L ENERGIA DAL SOLE. Caratteristiche della fonte solare

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1 L ENERGIA DAL SOLE Caratteristiche della fonte solare 1

2 L ENERGIA SOLARE Il Sole emette un'enorme quantità di energia sotto forma di luce e di calore. Senza questa energia non potrebbe esistere alcuna forma vita sulla terra. Il sole irradia, in un'ora, più energia sulla terra di quella che viene consumata dall'intera popolazione terrestre in un anno. 2

3 L ENERGIA SOLARE L energia che il Sole ci irradia può essere sfruttata. Generalmente si distingue tra l'utilizzo per la produzione di calore (solare termico) e l'utilizzo per la produzione di corrente elettrica (solare fotovoltaico). Queste due applicazioni si basano sull'impiego di tecnologie molto diverse. 3

4 LA TERRA e IL SOLE 4

5 L ALTEZZA DEL SOLE 21 giugno 22 settembre/21 marzo 21 dicembre 5

6 LA RADIAZONE SOLARE LA RADIAZONE SOLARE LO SPETTRO SOLARE La luce solare, come tutte le radiazioni elettromagnetiche, è composta da diverse componenti cromatiche caratterizzate da un valore di lunghezza d onda diverso. Si parla in questo caso di spettro della radiazione. 6

7 LO SPETTRO SOLARE LO SPETTRO SOLARE Tale scomposizione può essere visualizzata graficamente indicando per le diverse lunghezze d onda il valore di insolazione, secondo una curva caratteristica 7

8 LA RADIAZIONE SOLARE SULLA TERRA Al di fuori dell atmosfera il sole fornisce un flusso di energia per unità di tempo pari a 1367 W/m 2 (costante solare) AM = air mass; rapporto tra la lunghezza del percorso effettivo della luce solare attraverso l atmosfera terrestre e la lunghezza del percorso minimo 8

9 LA RADIAZIONE SOLARE AL SUOLO Valore massimo di energia sulla superficie terrestre: ~1000 W/m 2 9

10 LA RADIAZIONE SOLARE AL SUOLO RADIAZIONE GLOBALE H [W/m 2 ] Somma dei contributi di H = H b + H d + H r RADIAZIONE DIRETTA (H b ): costituita dai raggi che dal Sole giungono senza subire deviazioni angolari alla superficie terrestre RADIAZIONE RIFLESSA (H r ): Componenti della radiazione solare riflesse dalle superfici circostanti i pannelli RADIAZIONE DIFFUSA (H d ): comprende la parte di raggi solari che incontrano particelle di gas atmosferici e da queste vengono riflessi, variando l angolazione di incidenza 10

11 Indici di riflessione per differenti superfici 0,7 11

12 MISURA DELLA RADIAZIONE SOLARE Esistono mappe solari fornite dai servizi meteorologici che danno indicazioni sui valori medi registrati per sulla complessiva radiazione, ottenute con l uso di appositi strumenti solari Esistono vari database (ENEA, NASA, Atlante solare europeo, Norme UNI) 12

13 LA MAPPA SOLARE MAPPA ISORADIATIVA MONDIALE 13

14 LA MAPPA SOLARE 14

15 OMBREGGIAMENTI: per evitarli conviene fare una mappatura dell orizzonte 15

16 Alcune grandezze: LATITUDINE Φ Suddivisione della crosta terrestre in circonferenze parallele (180). La numerazione procede dall equatore (0 ) verso i poli (90 ). Indica la posizione relativa di un punto geografico rispetto all equatore. LONGITUDINE Suddivisione della crosta terrestre in circonferenze uguali passanti per i poli (180 semicirconferenze). Indica la posizione relativa verso est / ovest di un punto geografico rispetto al meridiano di riferimento (meridiano di Greenwich). 16

17 AZIMUT DI UNA SUPERFICIE γ Angolo formato dalla normale alla superficie e dal piano meridiano del luogo. Si indica con 0 il sud (MEZZOGIORNO SOLARE), con gradi positivi rotazioni verso ovest, con gradi negativi rotazioni verso est. INCLINAZIONE DELLA SUPERFICIE β (tilt) Angolo tra la superficie considerata e il piano orizzontale su cui giace. θ ANGOLO DI INCIDENZA θ Angolo con cui i raggi solari colpiscono una superficie inclinata 17

18 Norma UNI 8477 (parte I) Energia solare. Calcolo degli apporti per applicazioni in edilizia. Valutazione dell energia raggiante ricevuta. Norma per effettuare valutazioni di massima dell apporto energetico medio mensile dell energia solare Contiene: Definizioni generali, specifiche e dei parametri geometrici Calcolo dell irraggiamento su una superficie comunque inclinata ed orientata Esempi di calcolo Uso dei diagrammi solari Prospetti Appendici 18

19 VENEZIA (h s.l.m.=.= 5 m; lat = 45,44 N; long = 12,33 E) MESE GENNAIO FEBBRAIO MARZO APRILE MAGGIO GIUGNO LUGLIO AGOSTO SETTEMBRE OTTOBRE NOVEMBRE DICEMBRE H h [Wh/m 2 g] Radiazione giornaliera media mensile

