L’energia solare offre molti vantaggi nella generazione di elettricità. Ha zero costi di carburante grezzo, fornitura illimitata e nessun problema ambientale come trasporto, stoccaggio o inquinamento. L’energia solare è disponibile ovunque, anche sulla luna. Ma per ottenere il massimo da un pannello solare o da un array solare, deve essere puntato o “orientato” direttamente sull’energia radiante del sole. Infatti come sappiamo, maggiore è la superficie esposta alla luce solare diretta, maggiore è la resa del pannello, ma qui sta il problema. Quindi qual è la migliore orientazione dei pannelli fotovoltaici?
Il pannello solare fotovoltaico può essere perfettamente allineato per ricevere l’energia del sole, però è un oggetto fisso. Il sole tuttavia non è in una posizione stazionaria e cambia costantemente la sua posizione nel cielo rispetto alla terra dalla mattina alla sera. Ciò rendendo difficile il corretto orientamento del pannello solare.
Quindi la sfida per ottenere il massimo beneficio dall’energia solare gratuita è garantire il corretto orientamento del pannello solare fotovoltaico. Questo deve avvenire rispetto alla luce solare diretta proveniente dal sole in ogni momento della giornata. Oltre all’orientamento del pannello solare, sono importanti anche il numero di ore di luce solare al giorno che il pannello solare riceve e l’intensità.
Differenze di orientazioni tra inverno ed estate
Ad esempio, quando il sole è più basso nel cielo durante i mesi invernali, l’orientamento dei pannelli solari deve essere più verticale. Questo poiché la radiazione solare attraversa più atmosfera per raggiungere il pannello solare. La sua intensità è quindi ridotta dall’effetto di dispersione e assorbimento di atmosfera e nuvole. Nei mesi estivi, quando il sole è più alto nel cielo, la radiazione solare è più diretta e quindi più forte poiché ha una distanza minore da percorrere attraverso l’atmosfera terrestre. Quindi l’orientamento del pannello solare è più orizzontale.
Orientamento azimutale e zenitale del pannello solare
I moduli e pannelli solari fotovoltaici funzionano meglio quando la loro superficie assorbente è perpendicolare ai raggi solari in entrata. La posizione del sole nel cielo può essere tracciata utilizzando due angoli, azimut e zenit. L’angolo di orientamento del pannello solare si basa su questi due valori.
Orientamento azimutale del pannello solare
Azimut – Questo è l’angolo del sole mentre si muove nel cielo da est a ovest nel corso della giornata. Generalmente, l’azimut viene calcolato come un angolo dal vero sud. A mezzogiorno solare che è definito come un angolo azimutale di zero gradi, quindi Azimut = 0°, il sole sarà diretto a sud nell’emisfero settentrionale e diretto a nord nell’emisfero meridionale.
Gli angoli azimutali solari a est del sud sono di natura negativa, con l’est che ha un angolo azimutale di -90°. Gli angoli azimutali solari a ovest del sud sono di natura positiva, con l’ovest che ha un angolo azimutale di + 90°. In generale, tuttavia, l’angolo azimutale richiesto per il corretto orientamento del pannello solare varia con la latitudine e il periodo dell’anno.
Orientamento zenitale del pannello solare
Zenith – Questo è l’angolo del sole che guarda verso l’alto dal livello del suolo o dall’orizzonte. L’angolo zenitale del sole varia durante il giorno sotto forma di un arco con il sole che raggiunge la sua massima elevazione (chiamata anche altitudine solare) intorno a mezzogiorno. L’elevazione del sole è definita come 0 ° all’alba e al tramonto e 90 ° a mezzogiorno quando il sole è direttamente sopra la testa.
Tuttavia, l’elevazione del sole a mezzogiorno è diversa tra il solstizio d’estate e il solstizio d’inverno che rappresentano i giorni più lunghi e più brevi dell’anno.
