Energia solareEnergia solare

Il sole e lo spettro solareIl sole e lo spettro solareEmissione del sole

Emissione fotosfericaEmissione fotosferica Raggio medio della terra pari a circa 6,37 x 10Raggio medio della terra pari a circa 6,37 x 1066 m m Superficie di captazione SSuperficie di captazione Sii = 1,27 x 10 = 1,27 x 101414 m m22

Riesce ad intercettare meno di 1/109 dell’energia solare emessa

Valore enorme se confrontato con la scala delle energie per i fabbisogni umani

Densità energetica incidenteDensità energetica incidente == 1.350 W/m1.350 W/m22

Potenza totale intercettataPotenza totale intercettata == 1,71 x 101,71 x 101111 MW MW

Energia termica derivante dalla combustione del legno;Energia termica derivante dalla combustione del legno;

Energia termica derivante dalla combustione di carbone, Energia termica derivante dalla combustione di carbone, idrocarburi, gas naturale;idrocarburi, gas naturale;

Energia idroelettrica;Energia idroelettrica;

Energia Eolica;Energia Eolica;

Energia del moto ondoso.Energia del moto ondoso.

Il sole e lo spettro solareIl sole e lo spettro solareEnergie derivate dall’energia solare

La costante solareLa costante solareIntensità media della radiazione solare incidente in Intensità media della radiazione solare incidente in

direzione normale ad una superficie posta al di direzione normale ad una superficie posta al di fuori dell’atmosfera terrestre fuori dell’atmosfera terrestre

00 == 1.353 W/m1.353 W/m22

(corrispondente alla distanza media Terra – Sole)(corrispondente alla distanza media Terra – Sole)

Variazioni di nel corso dell’anno (variazione della distanza reale Terra – Sole:

Dataradiazione

solare(W/m2)

Dataradiazione

solare(W/m2)

1 Gennaio 1399 1 Luglio 1309

4 Gennaio 1399 3 Luglio 1309

1 Febbraio 1393 1 Agosto 1313

1 Marzo 1378 1 Settembre 1329

1 Aprile 1355 1 Ottobre 1350

4 Aprile 1353 5 Ottobre 1353

1 Maggio 1332 1 Novembre 1374

1 Giugno 1316 1 Dicembre 1392

Distribuzione spettrale dell’energia Distribuzione spettrale dell’energia solaresolare

()

()(W/m2)

(da zero a )(W/m2)

()

()(W/m2)

(da zero a )(W/m2)

0.15 0.07 0.008 0.65 1511 562.2

0.20 10.7 0.11 0.70 1369 634.3

0.25 70.4 2.63 0.75 1235 699.4

0.30 514 16.38 0.80 1109 758.0

0.35 1093 61.11 0.90 891 857.4

0.40 1429 118.1 1.00 748 940.2

0.45 2006 204.9 1.50 288 1172

0.46 2066 225.3 2.00 103 1265

0.50 1942 305.8 5.00 3.79 1346

0.55 1725 397.5 10.00 0.24 1352

0.60 1666 482.8 1000 zero 1353

Distribuzione spettrale dell’energia raggiante solare esternamente all’atmosfera

terrestre.

Distribuzione spettrale dell’energia Distribuzione spettrale dell’energia solaresolare

Distribuzione spettrale dell’energia raggiante solare sulla superficie terrestre per

diversi valori della massa d’aria.

[]() [W/m2]

m=0 m=1 m=4 m=7 m=10

0.15 0.07 zero zero zero zero

0.20 10.7 zero zero zero zero

0.25 70.4 zero zero zero zero

0.30 514 4.1 zero zero zero

0.35 1093 481 40.8 3.5 0.3

0.40 1429 850 179 37.6 7.9

0.45 2006 1388 460 153 50.6

0.50 1942 1451 606 253 106

0.55 1725 1337 622 289 135

0.60 1666 1320 656 326 162

0.65 1511 1257 724 417 240

0.70 1369 1175 744 471 298

0.75 1235 1077 713 473 313

0.80 1109 981 679 470 326

0.90 891 449 184 92.3 50.0

1.00 748 580 354 224 144

1.50 288 151 88.3 60.2 39.4

2.00 103 69.9 36.1 17.9 6.5

5.00 3.79 2.78 1.71 1.00 0.54

10.00 0.24 zero zero zero zero

1000 zero zero zero zero zero

Alternanza del giorno con la notte;Alternanza del giorno con la notte; Variazione della posizione del Sole nel cielo e quindi variazione sia Variazione della posizione del Sole nel cielo e quindi variazione sia

della massa d'aria attraversata che dell'angolo di incidenza;della massa d'aria attraversata che dell'angolo di incidenza; Dipendenza del coefficiente di trasparenza dell'atmosfera per Dipendenza del coefficiente di trasparenza dell'atmosfera per

l'energia raggiante solare dalla composizione dell'aria (vapor l'energia raggiante solare dalla composizione dell'aria (vapor d'acqua e inquinamento);d'acqua e inquinamento);

Le condizioni astronomiche e climatologiche si modificano nel corso Le condizioni astronomiche e climatologiche si modificano nel corso delle stagioni;delle stagioni;

La massa d'aria attraversata dalla radiazione solare varia in La massa d'aria attraversata dalla radiazione solare varia in funzione dell'altitudine sul livello del mare;funzione dell'altitudine sul livello del mare;

Gran parte dei parametri citati sono influenzati dalla posizione Gran parte dei parametri citati sono influenzati dalla posizione geografica della località considerata.geografica della località considerata.

