Le campagne di misura della radiazione solare diretta a Ottana e Macchiareddu

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Presentation By Marco Camerada (CRS4)

From EstateLab "La radiazione solare diretta in Sardegna" Seminar held on March 16th 2011

This presentation is about direct normal solar irradiance (DNI) measurement in Sardinia

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  • 1. Formazione SEMINARIO LA RADIAZIONE SOLARE DIRETTA IN SARDEGNA Campagne di misura a terra e loro rilevanza nelle applicazioni industriali per la produzione di energia Le campagne di misura della DNI ad Ottana e MacchiaredduMarco Camerada Macchiareddu (CA), 16 marzo 2011
  • 2. Sommario ● Contesto di riferimento e avvio delle campagne di misura ● Le grandezze osservabili ● Le stazioni di rilevamento meteo solari installate ● Le modalità di acquisizione dei dati ● Lanalisi dei dati acquisiti ● Dati misurati ● Condizioni limite del sito e giorno medio ● Parametro di nuvolosità ● Spettro di intensità ● Durata media dei periodi sopra soglia ● Considerazioni sul primo anno delle campagne di misure ● Rilevanza delle analisi effettuate e loro sviluppoSeminario Estate Lab Formazione 2 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 3. Contesto di riferimento e avvio campagne di misura ● Sorgenia e Ottana Energia valutano la possibilità di realizzare impianti CSP all’interno degli agglomerati industriali di Macchiareddu (CA) e Ottana (NU) ● Mancanza di dati di DNI. Uniche campagne di misura della DNI svolte negli anni 90 da ENEL Ricerche a Quartucciu (CA) ● CRS4 incaricato di raccogliere ed analizzare i dati di irraggiamento misurati dalle stazioni meteo-solari installate nel luglio 2009 ● Campagna di misura per Sorgenia a valle dei positivi risultati ottenuti nello studio di prefattibilità sviluppato dal CRS4 nel 2008 per il progetto Macchiasol (impianto CSP con concentratori lineari parabolici da 50 MW)Seminario Estate Lab Formazione 3 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 4. Contesto di riferimento e avvio campagne di misura Le grandezze osservabili● Radiazione solare Diretta DNI: è la densità di flusso della radiazione solare per unità di superficie ricevuta su un piano perpendicolare alla direzione del Sole● Radiazione solare Diffusa Orizzontale DHI: è la densità di flusso della frazione della radiazione solare che urta contro le molecole e le polveri, venendo riflessa in tutte le direzioni● Radiazione solare Globale Orizzontale GHI: è la densità di flusso della radiazione solare per unità di superficie ricevuta su GHI =DNI⋅cos z DHI un piano orizzontale e rappresenta la somma della DNI con la radiazione solare diffusa.Seminario Estate Lab Formazione 4 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 5. Le stazioni di rilevamento meteo solari installate ● Centralina installata ad Ottana (NU): Latitudine: 40,23797 N Longitudine: 9,02668 E Quota s.l.m.: 190 m. ● Gli strumenti installati: ● Pireliometro (ISO First Class) per la misura della radiazione solare diretta (DNI), alloggiato in modo solidale ad un inseguitore solare automatico (solar tracker dotato di sun sensor) . ● Piranometro (ISO Secondary Standard), per la misura della radiazione solare globale sul piano orizzontale (GHI). ● Termo-igrometro, per la misura della temperatura (AT) e dell’umidità relativa (RH). ● Barometro, per la misura della pressione atmosferica (AP). ● Tacoanemometro e gonioanemometro, per la misura, rispettivamente, della velocità (WS) e direzione del vento (WD).Seminario Estate Lab Formazione 5 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 6. Le stazioni di rilevamento meteo solari installate ● Centralina installata ad Macchiareddu (CA): Latitudine: 39,24792 N Longitudine: 8,97163 E Quota s.l.m.: 8 m. ● Gli strumenti installati: ● Pireliometro (ISO First Class), alloggiato in modo solidale ad un inseguitore solare automatico (solar tracker dotato di sun sensor), per la misura della radiazione solare diretta (DNI). ● Piranometro(ISO Secondary Standard), oscurato da una shadow-ball solidale al solar tracker, per la misura della radiazione solare diffusa sul piano orizzontale (SR). ● Termo-igrometro, per la misura della temperatura (AT) e dell’umidità relativa (RH). ● Barometro, per la misura della pressione atmosferica (AP).Seminario Estate Lab Formazione 6 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 7. Le stazioni di rilevamento meteo solari installate Le modalità di acquisizione dei dati (Macchiareddu) ● Giornalmente, per ciascuna delle grandezze acquisite, vengono archiviati 144 valori relativi agli intervalli di 10 minuti compresi tra le 0.00 e le 23.50 ● A Macchiareddu la radiazione globale sul piano orizzontale non è misurata ma viene calcolata dal DataLogger utilizzando le misure della radiazione diffusa e diretta e dell’elevazione del sun tracker ● Ad Ottana la radiazione diffusa non è misurata ma viene calcolata dal DataLogger utilizzando le misure della radiazione globale e diretta e