Con la crescente domanda globale di energia rinnovabile, la tecnologia fotovoltaica (solare) è stata ampiamente utilizzata come componente fondamentale dell'energia pulita. Ottimizzare le prestazioni dei sistemi fotovoltaici per migliorarne l'efficienza energetica durante l'installazione è diventato un tema cruciale per ricercatori e ingegneri. Studi recenti hanno proposto angoli di inclinazione e altezze di elevazione ottimali per i sistemi fotovoltaici sui tetti, offrendo nuove idee per migliorare l'efficienza della produzione di energia fotovoltaica.
Fattori che influenzano le prestazioni degli impianti fotovoltaici
Le prestazioni di un impianto fotovoltaico su tetto sono influenzate da diversi fattori, tra cui i più critici sono l'angolo di irradiazione solare, la temperatura ambiente, l'angolo di installazione e l'altitudine. Le condizioni di luce nelle diverse regioni, i cambiamenti climatici e la struttura del tetto influiscono sulla produzione di energia dei pannelli fotovoltaici. Tra questi fattori, l'angolo di inclinazione e l'altezza dei pannelli fotovoltaici sono due variabili importanti che influiscono direttamente sulla loro ricezione della luce e sull'efficienza di dissipazione del calore.
Angolo di inclinazione ottimale
Studi hanno dimostrato che l'angolo di inclinazione ottimale di un impianto fotovoltaico dipende non solo dalla posizione geografica e dalle variazioni stagionali, ma è anche strettamente correlato alle condizioni meteorologiche locali. In generale, l'angolo di inclinazione dei pannelli fotovoltaici dovrebbe essere prossimo alla latitudine locale per garantire la massima ricezione dell'energia radiante dal sole. L'angolo di inclinazione ottimale può solitamente essere regolato in modo appropriato in base alla stagione, per adattarsi ai diversi angoli di luce stagionali.
Ottimizzazione in estate e in inverno:
1. In estate, quando il sole si trova vicino allo zenit, l'angolo di inclinazione dei pannelli fotovoltaici può essere opportunamente abbassato per catturare meglio la luce solare diretta e intensa.
2. In inverno, l'angolazione del sole è più bassa e aumentando opportunamente l'angolo di inclinazione si garantisce che i pannelli fotovoltaici ricevano più luce solare.
Inoltre, si è scoperto che una progettazione ad angolo fisso (solitamente fissato in prossimità dell'angolo di latitudine) è anche un'opzione altamente efficiente in alcuni casi per applicazioni pratiche, poiché semplifica il processo di installazione e continua a fornire una generazione di energia relativamente stabile nella maggior parte delle condizioni climatiche.
Altezza ottimale della testa
Nella progettazione di un impianto fotovoltaico su tetto, anche l'altezza dei pannelli fotovoltaici (ovvero la distanza tra i pannelli fotovoltaici e il tetto) è un fattore importante che influenza l'efficienza di generazione di energia. Un'altezza adeguata migliora la ventilazione dei pannelli fotovoltaici e riduce l'accumulo di calore, migliorando così le prestazioni termiche dell'impianto. Studi hanno dimostrato che aumentando la distanza tra i pannelli fotovoltaici e il tetto, l'impianto è in grado di ridurre efficacemente l'aumento di temperatura e quindi di migliorare l'efficienza.
Effetto ventilazione:
3. In assenza di un'altezza adeguata, i pannelli fotovoltaici potrebbero subire una riduzione delle prestazioni a causa dell'accumulo di calore. Temperature eccessive riducono l'efficienza di conversione dei pannelli fotovoltaici e potrebbero persino ridurne la durata utile.
4. L'aumento dell'altezza di separazione contribuisce a migliorare la circolazione dell'aria sotto i pannelli fotovoltaici, abbassando la temperatura del sistema e mantenendo condizioni operative ottimali.
Tuttavia, un aumento dell'altezza di installazione comporta anche maggiori costi di costruzione e maggiori esigenze di spazio. Pertanto, la scelta dell'altezza di installazione più appropriata deve essere ponderata in base alle condizioni climatiche locali e alla progettazione specifica dell'impianto fotovoltaico.
Esperimenti e analisi dei dati
Studi recenti hanno individuato alcune soluzioni progettuali ottimizzate sperimentando diverse combinazioni di angolazioni del tetto e altezze sopraelevate. Simulando e analizzando dati reali provenienti da diverse regioni, i ricercatori hanno concluso che:
5. Angolo di inclinazione ottimale: in generale, l'angolo di inclinazione ottimale per un impianto fotovoltaico su tetto è compreso tra più o meno 15 gradi rispetto alla latitudine locale. Regolazioni specifiche vengono ottimizzate in base alle variazioni stagionali.
6. Altezza ottimale: per la maggior parte degli impianti fotovoltaici su tetto, l'altezza ottimale è compresa tra 10 e 20 centimetri. Un'altezza troppo bassa può causare un accumulo di calore, mentre un'altezza troppo alta può aumentare i costi di installazione e manutenzione.
Conclusione
Con il continuo progresso della tecnologia solare, massimizzare l'efficienza di generazione di energia degli impianti fotovoltaici è diventato un tema cruciale. L'angolo di inclinazione ottimale e l'altezza di installazione degli impianti fotovoltaici sui tetti, proposti nel nuovo studio, forniscono soluzioni teoriche di ottimizzazione che contribuiscono a migliorare ulteriormente l'efficienza complessiva degli impianti. In futuro, con lo sviluppo della progettazione intelligente e della tecnologia dei big data, si prevede che saremo in grado di ottenere un utilizzo più efficiente ed economico dell'energia fotovoltaica attraverso una progettazione più accurata e personalizzata.
Data di pubblicazione: 13 febbraio 2025