La misura della
Radiazione Solare

Dott. Manuel Floris
manuelfloris@yahoo.it

Cagliari, 3 marzo 2011

Ricerca co-finanziat...
Sommario - 1
●

La radiazione solare extraatmosferica:
●

●

Geometria Terra-Sole
La posizione apparente del
Sole

●

La r...
Sommario - 2
●

La campagna di misura
●

●

●

La scelta degli strumenti
Stima dell'errore

L'analisi delle misure:
●

●

...
La radiazione solare extra-atmosferica

●

Costante solare media:
Gsc=1367 W/m2(Iqbal 1983)

●

A causa dell’eccentricità
...
La radiazione solare extra-atmosferica

●

Variazione della costante solare a causa del ciclo solare:
Gsc_max =1367,9 W/m2...
La radiazione solare extra-atmosferica
●

Calcolo approssimato per la variazione della costante solare





360N
2
G 0=G...
La radiazione solare extra-atmosferica
Effetto coseno
è la riduzione della radiazione
solare dovuta all'incidenza su una
s...
La radiazione solare extra-atmosferica
Percorso apparente del Sole: equinozi e solstizi
●

Equinozi:
21 marzo; 21 settembr...
La radiazione solare extra-atmosferica
Il sistema di coordinate Equatoriali Orarie
Questo sistema permette di
descrivere l...
La radiazione solare extra-atmosferica
Calcolo dell'angolo di
Declinazione del Sole



284 N
=23,45 ° sin 360 °
365


La radiazione solare extra-atmosferica
Calcolo dell'angolo
orario del Sole
=15 t s−12  gradi
t s : ora solare locale
...
La radiazione solare extra-atmosferica
Determinazione della
posizione apparente del Sole:
passaggio dalle coordinate
equat...
La radiazione solare extra-atmosferica
Energia Giornaliera per m2
Extra-atmosferica, calcolata su
un piano normale e su un...
La radiazione solare a terra
La radiazione solare a terra
Scattering di Rayleigh: interazione con le molecole d’aria
●Scattering di Mie: interazione co...
La radiazione solare a terra
La massa d'aria m
È il rapporto tra il cammino
percorso da un raggio di sole
nell’atmosfera e...
La radiazione solare a terra
Le grandezze osservabili
●

●

●

Radiazione solare Diretta DNI: è la
densità di flusso della...
Gli strumenti di misura
La misura della GHI e della DHI: il piranometro
Il piranometro:
è uno strumento che misura la
radi...
Gli strumenti di misura
La misura della
radiazione

La risposta spettrale
del piranometro
Gli strumenti di misura
La misura della GHI e della DHI

Sun Tracker:
inseguitore solare dotato di un
computer per il calc...
Gli strumenti di misura
La misura della DNI: il pireliometro
Il pireliometro:
è uno strumento che misura la
radiazione sol...
Gli strumenti di misura

La risposta spettrale del
pireliometro

La misura della
radiazione
La campagna di misura
La campagna di misura
La campagna di misura
Stima dell'errore:
l'errore non è lineare e le
principali fonti principali di
errore sulle misure so...
La campagna di misura
●

Pireliometro (DNI):
ISO First Class

●

●

errore sul valore dell'energia cumulata in un interval...
La campagna di misura
Polveri:
una componente importante
che aumenta l'errore sulle
misure è dovuta alla
deposizione delle...
L'analisi delle misure
L'analisi delle misure
L'analisi delle misure
L'analisi delle misure
Giorno limite: giorno fittizio che
rappresenta il profilo di radiazione
massimo ottenibile per il g...
L'analisi delle misure

●

Parametro di nuvolosità:
varia tra:
1 nuvolosità massima

E DNI
P nu =1−
E DNI

med

max

0 ass...
L'analisi delle misure
Spettro di intensità della DNI:
grafico costruito calcolando per il periodo in esame, per ogni inte...
L'analisi delle misure
Lo Spettro di intensità della DNI è caratteristico del sito in esame

Stessa energia cumulata della...
L'analisi delle misure
Ulteriori informazioni relative alla distribuzione della radiazione si possono ricavare dal
grafico...
L'analisi delle misure
Grazie per l'attenzione
Bibliografia
●

●

●

●

●

ENEA: “La misura e la stima della radiazione solare: l'archivio ENEA e il sito internet
dell'A...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

La misura della radiazione solare

829 views

Published on

Una breve descrizione delle problematiche relativa alla misura della radiazione solare.

