mondiale annuo 8

9 Ruolo dell energia solare E fondamentale per la maggior parte dei processi vitali e dei fenomeni fisici: fotosintesi ciclo dell acqua formazione di venti biomassa combustibili fossili

10

11 Radiazione solare sulla Terra La radiazione solare sulla superficie terrestre è pari a circa 1 kw/m 2 con cielo sereno e sole allo zenit kwh/m² C 250 1, ,8 0, ,4 0, /04/2016

12 Disponibilità con la latitudine La distribuzione della radiazione solare sulla superficie terrestre varia molto con: la latitudine (può essere sfruttata solo entro una ristretta fascia, compresa tra 45 di latitudine nord e sud). l altezza sul livello del mare 05/04/

13 Latitudine e longitudine La posizione di un punto sulla superficie terrestre viene determinata attraverso le coordinate geografiche: Latitudine: indica la distanza angolare dall Equatore Longitudine: indica la distanza angolare da un Meridiano di riferimento, dal 1884 convenzionalmente fissato a Greenwich

14 Posizione geografica Per meridiano geografico si intende una semicirconferenza compresa tra i due poli. I punti lungo un meridiano hanno uguale longitudine. Il parallelo geografico è un cerchio minore parallelo al piano dell'equatore. I punti lungo un parallelo hanno uguale latitudine

15 Meridiani e paralleli

16 La risorsa solare in Italia ed in Europa Irradiazione annua su piano orizzontale [kwh/m 2 ]

17 Variabilità dell energia solare L energia solare in un punto della superficie terrestre varia con: la stagione l ora del giorno la condizioni meteorologiche 05/04/

18 Andamento della radiazione solare nel corso dell anno L orbita della terra ha forma ellittica e nei mesi di giugno e luglio la distanza Terra-Sole è massima, per cui la radiazione solare è minima. Tuttavia alle nostre latitudini le temperature sono più elevate nei mesi estivi e l irraggiamento solare più esteso: ciò dipende dall angolo di incidenza favorevole dei raggi solari.

19 L orbita terrestre

20 Il percorso solare Per descrivere il moto del Sole si utilizzano due angoli: l altezza sull'orizzonte e l'azimuth (angolo che la direzione del Sole, proiettata sul piano orizzontale, forma con la direzione Sud)

21 Altezza solare nel corso dell anno E N S O

22 Profili di irraggiamento solare Gennaio Aprile Luglio Ottobre

23 Disponibilità dell energia solare La disponibilità dell energia solare sulla Terra dipende da: incidenza dei raggi solari (maggiore è l'inclinazione, minore è l'energia che giunge al suolo) massa atmosferica che sovrasta la Terra nuvolosità 05/04/

24 Componenti della radiazione solare La radiazione solare totale I T che raggiunge la superficie terrestre è data da: I T = I D + I S + R I D Diretta I S Diffusa R Riflessa o albedo Le proporzioni dipendono: dalle condizioni meteorologiche dall inclinazione della superficie dalla presenza di superfici riflettenti 05/04/

25 Radiazione diretta La radiazione diretta colpisce una qualsiasi superficie con un unico e ben definito angolo di incidenza diffusa e riflessa La radiazione diffusa incide invece su tale superficie con vari angoli di incidenza Una superficie inclinata, può ricevere, inoltre, la radiazione riflessa dal terreno o da specchi d'acqua o da altre superfici

26 Il modello di Liu-Jordan Calcolo dell aliquota di radiazione solare totale incidente su una superficie inclinata, partendo dai valori della radiazione sul piano orizzontale R 1 H H d 0 R b H H d 0 1 cos 1 cos 2 2 R b : fattore di ribaltamento H d : radiazione diffusa sull orizzontale H o : radiazione totale sull orizzontale diretta diffusa albedo : inclinazione della superficie : riflettività ambiente ( = 0.2)

27 Condizioni meteorologiche In una giornata serena con clima secco predomina la componente diretta, che può arrivare fino al 90% della radiazione totale; in una giornata nuvolosa, viceversa, la radiazione è quasi tutta diffusa.

28

29 Sfruttamento dell energia solare a) Produzione di acqua calda ad alta temperatura nelle centrali termoelettriche; b) Produzione di acqua calda a bassa temperatura, nei mini-impianti familiari; c) Produzione di energia elettrica, sfruttando l effetto fotovoltaico d) Alimentazione di impianti di solar cooling e) Conversione biologica di rifiuti per la produzione di combustibile

30 Generazione distribuita Energia solare in edilizia Produzione energia elettrica Riscaldamento edifici Produzione acqua calda sanitaria Raffrescamento edifici