Descrizione per l'orientamento dei pannelli fotovoltaici

come definirlo correttamente

La disposizione ottimale dei pannelli solari è in direzione Sud con inclinazione pari alla latitudine. Scopri come orientare il tuo impianto per massimizzare la resa Stimare adeguatamente l’orientamento e l’inclinazione dei pannelli fotovoltaici può influenzare significativamente il rendimento dei pannelli fotovoltaici.

Definire queste variabili non è semplice perché durante la giornata l’incidenza dei raggi cambia in base alla posizione del sole.
Azimut e tilt: cosa sono?
Per un osservatore solidale con la Terra, il sole si sposta da Est ad Ovest, con una traiettoria parabolica; per definire la direzione dei raggi solari rispetto alla superficie del modulo fotovoltaico è necessario considerare due angoli:

azimut;
tilt.

Si definisce azimut, o azimuth, l’angolo di orientazione del piano del dispositivo fotovoltaico rispetto al meridiano corrispondente. In pratica, esso misura lo scostamento del piano rispetto all’orientazione verso Sud (per i siti nell’emisfero terrestre settentrionale) o verso Nord (per i siti nell’emisfero meridionale). Valori positivi dell’angolo di azimut indicano un orientamento verso ovest e valori negativi indicano un orientamento verso est (CEI EN 61194).

L’angolo aumenta al crescere della rotazione in senso orario del vettore. Ciò significa che:

con azimut 0° il pannello è rivolto verso Sud;
con azimut 90° il pannello è rivolto verso Ovest;
con azimut 180° il pannello è rivolto verso Nord.

Conoscere l’angolo di azimut del sole è un valore fondamentale per definire l’orientamento dei pannelli solari.

Si definisce tilt, o grado di elevazione, l’inclinazione di un oggetto rispetto al piano di terra, cioè l’angolo che un oggetto, in vista laterale, forma con la linea del terreno.

Negli impianti fotovoltaici, il tilt rappresenta l’inclinazione del piano del dispositivo fotovoltaico rispetto al piano orizzontale (da IEC/TS 61836).

Come orientare i pannelli fotovoltaici?

La maggiore efficienza energetica di un impianto fotovoltaico non deriva soltanto dalla qualità dell’impianto, ma anche dall’orientamento e inclinazione dei pannelli fotovoltaici.

Un impianto fotovoltaico raggiunge il suo picco massimo di produttività quando i raggi solari sono perpendicolari rispetto ai pannelli. Si tratta di una condizione ottimale che non può verificarsi in maniera perpetua, ma cambia durante l’arco della giornata e a seconda delle stagioni.

Per ottimizzare al meglio l’impianto bisogna, pertanto, orientare i pannelli nella direzione in cui l’incidenza dei raggi è maggiore e stimare i seguenti fattori:

radiazione solare;
direzione dei pannelli solari;
inclinazione dei pannelli fotovoltaici.

Stima della radiazione solare

Il primo fattore da calcolare per verificare se un sito è adeguato all’installazione di un impianto fotovoltaico è la stima del quantitativo di energia solare che raggiunge quel luogo.

Durante il corso dell’anno, il sole varia i suoi percorsi sulla superficie terrestre e la radiazione solare che arriva sulla terra non è costante. Di conseguenza, l’energia solare non è un’energia programmabile e non se ne può usufruire sempre quando se ne ha bisogno, ad esempio durante le ore notturne.

Tuttavia, per comprendere il valore della radiazione solare media di un determinato luogo, i percorsi del sole vengono riportati sulle mappe solari, o diagrammi solari, che vengono organizzate in coordinate polari o in coordinate cartesiane.

Le mappe solari in coordinate polari sono dei grafici in cui la volta celeste viene proiettata e ridotta a un piano orizzontale. Questi diagrammi sono composti da circonferenze concentriche, dal perimetro esterno fino al centro, che rappresentano diversi valori dell’altezza solare.

Dal centro partono inoltre dei raggi che intersecano le varie circonferenze considerando i diversi periodi dell’anno e individuando valori di azimut differenti. Su queste carte vengono poi riportati i percorsi del sole nei diversi mesi dell’anno, come delle linee curve.

