Esposizione e Producibilità di Impianti FV

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La radiazione potenziale effettiva generata dal sole, non raggiunge per intero i pannelli. Un fattore che ne riduce la quantità è quello legato al non perfetto posizionamento dei pannelli fotovoltaici rispetto alla posizione del sole. L’esposizione dei pannelli è uno dei parametri più rilevanti nel calcolo della produzione di un impianto fotovoltaico in una determinata località. ...

La produzione annuale (in kWh/kWp annuali) a sua volta influenza molti altri fattori (soprattutto nelle analisi economiche) che svolgono intrinsecamente un ruolo importante sulla decisione ed opportunità ultima di realizzare o meno un impianto fotovoltaico. Comprendere bene quindi cosa significhi l’esposizione dei pannelli è dunque molto importante e perciò cercheremo con il presente articolo di fornirne qualche ragguaglio.

Esposizione dei pannelli
L’esposizione dei pannelli è definita da una coppia di valori: orientamento e inclinazione. L’orientamento stabilisce dove la superficie dei pannelli è appunto orientata in riferimento all’orizzonte (ad esempio a sud, a est, a ovest…); l’orientamento ottimale banalmente è verso la direzione del sole a mezzogiorno (ore 12) ovvero a sud; l’inclinazione determina invece l’angolo che il piano dei pannelli forma con l’orizzonte (o con una superficie piana). Per avere un irraggiamento ottimale l’asse perpendicolare alla superficie dei moduli fotovoltaici dovrebbe avere una direzione che “punta” sempre esattamente verso la direzione del sole. Ciò, perlomeno per impianti fotovoltaici posizionati in maniera fissa, non è tecnicamente possibile (un’eccezione riguarda invece i cosiddetti sistemi ad inseguimento solare o girasole). L’impossibilità deriva dal naturale evolversi della posizione giornaliera del sole nella volta celeste (sia nelle ore del giorno che da un giorno all’altro) per cui la radiazione solare, al più potrà incidere in modo perfettamente perpendicolare sui pannelli, una sola volta nel corso della giornata. In realtà anche tale evenienza è piuttosto rara dal momento che i moduli fotovoltaici sono generalmente installati sui tetti o coperture degli edifici in modo complanare ovvero ne seguono orientamento e inclinazione; affinché l’asse perpendicolare al piano dei pannelli possa infatti raggiungere l’altezza del sole (specie alle latitudini d’Italia) occorrono inclinazioni dei pannelli piuttosto grandi (normalmente incompatibili con le inclinazioni dei nostri comuni tetti).

Per installazioni fisse, esistono, data la latitudine di una determinata località, inclinazioni ottimali che massimizzano la quota di irraggiamento solare tenendo in considerazione l’intero anno solare (e che quindi massimizzano la relativa produzione di energia elettrica annuale in kWh); ad esempio al centro Italia l’inclinazione ottimale si aggira sui 30 gradi.

 

Orientamento e inclinazione
I parametri di orientamento ed inclinazione dei pannelli vengono stabiliti con dei valori angolari detti azimuth (per l’orientamento) e tilt per l’inclinazione. In ambito di progettazione di impianti fotovoltaici gli angoli sono definiti nel modo indicato nella figura seguente.

Il tilt è l’angolo che il piano dei pannelli forma con un piano orizzontale mentre l’azimuth (orientamento) vale per convenzione 0° a SUD esatto, -90° ad EST e +90° a OVEST. Ad esempio dei pannelli con un orientamento di -45° sono rivolti verso SUD-EST; con azimuth +45° invece guardano a SUD-OVEST e se fossero orientati a +135° sarebbero rivolti verso NORD-OVEST (viceversa a -135° punterebbero a NORD-EST).