20 ROMA (h s.l.m.=.= 137 m; lat = 41,8 N; long = 12,6 E) MESE GENNAIO FEBBRAIO MARZO APRILE MAGGIO GIUGNO LUGLIO AGOSTO SETTEMBRE OTTOBRE NOVEMBRE DICEMBRE H h [Wh/m 2 g] Radiazione giornaliera media mensile

21 CROTONE (h s.l.m.=.= 158 m; lat = 39,083 N; long = 17,133 E) MESE GENNAIO FEBBRAIO MARZO APRILE MAGGIO GIUGNO LUGLIO AGOSTO SETTEMBRE OTTOBRE NOVEMBRE DICEMBRE H h [Wh/m 2 g] Radiazione giornaliera media mensile

22 Tabelle dell insolazione media da norma UNI Calcolo irraggiamento su piano inclinato ed orientato (UNI ) Località: Reggio Emilia Latitudine 44,68 Nord MJ/mq/giorno IRRAGGIAMENTO kwh/mq/giorno ρ Piano Orizzontale Piano Orizzontale GENNAIO 0,2 4,40 1,22 FEBBRAIO 0,2 7,20 2,00 MARZO 0,2 12,20 3,39 APRILE 0,2 17,50 4,86 MAGGIO 0,2 21,60 6,00 GIUGNO 0,2 24,30 6,75 LUGLIO 0,2 25,40 7,06 AGOSTO 0,2 20,80 5,78 SETTEMBRE 0,2 15,70 4,36 OTTOBRE 0,2 10,00 2,78 NOVEMBRE 0,2 5,30 1,47 DICEMBRE 0,2 4,00 1,11 kwh/mq/giorno Azimut= 0 Tilt= 35 2,02 2,89 4,26 5,22 5,75 6,14 6,57 5,94 5,24 3,99 2,39 1,97 Irrag. Medio giorno 14,03 3,90 Irrag. Medio anno 5122, ,82 1 kwh = 3,6 MJ 4, ,4 22

23 Radiazione globale giornaliera media mensile per diversi valori di β (H =[Wh/m 2 gg]) a Crotone MESE H h [Wh/m 2 g] GENNAIO FEBBRAIO MARZO APRILE MAGGIO GIUGNO LUGLIO AGOSTO SETTEMBRE OTTOBRE NOVEMBRE DICEMBRE

24 STRUMENTI DI MISURA LA RADIAZIONE SOLARE GLOBALE PIRANOMETRO o polarimetro o solarimetro 24

25 L ENERGIA DAL SOLE IL FOTOVOLTAICO 25

26 POSSIBILITÁ D IMPIEGO 26

27 Scuole 27

28 Uffici 28

29 Aziende 29

30 Composizione di un impianto FV CAMPO FV (GENERATORE) CONDIZIONAMENTO DELLA POTENZA E SISTEMA DI CONTROLLO CARICO ELETTRICO BATTERIA DI ACCUMULO RETE ELETTRICA Sempre presenti: il campo fotovoltaico, il sistema di condizionamento della potenza (inverter e/o regolatore di carica) il carico elettrico/rete elettrica 30

31 Impianto FV in isola stand alone Campo FV Regolatore di carica Batteria CC 12V V Inverter = AC 230V 31

32 Impianto FV connesso in rete grid connected Campo FV Inverter = AC 230V 32

33 Impianto FV connesso in rete ESEMPIO 33

34 COMPOSIZIONE Il campo fotovoltaico CELLA MODULO PANNELLO STRINGA CAMPO 34

35 LA CELLA Esempi di celle al silicio cristallino 35

36 LA CELLA: le tecnologie Si monocristalli no Si multicristallino Si amorfo GaAs CdTe CIS (CULNSe2) Efficienza della cella η (valori indicativi) 14-17% 12-14% 4-6% singolo 7-10% tandem 30% in laboratorio 10% 12% Vantaggi Alto rendimento Garanzia di durata e stabilità Rapporto η/costo Produzione più semplice Costo Minore energia nella fabbricazione η buono con scarso irraggiamento Adatto alle alte temperatur e dei sistemi a concentrazi one Basso costo Molto stabile Flessibile Svantaggi Costo Complessità produttiva Complessità produttiva Sensibilità alle impurità Basso rendimento Degrado iniziale Stabilità negli anni Tossicità in fase produttiva Costo Tossicità del cadmio in fase produttiva Scarsità del materiale Costo 36

37 I [A] Potenza Effetto dell irraggiamento P = V I W/m W/m W/m W/m W/m W/m V [V] 37

38 Effetto della temperatura I [A] C -20 C C 0 C 40 C C V [V] 38

39 Le condizioni standard STC una temperatura della cella di almeno 25 C; un irraggiamento pari a 1000 W/m 2 incidente normalmente sulla superficie della cella o pannello una distribuzione dello spettro solare pari a quello ottenibile con la condizione di Air Mass (AM) pari a 1,5. 39

40 IL RENDIMENTO Energia incidente 100 % Quota non sfruttabile 75% Quota energetica in eccesso 44 % 13 % Perdite di cella 11 % 2 % Perdite dell impianto Calore Energia utile 40