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
829
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
14
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

La misura della radiazione solare

  1. 1. La misura della Radiazione Solare Dott. Manuel Floris manuelfloris@yahoo.it Cagliari, 3 marzo 2011 Ricerca co-finanziata con fondi a valere sul PO Sardegna FSE 2007-2013 sulla L.R.7/2007 “Promozione della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica in Sardegna”
  2. 2. Sommario - 1 ● La radiazione solare extraatmosferica: ● ● Geometria Terra-Sole La posizione apparente del Sole ● La radiazione solare a terra: ● ● ● Interazione radiazioneatmosfera Grandezze osservabili Gli strumenti di misura: ● Piranometro ● Pireliometro
  3. 3. Sommario - 2 ● La campagna di misura ● ● ● La scelta degli strumenti Stima dell'errore L'analisi delle misure: ● ● ● Il giorno limite Parametro di nuvolosità Indicazioni per un impianto CSP: ● ● Lo spettro di intensità La durata media dei periodi sopra-soglia
  4. 4. La radiazione solare extra-atmosferica ● Costante solare media: Gsc=1367 W/m2(Iqbal 1983) ● A causa dell’eccentricità dell’orbita terrestre, la distanza Terra – Sole varia nell’arco dell’anno causando una variazione dell’irraggiamento extraterrestre di circa ±3,4%.
  5. 5. La radiazione solare extra-atmosferica ● Variazione della costante solare a causa del ciclo solare: Gsc_max =1367,9 W/m2 ; Gsc_max =1363,5 W/m2 (Soho 2003)
  6. 6. La radiazione solare extra-atmosferica ● Calcolo approssimato per la variazione della costante solare   360N 2 G 0=G SC [10,034 cos ]W / m  365,25 N : numero dei giorni
  7. 7. La radiazione solare extra-atmosferica Effetto coseno è la riduzione della radiazione solare dovuta all'incidenza su una superficie inclinata rispetto alla direzione normale alla propagazione della radiazione 2 G 0, h =G 0 cos  z W / m  Coordinate Altazimutali  z : angolo zenitale  : altezza A: azimuth  z=90 ° −
  8. 8. La radiazione solare extra-atmosferica Percorso apparente del Sole: equinozi e solstizi ● Equinozi: 21 marzo; 21 settembre ● Solstizi: 21 dicembre; 21 giugno Solstizio inverno  max =90 ° −° 23° 27'  Solstizio estate  max =90 ° −° −23° 27 '  Equinozi  max =90 ° − ° = latitudine Cagliari lat. 39° 14 ' Solstizio inverno  max =27° 19' Solstizio estate  max =74° 13' Equinozi  max =50° 46'
  9. 9. La radiazione solare extra-atmosferica Il sistema di coordinate Equatoriali Orarie Questo sistema permette di descrivere la posizione di un oggetto celeste tenendo conto della rotazione terrestre Coordinate Equatoriali Orarie  angolo di declinazione : è l ' angolo fra la direzione Terra−Sole e il piano equatoriale  angolo orario: è l ' angolo fra il meridianolocale e il cerchio orario che passa per il Sole  angolo di latitudine
  10. 10. La radiazione solare extra-atmosferica Calcolo dell'angolo di Declinazione del Sole  284 N =23,45 ° sin 360 ° 365 
  11. 11. La radiazione solare extra-atmosferica Calcolo dell'angolo orario del Sole =15 t s−12  gradi t s : ora solare locale t s=t LS EOT 4 L std − Lloc  t LS : ora locale standard Lstd =longitudine del meridiano di riferimento Lloc =longitudine del meridiano locale Equazionedel Tempo EOT =0,258 cos x−7,416 sin  x−3,648cos 2x−9,228 sin 2x  minuti 360 N −1 x= EOT: le variazioni sono dovute alle 365,242 perturbazioni dell'orbita terrestre. accuratezza di circa 30 sec
  12. 12. La radiazione solare extra-atmosferica Determinazione della posizione apparente del Sole: passaggio dalle coordinate equatoriali alle coordinate altazimutali sin =cos  z =sin  sin cos cos  cos sin A=−cos  sin / cos 
  13. 13. La radiazione solare extra-atmosferica Energia Giornaliera per m2 Extra-atmosferica, calcolata su un piano normale e su una superficie orizzontale (1Mj=0,28kWh)
  14. 14. La radiazione solare a terra
  15. 15. La radiazione solare a terra Scattering di Rayleigh: interazione con le molecole d’aria ●Scattering di Mie: interazione con le polveri e gli inquinanti atmosferici, chiamati Aerosol ●Assorbimento molecolare dovuto alla presenza di: O , H O, O , CO 3 2 2 2 ●Fenomeni di riflessione a livello di atmosfera ● Tutti questi processi dipendono dalle condizioni atmosferiche e dalla massa d'aria
  16. 16. La radiazione solare a terra La massa d'aria m È il rapporto tra il cammino percorso da un raggio di sole nell’atmosfera ed il cammino minimo allo zenit, quando il raggio solare incide normalmente alla superficie terrestre. m=0 assenza di massa d'aria m=1 massa d'aria allo zenith 1 m∝ cos z m= 1 cos z0,50596,07995 °− z −1,6364  Kasten 1989
  17. 17. La radiazione solare a terra 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 un piano orizzontale e rappresenta la somma della DNI con la radiazione solare diffusa. GHI =DNI⋅cos z DHI