Per impianti fotovoltaici con pannelli ad inclinazione fissa, la produzione annuale dipenderà oltre che da altri parametri (latitudine, perdite varie…) anche soprattutto, come detto, proprio dall’esposizione dei moduli. E’ chiaro che dei pannelli inclinati di 50° o 60° orientati a NORD vedranno il sole per pochi minuti nel corso della giornata (e anche in modo piuttosto obliquo); l’irraggiamento effettivo che incide sul piano dei pannelli se lo si considera nel corso di un intero anno sarà dunque molto limitato. Viceversa dei pannelli orientati a SUD esatto (azimuth pari a 0°) e inclinati di 30° rappresentano proprio l’esposizione ideale per un impianto collocato ad esempio alle latitudini del centro Italia. Più ci si avvicina a latitudini relative a zone del sud Italia (o comunque vicine all’equatore) e più l’inclinazione (tilt) che massimizza la produzione annuale dell’impianto diminuisce; a Trento ad esempio il tilt ideale si aggira sui 33° a Messina invece vale 26°, all’equatore varrebbe 0°; l’orientamento ottimale invece è sempre quello che corrisponde al SUD pieno.

 


Producibilità: come varia in base all’esposizione
Per valutare a grandi linee come l’esposizione dei pannelli influenzi la produzione annuale, scegliamo ad esempio una latitudine del centro Italia e fissiamo inoltre tutte le altre variabili e fattori che influenzano la produzione a valori medi tipici per un impianto fotovoltaico tradizionale; in definitiva perciò ipotizziamo di avere come uniche variabili di ingresso l’azimuth e il tilt e in uscita il valore di produzione o meglio di producibilità in kWh/kWp annuale.

La producibilità è un numero che sinteticamente ci fornisce l’idea (una stima) del rendimento di un impianto fotovoltaico in quanto tiene conto di tutti i fattori che influenzano la produzione. Nota la producibilità, essendo definita in kWh/kWp annuali, basterà moltiplicarla per la potenza in kWp che si intende installare per avere la produzione effettiva in kWh di corrente alternata necessaria a soddisfare i nostri fabbisogni annuali o viceversa, noti i fabbisogni in kWh annuali, basterà dividerli per la producibilità per ottenere la taglia ideale dell’impianto che copra le nostre necessità energetiche annuali.

La producibilità è quindi un parametro sintetico importantissimo; essa varia, tra l’altro, in funzione di azimuth e tilt all’incirca come mostrato nella Figura 1 e 2. La Figura 1 mostra l’andamento della producibilità in base all’inclinazione dei pannelli (tilt) con latitudine di installazione ipotizzata al centro Italia e con pannelli orientati a SUD (azimuth=0°). Nella Figura 2 invece viceversa, alle stesse condizioni di latitudine, si è fissata l’inclinazione (tilt) a 15° mostrando come varia la producibilità in base all’orientamento (azimuth).

 

 

Ottenere una producibilità orientativa mediante il portale PVGIS
Un modo veloce e semplificato per ottenere una stima di producibilità per una data località, è quello inerente l’utilizzo del portale web PVGIS. Si tratta ovviamente di una stima che non tiene in considerazione di molti fattori (ad esempio di eventuali effetti di ombreggiamenti locali) ma è tuttavia un buon punto di partenza. Nella Figura seguente è mostrata la pagina web di settaggio di PVGIS: una volta localizzata l’area sulla mappa, cliccare sopra quest’ultima (nell’esempio il centro di Roma) e procedere nella tabella a destra impostando l’inclinazione e l’orientamento dei pannelli; in caso di installazione complanare al tetto della propria casa, l’inclinazione e l’orientamento coincideranno con quelli della falda di copertura scelta per l’installazione; premendo il tasto Calcola nella tabella di PVGIS si ottiene una stima della producibilità che sarà data in kWh/kWp se precedentemente si è digitato il valore “1” sul campo Potenza di picco installata altrimenti otterremo un valore assoluto in kWh sia annuale che medio per ciascun mese dell’anno.

 

 

 


OMAGGIO ai lettori delle NEWS di BITT:
SCARICA il file automatico per la verifica dell'andamento produttivo del tuo impianto fotovoltaico!

