07_nozioni Di Base Sull'Irraggaimento Solare_dph Bom

5/12/2018 07_nozioni Di Base Sull'Irraggaimento Solare_dph Bom - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/07nozioni-di-base-sullirraggaimento-solaredph-bom 1/32

Nozioni di base sull'irraggiamento solare Mercoledì 3 maggio 2006

Dr. Daniel Pahud / LEEE - DACD - SUPSI 1

SUPSI, DACD, LEEE 1

Nozioni di basesull’irraggiamento solare

Mercoledì 3 maggio 2006 13:30 – 17:00

• Parte teorica: 2h Dr. D. Pahud

• Parte pratica: 1h Ing. G. Friesen

Ing. N. Cereghetti

• Esercizi: 1h Ing. S. Rezzonico

Scuola Universitaria Professionaledella Svizzera Italiana

DipartimentoAmbienteCostruzioni e

Design

LaboratorioEnergiaEcologia

Economia

SUPSI, DACD, LEEE 2

Nozioni di basesull’irraggiamento solare

Parte teorica:

• Geometria solare

• Energia del sole

• Irraggiamento orizzontale

• Irraggiamento su piano inclinato

• Valutazioni pratiche

Scuola Universitaria Professionaledella Svizzera Italiana

Dipartimento

AmbienteCostruzioni eDesign

LaboratorioEnergiaEcologiaEconomia





SUPSI, DACD, LEEE 3

Geometria solare - il sole

E2γ2.4. eHeH0

1

4

2

1

1

+++→

•80% H2 , 19% He, etc.

•dsole =1.39 109 m

•Terra-sole 1.496 1011 m

•T sup =5740°C

Geometria solare – – i l s i s t e m a t e r

r a - s o l e

SUPSI, DACD, LEEE 4

L’orbita terrestre e le stagioni

Geometria solare – – i l s i s t e m a t e r r a - s o l e





SUPSI, DACD, LEEE 5

Asse di rotazione della terra

Geometria solare – – i l s i s t e m a t e r

r a - s o l e

SUPSI, DACD, LEEE 6

Declinazione solare

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300 350

Giorni dell'anno

δ

δ = 23,45°.SEN[360.((284+n)/365))]

Formula di Keplero:

Solstizio d’estate

Solstizio d’invernoEquinozio di primavera Equinozio d’autunno

Declinazione:angolo tra asseterra-sole e

piano equatore

Geometria solare – – i l s i s t e m a t e r r a - s o l e





SUPSI, DACD, LEEE 7

Traiettoria del sole durante ungiorno

Geometria solare – – t r a i e t t o r i a d e l s o l e

SUPSI, DACD, LEEE 8

Traiettoria apparente del soleper un osservatore terrestre






SUPSI, DACD, LEEE 9

Traiettoria del sole per un

osservatore terrestre durantediverse stagioni


SUPSI, DACD, LEEE 10

Le coordinate geografiche

stessoparallelo

stessalatitudine

stessomeridiano

stessalongitudine

Parallelo

Meridiano

Es. Lugano: Latitudine = 46.003 ; Longitudine (E-) = -8.5736







Posizione del sole: definizione

SUDEST

OVEST

ZENIT

AZ

HS

HS: elevazione

AZ: azimut(negativo verso estEST = -90°)



sen HS = sen LAT . sen δ + cos LAT . cos δ . cos AH

sen AZ = cos δ . sin AH / cos HS

Dove:

LAT: Latitudine (

Luogo)δ: Declinazione solare ( Giorno)

(Angolo tra la linea terra-sole e il piano equatoriale: ±23,45°)

AH: Angolo orario ( Ora)(Angolo della linea terra-sole proiettata sul piano dell’equatore e il sud: 15°/ora; 360°/24h )

HS: Elevazione solare(Angolo tra la linea del sole e il piano orizzontale)

AZ: Azimut solare(Angolo tra la proiezione della linea del sole sul piano orizzontale e la direzione sud)

Posizione del sole: calcolo







Diagramma d’elevazione solare



Traiettoria del sole (Lugano)

Est Ovest

AZ

H S

Sud

SUDEST

OVEST

ZENIT

AZ

HS







Traiettoria del sole (Nairobi)



Tempo solare - Tempo legaleGiorno solare vero: 2 passaggi del sole alla meridiana del luogo

TSV:Tempo solare vero

TSM: Tempo solare medioTL: Tempo legale

TSV = TL + ΔTz - Long/15°+ ET + ΔTs

Esempio: Qual è l’ora solare vera alle 13h ora legale del 12 maggio a Canobbio?