dell’elevazione del sun tracker ● I dati possono essere acquisiti in remoto tramite modem GSMSeminario Estate Lab Formazione 7 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 8. Lanalisi dei dati acquisiti Dati misuratiSeminario Estate Lab Formazione 8 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 9. Lanalisi dei dati acquisiti Condizioni limite del sito e giorno medio Giorno limite: giorno fittizio che rappresenta il profilo di radiazione massimo ottenibile per il giorno migliore del mese in esame. Il grafico del giorno limite viene costruito prendendo i valori massimi assunti dalla radiazione normale diretta (DNI) per ciascun intervallo di acquisizione di 10 minuti compreso tra le ore 0:00 e le ore 23:50. Giorno medio: giorno fittizio rappresentativo delle condizioni medie mensili della DNI. Il grafico del giorno medio viene costruito facendo la media dei valori della DNI (mediata sui 10 minuti), acquisiti giornalmente, per ciascun intervallo di acquisizione di 10 minuti compreso tra le ore 0:00 e le Il giorno limite permette di conoscere ore 23:50. le condizioni “limite” del sito in esameSeminario Estate Lab Formazione 9 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 10. Lanalisi dei dati acquisiti Parametro di nuvolosità: varia tra: E DNI P nu =1− med 1 nuvolosità massima E DNI max 0 assenza di nuvolosità Ci permette di confrontare landamento della copertura nuvolosa mese per mese e con i corrispettivi mesi delle serie storiche.Seminario Estate Lab Formazione 10 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 11. Lanalisi dei dati acquisiti Spettro di intensità della DNI: grafico costruito calcolando per il periodo in esame, per ogni intervallo di DNI indicato in ascisse, il corrispondente numero di ore medie giornaliere (o numero di ore totali nel periodo in esame) ricadenti nel suddetto intervallo. Può essere riferito ad un mese o all’intero anno e mostra in quali intervalli di radiazione si concentra maggiormente la DNI del sito analizzato.Seminario Estate Lab Formazione 11 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 12. Lanalisi dei dati acquisiti Durata media dei periodi con valore sopra soglia della DNI: grafico costruito riportando in ordinata il numero di ore per il periodo in esame in cui la radiazione solare diretta si è mantenuta al di sopra del valore di radiazione riportato in ascissa. Le informazioni che si possono ricavare fissando una radiazione minima di soglia di funzionamento dell’impianto sono importanti per una corretta valutazione della producibilità dello stesso.Seminario Estate Lab Formazione 12 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 13. Considerazioni sul primo anno delle campagne di misure ● L’anno in esame ha presentato valori di irraggiamento non troppo elevati per quanto ci si sarebbe aspettato dai siti di Macchiareddu e Ottana: il dato annuale ha risentito, in modo particolare, dell’elevata e anomala copertura nuvolosa registrata in alcuni mesi del primo semestre ● Le analisi effettuate sulle condizioni limite e sugli spettri d’intensità confrontate con le serie storiche satellitari portano a ritenere che i siti esaminati in Sardegna hanno valori di DNI incoraggianti per lo sviluppo di iniziative nel settore del CSP ● I picchi dei valori di DNI misurati in entrambi i siti sono risultati sempre superiori a quelli stimati nelle serie storiche ottenute dai modelli satellitari (SOLEMI) ● Per poter valutare con buona confidenza la DNI dei siti esaminati occorrerebbero al minimo tre anni di misura ● Per poter analizzare correttamente i dati acquisiti sono risultati estramamente importanti il monitoraggio e la frequenza della pulizia degli strumenti installati (in particolare del pireliometro)Seminario Estate Lab Formazione 13 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 14. Confronti Energia Confronto energia annuale Macchiareddu-Ottana Confronto Macchiareddu-Ottana 6,00% 5,48% 5,07% 5,01% 4,70% 4,60% 4,64% 5,00% 4,18% 4,00% 3,6% 3,2% 3,00% 2,44% 2,00% 1,00% 0,00% -1,00% 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Anno Medio 2009/2010 -0,72% -2,00% -3,00% -2,64% -4,00% ● scostamento tra i due siti circa 4% a favore di Macchiareddu, in linea con serie SOLEMISeminario Estate Lab Formazione 14 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 15. Rilevanza delle analisi effettuate e loro sviluppo Analisi su spettro di intensità della DNI utili nel confronto tra siti Stessa energia cumulata della DNI (1950 kWh/m2) differenti spettri di intensitàSeminario Estate Lab Formazione 15 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 16. Rilevanza delle analisi effettuate e loro sviluppo Diversi valori di produzione elettrica ● Spagna circa 160 GWh ● India circa 190 GWhSeminario Estate Lab Formazione 16 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011
  • 17. Rilevanza delle analisi effettuate e loro sviluppo (fonte webinar 2010 C. Gueymard)Seminario Estate Lab Formazione 17 M. Camerada - Macchiareddu (CA), 16-03-2011