Ad esempio il percorso del sole nel mese di febbraio, coincide con quello di ottobre e sono quindi rappresentati da una sola linea. Infine, ogni diagramma solare è specifico per una determinata latitudine.

Le mappe in coordinate cartesiane sono dei diagrammi su cui si proietta la volta celeste come se fosse la superficie di un cilindro proiettata sopra un piano.

Si hanno, così, sugli estremi i punti cardinali e il centro di riferimento è il Sud, direzione verso cui i pannelli dovranno essere orientati. La curva più alta è il percorso del sole durante il periodo estivo, mentre la più bassa è quella che fa durante il periodo del solstizio invernale. Al lato delle ordinate, si hanno i valori definiti elevazioni.

Per produrre queste mappe, ti suggerisco di utilizzare il software fotovoltaico con il quale potrai proiettare il tuo ombreggiamento fotovoltaico direttamente sul diagramma solare e verificare la quantità di energia solare in un determinato periodo dell’anno.

Un’altra rappresentazione grafica per comprendere l’effettiva quantità di energia proiettata in un determinato luogo sono le curve ISO radiative. Si tratta della rappresentazione su linee curve della radiazione solare incidente in un determinato luogo. Queste radiazioni variano dalla latitudine: più bassa è la latitudine, più la radiazione solare incidente è maggiore perché il Sole arriva in maniera più ortogonale rispetto alla superficie captante.

Ad esempio, in Italia dal Sud al Nord, la radiazione tenderà a diminuire:

i valori equivalgono a 5.2 kWh/m²/giorno nelle isole;
i valori valgono 3.8 nelle Alpi.

I valori di radiazione si possono ottenere attraverso delle tabelle e degli abachi, che riportano la stima dell’energia su piano orizzontale in base alla latitudine del sito secondo i dati riportati nella normativa UNI 10349 (UNI 8477) e dati storici. Ancora una volta, ritorna utile l’impiego del software fotovoltaico con cui avrai a disposizione i vari dati in base alla località di installazione.

Direzione dei pannelli solari

Un impianto fotovoltaico è più produttivo quando i raggi solari sono perpendicolari ai pannelli solari e l’orientamento migliore è in direzione Sud con angolo azimut pari a 0°.

Nel caso in cui l’installazione in direzione Sud non sia possibile o se ci fossero ostacoli che causerebbero fenomeni di ombreggiamento, è possibile cambiare l’orientamento dei pannelli:

orientando i pannelli massimo di 45° Sud-Est e Sud-Ovest, la produzione annua subirebbe una riduzione annua abbastanza contenuta (1-3%);
se l’orientamento ha un’angolazione superiore ai 45° rispetto a Sud, la produzione inizierà a diminuire notevolmente.

Meno significativa è invece la radiazione che può avere un pannello esposto a Est o, ancor meno, un pannello esposto a Ovest, in quanto capterebbe soltanto la radiazione mattutina o serale.

Inclinazione dei pannelli solari

L’inclinazione ottimale dei pannelli fotovoltaici è influenzata dalla latitudine del luogo geografico in cui i pannelli saranno montati.

Come regola semplificativa si può dire che l’inclinazione ottimale dei pannelli per una produzione massima annuale è pari alla latitudine L del sito di installazione. Ad esempio, se si ha una latitudine di 40°, si andrà ad installare il pannello con un’inclinazione compresa tra i 30 e i 40°.

Per determinare la corretta inclinazione di un pannello è anche necessario considerare la superficie su cui saranno installati i pannelli fotovoltaici:

se un impianto fotovoltaico viene installato sulla copertura di un tetto, i pannelli saranno installati in modo complanare con la falda del tetto;
se l’impianto viene installato a terra o su una copertura piana diversa dal tetto, bisogna calcolare con precisione l’inclinazione, per evitare che i pannelli posti anteriormente non causino, in qualche periodo dell’anno, degli ombreggiamenti sui pannelli posti sulla fila posteriore.

