Per il post odierno riprendiamo un argomento trattato parecchio tempo (estate 2009) fa nella rubrica Energia e Futuro, ovvero l’Energia dal Sole, per integrarlo con alcune considerazioni alla luce del sempre crescente caos dell’informazione, in modo da comprendere meglio quali sono le reali potenzialità di questa fonte evitando di cadere in valutazioni erronee.
ENERGIA DAL SOLE – RICHIAMI SU COSTANTE SOLARE ED ALTRI PARAMETRI
L’energia che il sole irraggia ammonta a circa 20.000 miliardi di TEP (tonnellate equivalenti di petrolio) all’anno, ovvero un quantitativo circa 2000 volte superiore al fabbisogno annuale di energia sempre valutato in TEP.
Tale differenza tra fabbisogno e disponibilità rende evidente quale sia il livello di interesse verso le tecnologie di sfruttamento dell’energia solare, interesse che merita sicuramente di venire stimolato, ma che troppo spesso porta ad una informazione deviata, basata più sulle convinzioni od interessi personali che sull’effettiva analisi tecnico-scientifica della risorsa e dei mezzi per sfruttarla.
Trattandosi di un argomento ampiamente esposto in passato, la gran parte delle equazioni che caratterizzano questo argomento non verranno esposte approfonditamente, ma verranno linkati (ed invito a leggerli) i post nei quali si possono trovare maggiori dettagli, pertanto in tale post andiamo a sviluppare alcune valutazione che permetteranno di ragionare su questa fonte così importante e dibattuta con maggiore consapevolezza e criterio.
L’energia che il Sole irraggia viene valutata mediante una costante, chiamata per l’appunto Costante Solare, la quale rappresenta l’energia media specifica irraggiata dal Sole per unità di tempo, fissata pari a 1367 W/m2 ed indicata con ICS.
Tale valore varia in funzione della distanza tra la Terra ed il Sole di un valore dell’ordine di ±3.3%, e si può valutare sulla base di semplici calcoli di geometria astronomica (per approfondimenti vedere il post Energia dal Sole – quadro generale ed irraggiamento extraterrestre).
E’ inoltre utile definire un sistema di riferimento che ci permetta di individuare la posizione del Sole rispetto ad un osservatore sulla Terra mediante due semplici parametri:
- l’altezza solare α
- la posizione rispetto alla direzione sud (angolo azimutale) γ
Il calcolo di questi due parametri si trova sempre nel post precedentemente linkato.
Poiché un eventuale dispositivo che sfrutti l’energia solare si trova all’interno dell’atmosfera, ed in particolare su una superficie più o meno collocata in corrispondenza del suolo terrestre (salvo applicazioni extratterrestri, delle quali si era parlato in questo post di Eleonora, od ancora precedentemente nel racconto “Essere razionale” del 1941 tratto dalla raccolta di Isaac Asimov “Tutti i miei robot“), pertanto bisognerà tenere in considerazione l’influenza di essa sulla quantità di energia effettivamente disponibile al suolo.
Facendo riferimento a quanto esposto nel post Energia dal Sole: radiazione al suolo e su un pannello inclinato, si può valutare tale influenza ricordando che una quota della radiazione viene nuovamente riflessa nello spazio, una quota viene assorbita dall’atmosfera stessa ed una quota viene diffusa dall’atmosfera secondo il fenomeno dello scattering:
Tale assorbimento è legato allo spessore di atmosfera attraversata, pertanto funzione dell’angolo effettivo α, ed in condizioni ottimali si può ottenere un valore dell’ordine dei 1000W/m2, valore sensibilmente variabile in funzione delle condizioni atmosferiche.
Per quanto esposto nel secondo dei post linkati, la radiazione si può pertanto suddividere in:
- diretta
- diffusa
- riflessa
Ciascuna di queste componenti contribuisce ad individuare la radiazione totale captata da una superficie orientata tenendo conto anche dei vari fattori di inclinazione, ed i oltre tenendo in considerazione i fattori ambientali (nuvolosità) misurati sul lungo periodo è possibile fare una valutazione media dell’energia effettivamente disponibile in un dato sito, prima ancora di discutere delle tecnologie più opportune da utilizzare.
ENERGIA DAL SOLE – UN ESEMPIO DI VALUTAZIONE DELLA POTENZIALITÀ
Nel post Energia dal Sole: progetto di un impianto fotovoltaico è stato presentato un esempio di impianto fotovoltaico avente come sito la città di Olbia, pertanto faremo riferimento ai calcoli effettuati in quella sede per valutare l’energia realmente disponibile per unità di superficie.
Valutando il numero di ore/giorno di insolazione (hg) ed individuando l’angolo ottimale di inclinazione del pannello in funzione della posizione del sito si può valutare la Radiazione media (o potenza) complessivamente incidente sul pannello (Gc [W/m2]):
Introducendo l’indice di serenità medio mensile (indicato con K) si può valutare l’effettiva energia mediamente ricevuta giornalmente sul pannello (la tabella è stata riportata nell’ultimo post linkato – il parametro TEXT m.m. rappresenta la temperatura esterna media mensile, qui non utilizzato)
Da tali dati, moltiplicando Gc (od E se si vuole valutare l’energia) con K si può valutare come mediamente sia disponibile una quota sensibilmente inferiore della radiazione disponibile.
Tali valori rappresentano il limite oltre il quale non si può produrre energia in quanto effettivamente non disponibile, e tutto ciò ancora prima di avere parlato delle soluzioni tecnologiche (con i relativi rendimenti) adatte allo scopo.
A titolo di curiosità invito i lettori a valutare quale sia il rapporto mese per mese (per la località esaminata) tra la radiazione effettivamente disponibile Gc e la costante solare ICS, ed a contribuire con la discussione nei commenti.
Con questo vi saluto e rinnovo l’appuntamento a lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.