Disponibilità di energia solare sulla Disponibilità di energia solare sulla superficie terrestresuperficie terrestre

L'energia solare disponibile sulla superficie terrestre è fortemente discontinua ed irregolare per le seguenti ragioni:

Stime di disponibilità di energia solareStime di disponibilità di energia solare

IIDD= radiazione diretta, attraversa il cielo senza essere deviata;= radiazione diretta, attraversa il cielo senza essere deviata;

IIdd= radiazione diffusa dall’atmosfera;= radiazione diffusa dall’atmosfera;

IIaa= radiazione di albedo o rinvio multiplo, relative al contesto (corpi = radiazione di albedo o rinvio multiplo, relative al contesto (corpi

limitrofi, etc…).limitrofi, etc…).

Non sempre sono disponibili misure dirette della radiazione solare per la località in esame, occorre allora supplire mediante il ricorso a modelli di

calcolo semplificati:

I=II=IDD+I+Idd+I+Iaa

La componente diretta dà il suo massimo apporto alla radiazione totale nelle ore centrali della giornata. In caso di oscuramento totale del cielo il suo contributo è praticamente nullo.

In termini percentuali la totalità della radiazione incidente extraatmosferica (con copertura annuale media del cielo del 50%), viene ripartita nel modo seguente:

•30% raggiunge la terra come radiazione diretta;•17% raggiunge la terra come radiazione diffusa;•14% assorbito dai costituenti atmosferici, in particolare vapore acqueo;•9% perduto verso lo spazio in conseguenza della diffusione dell’atmosfera;•30% rinviato nello spazio, di cui il 24% dalla parte superiore delle nubi ed il 6%

dalla superficie terrestre.

DiffusivitàDiffusività

p= pressionep= pressione = concentrazione particelle= concentrazione particelle g= quantità d’acqua precipitabileg= quantità d’acqua precipitabile m= massa d’ariam= massa d’aria

m

acqua20

g

800polv760

p

diff )()()()(

È responsabile delle differenze dell’intensità di radiazione che si producono nel cielo, riconoscibile nel visibile dalla differenze di luminanza. E’ una funzione continua di

ed è causata dall’intercettazione della radiazione solare da parte delle molecole d’aria, aerosol e vapor d’acqua disperse nell’atmosfera

AssorbimentoAssorbimento

la CO2 ha un massimo per la CO2 ha un massimo per = 2.71= 2.71m;m; il vapore acqueo ha un forte assorbimento in quasi tutto l’infrarosso;il vapore acqueo ha un forte assorbimento in quasi tutto l’infrarosso; HDO, l’acqua pesante (H e Deuterio) ha alto assorbimento tra 3-9 HDO, l’acqua pesante (H e Deuterio) ha alto assorbimento tra 3-9 m.m. N e O2 assorbono nei raggi X;N e O2 assorbono nei raggi X; l’ozono O3 assorbe la radiazione ultravioletta, creando un vero e proprio l’ozono O3 assorbe la radiazione ultravioletta, creando un vero e proprio

schermo protettivo.schermo protettivo.

È rappresentabile con una funzione discontinua di che dipende principalmente dalla quantità e dalla temperatura delle molecole asimmetriche, in particolare della

CO2 ed H2O presenti nell’atmosfera. Le bande di assorbimento dei componenti atmosferici dell’infrarosso risultano:

223)()()( =) ( ass COOHO

Angolo d’incidenzaAngolo d’incidenza

zenit: è il punto d'intersezione della sfera celeste con la verticale passante per l'osservatore;

nadir: è il punto della sfera celeste diametralmente opposto allo zenit;

poli celesti: sono gli zenit dei poli terrestri;

equatore celeste: è il cerchio massimo appartenente alla sfera celeste e normale all'asse terrestre;

cerchio orario: è il cerchio massimo appartenente alla sfera celeste, normale all'equatore celeste e passante per il Sole;

meridiano: è il cerchio massimo appartenente alla sfera celeste che passa per i poli celesti e per lo zenit

dell'osservatore.

Per mezzo delle informazioni geografico - astronomiche si individua la posizione del Per mezzo delle informazioni geografico - astronomiche si individua la posizione del Sole nel cielo e si determina l'angolo di incidenza della radiazione solare sulla Sole nel cielo e si determina l'angolo di incidenza della radiazione solare sulla

superficie interessata superficie interessata

PotenzaPotenza ed ed Energia Energia disponibilidisponibili

La potenza Wid incidente sopra una generica superficie piana è data da:

i cosnid WW

Sono stati svolti numerosi lavori scientifici per determinare algoritmi, a carattere semi - empirico, che consentissero di correlare i dati di soleggiamento con

l'energia raggiante incidente (prima formula di Sabbagh del 1973):

Sn lnBAH0 HH00 == energia totale incidente in un giorno (media mensile) energia totale incidente in un giorno (media mensile)

sopra sopra un piano orizzontale [MJ/m2 giorno]un piano orizzontale [MJ/m2 giorno] SS == valore medio mensile del numero di ore giornaliere di valore medio mensile del numero di ore giornaliere di

insolazione;insolazione; nn == 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 5, 4, 3, 2, 1 per i mesi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 5, 4, 3, 2, 1 per i mesi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

8, 8, 9, 10, 11, 12 (n = 1 per il mese di gennaio, ecc.);9, 10, 11, 12 (n = 1 per il mese di gennaio, ecc.); AA == 1.75 [MJ/m2 giorno];1.75 [MJ/m2 giorno]; BB == 0.6 [MJ/m2 giorno].0.6 [MJ/m2 giorno].