Per calcolare in maniera precisa la distanza minima di installazione delle file dei pannelli fotovoltaici e la corretta inclinazione, ti suggerisco di affidarti ad un software fotovoltaico in grado di calcolare automaticamente tale dimensione su qualsiasi superficie (orizzontale, verticale o inclinata).

Come ottimizzare l’orientamento dei pannelli: inseguitori solari

L’orientamento dei pannelli fotovoltaici è dunque cruciale per massimizzare la resa dell’impianto fotovoltaico. Per ottimizzare la disposizione solare durante l’intero anno, è possibile installare degli specifici dispositivi elettronici che permettono di seguire la traiettoria del sole: si parla di sistema ad inseguimento solare o inseguitori solari.

Cosa sono gli inseguitori solari?

Gli inseguitori solari fotovoltaici sono dei particolari dispositivi e meccanismi che consentono di muovere e ruotare il pannello fotovoltaico in modo che questi siano sempre orientati in direzione solare. Con questo sistema dunque il pannello non è fisso, ma mobile.

Come funzionano gli inseguitori solari?

Gli inseguitori solari permettono di mantenere sempre l’inclinazione di 90° tra il pannello e i raggi del sole in modo da ottimizzare l’efficienza energetica.
Esistono diverse tipologie e a seconda del tipo varia il meccanismo di funzionamento.

Le principali tipologie di inseguitori solari sono:

inseguitori solari monoassiali;
inseguitori solari biassiali.

Gli inseguitori solari monoassiali “inseguono” le radiazioni solari ruotando intorno al proprio asse e, in base al suo orientamento, possono essere classificati in:

inseguitori di tilt: ruotano intorno all’angolo di tilt, ovvero Est-Ovest e inseguono l’altezza del sole nel cielo;
inseguitori di rollio: inseguono il sole durante il suo percorso nel cielo; in questo caso l’asse di rotazione è Nord-Sud;
inseguitori di azimut: ruotano intorno ad un asse verticale perpendicolare al terreno e necessitano grandi spazi per l’installazione;
inseguitori ad asse polare: inseguono le radiazioni solari, ruotando intorno ad un asse parallelo all’asse di rotazione terrestre.

Gli inseguitori solari biassiali presentano invece due assi di rotazione perpendicolari fra loro, che permettono attraverso un sistema elettrico di puntare perfettamente i pannelli nella direzione del sole. A seconda del suo orientamento si suddividono in:

inseguitori di azimut-elevazione: il loro funzionamento intercetta le radiazioni, consentendo ai pannelli di orientarsi in maniera perfettamente perpendicolare rispetto ai raggi del sole, durante tutta la giornata;
inseguitori tilt-rollio: evitano le zone d’ombra.

Infine, in base alla tipologia di sistema che ne permette il movimento per orientarsi verso il sole, si possono classificare in:

inseguitori solari attivi;
inseguitori solari passivi.

Gli inseguitori solari attivi sono composti da motori elettrici che consentono lo spostamento lento dei pannelli fotovoltaici. Si suddividono in:

analogici: il movimento è generato da sensori che individuano la posizione migliore per l’assorbimento delle radiazioni solari;
digitali: sono azionati da un microprocessore che, attraverso la memorizzazione dei dati sul posizionamento del sole, riesce a orientare i pannelli nella direzione con maggiore luce.

Gli inseguitori passivi, invece, utilizzano fenomeni fisici autonomi indipendenti dal posizionamento del sole rispetto al pannello, come ad esempio la dilatazione termica di un gas fluido compresso che viene riscaldato dal sole generando una pressione idraulica che permette il movimento della struttura dei pannelli solari.

Per definire in maniera ottimale l’orientamento dei pannelli di un impianto sprovvisto di sistema ad inseguimento solare, ti raccomando di provare subito gratuitamente il software fotovoltaico, dove inserendo la località di installazione e i valori di azimut e tilt potrai rilevare i dati di irradiazione giornaliera media mensile ed ottenere un quadro generale dell’analisi del rendimento dei pannelli fotovoltaici.

