Inseguitore solare

Inseguitori a due gradi di libertà, Toledo, Spagna.

Un inseguitore solare è un dispositivo meccanico-automatico atto ad orientare favorevolmente rispetto airaggi del Sole un pannello fotovoltaico, un pannello so-lare termico oppure un concentratore solare, aumentan-do la potenza dell'energia solare captata e dunque la resaeffettiva del dispositivo energetico. Un tipo di inseguito-re solare è l'eliostato. Storicamente i primi sistemi sola-ri ad inseguimento sono stati quelli presenti in orbita suisatelliti artificiali sui rispettivi pannelli solari.

1 Caratteristiche

Lo scopo principale di un inseguitore è quello di massi-mizzare l'efficienza del dispositivo ospitato a bordo. Nelcampo fotovoltaico i moduli montati a bordo di un inse-guitore vengono generalmente disposti geometricamen-te su un singolo pannello, pratica che evita l'impiego diun inseguitore per ogni singolo modulo. Nel campo del-la concentrazione solare un inseguitore è utile a mante-nere costante il punto di fuoco generato dal paraboloidesull'elemento di canalizzazione del liquido da riscalda-re. Tanto maggiore è l'allineamento perpendicolare coni raggi solari tanto maggiore sarà l'efficienza di conver-sione e l'energia prodotta a parità di superficie, tanto mi-nore sarà la superficie di pannello solare necessaria a pa-rità di potenza richiesta, tanto minori saranno i costi diimpianto.

2 Classificazione

In base alle loro caratteristiche costruttive, gli inseguitorisolari vengono suddivisi in base a:

• Gradi di libertà offerti;

• Alimentazione fornita al meccanismo di orienta-mento;

• Tipologia di comando elettronico.

2.1 Gradi di libertà

Gli inseguitori solari sono in grado di offrire al pannellouna libertà di movimento mono o biassiale.

2.1.1 Inseguitori ad un grado di libertà

Asse X Gli inseguitori di tilt (ovvero beccheggio) sonoi più semplici da realizzare, e ruotano attorno all'asse est-ovest. Il pannello viene sollevato o abbassato (in generemanualmente due volte l'anno) verso l'orizzonte in modoche l'angolo rispetto al suolo sia statisticamente ottima-le in base alla stagionalità. All'atto pratico un inseguitoredi tilt viene realizzato impiegando profili meccanici tele-scopici in modo da sollevare o abbassare il pannello foto-voltaico rispetto all'orizzonte. Concettualmente simili alripiano sollevabile di un banco di scuola, questi inseguito-ri offrono un incremento di produzione inferiore al 10%,tanto da giustificare raramente un servomeccanismo.

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2 2 CLASSIFICAZIONE

Asse Y Gli inseguitori di rollio si prefiggono di seguireil sole lungo la volta celeste nel suo percorso quotidiano, aprescindere dalla stagione di utilizzo. In questo caso l'assedi rotazione è nord-sud, mentre l'altezza del sole rispettoall'orizzonte viene ignorata. Questi inseguitori sono par-ticolarmente indicati per i paesi a bassa latitudine (Italiacompresa, specialmente al sud), in cui il percorso del so-le è mediamente più ampio durante l'anno. La rotazionerichiesta a queste strutture è più ampia del tilt, spingen-dosi a volte fino a ±60°. Questi inseguitori fanno apparireogni fila di moduli fotovoltaici come uno spiedo orientatoverso l'equatore.Una caratteristica avanzata di questi inseguitori è dettabacktracking, e risolve il problema degli ombreggiamentiche inevitabilmente le file di moduli fotovoltaici causanoall'alba e al tramonto sollevandosi verso l'orizzonte. Que-sta tecnica prevede che i servomeccanismi orientino i mo-duli in base ai raggi solari solo nella fascia centrale dellagiornata, ma invertano il tracciamento a ridosso di alba etramonto. La posizione notturna di un campo fotovoltai-co con backtracking è perfettamente orizzontale rispet-to al suolo, e dopo l'alba il disassamento dell'ortogonaledei moduli rispetto ai raggi solari viene progressivamen-te ridotto mano a mano che le ombre lo permettono. Pri-ma del tramonto viene eseguita un'analoga procedura alcontrario, riportando il campo fotovoltaico in posizioneorizzontale per il periodo notturno.

