L' Energia Radiante o Solare

L' Energia Radiante o Solare

L'energia radiante è l'energia elettromagnetica emessa dai processi di fusione dell'idrogeno contenuto nel sole ; essa si propaga nello spazio con simmetria sferica raggiungendo la fascia esterna dell'atmosfera con una energia specifica pari a 1353 Wh/m² (costante solare).

Nell'attraversare l'atmosfera la radiazione solare viene in parte riflessa all'esterno ed in parte diffusa nell'atmosfera stessa .

L'assorbimento e la riflessione provocano un deciso abbassamento , rispetto alla costante solare , dell'energia solare diretta che arriva sulla superficie terrestre ; inoltre nel momento in cui essa vi incide viene in parte assorbita ed in parte riflessa a seconda della riflettanza del suolo .

Pertanto l'energia incidente su una superficie al livello del suolo sarà costituita da tre componenti :

-diretta :

-diffusa :           

-riflessa :          

 

Mediamente la radiazione solare totale in condizioni di giornata soleggiata a mezzogiorno che incide su una superficie ortogonale ai raggi del sole è 1000 Wh/m² ; questo valore risulta però troppo aleatorio in funzione degli eventi meteorologici , pertanto per il progetto di impianti fotovoltaici , occorrerà utilizzare dati storici rilevati nella località prescelta o nelle sue vicinanze .

I dati storici disponibili sono i valori medi mensili ed annui della radiazione solare giornaliera media , espressa in kWh/m²/giorno , disponibili presso le banche dati dell'ENEA e riassunti nelle mappe isoradiative (figura 1.1), le quali indicano i valori medi mensili dell'insolazione su superficie orizzontale di tutto il territorio italiano,oppure attraverso le norme UNI10349 .

Figura 1.1: mappa isoradiativa della penisola italiana

Per utilizzare l'energia solare al fine di produrre energia elettrica si utilizzano impianti basati sul processo fotovoltaico , cioè basati sulla conversione diretta dell'energia solare in energia elettrica mediante semiconduttori al silicio (celle fotovoltaiche) .

L'insieme di più celle fotovoltaiche costituisce un modulo , l'insieme di più moduli una stringa e più stringhe un generatore fotovoltaico .

Purtroppo ad oggi l'efficienza media delle celle fotovoltaiche si aggira intorno al 12-15%,anche se in applicazioni di laboratorio , quindi disponibili sul mercato a prezzi competitivi solo tra diversi anni , si è arrivati a livelli di efficienza intorno al 25% .

Pertanto una valutazione accurata della radiazione incidente permetterà anche una corretta valutazione dell'energia prodotta dai moduli fotovoltaici , quest'ultima  infatti risulta funzione di molte grandezze quali :

-caratteristiche elettriche dei moduli ;

-radiazione solare ;

-latitudine ;

-angolo di tilt  (o inclinazione : angolo dei moduli con la superficie orizzontale) ;

-azimut (angolo dei raggi del sole e la direzione sud) ;

-elevazione solare (angolo dei raggi del sole e la superficie orizzontale) ;

-riflettanza del terreno (detta anche albedo) ;

-temperatura .

Viste le molte grandezze in gioco effettuare il calcolo della radiazione solare giornaliera media annua incidente su una superficie a "mano" risulta abbastanza complesso e macchinoso.

A riguardo vi sono molti software che basandosi sui dati delle stazioni di rilevamento meteo , una volta che sia stata scelta quella più vicina al sito di interesse , sono in grado di restituire come dati di uscita la radiazione solare media giornaliera per ogni mese dell'anno, quella media annuale , l'inclinazione e la direzione ottimale dei moduli.