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NOTE IMPORTANTI: In mancanza di dati certi sui consumi giornalieri di una famiglia, è necessario stimare il fabbisogno.

La norma UNI 9182 fa riferimento ad un consumo di 65 lt/giorno per persona a 45°C nel caso di abitazioni medie e stile di vita normale. Per sapere quanti m² di pannelli installare si utilizza il fabbisogno stimato in lt/giorno. Questo dato non ha niente a che vedere con la massima contemporaneità dei prelievi, solitamente indicata in lt/minuto.

IL VOLUME DI ACCUMULO NON DEVE ESSERE STIMATO SEMPLICEMENTE SULLA BASE DEL CONSUMO GIORNALIERO, MA SULLA BASE DELLA SUPERFICIE CAPTANTE. Considerare in linea di massima 2 pannelli con un bollitore da 300 lt, 3 pannelli con un bollitore da 400 lt, 4 pannelli con un bollitore da 500 lt. considerando i pannelli solari orientati a SUD e con un’inclinazione di 30°.

NELLA SCELTA DI UN BOLLITORE BISOGNA TENERE CONTO DI 2 FATTORI DI UGUALE IMPORTANZA:

Il sul volume dev’essere MINIMO di 50 lt per ogni m² di superficie captante (es. 5 m² – 300 lt) Il serpentino del bollitore dedicato al solare deve poter scambiare la potenza captata dai pannelli. Dati di laboratorio consigliano di mantenere un rapporto di 1:5 tra superficie del serpentino e superficie captante.

Produzione Centralizzata di A.C.S. nelle Abitazioni Plurifamiliari (queste indicazioni vanno in ogni caso confermate dal calcolo di un tecnico abilitato)

6.1. Dimensionamento di base per il 50% di copertura

1° Fase: Stima del fabbisogno considerare tra i 50 e i 100 lt per persona, al giorno a 45°C

2° Fase: Stima della superficie captante 1 m² di pannello solare ogni 100 lt di fabbisogno circa (in funzione della latitudine, dell’orientamento e dell’inclinazione)

3° Fase: Stima del volume di accumulo solare tra i 60 e 100 lt ogni m² di superficie esposta

4° Fase: Stima della contemporaneità dei consumi in accordo alla norma UNI 9182 La stima della contemporaneità permette il dimensionamento del produttore di acqua calda sanitaria (bollitore)

NOTE IMPORTANTI

Il fabbisogno e le contemporaneità, come nel caso delle abitazioni monofamiliari, vengono stimati sulla base della norma UNI 9182 che, anche in questo caso, consiglia di mantenere un consumo di 65-70 lt/giorno a 45°C.
All’aumentare del numero dei pannelli aumenta il volume di accumulo da dedicare al solare. Nei grandi impianti per la produzione di A.C.S. sono spesso necessari grandi volumi di acqua, solitamente molto maggiori rispetto al fabbisogno giornaliero di A.C.S. Per non dover adottare grandi volumi sanitaria si preferisce utilizzare un accumulo inerziale in cui stoccare il calore dei pannelli solari e della caldaia. L’acqua contenuta nel Puffer viene poi utilizzata per il riscaldamento dell’acqua sanitaria per mezzo di bollitori o scambiatori rapidi.
È importante perciò scegliere la soluzione più adatta
Impianti Solari per Piscine Per dimensionare i pannelli solari per il riscaldamento di una piscina, sarà necessario rispettare le seguenti condizioni:
Alla presenza di piscine scoperte senza pellicola in grado di limitare l’evaporazione, la superficie dell’assorbitore dei collettori dovrà essere il 40-60% della superficie della piscina.
Alla presenza di piscine aperte e coperte da una pellicola in grado di limitare le perdite legate all’evaporazione, la superficie dell’assorbitore dei collettori dovrà essere il 30- 40% della superficie della piscina. Alla presenza di piscine coperte senza pellicola in grado di limitare le perdite legate all’evaporazione, la superficie dell’assorbitore dei collettori dovrà essere il 40-50% della superficie –della piscina.

Informazioni e descrizione tecniche reperite in rete e su siti istituzionali.