Riallacciandoci a quanto esposto nel nostro articolo Verificare l'andamento di un impianto FV, da quanto appena esposto sul portale PVGIS, è possibile quindi ricavare una tabella che indichi per la specifica installazione fotovoltaica ipotizzata o reale, il valore stimato di energia elettrica prodotta per ciascun mese dell’anno. Si potrà quindi ottenere una tabella in kWh effettivi per la specifica taglia in potenza nominale (kWp) dell’impianto considerato oppure una tabella in kWh/kWp. Ricavare i kWh effettivi mensili è piuttosto banale ed è stato già mostrato nel succitato articolo Verificare l'andamento di un impianto FV. La tabella che si sarà quindi ottenuta sarà ad esempio della forma seguente.

Riallacciandoci nuovamente all’articolo Verificare l'andamento di un impianto FV, per determinare la bontà dell’andamento produttivo del nostro impianto fotovoltaico occorrerebbe effettuare i calcoli già esposti. Nel precedente articolo si era ipotizzato un esempio di una misura di produzione reale (effettiva) di 258 kWh (letti dal contatore di produzione) relativa al periodo fra il 25 febbraio e il 10 marzo, per ricavare la stima relativa a tale periodo il calcolo da effettuare era il seguente (usando i valori cerchiati in giallo):

La differenza percentuale fra le due misure si ottiene come visto così:

[ (misura - produzione stimata) : produzione stimata ] x 100

E quindi, nel nostro esempio, la differenza percentuale è di -8,9%.

Affinchè si possa effettuare un veloce ed automatico conteggio simile a quello appena effettuato e per qualunque data così da tener d’occhio il funzionamento del proprio impianto, Ecobitt fornisce di seguito un foglio di calcolo in cui inseriti i valori simili a quelli cerchiati in rosso nella tabella precedente (valori ottenuti da PVGIS relativi alla specifica installazione cioè i valori stimati di produzione in kWh assoluti) restituisce direttamente la differenza percentuale fra la misura attuale inserita ed una precedente. Inoltre indica anche lo stesso valore riferito alla data dell’entrata in funzione dell’impianto fotovoltaico. Maggiori dettagli sul funzionamento del file sono descritti di seguito.

 

FUNZIONAMENTO DEL FILE AUTOMATICO VERIFICA ANDAMENTO PRODUTTIVO IMPIANTO FV
Si tratta di un foglio di calcolo che permette di raffrontare automaticamente la produzione energetica reale inserita, con quella stimata. Inizialmente nel file vanno inseriti i dati di potenza dell’impianto (in kWp) e di produzione stimata per ciascun mese dell’anno.

Segue il funzionamento specifico del foglio di calcolo:

  • 1. inserire i dati solo nelle celle bianche (le altre sono automatiche);
  • 2. inserire solo per la prima volta i valori di produzione mensile in kWh assoluti (inserirli nelle celle della colonna C dalla riga 3 alla riga 14 (da cella C3 a cella C14);
  • 3. Inserire la potenza di picco dell’impianto nella cella C16;

  • 4. Inserire la data di entrata in esercizio dell’impianto fotovoltaico nella cella F28 (desunta ad esempio dal “verbale di allaccio ed installazione del contatore di produzione”, documento rilasciato dal gestore di rete il giorno della prima messa in funzione dell’impianto;
  • 5. Inserire i valori iniziali segnati dal contatore di produzione (delle tre fasce F1, F2 e F3) riportati nel verbale di allaccio citato al punto precedente; scrivere i dati rispettivamente nelle celle G28, H28 e I28; si tratta dei valori di partenza presenti al momento dell’installazione nel contatore di produzione;
  • 6. Salvare il file (per memorizzare i dati precedentemente inseriti);
  • 7. Inserire nella cella della prima riga vuota della colonna F (ad es. F29), la data specifica in cui si sono letti i valori dal contatore di produzione;
  • 8. Inserire nelle colonne G, H ed I delle rispettive celle della riga del punto precedente (ad es. G29, H29 e I29) i valori letti dal contatore di produzione (delle tre fasce) riferiti alla data digitata nella cella del punto precedente;
  • 9. la colonna "PRODUCIBILITA' STIMATA DALL'ULTIMA MISURA (periodo di riferimento dall' ultima misura alla precedente)" fornisce il valore stimato di produzione che dovrebbe aver prodotto l'impianto per rientrare nella media produttiva stimata riferito al periodo fra l'ultima lettura inserita [quella inerente la data della riga del punto precedente] e quella della lettura precedente [quella inerente la riga immediatamente precedente a quella che si sta considerando];
  • 10. la colonna "DIFFERENZA % RISPETTO A DATI STIMATI DALL'ULTIMA MISURA..." è appunto il valore del punto precedente ma espresso “in percentuale” ovvero in formula:
    [(valore reale - valore stimato) : valore stimato]