L’elevazione solare e l’azimut nel periodo di un anno intero possono essere tracciati su un grafico solare. Un grafico solare ti consente di localizzare la posizione del sole in qualsiasi momento della giornata, durante qualsiasi mese e per qualsiasi luogo, rendendo l’orientamento del pannello solare molto più semplice. Grafici solari o diagrammi del percorso solare possono essere acquistati, scaricati da Internet o costruiti utilizzando carta millimetrata per qualsiasi posizione sulla superficie terrestre utilizzando lo stesso principio della meridiana nel giardino.
Orientamento e inclinazione del pannello solare
Quindi possiamo vedere che oltre a muoversi nel cielo (azimut solare), il sole si muove anche su e giù (zenit solare) durante tutto l’anno. Ciò rendendo difficile fornire un orientamento fisso del pannello solare. Per la massima conversione della luce solare in elettricità solare, i pannelli solari devono essere montati ad angolo affinché possano puntare direttamente verso il sole.
A seconda di come è montato il pannello, può essere mantenuto ad un angolo permanente o regolato durante tutto l’anno per sfruttare appieno l’energia solare del sole. La regolazione di un sistema solare fotovoltaico a montaggio statico può comportare dal 10% al 40% in più di potenza in uscita all’anno, facendo una differenza considerevole nel tempo di ricarica delle batterie.
Orientamento del pannello solare
L’orientamento del pannello solare si riferisce alla nostra impostazione azimutale. La maggior parte dell’energia proveniente dal sole arriva in linea retta. Un pannello solare o un array solare catturerà più energia se è rivolto direttamente verso il sole, perpendicolare alla linea retta tra la posizione di installazione dei pannelli e il sole.
Quindi dobbiamo avere il pannello solare rivolto verso l’equatore terrestre (rivolto a sud nell’emisfero settentrionale, o a nord nell’emisfero meridionale). Questo in modo che durante il giorno il suo orientamento consenta al pannello di catturare la maggior quantità possibile di radiazione solare possibile.
Esistono diversi modi per ottenere l’orientamento richiesto del pannello solare. Potremmo semplicemente puntare il pannello fotovoltaico o la matrice verso sud o nord usando una bussola, trovare l’angolo centrale tra le impostazioni dell’azimut estivo e invernale o posizionare più accuratamente i pannelli rispetto al mezzogiorno solare centrale.
Il mezzogiorno solare si riferisce alla posizione più alta del sole mentre si inarca nel cielo. Generalmente il mezzogiorno solare si verifica tra le 12:00 e le 14:00 a seconda della posizione.
Attenzione alle ombre
È molto importante durante il posizionamento e l’allineamento di un pannello solare che nessuna parte sia mai ombreggiato dal sole. Questo poiché abbiamo bisogno del 100% di radiazione solare attraverso il pannello. Verificare gli elementi che circondano il pannello o la matrice (alberi, edifici, muri, altri pannelli, ecc.). Questo per essere sicuri che non proietteranno un’ombra sui pannelli in qualsiasi momento della giornata o dell’anno.
Inclinazione del pannello solare
L’inclinazione del pannello solare si riferisce alla nostra impostazione zenit o elevazione. Una volta trovata la migliore posizione azimutale, il prossimo parametro fondamentale per produrre la maggior parte dell’elettricità solare è l’elevazione del pannello fotovoltaico.
Per un’installazione solare fissa, è preferibile che i pannelli fotovoltaici siano installati con un angolo di inclinazione centralizzato che rappresenta l’equinozio di primavera, o l’equinozio d’autunno.
Tuttavia, questo orientamento di inclinazione non è così critico per quanto riguarda l’orientamento dei pannelli solari. Questo poiché anche con un angolo di inclinazione di quasi 45 gradi rispetto ai raggi solari riceveranno comunque più del 75 percento di energia per unità di superficie.
