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

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 Macchiareddu
Marco 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
● L'analisi 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 sviluppo
Seminario 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)
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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.
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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).
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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).
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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 GSM
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8. L'analisi dei dati acquisiti
Dati misurati
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9. L'analisi 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 esame
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10. L'analisi 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 l'andamento della copertura
nuvolosa mese per mese e con i corrispettivi mesi delle serie
storiche.
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11. L'analisi 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.
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12. L'analisi 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.
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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)
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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 SOLEMI
Seminario 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 intensità
Seminario 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 GWh
Seminario 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