    e fornisce un dato sintetico con cui verificare la bontà della produzione dell'impianto riferita al periodo fra l'ultima lettura inserita e la precedente (vedi punti successivi per dettagli);
  • 11. la colonna "PRODUCIBILITA' STIMATA MEDIA ATTUALIZZATA RISPETTO ALL'ENTRATA IN ESERCIZIO DELL'IMPIANTO" è come la colonna del punto 10. precedente ma riferita appunto al periodo fra l'entrata in esercizio dell'impianto e l'ultima lettura inserita (ovvero quella della riga che si sta considerando);
  • 12. similmente al punto 11. , la colonna successiva denominata “DIFFERENZA % RISPETTO A DATI STIMATI MEDIA ATTUALIZZATA RISPETTO ALL'ENTRATA IN ESERCIZIO DELL'IMPIANTO)si riferisce allo stesso valore appena descritto ma espresso come differenza percentuale;

  • 13. i dati percentuali della colonna citata nel precedente punto 12. sono significativi in quanto rappresentano una verifica generale dell'impianto dall'allaccio in rete dello stesso (dal giorno del suo funzionamento) fino all'ultima lettura inserita; quelli del punto 11. invece, essendo riferiti presumibilmente ad un periodo temporale più piccolo, possono essere meno significativi (es. se inserisco dati che differiscono di soli 5 giorni e magari in cui si è avuto sempre cielo nuvoloso...);
  • 14. il valore percentuale della colonna "AF" (di cui al punto 13.) può essere negativo o positivo e in generale non dovrebbe scendere al di sotto del -15%, -20% ; valori inferiori sono indice di un' eventuale problematica di produzione dell'impianto (se i valori sono positivi non ci sono problemi); ATTENZIONE: quanto appena scritto (“non dovrebbe scendere al di sotto del -15%, -20%”) vale solo nel caso in cui si sia certi che nel periodo intercorrente fra la data che si sta considerando e quella di entrata in esercizio NON SI SIA VERIFICATO ALCUN FERMO IMPIANTO (programmato o non) e NON SI SIA SOSTITUITO IL CONTATORE DI PRODUZIONE; in caso contrario utilizzare la colonna “AD” (di cui al punto 11. e 16.)
  • 15. il valore percentuale della colonna "AD" (di cui al punto 11.) può essere negativo o positivo e può verificarsi che scenda al di sotto del -15%, -20% nel caso ad esempio in cui le date in cui sono state inserite le due misure a cui la cella si riferisce siano molto ravvicinate (specie ad es. in cui ci siano stati giorni nuvolosi); questi dati sono significativi solo se l'intervallo di date a cui si riferiscono è superiore ad almeno 40-50 giorni altrimenti si rischia di avere un "falso allarme"; tale valore è però utile e significativo solo nel caso in cui nel periodo intercorrente fra l’ultima misura e la precedente, si sia certi che non c’è stato alcun fermo impianto (programmato o non) e non si sia sostituito il contatore di produzione;
  • 16. per ciascuna successiva ulteriore lettura presa in date future, ripetere i passi 7. e 8. e considerare sempre i valori delle colonne AC, AD, AE ed AF (di cui ai precedenti punti 9., 10. ,11. e 12.).

 


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Per eventuali chiarimenti contattate Ecobitt.




 

 

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