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rapporti - Deliverable

Metodologie di acquisizione ed analisi della radiazione solare diretta misurata al suolo.

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Metodologie di acquisizione ed analisi della radiazione solare diretta misurata al suolo.

Questo rapporto è stato steso nell’ambito delle ricerche svolte dal CESI per il sistema elettrico italiano relativamente alle tematiche riguardanti lo sfruttamento energetico delle fonti rinnovabili. Una fonte particolarmente importante è costituita dalla radiazione solare, che, come noto, può essere sfruttata con diverse tecnologie. Alcune di queste ricorrono alla concentrazione della radiazione stessa, come il fotovoltaico a concentrazione o il solare termodinamico, e quindi sfruttano la sola componente diretta della radiazione. La conoscenza della quantità di radiazione solare concentrabile, o diretta, che arriva al suolo costituisce il dato di base per stabilire se una determinata località sia idonea ad ospitare un impianto solare del tipo sopra citato, sia questo sperimentale o commerciale. Le informazioni di base disponibili sulla quantità di energia da radiazione solare sono frutto di programmi di monitoraggio meteorologico di vasto respiro curati da Enti Pubblici nazionali e sovranazionali. Da molti anni in Italia sono in funzione diverse reti di stazioni meteorologiche che hanno accumulato una notevole mole di dati disponibili per elaborazioni statistiche. In molte delle stazioni in funzione si acquisisce la radiazione globale sul piano orizzontale, ovvero la quantità di energia che incide in un secondo su un piano orizzontale di estensione pari ad un metro quadrato, o l’eliofania, ovvero il numero di ore di sole giornaliere. La radiazione globale sul piano orizzontale include sia la radiazione proveniente direttamente dal disco solare, cioè la radiazione diretta, sia la radiazione proveniente da tutte le direzioni del cielo detta radiazione diffusa. A causa della complessità della misura e dei costi relativi, di regola la radiazione solare diretta non viene acquisita. Per questo dato non è quindi attualmente disponibile una base di dati storici, nè risulta siano previsti programmi di acquisizione di vasta portata in grado di sopperire nel tempo a tale lacuna. Stante la difficoltà di acquisizione automatica di tale dato con metodi strumentali, da molti anni vengono utilizzate altre metodologie di valutazione della radiazione solare diretta. Una di queste è l’analisi delle immagini da satellite o la modellistica della radiazione, metodologia che tenta di ricostruire la radiazione diretta partendo da dati di radiazione globale orizzontale, dato quest’ultimo normalmente disponibile su base storica per molte località. Tuttavia è esperienza comune che tali metodologie, per giungere a risultati pienamente affidabili, necessitino di una base di dati di riferimento acquisiti al suolo con tecniche strumentali. Durante gli anni 90 ENEL Ricerca, ora CESI, ha condotto una campagna di acquisizione di dati di radiazione solare diretta, limitata ma continuativa, per alcuni siti significativi dell’Italia Meridionale e Insulare dove verosimilmente maggiore è l’energia associata a questa frazione della radiazione. Tale iniziativa ha parzialmente sopperito alla già citata mancanza di dati storici di tale grandezza, fornendo una stima statisticamente significativa di tale dato per il Sud Italia. In questo rapporto sono esposti i criteri che hanno guidato la selezione dei siti monitorati durante la campagna citata, le tecniche impiegate per l’acquisizione dei dati e un’analisi dei dati ottenuti durante il primo anno di acquisizioni.

