IRRADIANZA SOLARE GLOBALE

La progettazione, la taratura e la scelta dell'orientazione dei pannelli solari negli impianti richiede la conoscenza dell'effettiva potenza ricavabile dal Sole. E' dunque indispensabile tener presente che l'intensita' della radiazione solare e' influenzata dall'angolo di inclinazione con il quale essa incide su una superficie al suolo. Quest'angolo varia durante il giorno, per cui se si facesse una misura dell'intensita' della radiazione solare nel corso della giornata si noterebbe il suo massimo valore quando il Sole assume nel cielo la posizione piu' alta. Ma, la posizione del sole varia sia durante il giorno, sia con la latitudine del luogo e durante le stagioni; ovviamente cio' comporta una variazione dell'angolo con il quale i raggi solari colpiscono una superficie. In particolare, d'estate, nonostante la distanza Terra-Sole sia massima nei mesi di giugno e luglio, le temperature, alle nostre latitudini, sono piu' elevate proprio perche' in questi mesi l'angolo di incidenza dei raggi solari e' piu' favorevole. Inoltre, il fenomeno, non prevedibile, delle nubi rende ancor piu' irregolare l'andamento nel tempo dei valori di irradianza. L'esame di tutti questi aspetti (giorno/notte, estate/inverno, sereno/nuvoloso) ha permesso di ottenere, in riferimento al nostro paese, i seguenti valori medi di irradianza solare globale:

• in Italia Centrale, il valor medio di irradianza globale, al suolo, e' pari a 180 W/m²;

• spostandosi verso le regioni settentrionali, i valori di irradianza diminuiscono e diventano 160 W/m² in pianura Padana;

• al Sud si registrano valori notevolmente piu' alti, che, in Sicilia Sud-Orientale, superano 200 W/m².

Quale deve essere la giusta orientazione ed inclinazione dei pannelli solari?

Orientazione ed inclinazione sono i due principali fattori che incidono sul rendimento dei pannelli solari fotovoltaici e termici.

L'orientazione e' lo spostamento dei pannelli solari tra i punti cardinali: Nord, Sud, Est, Ovest.

L'inclinazione e' la “pendenza” (angolatura) dei pannelli solari rispetto al piano orizzontale (suolo). L'inclinazione si esprime in gradi di angolazione: a 90° il pannello e' perfettamente verticale, mentre a 0° e' perfettamente orizzontale.

Un pannello solare produce piu' energia quanto piu' la sua superficie e' perpendicolare ai raggi solari. Pertanto, la massima produzione di energia si ottiene a mezzogiorno, momento in cui il Sole raggiunge il suo punto di massima altezza rispetto all'orizzonte.

Per individuare l'inclinazione ottimale dei pannelli solari bisogna tener presente che l'angolo di inclinazione ideale aumenta con la latitudine. In pratica, quanto piu' ci si sposta verso i Poli, tanto piu' i pannelli solari dovranno essere verticali, ossia la loro inclinazione rispetto al suolo dovra' essere maggiore; questo perche' aumentando la latitudine si riduce l'altezza del Sole sull'orizzonte. Invece, man mano che ci si avvicina all'Equatore i pannelli solari dovranno assumere una posizione orizzontale, ossia paralleli al suolo.

Nell'Emisfero Boreale, l'orientazione ottimale della superficie di un pannello solare risulta quella con esposizione a 0⁰ Sud; invece, nell'Emisfero Australe i pannelli solari devono essere rivolti verso Nord.

Per quel che riguarda invece l'angolo di inclinazione, detto anche angolo di tilt, alle nostre latitudini, esso vale circa 30⁰ - 35⁰ rispetto al piano orizzontale. Si precisa che la latitudine dell'Italia e' compresa tra circa 47⁰ a Nord (Alpi Aurine) fino ad arrivare a poco piu' di 35⁰ a Sud (Lampedusa).