PotenzaPotenza ed ed Energia Energia disponibilidisponibiliFormula di Angstrom (1924), modificata da Page (1964) che tiene conto anche

della latitudine:

HH00FF == energia solare totale incidente in un giorno (media energia solare totale incidente in un giorno (media

mensile) mensile) sopra un piano orizzontale situato subito fuori sopra un piano orizzontale situato subito fuori dell'atmosfera dell'atmosfera terrestre [MJ/m2 giorno];terrestre [MJ/m2 giorno];

ZZ == valore medio mensile del numero di ore esprimente la valore medio mensile del numero di ore esprimente la durata durata del giorno;del giorno;

C, DC, D == costanti arbitrarie, variabili con la situazione climatica; costanti arbitrarie, variabili con la situazione climatica; Duffie Duffie e Beckman, in alcuni calcoli da loro effettuati, hanno e Beckman, in alcuni calcoli da loro effettuati, hanno

considerato A e B costanti, ponendo A = 0.30, B = 0.34.considerato A e B costanti, ponendo A = 0.30, B = 0.34.

Z

DSCHH F

00

Valori delle ore giornaliere di insolazione S e radiazione solare totale su un Valori delle ore giornaliere di insolazione S e radiazione solare totale su un piano orizzontale Hpiano orizzontale H00 (media mensile), per diverse città italiane. (media mensile), per diverse città italiane.

Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno

STAZIONI S H0 S H0 S H0 S H0 S H0 S H0

ANCONA 2.4 4.2 3.7 7.2 4.7 11.2 6.7 16.5 8.6 20.1 9.0 21.4

BOLOGNA 2.8 4.7 3.6 6.9 4.7 10.3 6.2 15.8 7.7 18.3 8.6 19.9

BOLZANO 3.5 4.2 4.5 6.8 5.0 10.2 5.7 13.5 6.6 16.2 7.0 17.3

BRINDISI 4.2 5.2 5.1 7.7 5.5 10.5 7.1 14.9 9.1 18.1 10.0 19.5

CAGLIARI 4.5 6.6 4.7 8.9 6.2 12.7 7.2 16.1 9.0 19.6 9.5 20.3

GENOVA 4.1 4.6 4.5 6.6 5.4 10.2 6.3 13.9 7.6 17.0 8.4 18.7

MESSINA 3.7 5.5 4.9 8.3 5.5 11.0 7.0 15.0 8.3 18.0 9.5 20.4

MILANO 2.0 3.1 3.4 5.6 5.1 9.3 6.2 13.4 7.2 16.1 8.0 17.9

NAPOLI 3.8 4.9 4.5 7.0 5.2 9.4 6.6 13.2 8.2 16.7 9.3 18.5

PESCARA 3.2 4.7 4.3 7.3 4.8 10.5 6.6 15.0 8.2 18.1 8.7 19.1

PISA 4.0 5.0 4.5 7.1 5.2 10.3 6.8 14.3 8.8 17.5 9.3 19.2

ROMA 4.3 6.0 4.7 8.3 6.6 12.0 7.0 16.2 8.6 20.0 9.4 21.8

TORINO 3.8 4.9 4.5 7.0 5.5 10.6 6.0 13.9 6.8 16.5 7.5 17.7

TRAPANI 4.5 6.6 5.2 9.1 6.5 12.9 7.8 16.0 9.4 19.6 10.2 20.8

TRIESTE 3.4 4.4 4.0 6.3 4.8 10.2 6.2 14.0 7.8 17.4 8.2 18.2

VENEZIA 2.9 4.0 3.6 6.1 5.0 10.2 6.1 12.3 8.0 18.3 8.4 19.1

Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre

STAZIONI S H0 S H0 S H0 S H0 S H0 S H0

ANCONA 10.4 22.1 9.5 19.6 7.1 14.9 5.2 9.8 2.5 4.9 2.1 3.6

BOLOGNA 9.6 20.0 8.6 17.4 7.0 13.2 4.8 8.6 2.0 4.2 2.0 3.4

BOLZANO 7.7 17.4 6.9 15.1 6.1 12.1 4.9 7.9 2.8 4.2 2.8 3.2

BRINDISI 11.2 19.8 10.4 17.9 8.3 13.7 6.6 9.5 4.4 5.9 3.5 4.3

CAGLIARI 10.7 21.8 10.2 19.2 8.3 14.9 6.3 10.7 4.3 6.8 3.6 5.1

GENOVA 9.6 19.3 8.7 16.7 6.8 12.4 5.5 8.3 3.5 4.7 3.6 3.9

MESSINA 10.6 19.5 10.0 17.4 7.9 13.2 6.1 9.4 4.3 6.1 3.3 4.8

MILANO 9.1 18.1 8.2 15.5 6.0 11.8 3.9 7.0 1.7 3.3 1.5 2.5

NAPOLI 10.4 18.8 9.9 16.4 8.1 12.7 6.4 9.1 4.1 5.5 3.0 4.0

PESCARA 10.2 19.9 9.5 17.4 7.4 13.2 5.7 9.1 3.6 5.4 2.7 4.0

PISA 10.7 19.9 9.4 16.9 7.5 13.6 6.0 9.2 3.5 5.2 3.0 3.9

ROMA 10.8 22.3 9.9 19.5 8.1 14.9 6.4 10.6 4.1 6.2 3.3 4.8

TORINO 8.4 18.0 7.4 15.9 5.5 11.7 4.5 7.8 2.9 4.5 3.2 3.9

TRAPANI 11.6 21.5 10.5 19.1 8.6 15.4 7.0 11.1 5.4 3.0 4.2 5.7

TRIESTE 9.8 19.3 8.8 17.3 7.1 13.1 5.8 9.2 2.8 4.7 2.8 3.8

VENEZIA 9.6 20.0 8.7 17.1 6.9 12.8 5.3 8.6 2.5 4.1 2.7 3.4

Potenziale solare per il Comune di PerugiaPotenziale solare per il Comune di Perugia Media mensile della radiazione solare totale giornaliera su superficie orizzontale (cal/(giorno

cm²), per la stazione di Perugia-S. Pietro, per i diversi anni del periodo 1973-1995.