13h + (-1h) - (-8.972°/15°) + (+4min) -1h = 11h 40min

-0.6 h= -36 min

-0.6 h= -36 min

ET: Equazione del tempo

ET = TSV - TSMΔT z : Differenza dall’ora GMT ΔT s : Differenza ora estiva

Geometria solare – – t e m p o s o l a r e – t e m p o l e g

a l e






Equazione del tempo

L‘angoloα varia digiorno in

giorno

Intervallo tra 2 culminazioni successive(rotazione di 360°+α) non costante !

Geometria solare – – t e m p o s o l a r e

– t e m p o l e g a l e


Equazione del tempo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 50 100 150 200 250 300 350

Giorni dell'anno

J J J J J J ET 3sen0041.02sen1565.0sen1229.03cos0012.02cos0528.0cos0072.0 ∗−∗−∗−∗−∗−∗=annodellgiornodelnongng J '.,25.365/2 =∗= π

•Orbita ellittica (±7.8 min)

•Asse di obliquo (±10 min)

Serie di Fourier:

Geometria solare – – t e m p o s o l a r e – t e m p o l e g

a l e






Energia del sole

Energia del sole – – e n e r g i a r i n n o v a b i l e

Distanza Terra-sole

1.496 1011 m

Potenza irradiata

3.826 1026 W

Qual è il flusso di radiazione ricevuto dalla Terra ?

Superficie sfera: 4 π R2 => 1’360 W/m2


Irraggiamento extraterrestre1367 W/m2 ±3.3%

I0 = 1367 . (1 + 0.033 . cos J) [W/m2 ]J = j . P / 365.25 j = N° del giorno dal 1 gennaioI0H = I0 sin HS

HS = 37°

HS = 23°

HS = 11°

Energia del sole – – i r r a g g i a m e n t o e x t r a t e r r e s t r e






La massa d’aria

AM: massa d’atmosfera attraversatadall'irraggiamento diretto per raggiungere il suolo

AM = (1-0.1 Altitudine)/ sin HS ≅ 1/ sin HS

AM = 0 ⇒ ExtraterrestreAM = 1 ⇒ HS = 90°AM = 1.5 ⇒ HS = 42°

Atmosfera

HS

Energia del sole – – l a m a s s a d ' a r

i a


Irraggiamento diretto e diffuso

Albedo

DirettoDiffuso

Limite dell’atmosfera

Irraggiamento extraterrestre(1’367 W/m², “costante solare”)

Irraggiamento globale(1000 W/m² con cielo chiaro)

Energia del sole – – i r r a g g i a m e n t o d i r e t t o e d

i f f u s o






Irraggiamento diretto e diffusoglobale=diretto+diffuso+albedo

D I R E

T T O

D I F F U S O

A L B E D

O

Energia del sole – – i r r a g g i a m e n t o d i r e t t o e d i f f u s o


Spettro del sole

ultravioletto (UV) 0.20 < λ < 0.38 μm 6.4 %

visibile 0.38 < λ < 0.78 μm 48 %

infrarosso (IR) 0.78 < λ < 10 μm 45.6 %

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Lunghezza d'onda [mm]

Spettro solare AM 1.5H2O

O2

H2OO3

Aerosoli

CO2 H2OO3

Energia del sole – – s p e t t r o d e l l ' i r r a g g i a m e n t o





SUPSI, DACD, LEEE 25Irraggiamento orizzontale – – m i s u r a d ' i n s o

l a z i o n e

Irraggiamento orizzontaleRilievi d’insolazione:

• Durata d’insolazione: eliografo di Campbell-Stokes (qualitativo)

• Valutazione energetica:dati d’irraggiamento => flusso di energiaincidente [W/m2]dati d’insolazione => integrazione su una

durata determinata [MJ/m2] o [kWh/m2]

• Meteorologia: insolazione globale su pianoorizzontale (valori mensili o orari)


