In quale direzione devono essere rivolti i pannelli solari, e con quale angolo devono essere inclinati?
La risposta a questa domanda potrebbe sembrare abbastanza semplice in un primo momento, ma in realtà, ci sono un certo numero di risposte; quando si tiene conto dei vari fattori che spesso si tende a trascurare.
In questo articolo, esploriamo tutti gli elementi che influenzano l’orientamento e l’angolo di inclinazione dei pannelli solari.
Prima di tutto, devi chiederti: “In quale regione geografica voglio posizionare i pannelli?”
La direzione ideale che i pannelli solari devono affrontare, cambia a seconda che tu viva nell’emisfero nord o nell’emisfero sud.
Nell’emisfero settentrionale, i pannelli devono essere rivolti a sud, e il nord funziona meglio per l’emisfero meridionale.
Ora, la prossima domanda che potresti fare è: “Perché sud o nord? Perché non est o ovest?”
Per capire la risposta, pensate a un edificio nell’emisfero nord. Il lato nord dell’edificio è sempre in ombra. Al mattino l’ovest è in ombra e l’est è illuminato dal sole, e la sera, l’ovest è illuminato dal sole e l’est è in ombra.
Questo perché il sole ha un offset sud nell’emisfero nord e un offset nord nell’emisfero sud.
Se i pannelli fossero posizionati verso est o ovest, genererebbero una buona quantità di energia solo durante la mattina o la sera. Tuttavia, per ottenere il meglio di entrambi i tempi, è necessario un sistema orientato a nord o a sud.
Non abbiamo ancora finito.
C’è una nuova tendenza emergente chiamata Time of Use (TOU) pricing. Si tratta di un sistema di prezzi in cui le tariffe dell’energia elettrica sono più alte per un periodo predefinito della giornata, di solito quando l’utilizzo dell’energia nello stato/paese è più alto.
Normalmente, l’utilizzo è più alto tra le 13 e le 19. Durante questo periodo la fornitura di elettricità dalle centrali elettriche già attive è portata al limite. A un certo punto, le centrali elettriche che sono più lontane si accendono come emergenza per evitare il fallimento della fornitura. Questo, per ovvi motivi, aumenta il costo di funzionamento della rete. Sotto TOU, il cliente sborsa più soldi per pagare le bollette.
In posti come questi, si scopre che i pannelli orientati a ovest sono più economici rispetto a quelli orientati a sud o a nord. Questo è principalmente perché i pannelli orientati a ovest generano il 49% in più di elettricità durante il picco della domanda rispetto ai pannelli orientati a sud, come registrato da uno studio condotto ad Austin, Texas (nell’emisfero settentrionale).
Il fattore di inclinazione.
Il fatto è che non importa quanto precisamente si calcola l’angolo di inclinazione per i vostri pannelli, si avranno alcune perdite. L’inafferrabile angolo ottimale del pannello continua a cambiare durante il giorno e attraverso le stagioni (a meno che non abbiate installato un inseguitore solare, nel qual caso, il pannello si regola per affrontare l’angolo ottimale a intervalli regolari di tempo utilizzando un algoritmo incorporato).
Quindi, il meglio che potete fare è calcolare un angolo che abbia la minima perdita media annuale.
Il modo più comune che è stato adottato ampiamente è:
(latitudine * 0,9) + 29 = angolo di inclinazione ottimale per l’inverno.
(latitudine * 0,9) – 23,5 = angolo di inclinazione ottimale per l’estate.
In questo metodo, prendi la latitudine: che è un’indicazione di quanto è necessario inclinare il pannello. Poi, tenete conto dello spostamento del movimento del sole durante l’estate e l’inverno, aggiungendo alcune costanti predeterminate quando il sole è più basso nel cielo durante l’inverno, e sottraendo un’altra costante predeterminata durante l’estate, quando il sole è più alto nel cielo durante l’estate.
Calcolo delle perdite.
Diciamo che l’angolo di inclinazione ottimale per una certa regione è calcolato usando l’approccio appena discusso. Le perdite che questo sistema subirebbe in qualsiasi momento possono essere calcolate o misurate usando strumenti come il piranometro (usato per misurare la radiazione solare su una superficie), il pirheliometro (usato per misurare la radiazione solare a fascio diretto), il registratore del sole (usato per misurare il tempo di luce solare disponibile), e altro (roba da gadget).
Questi gadget sono costosi e il ritorno dell’investimento in essi, soprattutto per le piccole imprese o gli individui, non è grande.
Ma non preoccupatevi. Esiste una soluzione a basso costo. È possibile calcolare i fattori da cui dipendono queste perdite, come la declinazione della terra, l’angolo orario, la latitudine, l’angolo di inclinazione del pannello, il tempo solare, e l’angolo azimutale di superficie utilizzando dati facilmente disponibili e accessibili come la latitudine, la longitudine, l’ora locale.
La declinazione è fondamentalmente l’angolo sotteso da una linea retta proiettata dal piano equatoriale, e una linea dal centro del sole proiettata sulla terra.
L’angolo orario è un’espressione che descrive la differenza tra l’ora solare locale e il mezzogiorno solare.
L'”angolo azimutale di superficie” si misura sul piano orizzontale dal vero sud alla proiezione orizzontale della normale alla superficie.
Il tempo solare è il concetto in cui il passaggio del tempo è calcolato rispetto alla posizione apparente del sole nel cielo.
Utilizzando questi fattori, sarete in grado di trovare definitivamente l’angolo con cui i raggi del sole sono incidenti sul pannello. È quindi possibile confrontare l’angolo di incidenza dei raggi del sole quando il pannello è rivolto verso la direzione ottimale, l’angolo, e l’angolo di incidenza a quando il pannello non è rivolto verso un angolo ottimale, le direzioni; e quindi trovare le perdite percentuali rispetto ai cambiamenti di direzione e/o angolo.
Cosa riserva il futuro.
Gli inseguitori solari sembrano essere l’opzione più popolare attualmente in fase di esplorazione. È una tecnologia esistente, ma la sua applicazione è limitata a sistemi su larga scala montati a terra. Questo è dovuto principalmente al fatto che i sistemi di inseguitori solari sono costosi, hanno bisogno di più manutenzione e, soprattutto, non sono adatti alle velocità del vento e alle precipitazioni a cui sono esposti su un tetto.
I sistemi di inseguimento autopulenti e auto-manutentivi che incorporano un design in grado di sostenere le condizioni su un tetto sono ciò a cui i produttori stanno lavorando oggi nei loro laboratori di R&D.
Una di queste aziende, Edisun Microgrids, ha già progettato un nuovo sistema di inseguimento. Qui, al posto dei tradizionali inseguitori montati su pali che richiedono di essere sollevati di 6 piedi, i sistemi di inseguimento sono a pochi centimetri dal tetto. Un altro cambiamento notevole nel design è che questi pannelli ruotano dal loro bordo al contrario degli inseguitori tradizionali che ruotano dal centro. L’organizzazione ha completato con successo il più grande sistema di inseguimento solare sul tetto del mondo con 2900 inseguitori su pannelli individuali a Oxnard, California.
L’azienda ritiene che il suo sistema di inseguimento sul tetto possa aumentare la produzione di energia di un progetto solare del 30% rispetto agli inseguitori ad inclinazione fissa.
Una semplice domanda può portare alle risposte più potenti. In questo articolo, abbiamo iniziato con una di queste domande. È chiaro che si può fare di più esplorando onestamente i problemi, e non c’è limite a ciò che il settore energetico di domani potrebbe offrire al mondo.
Scritto da Pavan Balakrishna, Engineering-Operations di Solarify