Anno Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

1973 123,9 174,1 281,2 329,5 478,7 499,4 522,8 453,4 353,2 252,3 153,7 113,4 311,3

1974 135,6 202,6 294,7 316,8 420,0 463,0 533,2 484,5 356,0 208,2 154,1 116,5 307,1

1975 138,1 217,5 200,1 337,1 374,7 401,9 575,6 364,0 296,9 231,9 133,1 116,0 282,2

1976 140,9 204,4 293,1 301,7 422,5 436,0 396,8 360,1 235,8 211,8 113,5 97,8 267,9

1977 88,8 137,8 239,7 356,6 405,7 434,3 454,6 337,7 319,8 215,9 121,6 105,8 268,2

1978 98,5 124,7 218,6 241,1 320,0 391,7 419,9 356,6 313,7 216,7 175,2 74,8 246,0

1979 98,2 127,1 174,1 274,8 440,0 386,3 401,1 372,5 296,0 201,8 132,9 82,2 248,9

1980 83,1 205,6 207,6 283,2 264,2 367,3 415,7 359,0 326,6 185,4 105,9 83,6 240,6

1981 131,6 183,7 214,4 353,1 407,7 442,3 469,0 435,3 307,9 284,5 136,0 81,7 287,3

1982 108,4 200,9 241,5 382,1 426,1 466,1 468,9 424,4 330,6 213,1 134,9 81,2 289,8

1983 117,9 153,9 231,0 336,7 404,6 444,5 484,7 407,6 334,7 238,6 144,1 99,9 283,2

1984 103,6 153,9 239,1 307,2 298,3 475,5 548,9 410,8 278,3 204,4 141,6 115,8 273,1

1985 114,7 160,5 237,4 351,2 417,3 491,9 531,9 490,0 406,2 245,5 119,5 110,7 306,4

1986 126,9 162,5 218,7 292,5 500,5 463,3 540,2 516,2 377,9 272,4 166,1 121,7 313,2

1987 117,6 146,9 298,2 397,9 421,9 545,3 482,2 470,6 376,6 203,3 129,1 80,5 305,8

1988 123,0 182,5 265,6 337,6 378,3 432,5 527,6 449,1 344,8 231,0 151,8 117,8 295,1

1989 149,5 201,8 305,8 253,7 456,1 437,6 407,2 437,2 323,2 262,3 150,8 121,5 292,2

1990 143,2 216,2 294,7 328,5 464,6 449,7 507,5 439,4 288,5 216,6 148,8 101,5 299,9

1991 157,4 190,9 268,1 330,8 338,6 553,7 507,4 463,0 344,7 219,5 114,2 178,0 305,5

1992 127,8 203,8 263,1 319,3 456,8 380,1 486,1 483,6 360,6 154,7 120,5 98,8 287,9

1993 117,3 231,7 306,3 324,4 458,9 454,6 469,9 450,8 321,5 205,8 124,0 100,0 297,1

1994 126,7 191,4 332,0 290,8 433,2 461,7 502,4 469,8 300,3 241,5 141,9 98,1 299,2

1995 109,7 170,9 243,4 324,5 378,2 455,9 495,9 345,2 290,9 266,5 149,1 99,0 277,4

Media 121,0 180,2 255,1 320,5 407,3 449,3 484,8 425,3 325,4 225,4 137,5 104,2 286,3

0

5

10

15

20

25

Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

Mese

MJ/

m²

al g

iorn

o

H Angstom-Page H Medio

Giorno medio mensile dell'energia solare incidente, valutata sia con la regressione di Angstrom-Page che con le medie aritmetiche

Mappe delle risorse solariMappe delle risorse solariCarta dell’energia radiante su scala mondialeCarta dell’energia radiante su scala mondiale

(mese di gennaio)(mese di gennaio)

(mese di agosto)(mese di agosto)

Mappe delle risorse solariMappe delle risorse solariCarta della massima energia radianteCarta della massima energia radiante

(mese di gennaio)(mese di gennaio)

(mese di agosto)(mese di agosto)

Pannelli pianiPannelli pianiDescrizioneDescrizione

un materiale in grado di produrre un materiale in grado di produrre l'effetto serra:l'effetto serra: molto trasparente per lunghezze molto trasparente per lunghezze

d'onda inferiori a 2d'onda inferiori a 233m;m; fortemente assorbente (o, meglio fortemente assorbente (o, meglio

ancora, riflettente) per lunghezze ancora, riflettente) per lunghezze d'onda maggiori.d'onda maggiori.