Asse Z Gli inseguitori di azimut (ovvero imbardata)dispongono di un grado di libertà con asse zenith-nadir.Per ottenere ciò il pannello viene montato a bordodi una base rotante servoassistita, complanare al ter-reno. L'incremento di produzione elettrica risultante èapprossimativamente pari al 25%.

Asse Polare Gli inseguitori ad asse polare si muovo-no su un unico asse inclinato rispetto al suolo e circa pa-rallelo all'asse di rotazione terrestre. Tale asse è simile aquello attorno al quale il sole disegna la propria traietto-ria nel cielo. L'asse è simile ma non uguale a causa del-le variazioni dell'altezza della traiettoria del sole rispetto

al suolo nelle varie stagioni. Questo sistema di rotazionedel pannello attorno ad un solo asse riesce quindi a te-nere il pannello circa perpendicolare al sole durante tut-to l'arco della giornata (sempre trascurando le oscillazio-ni estate-inverno della traiettoria del sole) e dà la massi-ma efficienza che si possa ottenere con un solo asse dirotazione.

2.1.2 Inseguitori a due gradi di libertà

Un inseguitore solare biassiale

Gli inseguitori più sofisticati dispongono di due gradi dilibertà, con cui si prefiggono di allineare perfettamente ein tempo reale l'ortogonale dei pannelli fotovoltaici con iraggi solari. Il modo più economico, ma non l'unico, perrealizzarli è montare un inseguitore a bordo di un altro.

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Con questi inseguitori si registrano aumenti di produzioneelettrica che raggiungono anche il 35%−40%, a fronteperò di una maggior complessità costruttiva.

2.2 Alimentazione

In base all'alimentazione necessaria al movimento degliinseguitori, possiamo suddividerli in:

• Inseguitori attivi, nel caso vengano messi in movi-mento da motoriduttori;

• Inseguitori passivi, nel caso vengano messi in mo-vimento da fenomeni fisici autonomi, quale ladilatazione termica di gas o quant'altro.

2.3 Tipologia di comando

Gli inseguitori attivi si distinguono a loro volta in base allatipologia del comando elettronico che pilota il movimentoin:

• astronomico, in cui il comando viene elaboratoa partire dai dati delle effemeridi del sole riferi-te alle coordinate del sito d'impianto. Questa ti-pologia di pilotaggio garantisce una maggior pro-duttività riferita alla luce diretta ed è indispensa-bile nel caso si utilizzino moderne cellule CPVConcentrated photovoltaics in cui rapporto superfi-cie/radiazione solare intercettata va da 1:2 ad 1:400e più (colloquialmente “2-400 e + soli”);

• a rilevamento, in cui il comando è generato sulla ba-se delle informazioni di un sensore che individua laposizione del punto più luminoso nel cielo. Questatipologia di pilotaggio garantisce una maggior pro-duttività nel caso si utilizzino le cellule tradiziona-li in cui il rapporto superficie/radiazione solare in-tercettata è pari a 1:1 (colloquialmente “un sole”)che sono efficienti anche in mancanza di luce direttaperché in parte sensibili alla luce diffusa o riflessa;

3 Vantaggi e svantaggi

In tutti i casi citati i lati negativi degli inseguitori solarisi manifestano nei problemi meccanici a cui vanno ine-vitabilmente incontro con l'usura del tempo, con i con-seguenti fermi impianto causati. I servomeccanismi degliinseguitori sono organi poco sollecitati, ma sottoposti perloro natura a condizioni atmosferiche gravose per alme-no 20 anni. A questi limiti è necessario far fronte pre-disponendo un oculato programma di manutenzione siasu base temporale che a seguito di rilievi da effettuarein concomitanza con ogni fase di pulizia dell'impianto. Ilconsumo elettrico delle componenti elettroniche è trascu-rabile in un moderno sistema correttamente progettato,

