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Irraggiamento del SoleLa posizione del Sole in cielo, nel corso di un anno convenzionale di 365 giorni, è data dalla seguente formula (scritta in base alle mie convenzioni per scrivere formule di solo testo nella posta elettronica [math. pro missivele ] ):
Dato che 2π vale, con buona approssimazione, 710/113 usando come unità di misura 1/142 di giorno ossia a passi di circa 10 minuti (esattamente 608.45 secondi), si deve porre:
Pertanto, per valutare tutte le posizioni assunte dal Sole nel corso di un intero anno, vanno fatti 142*365 = 51830 passi ed ogni stagione dura 12957.5 passi. Si assume che, detta z l'altezza sull'orizzonte, Est sia [-1,0,z], Sud sia [0,1,z], Ovest sia [1,0,z] e Nord sia [0,-1,z]. In altre parole il Sole si muove in senso orario e l'asse delle ascisse punta ad Ovest mentre l'asse delle ordinate punta a Sud. L'anno inizia col solstizio di inverno, il giorno 91 rappresenta l'equinozio di primavera (alle 6 del mattino), il giorno 182 rappresenta il solstizio di estate ( a mezzogiorno) e il giorno 274 rappresenta l'equinozio di autunno (alle 18 di sera). Questa pagina HTML vuole dimostrare l'utilità di realizzare una istallazione mobile piuttosto che una fissa. La principale critica alla istallazione mobile è che il costo dei meccanismi non sia compensato dalla maggiore produzione di elettricità. Qui però il meccanismo ipotizzato è semplicissimo e totalmente meccanico ossia si immagini il pannello solare appoggiato ad un palo che funge da perno. Un meccanismo ad orologio fa ruotare il pannello in modo che compia un giro completo in 24 ore. Il pannello è dunque incardinato al palo all'altezza voluta e alla base possiede due ruote che corrono su una rotaia circolare. Un piccolo motore provvede a muovere il pannello lentissimamente in modo da fargli compiere un giro al giorno. Dunque non è prevista nessuna fotocellula e nessun sistema intelligente che faccia orientare il pannello verso il Sole. Per puntare alla massima semplicità non è previsto neppure alcun meccanismo per modificare l'inclinazione del pannello nel corso delle stagioni. La struttura rotante attorno al palo è dunque rigida e capace di resistere al vento e alle perturbazioni atmosferiche. Dalle prove numeriche fatte risulta favorevole una inclinazione superiore alla latitudine del sito. Per esempio, a Milano ( latitudine di circa 45.5 gradi) la struttura rotante produce il massimo rendimento con una inclinazione attorno ai 60 gradi. Dalle prove numeriche, a Milano la struttura rotante produrrebbe oltre il 50% di energia elettrica in più e dunque consentirebbe un risparmio di oltre il 30% sul costo dei pannelli fotovoltaici da acquistare a parità di produzione voluta. Attualmente (anno 2007), per un impianto capace di produrre 100 W di picco ossia nelle migliori condizioni di luce, occorre spendere 500 euro solo in pannelli. Un fabbisogno del 30% si traduce dunque in un forte risparmio in silicio a fronte della complicazione (e dei costi) di un meccanismo ad orologeria di struttura molto semplice e robusta. Un secondo effetto benefico è dato anche dal minore divario di produzione tra il solstizio di estate e il solstizio di inverno. Se l'impianto deve alimentare un impianto che consuma sempre in modo costante, ad esempio un frigorifero per surgelati, bisogna dimensionare l'impianto fotovoltaico in modo che sappia produrre la quantità di energia richiesta nel periodo meno favorevole ossia attorno ai giorni del solstizio di inverno ossia circa a Natale. Un impianto rotante consente di ridurre il sovradimensionamento che, in estate, porta alla produzione di energia elettrica superiore di molto a quella effettivamente necessaria. Dalle prove fatte si deduce anche che un modo economico per incrementare fortemente il rendimento dell'impianto fisso è quello di cambiare la sua inclinazione passando da una inclinazione nulla in estate ad una inclinazione attorno ai 70...80 gradi in inverno ossia quasi verticale. Dato che la variazione di inclinazione sarebbe lentissima ... ovviamente potrebbe essere fatta manualmente o con un meccanismo lentissimo e dunque poco energivoro. Ma certo quello stesso meccanismo applicato al sistema rotante consentirebbe un rendimento altissimo visto che già, con la rotazione senza il cambio di inclinazione, si arriva a superare il 90 % del rendimento teorico ottenibile con una apparecchiatura che puntasse esattamente alla sorgente di luce tramite cellula fotoelettrica. Va ricordato che il massimo rendimento medio annuale non dipende dalla latitudine del sito ma è esattamente la metà del rendimento ottenibile potendo puntare al Sole nel corso delle intere 24 ore. Per rendersi conto di questo fatto si immagini di istallare un impianto con puntamento fotoelettrico al polo Nord. Al polo la notte dura sei mesi ma anche il giorno dura sei mesi e, per quanto basso sia il Sole sull'orizzonte, nei sei mesi di luce si potrà totalizzare la metà di quanto si otterrebbe nello spazio puntando costantemente ed esattamente al Sole. Dunque il massimo rendimento per un sistema a puntamento esatto è indipendente dalla latitudine ma... questo non è se l'impianto è ad orientamento fisso! |
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