Materiale Trasparenza Caratteristiche

Teflon 90%Bassa resistenza agli agenti

atmosferici, poco robusto, basso costo

Tedlar 95%Resistente alle alte temperature,

ingiallisce facilmente

Mylar 87%Degenera rapidamente con l’esposizione ai raggi UV

Sun-lite 90%Basso costo, buona durata,

elevata temperatura

funziona da schermo di radiazione funziona da schermo di radiazione per l'energia raggiante emessa dalla per l'energia raggiante emessa dalla lastra assorbente, poiché questa lastra assorbente, poiché questa energia è in gran parte distribuita su energia è in gran parte distribuita su lunghezze d’onda > 3lunghezze d’onda > 344m alle m alle quali la trasparenza del vetro è quali la trasparenza del vetro è praticamente eguale a zero.praticamente eguale a zero.

limita il calore disperso per limita il calore disperso per convezione, poiché, all'interno della convezione, poiché, all'interno della intercapedine fra lastra di vetro e intercapedine fra lastra di vetro e lastra assorbente, l'aria si trova ad lastra assorbente, l'aria si trova ad una temperatura più elevata di una temperatura più elevata di quella dell'aria esterna ed inoltre si quella dell'aria esterna ed inoltre si muove solo per convezione muove solo per convezione naturale;naturale;

protegge le parti metalliche protegge le parti metalliche dall'azione aggressiva degli agenti dall'azione aggressiva degli agenti atmosferici.atmosferici.

Lastra di vetro:Lastra di vetro:

Pannelli pianiPannelli pianiDescrizioneDescrizione

Lastra assorbente:Lastra assorbente: un elevato coefficiente di un elevato coefficiente di

assorbimento medio assorbimento medio aass per l'energia per l'energia

raggiante solare;raggiante solare; bassa emissione specifica bassa emissione specifica ll alla alla

temperatura di eserciziotemperatura di esercizio

Andamento ideale del coefficiente di Andamento ideale del coefficiente di assorbimento spettraleassorbimento spettrale aa del materiale del materiale perfetto per una lastra assorbente di un perfetto per una lastra assorbente di un

collettore solarecollettore solare

riflessione del vetro protettivo;riflessione del vetro protettivo; assorbimento del vetro protettivo;assorbimento del vetro protettivo; riflessione della superficie assorbente.riflessione della superficie assorbente.

Pannelli pianiPannelli pianiRendimentoRendimento

L'energia utile L'energia utile EEuu trasferita al fluido vettore è minore trasferita al fluido vettore è minore

dell'energia assorbita dell'energia assorbita EEaa; ;

questa, a sua volta, è minore dell'energia incidente questa, a sua volta, è minore dell'energia incidente EEi i ..

La differenza fra La differenza fra EiEi ed ed EaEa è dovuta a: è dovuta a:

La differenza fra La differenza fra EuEu ed ed EaEa è dovuta a: è dovuta a: emissione per temperatura della superficie assorbente; emissione per temperatura della superficie assorbente; convezione dalla superficie assorbente all'aria;convezione dalla superficie assorbente all'aria; conduzione attraverso lo strato isolante ed i collegamenti conduzione attraverso lo strato isolante ed i collegamenti

fra lastra assorbente e supporto. fra lastra assorbente e supporto.

Pannelli pianiPannelli pianiRendimentoRendimento

i

u

W

W

Potenza termica raccolta dal fluido vettorePotenza termica raccolta dal fluido vettore

Potenza raggiante incidente sul collettorePotenza raggiante incidente sul collettore

i

krca

W

WWWW

POTENZA ASSORBITA – POTENZA PERDUTAPOTENZA ASSORBITA – POTENZA PERDUTA

WWaa = = potenza assorbitapotenza assorbita

WWcc == potenza termica ceduta dal potenza termica ceduta dal

collettore all'aria per collettore all'aria per convezione;convezione;

WWrr = = potenza radiante emessa potenza radiante emessa

dal dal collettore;collettore; WWkk = = potenza termica trasmessa potenza termica trasmessa

dal collettore per dal collettore per conduzione.conduzione.

i

aisisr1ss W

TTs/hHta

Pannelli pianiPannelli pianiRendimentoRendimento

i

aisisr1ss W

TTs/hHta

diminuisce linearmente all'aumentare della differenza diminuisce linearmente all'aumentare della differenza cioè della temperatura del fluido riscaldatocioè della temperatura del fluido riscaldato convezione convezione dalla superficie assorbente all'aria;dalla superficie assorbente all'aria;

Il massimo di Il massimo di si verifica per T = T si verifica per T = Taa

Il rendimento diventa eguale a zero quando Il rendimento diventa eguale a zero quando TT raggiunge raggiunge il valore massimo, che è pari a:il valore massimo, che è pari a:

isisr1

issamax s/hH

WtaTT

RRendimento istantaneo di un pannello solare piano in funzione endimento istantaneo di un pannello solare piano in funzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wdella differenza di temperatura per diversi valori di W

ii..

aass = 0.9; = 0.9;

ttss = 0.9; = 0.9;

HH11 = 2.5 W/m2°C; = 2.5 W/m2°C;

hhrr = 3.5 W/m2°C; = 3.5 W/m2°C;

ssisis = 0.05 m; = 0.05 m;

isis = 0.05 W/m°C. = 0.05 W/m°C.

