L’ENERGIA
L ENERGIA SOLARE
SOLARE
ENERGIA DAL SOLE
ENERGIA DAL SOLE
• La tecnologia fotovoltaica consente di trasformare, direttamente e istantaneamente, l’energia solare in energia elettrica senza l’uso di alcun combustibile.
• EEssa sfrutta
f tt il cosiddetto
idd tt “effetto
“ ff tt fotoelettrico”, f t l tt i ”
cioè la capacità che hanno alcuni semiconduttori
opportunamente trattati, “drogati”, di generare
i “d
i” di
elettricità se esposti alla radiazione luminosa.
Energia Solare
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MA QUANTA ENERGIA CI ARRIVA DAL SOLE?
All’interno
All’i
t
d l l
del sole, a temperature di alcuni
t
t
di l i milioni
ili i di gradi
di di centigradi, ti di
avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione che
liberano enormi quantità di energia sottoforma di radiazioni
elettromagnetiche.
elettromagnetiche
Una parte di questa energia, dopo aver attraversato l’atmosfera, arriva
al suolo
l
l con un’intensità
’i t ità di circa 1.000W/m
di i 1 000W/ 2 (irraggiamento
(i
i
t al l
suolo in condizioni di giornata serena e Sole a mezzogiorno).
Questo enorme flusso di energia che arriva sulla Terra è pari a circa 15.000 volte l’attuale consumo energetico mondiale.
Di questa
q
energia, però, solo una
g ,p ,
parte può
p
p essere utilizzata dagli
g
impianti fotovoltaici.
Energia Solare
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L’ENERGIA
L ENERGIA UTILE
UTILE
La quantità di energia solare che arriva sulla superficie terrestre e che
può essere utilmente “raccolta” da un dispositivo fotovoltaico
dipende dall’irraggiamento del luogo.
L’irraggiamento
gg
è la quantità
q
di energia
g solare incidente su una
superficie unitaria in un determinato intervallo di tempo, tipicamente un giorno (kWh/m2/giorno).
L’irraggiamento
gg
è influenzato dalle condizioni climatiche locali
(nuvolosità, foschia ecc..) e dipende dalla latitudine del luogo, cresce cioè quanto più ci si avvicina all’equatore.
Zone
Irraggiamento medio annuo (kWh/m2/giorno)
p
Pianura padana
3,6
,
Centro‐sud
4,7
Sicilia
5,4
Energia Solare
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FLUSSO DI ENERGIA
FRA IL SOLE, L’ATMOSFERA E LA SUPERFICIE TERRESTRE
In località
In
località favorevoli
è possibile
raccogliere
annualmente circa 2 000kWh da ogni
2.000kWh da
metro quadrato di superficie il che è superficie, il
è
l’equivalente
energetico di 1,5 di 1 5
barili di petrolio per metro quadrato
metro quadrato.
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LA RADIAZIONE SOLARE
LA RADIAZIONE SOLARE
Il sole è una stella l l è
ll
Il sole dista mediamente dalla terra 150.000.000 di
chilometri e ha un diametro di 1.390.000 Km. La
temperatura sulla sua superficie raggiunge i 5500°C. Esso
irradia nello spazio una potenza di 3,84∙1023 KW. Questa
enorme energia si spande in tutte le direzioni, per cui solo
una parte
t di essa raggiunge
i
l terra.
la
t
Energia Solare
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LA RADIAZIONE SOLARE
LA RADIAZIONE SOLARE
L’intensità della radiazione solare incidente sullo strato più esterno dell’atmo‐
sfera non ha un valore costante nel corso dell’anno. Infatti la terra nel suo moto di rotazione intorno al sole percorre una traiettoria ellittica, e quindi presenta una distanza variabile da esso.
Il solstizio d’inverno è il giorno dell’anno in cui la terra si trova più vicina al sole, viceversa per il solstizio d’estate. Ciò contrasta con l’esperienza comune: l’inverno, nel nostro emisfero, è la stagione più fredda. La spiegazione del fenomeno va ricercata nell’inclinazione dell’asse terrestre e nell’azione di filtro che opera l’atmosfera sulla radiazione solare.
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LA RADIAZIONE SOLARE
LA RADIAZIONE SOLARE
Il dispositivo che cattura la radiazione solare (pannello fotovoltaico) renderà disponibile energia elettrica in funzione di due fattori:
1. lo spessore di atmosfera attraversata dai raggi solari (che varia nell’arco della giornata e dipende dalla latitudine della località). Più piccolo è l’angolo che i raggi solari formano con l’orizzonte, maggiore sarà lo spessore di atmosfera che essi dovranno attraversare, e quindi maggiore l’assorbimento di potenza.
2. l’angolo con cui la radiazione incide sulla superficie del pannello (la posizione più f
favorevole è quella perpendicolare ai raggi l è
ll
di l
i
i
solari). L’angolo ottimale di inclinazione del pannello coincide con la latitudine della località.
località
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LA RADIAZIONE SOLARE
LA RADIAZIONE SOLARE
LL’orientamento
orientamento a sud
a sud dei dei
pannelli (si veda la figura a ffianco)) è quello in q
assoluto preferibile, perché consente il massimo numero di ore giornaliere di esposizione al sole
esposizione al sole.
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COMPONENTI DELLA RADIAZIONE SOLARE
Nell’attraversare l’atmosfera terrestre la radiazione solare viene in parte assorbita, in parte riflessa (nello spazio esterno e al suolo) ed in parte diffusa dall’ atmosfera esterno e al suolo) ed in parte diffusa dall
atmosfera
stessa. Nelle due figure seguenti sono indicate le p
diverse componenti della radiazione solare:
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COMPONENTI DELLA RADIAZIONE SOLARE
La radiazione solare globale che colpisce un pannello fotovoltaico ha 3 componenti:
1 Radiazione solare diretta (I
1.
Radiazione solare diretta (Ib): dipende ): dipende
dall’inclinazione del pannello rispetto al suolo (angolo di tilt))
2. Radiazione solare diffusa (Id) (sempre presente anche se il pannello è in ombra)
3. Radiazione solare riflessa o di albedo (Ia): dipende dalla radiazione luminosa riflessa dal suolo o da ciò che circonda il pannello
che circonda il pannello. Energia Solare
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COMPONENTI DELLA RADIAZIONE SOLARE
Per cui la radiazione globale è data da:
Ig = Ib + Id + Ia
Essa dipende:
1 dalle condizioni meteorologiche ed atmosferiche, infatti in condizioni di 1.
d ll
di i i
l i h d
f i h i f ii
di i i di
tempo nuvoloso la radiazione è sostanzialmente diffusa, mentre in pre‐
senza di tempo sereno e clima secco è prevalente la componente diretta (circa il 90% della radiazione totale)
(circa il 90% della radiazione totale);
2. dall’angolo β di inclinazione della superficie di raccolta rispetto al piano orizzontale (angolo di tilt) (una superficie orizzontale riceve la massima radiazione diffusa e la minima riflessa);
radiazione diffusa e la minima riflessa);
3. dalla presenza di superfici riflettenti (la riflessione risulta tanto maggiore quanto più chiara è la superficie, di conseguenza la radiazione riflessa può essere maggiore in inverno per la presenza della neve e minore in
può essere maggiore in inverno per la presenza della neve, e minore in estate a causa dell’effetto di assorbimento dell’erba e del terreno). Il fattore di albedo è un parametro tabulato che è indice della capacità di riflettere di una superficie. Il suo valore massimo è 1.
riflettere di una superficie. Il suo valore massimo è 1.
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