quello delle componenti meccaniche può essere sensibilesolo in impianti di piccola potenza o che beneficiano discarsa irradiazione per particolari condizioni orograficheo climatiche.La manutenzione ordinaria è in genere semplice, e incampo fotovoltaico beneficia di una minor sensibilitàdell'effetto fotovoltaico alla polvere depositata sulla su-perficie dei moduli, grazie al miglior angolo medio diincidenza dei raggi solari.La casistica finora disponibile attesta come il campo diimpiego più proficuo per gli inseguitori solari sia quel-lo dei grandi impianti a terra. Anche per questo moti-vo in Italia gli inseguitori solari non hanno incontrato ladiffusione presente in paesi di maggior estensione, co-me Germania o Spagna. Riconoscendo incentivi speci-fici agli impianti a concentrazione, in continuo progres-so (NREL-validated world-record efficiency of 43.5 per-cent) e per i quali l'inseguimento è obbligato, il tito-lo IV del Quarto Conto Energia 2011 però favorirà unmutamento d'orientamento del mercato.

4 Curiosità

A livello hobbistico, in particolare in territorio statuniten-se, data la relativa semplicità nel mettere in pratica il con-cetto di estrarre energia dai raggi solari, è diffusa l'usanzadi sperimentare e realizzare, al fine di produrre acqua cal-da ed energia elettrica ad uso personale e per la propriaabitazione, il fotovoltaico e i due tipi di concentratori so-lari: il paraboloide ed il forno a specchi; addirittura sonostati realizzati piccoli sistemi portatili, in definitiva i piùsemplici da realizzare. Anche la parte elettronica, costi-tuita dal sensore di posizione del sole, necessario al pi-lotaggio dei motori per il movimento, è stata sviluppatain modo intelligente sfruttando componentistica per altriusi, economica ma efficace.

5 Voci correlate• Modulo fotovoltaico

• Impianto fotovoltaico

• Conto energia

• Energia solare

• Effetto fotovoltaico

• Energie rinnovabili

6 Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini oaltri file su Inseguitore solare

4 7 COLLEGAMENTI ESTERNI

7 Collegamenti esterni• Sito amatoriale statunitense sulla tecnologia solare

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8 Fonti per testo e immagini; autori; licenze

8.1 Testo• Inseguitore solare Fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Inseguitore_solare?oldid=64840123 Contributori: Hellis, Pegua, Beta16, Crucco-Bot, Chlewbot, Giancarlo Rossi, Eumolpo, Nosferatu, AttoRenato, Alesmuc, Beetstra, TekBot, Supergiobbe, Avesan, BetaBot, Olando-bot, Gerakibot, Phantomas, Ithunn, No2, IagaBot, Luckas-bot, FrescoBot, DSisyphBot, Xqbot, Tommaso Ferrara, MerlIwBot, Semmac,Botcrux, ValterVBot e Anonimo: 18

8.2 Immagini• File:Adlershof_photovoltaic_power_station_(2).jpg Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Adlershof_photovoltaic_power_station_%282%29.jpg Licenza: CC-BY-SA-3.0 Contributori: Opera propria Artista originale: Chmee2

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• File:Solar_tracker_upon_X_axis_-_front_view.ogg Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Solar_tracker_upon_X_axis_-_front_view.ogg Licenza: CC BY-SA 3.0 Contributori: Opera propria Artista originale: Nosferatu it

• File:Solar_tracker_upon_Y_axis_-_front_view.ogg Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d2/Solar_tracker_upon_Y_axis_-_front_view.ogg Licenza: CC BY-SA 3.0 Contributori: Opera propria Artista originale: Nosferatu it

• File:Solar_tracker_upon_Z_axix_-_front_view.ogg Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/Solar_tracker_upon_Z_axix_-_front_view.ogg Licenza: CC BY-SA 3.0 Contributori: Opera propria Artista originale: Nosferatu it

8.3 Licenza dell'opera• Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0