Pannelli pianiPannelli pianiRecenti sviluppiRecenti sviluppi

ENEA ed ENEL sviluppando il progetto ArchimedeENEA ed ENEL sviluppando il progetto Archimede

(tecnologia dei collettori parabolico lineari accoppiati ad un ciclo combinato (tecnologia dei collettori parabolico lineari accoppiati ad un ciclo combinato gas-vaporegas-vapore))

Collettori parabolico-cilindriciCollettori parabolico-cilindriciCaratteristiche geometriche

Sezione con piano normale all’asse focale

F = fuoco della parabola; AB = corda della parabola.

necessità di un dispositivo meccanico di orientazione della parabola in modo che necessità di un dispositivo meccanico di orientazione della parabola in modo che questa segua il moto apparente del Sole ed i raggi solari incidano sempre in direzione questa segua il moto apparente del Sole ed i raggi solari incidano sempre in direzione normale alla corda (dispositivo a funzionamento discontinuo;normale alla corda (dispositivo a funzionamento discontinuo;

necessità di una lavorazione sofisticata degli specchi parabolici, affinché il necessità di una lavorazione sofisticata degli specchi parabolici, affinché il funzionamento reale approssimi quello teorico (assicurare che la geometria non si funzionamento reale approssimi quello teorico (assicurare che la geometria non si modifichi nell'arco di vita dell'impianto;modifichi nell'arco di vita dell'impianto;

per il rispetto del funzionamento ottico, l'asse del tubo deve coincidere con l'asse per il rispetto del funzionamento ottico, l'asse del tubo deve coincidere con l'asse focale e questa situazione si deve conservare inalterata nel tempo;focale e questa situazione si deve conservare inalterata nel tempo;

se i paraboloidi non sono protetti, gli agenti atmosferici sporcano gli specchi, con se i paraboloidi non sono protetti, gli agenti atmosferici sporcano gli specchi, con rapida diminuzione dell'efficienza ottica, a meno di non ricorrere a frequenti rapida diminuzione dell'efficienza ottica, a meno di non ricorrere a frequenti operazioni di pulizia, con incremento dei costi di gestione;operazioni di pulizia, con incremento dei costi di gestione;

a meno di non dotare i paraboloidi di un doppio movimento di orientazione, costoso e a meno di non dotare i paraboloidi di un doppio movimento di orientazione, costoso e di difficile realizzazione, i raggi incidenti sono ortogonali al piano di chiusura che si di difficile realizzazione, i raggi incidenti sono ortogonali al piano di chiusura che si appoggia sulle corde delle parabole soltanto due giorni per ogni anno. Negli altri appoggia sulle corde delle parabole soltanto due giorni per ogni anno. Negli altri giorni, variando l'altitudine del Sole, l'incidenza sarà obliqua.giorni, variando l'altitudine del Sole, l'incidenza sarà obliqua.

Collettori parabolico-cilindriciCollettori parabolico-cilindriciI collettori parabolico - cilindrici presentano il vantaggio che il fluido vettore I collettori parabolico - cilindrici presentano il vantaggio che il fluido vettore raggiunge temperature più elevate (si arriva anche a 600-700°C); a questo raggiunge temperature più elevate (si arriva anche a 600-700°C); a questo

risultato positivo tuttavia si uniscono diversi inconvenienti, che sonorisultato positivo tuttavia si uniscono diversi inconvenienti, che sono::

Sono dispositivi di captazione relativamente sofisticati e costosi;Sono dispositivi di captazione relativamente sofisticati e costosi; si prestano ad applicazioni di un certo rilievo tecnico ed economico, mentre non si prestano ad applicazioni di un certo rilievo tecnico ed economico, mentre non

sembrano adatti, allo stato attuale delle tecnologia, a fasce di applicazioni meno sembrano adatti, allo stato attuale delle tecnologia, a fasce di applicazioni meno selezionate.selezionate.

Collettori parabolico-cilindriciCollettori parabolico-cilindriciRendimento istantaneoRendimento istantaneo

i

krca

W

WWWW

I termini della precedente assumono forme differenti al caso di pannelli solari piani:I termini della precedente assumono forme differenti al caso di pannelli solari piani:

i

ar1sss W

TThH

D

drat

Confrontandola con l’equazione del rendimento per pannelli piani si osserva:Confrontandola con l’equazione del rendimento per pannelli piani si osserva:

nei collettori parabolici si devono portare in conto le perdite dovute alla riflessione nei collettori parabolici si devono portare in conto le perdite dovute alla riflessione sugli specchi parabolici (compare il termine sugli specchi parabolici (compare il termine rsrs < 1); < 1);

nei collettori parabolici non si considerano le perdite per conduzione;nei collettori parabolici non si considerano le perdite per conduzione; il termine sottrattivo è moltiplicato per il rapporto il termine sottrattivo è moltiplicato per il rapporto d/Dd/D, che può essere , che può essere

notevolmente minore di uno ed è comunque un parametro di progetto del notevolmente minore di uno ed è comunque un parametro di progetto del collettore sul quale è possibile intervenire.collettore sul quale è possibile intervenire.

aass = 0.9; = 0.9;

ttss = 0.9; = 0.9;

rrss = 0.9 = 0.9 D/d = 10D/d = 10 maxmax = 0.73 = 0.73

HH11 = 4.0 W/m = 4.0 W/m22°C °C

Collettori parabolico-cilindriciCollettori parabolico-cilindriciRendimento istantaneoRendimento istantaneoRRendimento istantaneo di un pannello parabolico - cilindrico in endimento istantaneo di un pannello parabolico - cilindrico in

funzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wfunzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wii..

Dal confronto degli andamenti del Dal confronto degli andamenti del rendimento per pannelli piani e per rendimento per pannelli piani e per pannelli parabolico cilindrici si conclude pannelli parabolico cilindrici si conclude che, per ottenere valori elevati della che, per ottenere valori elevati della differenza di temperatura, il ricorso ai differenza di temperatura, il ricorso ai collettori concentratori è inevitabile.collettori concentratori è inevitabile.

