1. La misura della Radiazione SolareDott. Manuel Floris manuelfloris@yahoo.itCagliari, 3 marzo 2011Ricerca co-finanziata con fondi a valere sul PO Sardegna FSE 2007-2013 sulla L.R.7/2007 Promozione della ricerca scientifica e dellinnovazione tecnologica in Sardegna

2. Sommario - 1 La radiazione solare extraatmosferica: Geometria Terra-Sole La posizione apparente del SoleLa radiazione solare a terra: Interazione radiazioneatmosfera Grandezze osservabiliGli strumenti di misura: PiranometroPireliometro 3. Sommario - 2 La campagna di misura La scelta degli strumenti Stima dell'erroreL'analisi delle misure: Il giorno limite Parametro di nuvolositIndicazioni per un impianto CSP: Lo spettro di intensit La durata media dei periodi sopra-soglia 4. La radiazione solare extra-atmosfericaCostante solare media: Gsc=1367 W/m2(Iqbal 1983)A causa delleccentricit dellorbita terrestre, la distanza Terra Sole varia nellarco dellanno causando una variazione dellirraggiamento extraterrestre di circa 3,4%. 5. La radiazione solare extra-atmosfericaVariazione della costante solare a causa del ciclo solare: Gsc_max =1367,9 W/m2 ; Gsc_max =1363,5 W/m2 (Soho 2003) 6. La radiazione solare extra-atmosferica Calcolo approssimato per la variazione della costante solare360N 2 G 0=G SC [10,034 cos ]W / m 365,25 N : numero dei giorni 7. La radiazione solare extra-atmosferica Effetto coseno la riduzione della radiazione solare dovuta all'incidenza su una superficie inclinata rispetto alla direzione normale alla propagazione della radiazione 2G 0, h =G 0 cos z W / m Coordinate Altazimutali z : angolo zenitale : altezza A: azimuth z=90 8. La radiazione solare extra-atmosferica Percorso apparente del Sole: equinozi e solstizi Equinozi: 21 marzo; 21 settembreSolstizi: 21 dicembre; 21 giugnoSolstizio inverno max =90 23 27' Solstizio estate max =90 23 27 ' Equinozi max =90 = latitudineCagliari lat. 39 14 ' Solstizio inverno max =27 19' Solstizio estate max =74 13' Equinozi max =50 46' 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 terrestreCoordinate Equatoriali Orarie angolo di declinazione : l ' angolo fra la direzione TerraSole e il piano equatoriale angolo orario: l ' angolo fra il meridianolocale e il cerchio orario che passa per il Sole angolo di latitudine 10. La radiazione solare extra-atmosferica Calcolo dell'angolo di Declinazione del Sole284 N =23,45 sin 360 365 11. La radiazione solare extra-atmosferica Calcolo dell'angolo orario del Sole =15 t s12 gradi t s : ora solare localet s=t LS EOT 4 L std Lloc t LS : ora locale standard Lstd =longitudine del meridiano di riferimento Lloc =longitudine del meridiano localeEquazionedel Tempo EOT =0,258 cos x7,416 sin x3,648cos 2x9,228 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. La radiazione solare extra-atmosferica Determinazione della posizione apparente del Sole: passaggio dalle coordinate equatoriali alle coordinate altazimutalisin =cos z =sin sin cos cos cos sin A=cos sin / cos 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. La radiazione solare a terra 15. La radiazione solare a terra Scattering di Rayleigh: interazione con le molecole daria 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. La radiazione solare a terra La massa d'aria m il rapporto tra il cammino percorso da un raggio di sole nellatmosfera 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 zenith1 m cos z m=1 cos z0,50596,07995 z 1,6364 Kasten 1989 17. La radiazione solare a terra Le grandezze osservabili Radiazione solare Diretta DNI: la densit di flusso della radiazione solare per unit di superficie ricevuta su un piano perpendicolare alla direzione del Sole Radiazione solare Diffusa Orizzontale DHI: la densit 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: la densit di flusso della radiazione solare per unit di superficie ricevuta su un piano orizzontale e rappresenta la somma della DNI con la radiazione solare diffusa.GHI =DNIcos z DHI 18. Gli strumenti di misura La misura della GHI e della DHI: il piranometro Il piranometro: uno strumento che misura la radiazione solare proveniente da un angolo solido di 2 sr su una superficie piana. L'elemento sensibile di un piranometro una termopila formata da n termocoppie collegate in serie ed posta a contatto con una sottile superficie assorbente e annerita. La d.d.p generata proporzionale alla differenza di temperatura e quindi alla radiazione raccolta La superficie schermata con uno o due calotte sferiche, ed isolata per evitare perdite di calore dovute alla convezione e alla conduzione. ' presente un deviatore per la radiazione riflessa dal piano 19. Gli strumenti di misura La misura della radiazioneLa risposta spettrale del piranometro 20. Gli strumenti di misura La misura della GHI e della DHISun 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