Misura d’insolazione

Piranometro:• precisione (1%) ☺

• spettro solare ampio ☺

• angolo ampio ☺

• Termocoppie (5-15 mV)

• prezzo (>3000.-)

Celle di riferimento:•precisione (5%)

•spettro solare specifico ☺/

•riflessione

•cellula fotovoltaica

•prezzo (>400.-) ☺

Irraggiamento orizzontale – – m i s u r a d ' i n s o l a z i o n e






Diretto e diffuso

Pireliometro Piranometro con schermo

Irraggiamento orizzontale – – m i s u r a d ' i n s o

l a z i o n e


Dati meteorologici in CHRETE ANETZ:•64 Stazioni – 10 anni di rilievi da 1983 a 1992•IGH, T a, Vento e umidità•Valori mensili•Locarno-Magadino, Stabio, Piotta, Cimetta,Locarno-Monti, Lugano

•Tutto il territorio

•Anno medio

RETE DRY (Design Reference Year):•22 luoghi - regioni + abitate•Diversi parametri•Valori orari – anno medio tipico•Locarno-Magadino, Lugano•Piano, Giura e vicinanze luoghi DRY•Statistica su 10 anni di misura

Irraggiamento orizzontale – – d a t i m e t e o r o l o g i c i i n S v i z z e r a






Rete ANETZ

Irraggiamento orizzontale – – d a t i m e t e o r o l o g i c i i n S v

i z z e r a


Rete DRY

Irraggiamento orizzontale – – d a t i m e t e o r o l o g i c i i n S v i z z e r a





SUPSI, DACD, LEEE 31Irraggiamento orizzontale – – p r o g r a m m a M

e t e o n o r m

Correzione dei dati meteo

Luogo fuori dalle zone di validità

DETERMINARE IL GIACIMENTO SOLARE

• correzioni prendendo in considerazione una“distanza climatica”, correlazioni, ecc.

• generare dei valori orari sintetici

• generare irraggiamento orizzontale diffuso

• trasporre irraggiamento su un piano inclinato

=> programma Meteonorm

SUPSI, DACD, LEEE 32Irraggiamento orizzontale – – p r o g r a m m a M e t e o n o r m

www.meteonorm.com





SUPSI, DACD, LEEE 33Irraggiamento su piano inclinato – – d e f i n i z i o n i g e

o m e t r i c h e

Irraggiamento su piano inclinato

è fondamentale per determinare il

GIACIMENTO SOLARE

sul piano considerato

(panelli fotovoltaici, collettori solari,finestre, ecc.)


Piano inclinato: gli angoli (1/2)

SUDEST

OVEST

ZENITH

β

α

γ

cos α = cos β . sen HS + sen β . cos HS . cos (AZ- γ)

Normale al piano

β : inclinazione piano

γ: orientamento piano

α: angolo d‘incidenza

Irraggiamento su piano inclinato – – d e f i n i z i o n i g e o m e t r i c h e






Piano inclinato: gli angoli (2/2)

Irraggiamento su piano inclinato – – d e f i n i z i o n i g e

o m e t r i c h e


Modello di trasposizione

Diretto p = Diretto h . cos α / sen HS

Diffuso iso p = Diffuso h . (1+ cos β) / 2

Albedo = ρ . Globale h . (1- cos β) / 2

Globale p = Diretto p + Diffuso iso p + Albedo p

Irraggiamento su piano inclinato – – m o d e l l o d i t r a s p o s i z i o n e






Modello di PerezModello di trasposizione dell'irraggiamento diffuso: permette il calcolodell'irraggiamento incidente su una superficie inclinata sulla base dell'irraggiamento

Diffuso isotropo

Banda d’orizzonte (ca. 5°)

Circumsolare (cono 5°)

Diffuso p = Diffuso iso p + Circumsolare + Banda d’orizzonte



Coefficienti dd’’albedoalbedo

Ambiente urbano 0.14 - 0.20

Erba 0.15 - 0.25

Erba fresca 0.26

Neve fresca 0.82

Neve bagnata 0.55 - 0.75

Asfalto secco 0.09 - 0.15

Asfalto bagnato 0.18

Cemento 0.25 - 0.35

Tegole rosse 0.33

Alluminio 0.85

Rame 0.74

Acciaio galvanizzato 0.35

Galvanizzato molto sporco 0.08

Coefficiente d’albedo ρ è una misura di riflessionedel suolo, dipendente dalla sua struttura