Si osservi che la figura fornisce valori di Si osservi che la figura fornisce valori di approssimati per difetto, in quanto si è approssimati per difetto, in quanto si è considerato considerato hhrr costante e pari ad un costante e pari ad un

valore medio nel campo di temperature valore medio nel campo di temperature considerato. Confrontando la variabilità considerato. Confrontando la variabilità di di hhrr con la temperatura, ovvero con la temperatura, ovvero

calcolando calcolando WWr ,r , si otterrebbero degli si otterrebbero degli

andamenti del tipo di quello indicato in andamenti del tipo di quello indicato in figura per figura per WiWi = 800 W/m2 (linea = 800 W/m2 (linea tratteggiata).tratteggiata).

Rendimento Rendimento collettori collettori

pianipiani

Principi di funzionamentoPrincipi di funzionamento

Produzione di energia elettricaProduzione di energia elettrica

Lacuna

Wi Elettrone libero

Lacuna

Generazione della coppia elettrone libero-lacunaGenerazione della coppia elettrone libero-lacuna

Cristallo drogato di tipo N Cristallo drogato di tipo P

Schema Schema circuitocircuito

Caratteristica voltamperometrica di una cella Caratteristica voltamperometrica di una cella fotovoltaica commerciale per diversi valori della fotovoltaica commerciale per diversi valori della

potenza incidentepotenza incidente

Efficienza delle celle solariEfficienza delle celle solari

riflessione:riflessione: non tutti i fotoni che incidono sulla cella penetrano al non tutti i fotoni che incidono sulla cella penetrano al suo interno;suo interno;

fotoni troppo o poco energetici: fotoni troppo o poco energetici: per rompere il legame tra per rompere il legame tra elettrone e nucleo è necessaria una certa energia. I fotoni troppo elettrone e nucleo è necessaria una certa energia. I fotoni troppo energetici, dissipando in calore l’energia eccedente a quella energetici, dissipando in calore l’energia eccedente a quella necessaria a staccare l’elettrone dal nucleo;necessaria a staccare l’elettrone dal nucleo;

ricombinazione:ricombinazione: non tutte le coppie elettrone-lacuna generate non tutte le coppie elettrone-lacuna generate vengono raccolte dal campo elettrico di giunzione e inviate al vengono raccolte dal campo elettrico di giunzione e inviate al carico esterno; nel percorso dal punto di generazione verso la carico esterno; nel percorso dal punto di generazione verso la giunzione possono incontrare cariche di segno opposto e quindi giunzione possono incontrare cariche di segno opposto e quindi ricombinarsi;ricombinarsi;

resistenza parassite:resistenza parassite: le cariche generate e raccolte nella zona di le cariche generate e raccolte nella zona di svuotamento devono essere inviate all’esterno; l’operazione di svuotamento devono essere inviate all’esterno; l’operazione di raccolta viene effettuata dai contatti metallici, posti sul fronte e sul raccolta viene effettuata dai contatti metallici, posti sul fronte e sul retro della cella; esiste una resistenza all’interfaccia che provoca retro della cella; esiste una resistenza all’interfaccia che provoca una dissipazione ed una riduzione della potenza trasferita;una dissipazione ed una riduzione della potenza trasferita;

resistenzaresistenza che gli elettroni incontrano che gli elettroni incontrano ai confiniai confini tra un grano e tra un grano e l’altro e, ancor più nel caso di celle al silicio amorfo, per la l’altro e, ancor più nel caso di celle al silicio amorfo, per la resistenza dovuta all’orientamento casuale dei singoli atomi.resistenza dovuta all’orientamento casuale dei singoli atomi.

I motivi della bassa efficienza sono molteplici e possono essere raggruppati in I motivi della bassa efficienza sono molteplici e possono essere raggruppati in quattro categorie:quattro categorie:

Celle disponibili e prestazioniCelle disponibili e prestazioniCelle a film sottileCelle a film sottile

Film fotovoltaico Film fotovoltaico nei pannelli CISnei pannelli CIS

Stratificazione del film al Stratificazione del film al Tellurio di cadmioTellurio di cadmio

Sistemi fotovoltaiciSistemi fotovoltaiciSchema generale di un impianto fotovoltaicoSchema generale di un impianto fotovoltaico

CAMPO FOTOVOLTAICOCAMPO FOTOVOLTAICO

(MODULI)(MODULI)

CONVOGLIAMENTO IN SERIE E PARALLELO CONVOGLIAMENTO IN SERIE E PARALLELO DELLE CONNESSIONI TRA MODULIDELLE CONNESSIONI TRA MODULI

REGOLAZIONE DI REGOLAZIONE DI CARICA/SCARICA CARICA/SCARICA

BATTERIABATTERIACONVERSIONE DA c.c A c.aCONVERSIONE DA c.c A c.a

QUADRO DI DISTRUBUZIONEQUADRO DI DISTRUBUZIONE

SERVIZI AUSILIARI SERVIZI AUSILIARI INTERNIINTERNI

CARICOCARICO

(RETE O UTENTI)(RETE O UTENTI)

GENERATORE GENERATORE DI SOCCORSODI SOCCORSO

Campo fotovoltaicoCampo fotovoltaicoIl Il campo fotovoltaicocampo fotovoltaico è un è un insieme di moduli fotovoltaici insieme di moduli fotovoltaici opportunamente collegati in opportunamente collegati in serie ed in parallelo in modo da serie ed in parallelo in modo da realizzare le condizioni operative realizzare le condizioni operative desiderate.desiderate.

Più moduli assemblati Più moduli assemblati meccanicamente tra loro meccanicamente tra loro formano il formano il pannellopannello. .

