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rapporti - Deliverable

Un metodo di analisi di immagini da satellite Meteosat per la realizzazione di mappe di radiazione solare diretta in Italia.

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Un metodo di analisi di immagini da satellite Meteosat per la realizzazione di mappe di radiazione solare diretta in Italia.

solare diretta in Italia. Questo rapporto e’ 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 e’ costituita dalla radiazione solare, che come e’ noto può essere sfruttata con diverse tecnologie. Una di queste prevede l’utilizzo della radiazione solare diretta mediante la sua concentrazione su un generatore in grado di trasformare il calore ad alta temperatura in energia meccanica e quindi elettrica. La quantità di radiazione solare concentrabile, o radiazione diretta, che arriva al suolo costituisce il dato di base per stabilire se una determinata località sia idonea ad ospitare un impianto solare eliotermoelet- trico, sia questo sperimentale o commerciale. La copertura nuvolosa e la radiazione solare diretta sono legate da una evidente correlazione inversa, in assenza di nubi la radiazione solare diretta dipende dalla torbidità dell’atmosfera e dall’altezza del sole sull’orizzonte, mentre si annulla in presenza di nuvole. In Italia, l’Aeronautica Militare Italiana ed altre organizzazioni mantengono attive reti di registrazione di dati di radiazione solare globale, di durata dell’insolazione (eliofania) e di nuvolosità del cielo. Parte dei dati raccolti vengono elaborati e pubblicati con cadenze mensili dall’ISTAT o vengono riassunti in statistiche preparate da Istituti diversi. Le informazioni sul soleggiamento del territorio italiano sono sintetizzate in mappe statistiche realizzate periodicamente da vari istituti. Le mappe disponibili, piuttosto datate, presentano un grado di dettaglio spaziale grossolano che tiene conto solo parzialmente degli effetti della complessa orografia italiana. Le mappe statistiche sono riferite a intervalli temporali stagionali o al più mensili. Dalle valutazioni sul soleggiamento è del tutto esclusa la radiazione solare diretta per la quale non esiste alcuna rete di acquisizione sistematica di dati ne è prevedibile che venga realizzata in un futuro prossimo. Gli unici dati esistenti di questa grandezza sono stati raccolti da ENEL Ricerca in alcuni dell’Italia Meridionale dal 1992 al 1999, ad Adrano in Sicilia e in altre poche località del Nord Italia durante gli anni 80. Sono inoltre attive pochissime stazioni di misura a cura di ENEA e di altri Enti. A partire dai primi anni 90 e’ divenuto possibile ottenere nuove statistiche di soleggiamento grazie all’elaborazione delle immagini dei satelliti Meteosat mediante metodologie software di analisi sviluppate per personal computer. Grande impulso, in questo settore, e’ stato dato dalla Ecole Nationale Superieure de Mines de Paris con la realizzazione di Heliosat, un sistema hardware e software

in grado di ricevere e processare in continuo le immagini Meteosat per la predisposizione di mappe statistiche. In Italia, oltre all’attività pionieristica svolta dall’Aeronautica Militare Italiana, e’ da segnalare l’attività correntemente svolta da ENEA che, utilizzando una versione operativa di Heliosat, elabora dal 1994 mappe statistiche di radiazione solare globale. Altri Istituti sono attivi nella mappatura solare ma con finalità di monitoraggio e salvaguardia ambientale in aree regionali. Anche ENEL Ricerca, attiva fin dagli anni ’80 nel settore della meteorologia e nello studio del territorio, ha svolto un’attività di analisi delle immagini Meteosat per la realizzazione di mappe di radiazione solare diretta, nell’ambito della caratterizzazione del Sud Italia per le applicazioni dell’energia solare termica e fotovoltaica. Tale attività e’ consistita nello studio e nella realizzazione di un software per personal computer in grado di elaborare le immagini primarie dei satelliti Meteosat e di costruire mappe statistiche di copertura nuvolosa da correlarsi successivamente con i dati di radiazione solare diretta o di radiazione solare globale al suolo. L’ attività si e’ sviluppata dal 1993 al 1999 mediante una collaborazione tra ENEL Ricerca e Conphoebus – Gruppo ENEL e ha portato alla realizzazione del software Nemesis per Windows 95 e di mappe pluriannuali di radiazione solare diretta e globale ad una scala spaziale dell’ordine di 10 –15 km. In questo rapporto viene descritto il metodo utilizzato per ottenere le mappe di radiazione implementato nel software Nemesis di elaborazione. Vengono inoltre presentate e commentate alcune mappe statistiche di nuvolosità. Il metodo, detto metodo a soglia, è in grado di selezionare i pixel nuvolosi in un immagine originale primaria Meteosat generando un immagine on – off per ogni scena. La sommatoria di molte scene in un definito periodo permette di costruire una mappatura statistica della copertura nuvolosa per quel periodo. La selezione viene svolta su immagini della banda infrarossa, ovvero distinguendo sul valore della temperatura delle nubi e del suolo, eliminando il problema della variazione dell’albedo e del contrasto che si incontra utilizzando le immagini nel visibile. Un ulteriore affinamento del metodo di selezione prevede l’identificazione del tipo di nuvolosità sulla base dell’analisi congiunta delle immagini infrarossa e visibile, secondo i criteri della firma spettrale, temperatura – albedo. Ciò permette, in linea di principio, di creare una mappa di classi di nuvolosità, es. cirri, strati, cumulonembi, per ogni scena e quindi costruire una statistica per ogni classe. Le mappe statistiche di nuvolosità su basi mensili ottenute con il metodo a soglia sono state correlate con i dati raccolti a terra in alcune località del sud Italia nei periodi equivalenti. Ciò ha permesso di

associare una scala di valori della radiazione solare diretta alla probabilità di copertura nuvolosa ottenendo mappe di radiazione a falsi colori. Correlando in modo differente le mappe di copertura nuvolosa con la radiazione solare globale misurata al suolo e’ possibile ottenere mappe statistiche anche per quest’ultima grandezza. Le mappe realizzate con il metodo a soglia mostrano un alto grado di risoluzione spaziale, nettamente superiore a quello delle mappe storiche disponibili, costruite con i dati al suolo. In generale la copertura nuvolosa correla con la quota sia sui rilievi alpini che quelli appenninici. Nelle mappe sono nettamente risolte le zone che notoriamente godono di un favorevole clima locale dovuto agli effetti dell’orografia. Le mappe possono trovare applicazione nella localizzazione di impianti di generazione a energia solare che utilizzano la frazione concentrabile della radiazione solare e nella localizzazione di impianti fotovoltaici. Ulteriori potenziali applicazioni sono da individuarsi nella gestione del territorio, in agricoltura e in selvicoltura, nel turismo. Link al documento di riferimenro: Link A0-042585.

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