Quindi un disallineamento fino a 15° positivo o negativo fa ben poca differenza per un pannello fotovoltaico. Idealmente, i pannelli solari dovrebbero essere posizionati dove riceveranno più luce solare possibile, calcolata in media durante il giorno e nel corso dell’anno.
Ottimizzare un mese o una stagione?
L’orientamento e l’inclinazione del pannello solare possono anche essere ottimizzati per un particolare mese o stagione durante l’anno. Ad esempio, un sistema di energia solare potrebbe essere progettato per produrre la massima potenza in uscita solo nei mesi invernali. Ciò al fine di ridurre i costi di picco dell’elettricità, pertanto il sistema dovrebbe essere installato in modo che l’orientamento e l’inclinazione ottimali del pannello solare si verifichino per la massima potenza di uscita invernale.
Uno dei più popolari sistemi di energia solare fissa prevede il montaggio di un pannello fotovoltaico direttamente su un tetto a falde ripide. É consentita una regolazione minima sia dell’orientamento del pannello solare che dell’inclinazione. L’ottimizzazione della potenza erogata da un impianto solare domestico è auspicabile sia per aumentare l’efficienza dei pannelli solari sia per ridurre il tempo di recupero dell’investimento.
Il tracciamento solare
Per massimizzare la potenza erogata dai pannelli solari, dobbiamo mantenere i pannelli perfettamente allineati con il sole. In quanto tale, è necessario un mezzo per tracciare il sole nel cielo e un pannello fotovoltaico o un array fotovoltaico con capacità di tracciamento produrrà annualmente circa il 25-30% in più di potenza rispetto a uno montato su un tetto in una posizione fissa. Anche l’inseguimento solare può ridurre il numero di pannelli fotovoltaici richiesti aumentando l’efficienza di conversione.
Tracciare la posizione del sole per esporre un pannello solare alla massima radiazione in un dato momento è lo scopo principale di un sistema fotovoltaico a inseguimento solare che fornisce il miglior orientamento del pannello solare in ogni momento della giornata. Un sistema di localizzazione solare può seguire il movimento del sole nel cielo dall’alba al tramonto creando una potenza ottimale per un periodo più lungo e può anche adattarsi ai cambiamenti stagionali della direzione del sole.
Il sistema ideale
La disposizione ideale per l’inseguimento solare per un pannello solare sarebbe una montatura equatoriale motorizzata, simile a quelle utilizzate con sofisticati telescopi o antenne paraboliche. Ciò consentirebbe al pannello fotovoltaico di seguire il percorso di rotazione del sole tutto il giorno, tutti i giorni dell’anno dandogli il miglior orientamento del pannello solare e generando la massima potenza di uscita possibile.
Tuttavia, tali sistemi di tracciamento motorizzato di grandi dimensioni sono poco pratici per la maggior parte delle persone e il costo sarebbe proibitivo per pannelli di grandi dimensioni o array multi-pannello. Inoltre, gli inseguitori solari non possono essere utilizzati su un’installazione sul tetto in quanto devono essere montati a terra e avere uno spazio sufficiente attorno al pannello per consentirne la rotazione. La cosa migliore è un supporto con un unico cuscinetto che consente di orientare e inclinare manualmente il pannello per tutto il giorno, se necessario.
Gli inseguitori solari disponibili in commercio includono il monitoraggio a un asse che segue il sole attraverso il cielo durante ogni giorno con un angolo di inclinazione costante e fisso. Ciò aumenta la radiazione solare ricevuta fino al 25-30% rispetto al mancato rilevamento. Il tracciamento a doppio asse, traccia il sole nel cielo durante ogni giorno, ma regola anche l’angolo di inclinazione dell’array più in inverno e meno in estate per individuare con precisione la posizione del sole nel cielo. Il tracciamento a doppio asse aumenta la radiazione solare ricevuta fino al 33-38% rispetto al mancato tracciamento. Le località più soleggiate traggono maggiori vantaggi dal tracciamento a doppio asse.