Valutazioni pratiche

Valutazioni pratiche – – i r r a g g i a m e n t o o r i z z o n t a l e

Irraggiamento orizzontale il 14 giugno 2002 a Trevano

0

100200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00

ore [hh:mm]

I r r a g g i a m e n t o [ W / m 2 ]

globale: 7.3 kWh/m2

diffuso: 2.0 kWh/m2




Irraggiamento orizzontale il 16 giugno 2002 a Trevano

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00

ore [hh:mm]

I r r a g g i a m e n

t o [ W / m 2 ]

globale: 6.5 kWh/m2

diffuso: 2.3 kWh/m2








Irraggiamento orizzontale il 29 marzo 2006 a Trevano

0

100200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00

ore [hh:mm]

I r r a g g i a m e n t o [ W / m 2 ]

globale: 4.7 kWh/m2

diffuso: 1.5 kWh/m2


Insolazione giornaliera

Diffuso/globale= 15%

Piano orizzontale;cielo chiaro


Globale: 8.3 kWh/m2

Diffuso: 1.3 kWh/m2






Insolazione mensile

Diffuso/globale= 55%


Globale annuale: 1’140 kWh/m2

Diffuso annuale: 620 kWh/m2


Insolazione globale annua






SUPSI, DACD, LEEE 45Valutazioni pratiche – – i r r a g g i a m e n t o o r i z z o n t a l e


Insolazione in diversi luoghi[kWh/m2.a]

781

9811087

1186

1379

1668 1686

2177

0

500

1000

1500

2000

2500

Reykjavik Oslo Zurigo Lugano Davos Palermo Brisbane Dakar

I n s o l a z i o n e [ k

W h / m 2 ] Quasi 3x







800

900

1000

1100

1200

1300

1400

0° 5° 15° 25° 30° 35° 40° 45° 55° 65° 75° 85° 90°

Inclinazione piano [°]

I n s o

l a z i o n e g l o b a l e a n n u a [ k W h / m 2 . a

]

O R I Z Z O N T A L E

V E R T I C A L E

OPTIMUM

Insolazione globale a Lugano:

piano inclinato rivolto a SUD

Valutazioni pratiche – – i r r a g g i a m e n t o s u l p i a n o d e i c o l l e t t o r i


Insolazione globale a Lugano:piano inclinato rivolto a SUD

Inclinazione 0° 5° 15° 25° 30° 35° 40° 45° 55° 65° 75° 85° 90°

kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m²

Gennaio 42 46.7 55.2 62.6 65.8 68.5 70.9 72.8 75.4 76.1 74.9 72 69.9

Febbraio 55.9 60.1 67.6 73.7 76.1 78.1 79.7 80.7 81.5 80.5 77.5 72.9 69.9Marzo 91.9 96.3 103.6 108.7 110.4 111.5 112 111.9 109.8 105.4 98.7 90.1 85

Aprile 105 107.1 109.9 110.5 110.1 109.1 107.6 105.6 100.1 92.9 84.1 74.1 68.7

Maggio 135 136.3 137 135.1 133.2 130.7 127.7 124.1 115.2 104.6 92.6 79.4 72.7

Giugno 162 162.9 162.4 158.5 155.6 151.9 147.4 142.2 130.2 116.1 100.4 83.7 75.4

Luglio 180.9 182.7 183.4 180.1 177 173.2 168.4 162.7 148.8 132.6 113.9 94.3 83.9

Agosto 160 164 169.1 170.4 169.6 167.8 165 161.3 151.6 138.6 122.5 104.5 94.8

Settembre 110.9 115.8 123.7 128.8 130.3 131.1 131.1 130.3 126.6 120.1 110.9 99.4 92.8

Ottobre 67 70.8 77.4 82.4 84.2 85.6 86.6 87 86.6 84.2 80.1 74.3 70.9

Novembre 43 46.8 53.8 59.6 62 64.1 65.8 67.1 68.6 68.6 66.9 63.7 61.6

Dicembre 35 39.3 47.2 54 57 59.6 61.9 63.8 66.4 67.4 66.8 64.5 62.8

Anno 1188.6 1228.8 1290.2 1324.4 1331.2 1331.1 1323.9 1309.6 1261 1187.1 1089.4 972.8 908.3

