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Efficiency & Environment - Maggio 2016
Per considerare gli effetti dell’atmosfera, si è definita la co-
siddetta massa d’aria unitaria AM1 (Air Mass One), cioè lo
spessore di atmosfera standard attraversato in direzione
perpendicolare alla superficie terrestre e misurato al livello
del mare.
AM = (1-0,1 altitudine)/sin HS approssimabile a: 1 / sin HS
essendo HS l’angolo di elevazione solare (angolo tra la linea
del sole e il piano orizzontale). Air Mass fuori dall’atmosfera:
AM = 0
• Con un angolo di elevazione solare HS pari a 90°: AM = 1
• Con HS pari a 42°: AM = 1,5
(è questo AM che viene considerato nei test di laboratorio
dei moduli fotovoltaici, per la definizione della potenza di
targa).Confrontando lo spettro della radiazione solare al
suolo in condizioni AM1 con lo spettro della radiazione al
di fuori dell’atmosfera, in condizioni AM0, si può notare nel-
lo spettro relativo alla condizione AM1 la presenza di nu-
merose buche, non presenti nello spettro ad AM0, dovute
all’assorbimento causato dalle molecole di vapore d’acqua
e d’aria e dal pulviscolo atmosferico e dalla riflessione nello
spazio. D’inverno il diffuso è, in percentuale, molto maggio-
re. La radiazione solare diffusa, su base annua, è pari al 55%
di quella globale.
Nei calcoli di dimensionamento dei sistemi spesso è op-
portuno considerare il coefficiente di Albedo, che misura la
riflessione data dal suolo. Tale coefficiente dipende quindi
dal tipo di suolo. Ad esempio l’erba ha un valore 0,25, la
neve fresca 0,75 e l’asfalto secco 0,12.
Misura della radiazione solare
L’intensità della radiazione solare al suolo dipende dall’an-
golo d’inclinazione della radiazione stessa: minore è l’ango-
lo che i raggi del Sole formano con una superficie orizzon-
tale e maggiore è lo spessore di atmosfera che essi devono
attraversare, con una conseguente minore radiazione che
raggiunge la superficie. Viene misurata tramite due gran-
dezze fisiche:
• Insolazione: energia media giornaliera (kWh/m
2
giorno)
• Irraggiamento: potenza istantanea su superficie orizzon-
tale (kW/m
2
)
L
a tecnologia solare termica è fondata
sullo studio e sulle caratteristiche del
Sole, la maggiore risorsa energetica
del pianeta. Solo negli ultimi anni
tale risorsa è stata al centro di studi e
analisi approfondite in grado di capire l’influen-
za delle radiazioni solari sulla Terra. Il Sole è una
sfera eterogenea di diametro di circa 1.39x10
6
km
formata da plasma, nelle zone più interne dove
si hanno pressioni e temperature elevatissime, e
gas, nelle zone più esterne. All’interno del Sole
vi è un nucleo con temperature di 15x10
6
K,
composto da una zona radiativa che assorbe
l’energia e la trasmette per irraggiamento agli
strati superiori e da una zona che trasporta l’e-
nergia verso l’esterno mediante moti convettivi.
Gli strati superficiali principali sono la fotosfe-
ra con temperature dell’ordine dei 6.000 K che
emette nel visibile, la cromosfera, e la corona
solare a oltre un milione di Kelvin. Dal Sole alla
Terra viaggia la radiazione solare, un fascio di
luce costituito da energia elettromagnetica che
scaturisce dai processi di fusione dell’idrogeno
contenuto nel Sole. Si definisce costante solare
la quantità di energia che viene captata nello
spazio fuori dall’atmosfera da una superficie di
un metro quadrato, in un secondo, alla distanza
media della Terra dal Sole (C = 1.367 W/m
2
).
L’intensità e la distribuzione spettrale della radia-
zione solare che arriva sulla superficie terrestre
dipendono dalla composizione dell’atmosfera: al
suolo l’energia solare è concentrata nell’intervallo
di lunghezza d’onda 0,2-2,5 micrometri.
Micrometri distribuzione spettrale
micrometri
nomenclatura
% dell’energia totale
compresa nello
spettro
0,2-0,38
ultravioletto
6,4%
0,38-0,78
visibile
48%
0,78-10
infrarosso
45,6%
Solare termico
E come un girasole
giro intorno a te…
Jacopo Amati
Analisi della radiazione solare utile allo studio
e alla progettazione della tecnologia solare termica
Foto tratta da www.pixabay.com