Moduli o pannelli collegati Moduli o pannelli collegati elettricamente in serie, per elettricamente in serie, per ottenere la tensione nominale di ottenere la tensione nominale di generazione, formano la generazione, formano la stringastringa

ApplicazioniApplicazioni Produzione centralizzata di energia elettrica;Produzione centralizzata di energia elettrica; Usi domestici;Usi domestici; Impieghi rurali ed in località remote;Impieghi rurali ed in località remote; Applicazioni speciali;Applicazioni speciali;

reti di protezione catodica di manufatti in c.a. oppure reti di protezione catodica di manufatti in c.a. oppure in ferro, di qualunque tipo; in ferro, di qualunque tipo;

alimentazione di circuiti di allarme di eventi sismici;alimentazione di circuiti di allarme di eventi sismici; illuminazione di gallerie autostradali lontane dalle illuminazione di gallerie autostradali lontane dalle

linee di alimentazione dell'energia elettrica;linee di alimentazione dell'energia elettrica; stazioni di radiocomunicazioni, ripetitori ed impianti di stazioni di radiocomunicazioni, ripetitori ed impianti di

diverso genere inseriti in complessi sistemi di diverso genere inseriti in complessi sistemi di telecomunicazioni;telecomunicazioni;

applicazioni ricreative: campus, campeggi, ecc…applicazioni ricreative: campus, campeggi, ecc… Applicazioni spaziali.Applicazioni spaziali.

Impianto a torre solareImpianto a torre solare

Campo di raccolta dell’energia solareCampo di raccolta dell’energia solare

Produzione di energia elettrotermosolare per mezzo di un impianto a torre Produzione di energia elettrotermosolare per mezzo di un impianto a torre solare, che prevede la trasformazione di energia solare in energia termica solare, che prevede la trasformazione di energia solare in energia termica

e poi la produzione di energia elettrica per mezzo di un ciclo e poi la produzione di energia elettrica per mezzo di un ciclo termodinamicotermodinamico

Potenza media disponibile WPotenza media disponibile Wmm

WWp p = = potenza di punta;potenza di punta; AA = = coefficiente di impegno della coefficiente di impegno della

superficie;superficie; BB = = coefficiente per l'alternanza coefficiente per l'alternanza

giorno-notte;giorno-notte; CC = = coefficiente di riduzione coefficiente di riduzione

(variabilità delle condizioni (variabilità delle condizioni meteorologiche);meteorologiche);

DD = = rendimento ottico. rendimento ottico.

WWmm = A x B x C x D x W = A x B x C x D x Wpp

Schema della centrale a torre solare Solar TwoSchema della centrale a torre solare Solar Two

CostiCostiCosto indicativo in €/W di un impianto fotovoltaico in funzione della Costo indicativo in €/W di un impianto fotovoltaico in funzione della

potenza elettrica installata P (espressa in kW)potenza elettrica installata P (espressa in kW)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

P>300

100<P<300

50<P<100

10<P<50

0<P<10

Celle Moduli Inverter Supporti Installazione

IL CONTO ENERGIACriteri per l’incentivazione della produzione di energia elettrica mediante conversione fotovoltaica

Il Ministro delle Attività Produttive di concerto col Ministro dell'Ambiente e della Tutela del Territorio ha emanato il 28/07/2005 il Decreto Ministeriale previsto all'art. 7 comma 1 del D.Lgs 29/12/2003 n° 387, che definisce i criteri per l'incentivazione dell'energia elettrica prodotta da impianti criteri per l'incentivazione dell'energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaicifotovoltaici.

Successivi decreti (DM 06/02/2006 e DM 19/02/2007) hanno ridefinito le modalità di erogazione degli incentivi e i valori delle tariffe incentivanti.

Soggetti beneficiatari:

•Persone Giuridiche e fisiche;

•Condomini

•Soggetti pubblici

Successivamente l'Autorità per l'Energia Elettrica e il Gas (AEEG) ha adottato il 14/09/2005 la Delibera n° 188/05 nella quale è stato individuato il GRTN (oggi GSE) quale "soggetto attuatore" che eroga le tariffe incentivanti

Posa su terrazzoPosa su terrazzo

Esempi: IMPIANTO NON INTEGRATO

3737

Impianti PARZIALMENTE integrati

Sono considerati impiantI PARZIALMENTE integrati gli impianti i cui moduli sono installati, senza sostituire i materiali su cui appoggiano:

a) su tetti piani e terrazzi

b) in modo complanare alle superfici su cui sono fissati

Posa “retrofit” sul tettoPosa “retrofit” sul tetto

Esempi IMPIANTO PARZIALMENTE INTEGRATO

3939

Impianti integrati architettonicamente

Sono considerati impiantI integrati gli impianti:

● in cui i moduli sostituiscono i materiali di rivestimento di tetti, coperture, facciate la struttura di copertura di pensiline, pergole e tettoie

● i moduli costituiscono la parte trasparente di facciate

● i moduli sostituiscono i pannelli di barriere acustiche

● i moduli costituiscono dei frangisol

● moduli costituiscono la parte di copertura di parapetti e balaustre

Esempi

Posa integrata nella coperturaPosa integrata nella copertura

Posa integrata in facciata verticalePosa integrata in facciata verticale

Tipologia di istallazione non conveniente alle nostre latitudini

Esempi

4242

Tariffe incentivanti

Tariffe valide fino al 31 dicembre 2008

Potenzanominale

NON integrato

parzialmente integrato

Integrato

1 – 3 KWp1 – 3 KWp

Maggiore di 20 KWpMaggiore di 20 KWp

3 – 20 KWp3 – 20 KWp

0,40 0,44 0,49

0,38 0,42 0,46

0,36 0,40 0,44

Potenza Solare Fotovoltaica installata nel 2005Potenza Solare Fotovoltaica installata nel 2005