Con la suddetta inclinazione dei pannelli solari e' possibile beneficiare di un rendimento medio accettabile per il maggior numero di ore l'anno. Tuttavia, se si ha la possibilita' di regolare manualmente l'angolo di tilt dei pannelli solari, e' importante fare delle modifiche stagionali; in particolare:

• se l'impianto solare deve servire l'utenza soprattutto nei mesi invernali, come avviene nel caso di pannelli solari installati al di sopra delle abitazioni, allora per ottenere un rendimento massimo e' necessario inclinare verticalmente i pannelli di ulteriori 10⁰ - 15⁰ rispetto all'angolazione fornita dalla latitudine. In questo modo, essendo piu' verticali, i pannelli solari possono catturare meglio l'irraggiamento solare nei mesi invernali, quando il Sole e' basso sull'orizzonte;

• se l'impianto solare deve soddisfare l'utenza nei mesi estivi, allora e' razionale ridurre l'inclinazione dei pannelli solari di 10⁰ - 15⁰ rispetto all'angolazione fornita dalla latitudine. In questo caso, essendo piu' orizzontali, i pannelli solari riescono a catturare meglio la radiazione solare nei mesi estivi, quando il Sole e' alto sull'orizzonte.

Il problema dell'inclinazione stagionale, negli impianti solari di grandi dimensioni, e' risolto con l'ausilio di servomeccanismi. Questi dispositivi sono in grado di applicare ai pannelli solari l'ottimale inclinazione in ogni giorno dell'anno, garantendone cosi' il massimo rendimento energetico. Quindi, con l'utilizzo dei servomeccanismi i pannelli solari si troveranno sempre ad una inclinazione compatibile con un irraggiamento solare perpendicolare alla loro superficie. Una tale soluzione pero' non e' chiaramente applicabile nel caso di impianti solari di piccole dimensioni, a causa dell'elevato costo dei servomeccanismi.

L'orientazione verso Sud dei pannelli solari e' sempre la soluzione migliore?

Per ottenere l'orientazione migliore dei pannelli solari occorre prendere in considerazione anche alcuni fattori meteo e la morfologia del territorio.

In riferimento al primo aspetto, c'e' da sottolineare che alcune zone geografiche sono caratterizzate nel corso della giornata da determinate regolarita' meteorologiche locali, come ad esempio: la presenza di foschia nelle ore del mattino oppure precipitazioni piovose nelle ore pomeridiane. In questi casi l'orientazione verso Sud non e' detto che sia la soluzione migliore.

Come si giustifica l'orientazione dei pannelli solari verso Sud-Ovest oppure verso Sud-Est?

Quando c'e' il rischio che la foschia e la nebbia del mattino ostacolino l'irraggiamento solare, i pannelli solari vengono orientati verso Sud/Sud-Ovest (ponente), in modo da massimizzare il loro rendimento nelle ore pomeridiane, quando i raggi del Sole sono piu' caldi, sacrificando cosi' i raggi solari delle ore mattutine.

Si puo' verificare pero' che, in alcune regioni geografiche ed in particolar modo in determinate zone costiere o in montagna, le ore pomeridiane siano caratterizzate da regolari precipitazioni piovose. In questo caso, si preferisce una orientazione dei pannelli solari verso Sud/Sud-Est (levante) per massimizzare il loro rendimento nelle ore della mattina, sacrificando cosi' la fascia oraria pomeridiana della giornata.

Morfologia del territorio

L'orientazione dei pannelli solari, oltre ai fattori meteo, puo' essere vincolata anche dalla presenza di ostacoli all'irraggiamento solare associati alla morfologia del territorio. Un esempio a tal proposito e' rappresentato dalle presenza di zone d'ombra sull'impianto. Queste zone d'ombra, rilevabili in alcune ore della giornata, possono essere causate da ostacoli naturali, come ad esempio alberi e montagne, oppure da ostacoli artificiali, come la presenza di edifici o costruzioni nei pressi dell'impianto. In questo caso, al fine di ottenere il miglior rendimento dall'impianto, sara' necessario valutare con maggiore accuratezza l'orientazione ottimale dei pannelli solari.