Per la selezione dei siti migliori è stato applicato un criterio di confronto che partendo dalle informazioni statistiche disponibili in letteratura ha consentito di identificare le aree maggiormente soleggiate che dovrebbero beneficiare del valori annuali massimi di energia da radiazione solare diretta. Per la selezione sono stati considerati in particolare l’irraggiamento globale orizzontale, la durata del soleggiamento (eliofania), la copertura nuvolosa ed altri parametri. I risultati hanno consentito di individuare le aree verosimilmente più soleggiate. Si possono citare in particolare, in Sicilia, la piana di Gela, le zone di Mazara del Vallo, Marsala, Vittoria. la piana di Catania e la zona pianeggiante di Trapani Birgi. In Sardegna si può citare la piana del Campidano e qualche area pianeggiante della costa Sud. In Calabria vi è la piana di Gioia Tauro e la piana di S.Eufemia, in Puglia la zona di Sud-Est di Taranto, seguita dalla costa di Brindisi e dalla zona di Porto Cesareo, in Basilicata il litorale del Metapontino, ed in Campania la piana del Volturno. A seguito di tale selezione, nell’ambito di programmi orientati a valutare la potenziale idoneità di siti candidabili ad ospitare eventuali impianti solari termodinamici, l’allora ENEL Ricerca, in collaborazione con Conphoebus (Gruppo ENEL), avviò specifiche rilevazioni. A tal fine furono previste cinque stazioni automatiche per l’acquisizione di radiazione solare diretta, oltre ad altri parametri correlati, nei dintorni delle città di Gela, Catania, Mazara del Vallo, Taranto e Cagliari. Per una migliore comparabilità si decideva inoltre di individuare il luogo esatto della misura nell’entroterra, a pochi chilometri dal mare, dove verosimilmente l’irraggiamento è massimo. Per l’acquisizione dei dati si è ricorso alla tipica strumentazione impiegata per l’acquisizione di dati meteorologici integrata con strumentazione sviluppata appositamente per il programma di acquisizione. La misura, in contemporanea, della radiazione solare diretta e di pochi altri parametri meteorologici ad essa correlati, effettuata in alcuni siti, ha consentito di definire, in pochi anni, i valori massimi di energia utilizzabile nel settore solare termico ad alta temperatura in Italia. Per caratterizzare il Sud Italia dal punto di vista della radiazione solare diretta è stato previsto il monitoraggio e l’elaborazione degli andamenti giornalieri e stagionali delle radiazioni solari diretta e globale per un periodo di almeno tre anni, integrati con le misure della temperatura, della umidità relativa, e pressione dell’aria, della velocità e direzione del vento. In base a considerazioni di tipo logistico si è proceduto ad installare per prime le due stazioni nei pressi di Gela e di Catania (giugno-luglio 92). È da rilevare che, essendo le centraline disperse su un’area molto ampia, si è ricorso ad un collegamento via modem tra le stesse e la postazione di controllo ubicata presso Conphoebus. Ciò ha richiesto la messa a punto di stazioni di acquisizione piuttosto complesse soddisfacenti a particolari requisiti di affidabilità. Nel luglio 1993 si concludeva il primo anno solare utile delle campagna di misura della radiazione solare diretta ed altri dati meteorologici di Gela e Catania. Sui dati del primo anno di acquisizioni sono state svolte analisi approfondite per la caratterizzazione della radiazione solare diretta. La distanza reciproca tra le due stazioni inoltre ha consentito un interessante confronto sull’influenza del clima locale. Nel 1993 sono state istallate le stazioni negli altri tre siti prescelti.

Un primo confronto, basato essenzialmente sulla radiazione solare globale di cui esistono dati storici, ha permesso di stabilire che, in termini di soleggiamento, l’anno sperimentale 92/93 era da considerarsi rappresentativo. L’energia annuale da radiazione globale orizzontale è risultata per Gela di 1820 kWh/m².anno, l’energia da radiazione solare diretta a Gela è risultata pari a 1672 kWh/m².anno. Il clima di tipo "mediterraneo" comporta una significativa presenza di condizioni di nuvolosità variabile e di copertura totale specie in autunno ed in inverno e una leggera foschia dovuta all’evaporazione in estate; a Gela 54 giorni sono stati stimati come quasi completamente coperti, 198 come variabili e 113 come sereni. In 41 giorni la radiazione diretta media oraria non ha mai superato il valore di 300 W/m² (copertura totale). A Gela i valori massimi di intensità media oraria di radiazione solare diretta, pari a circa 900 W/m² si sono registrati a mezzogiorno in giugno. Valori occasionalmente di poco superiori a 900 W/m² si sono verificati a Catania. Il numero di ore utili con intensità superiori a 700 W/m² è risultato a Catania del 14.5% maggiore rispetto a Gela. Per quanto riguarda i criteri di analisi “energetici” ispirati alle caratteristiche dei sistemi a concentrazione del solare ad alta temperatura i due siti sono risultati praticamente equivalenti. In particolare entrambi hanno beneficiato di circa 2000 ore con intensità di radiazione diretta media oraria superiore a 450 W/m² equivalente al valor medio della soglia di funzionamento dei concentratori a parabola lineare (tecnologia ex LUZ) per un energia utile di circa 1286 kWh/m².anno. A Catania si è registrato un valore del 3% superiore a quest’ultimo . Ulteriori dati possono essere reperiti nel rapporto, che riporta anche, come detto, una approfondita disamina delle metodologie utilizzate per effettuare le rilevazioni descritte Link al documento di riferimento: Link A0-021651.

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