  18. 18. Gli strumenti di misura La misura della GHI e della DHI: il piranometro Il piranometro: è uno strumento che misura la radiazione solare proveniente da un angolo solido di 2π sr su una superficie piana. L'elemento sensibile di un piranometro è una termopila formata da n termocoppie collegate in serie ed è posta a contatto con una sottile superficie assorbente e annerita. La d.d.p generata è proporzionale alla differenza di temperatura e quindi alla radiazione raccolta La superficie è schermata con uno o due calotte sferiche, ed isolata per evitare perdite di calore dovute alla convezione e alla conduzione. É ' presente un deviatore per la radiazione riflessa dal piano
  19. 19. Gli strumenti di misura La misura della radiazione La risposta spettrale del piranometro
  20. 20. Gli strumenti di misura La misura della GHI e della DHI Sun Tracker: inseguitore solare dotato di un computer per il calcolo delle effemeridi del Sole e di un sun-sensor per la correzione del puntamento. Accuratezza <0,01°
  21. 21. Gli strumenti di misura La misura della DNI: il pireliometro Il pireliometro: è uno strumento che misura la radiazione solare proveniente da un angolo che varia da 5° a 10°. E' posizionato su un Sun Tracker. L'elemento sensibile di un pireliometro è una termopila formata da n termocoppie collegate in serie ed è posta a contatto con una sottile superficie assorbente e annerita. La d.d.p generata è proporzionale alla differenza di temperatura e quindi alla radiazione raccolta L'elemento sensibile si trova sul fondo in un tubo annerito, costruito per accettare la radiazione da un cono di ampiezza pari a 5° -10° (angolo sotteso dal Sole 32')
  22. 22. Gli strumenti di misura La risposta spettrale del pireliometro La misura della radiazione
  23. 23. La campagna di misura
  24. 24. La campagna di misura
  25. 25. La campagna di misura Stima dell'errore: l'errore non è lineare e le principali fonti principali di errore sulle misure sono: ➔ ➔ Sensibilità non lineare dovuta alla dipendenza dalla temperatura errore direzionale (Piranometro) Raccomandazioni: ➔ ➔ monitoraggio annuale della curva di sensibilità calibrazione biennale degli strumenti
  26. 26. La campagna di misura ● Pireliometro (DNI): ISO First Class ● ● errore sul valore dell'energia cumulata in un intervallo inferiore all'ora ± 2,5% Piranometro (DHI; GHI): ISO Secondary Standard ● errore sul valore dell'energia cumulata in un intervallo inferiore all'ora ± 2,6%
  27. 27. La campagna di misura Polveri: una componente importante che aumenta l'errore sulle misure è dovuta alla deposizione delle polveri sulla superficie dello strumento Raccomandazioni: pulizia dello strumento a cadenza giornaliera o seguendo l'evoluzione del tempo (pioggia, vento, etc.); le operazioni di pulizia vanno monitorate per stimare la perdita di radiazione.
  28. 28. L'analisi delle misure
  29. 29. L'analisi delle misure
  30. 30. L'analisi delle misure
  31. 31. L'analisi delle misure 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 ore 23:50. Il giorno limite permette di conoscere le condizioni “limite” del sito in esame
  32. 32. L'analisi delle misure ● Parametro di nuvolosità: varia tra: 1 nuvolosità massima E DNI P nu =1− E DNI med max 0 assenza di nuvolosità Ci permette di confrontare l'andamento della copertura nuvolosa mese per mese e con i corrispettivi mesi delle serie storiche.
  33. 33. L'analisi delle misure 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.
  34. 34. L'analisi delle misure Lo Spettro di intensità della DNI è caratteristico del sito in esame Stessa energia cumulata della DNI (1950 kWh/m2) differenti spettri di intensità
  35. 35. L'analisi delle misure Ulteriori informazioni relative alla distribuzione della radiazione si possono ricavare dal grafico relativo alla durata media dei periodi con valore sopra soglia che è strettamente legato allo spettro di intensità. Tale grafico viene costruito riportando in ordinata il numero di ore medie giornaliere 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 di un impianto CSP sono importanti per una corretta valutazione della producibilità dello stesso.
  36. 36. L'analisi delle misure
  37. 37. Grazie per l'attenzione
  38. 38. Bibliografia ● ● ● ● ● ENEA: “La misura e la stima della radiazione solare: l'archivio ENEA e il sito internet dell'Atlante italiano della radiazione solare per la pubblicazione dei dati”; Spinelli, Cogliani, Maccari, Milone (2007) NREL/TP-550-47465: “Concentrating Solar power. Best Pratices Handbook for the Collection and Use of Solar Resource Data”; Stoffel T., Renné D., Myers D., Wilcox S., Sengupta M., George R., Turchi C. (2010) NREL/TP-560-34302: “Solar Position Algorithm for Solar Radiation Applications”; Reda e Andreas (2008) WMO: “Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation”, WMO-No. 8, settima edizione (2008) Kasten F. , Young A.T., “Revised optical air mass tables and approximation formula” , Applied Optics 28 (1989), 4735-4738

×