Δ risp. optimum -10.7% -7.7% -3.1% -0.5% 0.0% 0.0% -0.5% -1.6% -5.3% -10.8% -18.2% -26.9% -31.8%

Orizzontale V e r t i c a l e

O p t i m

u m

Valutazioni pratiche – – i r r a g g i a m e n t o s u l p i a n o d

e i c o l l e t t o r i






Fattore di trasposizione R(β,γ)Valutazione rapida dell’effetto del posizionamento dei

moduli: Globalep (β,γ) = R (β,γ) . Globaleh

Facciata

Tetto piano

Tetto falda 30°



Fattore di trasposizione, tabella

Esempio: 0.58 / 1.15 ≅ 0.5 50%








Energia incidenteriferita al valore massimo (100%)

878787878787878787878787870°

8789909192939393929090888610°

8589919497979797959390878320°

82879195989910098979390848030°

78849094979910098969187827640°

7380869195979796938983777050°

6875828790939391888378716560°

6370768184878785827771655970°

5763697377787977747064595380°

5056616568707068656257524790°

90°75°60°45°30°15°0°-15°-30°-45°-60°-75°-90°Tilt

AZ



Energia incidente: piani inclinati








OmbreOmbre lontane

=orizzonte

•su tutto il campo PV•rilevamento sul terreno conHeliochron o su carta

Ombre vicine=

edifici, piante, ecc.

•solo su una parte del campo•rilevamento sul terreno conteodolite

Valutazioni pratiche – – o m b r e


Ombre vicine e lontane, distanze


Vicine

18°

3

18°

3

Lontane

3

18°






Ombre tra i moduli, distanze

Montaggio su tetto piano,indice di sfruttamento:

30-40%(su 100m2 sup. => 40 m2 moduli)

Angolo limite: max. 18° (d = 3 h)

h

d

Se necassario:

• distanza tra file• inclinazione•cablaggio opportuno




Distanza tra file di collettori: d = B – A cos a

a : inclinazione dei collettorib : angolo limite o elevazione solare minima








Angolo limite: 70°

Montaggioin facciata



Rilievo dell’orizzonte1. Heliochron: apparecchio utilizzato per il rilievo dell’orizzonte

2. Software: sistema computerizzato per ottenere l’orizzonte







Ombre

Orizzonte < 15°

Inverno 10:00-14:00Estate 06:00-18:00

Perdite minime(< 10%)

OK



Ombre

Orizzonte < 15° e–30°< azimuth < +30°

(es. Palazzo alto 10m a 35m didistanza)

Perdite nulle(< 2%)

OK







Est Ovest

AZ

H S

Sud

Ombre

Ombrevicine:

attenzione!



Ombre vicine e lontane – caso di Cadenazzo







GlossarioLAT: Latitudine (Angolo tra la retta passante per una data località ed il centro della terra e il piano

dell’equatore)

LONG: Longitudine (la distanza del punto da un meridiano di riferimento sull'arco di parallelo passante

per quel punto. Per convenzione internazionale è in uso come meridiano fondamentale quello passanteper Greenwich.

Geometria solare:

δ (delta): Declinazione solare (Angolo tra la linea terra-sole e il piano equatoriale della terra stessa

±23,45°)

AH: Angolo orario (Angolo della linea terra-sole proiettata sul piano dell’equatore e il sud)

HS: Elevazione solare (Angolo tra la linea del sole e il piano orizzontale)

AZ: Azimut solare (Angolo tra la proiezione della linea del sole sul piano orizzontale e la direzione

sud)

Piano inclinato:β (beta): Inclinazione (Angolo tra il piano inclinato e il piano orizzontale)

γ (gamma): Orientamento (Angolo tra la la direzione sud e la proiezione orizzontale della normale del piano

sul piano)

α (alfa): Angolo d’incidenza (Angolo tra la direzione del sole e la normale del piano considerato)

Basi di meteo – – g l o s s a r i o

07_nozioni Di Base Sull'Irraggaimento Solare_dph Bom

Documents

Transcript of 07_nozioni Di Base Sull'Irraggaimento Solare_dph Bom