Analisi e simulazione perdite degli

Software per
Progettazione fotovoltaica
Approfondimenti
Analisi degli ombreggiamenti prossimi
Solergo permette di eseguire un’analisi dell’andamento dell’ombra di ostacoli quali camini, abbaini o
recinzioni sul piano dei moduli nell’arco di una giornata. Attraverso la definizione di ostacoli tridimensionali situati sul piano di posa dei moduli è possibile tracciare l’andamento dell’ombra e verificare o stimare
il corretto posizionamento dei moduli.
Per procedere all’analisi dei profili di ombra è necessario posizionare gli ostacoli sul layout. Con il
comando Inserisci ostacolo è possibile definire un parallelepipedo che rappresenterà l’inviluppo dell’ostacolo da analizzare. È possibile introdurre le tre dimensioni fisiche dell’ostacolo, la sua rotazione sulla planimetria e un eventuale elevazione dal suolo. L’elevazione viene misurata come distanza dal centro della
base dell’ostacolo alla superficie di posa dell’ostacolo. Altre informazioni importanti sono rappresentate
dalla disposizione della superficie di analisi dell’ombra.
Se sono già stati posizionati i moduli fotovoltaici sulla planimetria, orientamento e inclinazione della
superficie verranno già compilati con i precedenti settaggi.
In qualsiasi momento è possibile modificare i parametri degli ostacoli mediante il comando Modifica ostacolo e selezionando successivamente l’elemento da modificare.
Una volta posizionato l’ostacolo il programma provvede a disegnare il profilo d’ombra nel giorno impostato. Se si desidera analizzare la variazione delle ombre in un particolare giorno dell’anno è sufficiente
selezionare Traccia profili d’ombra e modificare le impostazioni. Se l’ostacolo si trova, rispetto a sud,
davanti ai moduli sarà necessario valutare l’influenza delle ombre in inverno (ombre più lunghe il 21
dicembre), se invece l’ostacolo si trova lateralmente sarà necessario analizzare l’andamento delle ombre
in un giorno estivo. È possibile impostare l’altezza minima del sole al di sotto della quale non si desidera
prendere in considerazione il disegno delle ombre.
Le ombre tracciate vengono colorate con tonalità più chiare nelle ore più lontane dal mezzogiorno solare.
Ogni variazione di tonalità rappresenta un’ora di differenza.
Il disegno dei profili d’ombra avviene solo ed esclusivamente sul piano di posa indicato nei dati dell’ostacolo. Non viene presa in considerazione ad esempio l’inclinazione effettiva dei moduli, in quanto le ombre
disegnate rappresentano solamente la proiezione in pianta sulla superficie di analisi.
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Approfondimenti - Analisi e simulazione perdite degli ombreggiamenti prossimi
Nel caso di ostacolo non complanare con il piano dei moduli (albero, campanile) è possibile ugualmente
tracciare i profili d’ombra impostando l’opzione relativa nella scheda Avanzate. L’ostacolo in questo caso
viene considerato posizionato al suolo ad un’altezza di riferimento pari a 0, ma il programma necessita
dell’altezza reale di un punto di riferimento per collocare in uno spazio tridimensionale il piano dei moduli
fotovoltaici e quindi stabilire quanto influisce l’altezza dell’ostacolo.
È necessario pertanto selezionare un punto del tetto o falda sulla piantina e impostare l’altezza di tale
punto dal suolo (vedi figura seguente). Si potrà in tal modo valutare l’intersezione con i profili d’ombra così
disegnati ed il piano di posa dei moduli.
Il comando Rimuovi profili d’ombra cancella dal layout tutte le ombre riportate.
I comandi Porta i moduli in primo piano e Porta i moduli in secondo piano permettono di valutare le
sovrapposizioni tra i profili d’ombra e i pannelli posizionati sulla planimetria.
Simulazione delle perdite per ombreggiamenti prossimi
Posizionati gli ostacoli è possibile analizzare il reale l’effetto del loro ombreggiamento sulla produzione
dell’impianto fotovoltaico.
Il software simula l’andamento delle ombre nel giorno tipico di ciascun mese dell’anno e traccia la variazione di ombre dovute agli ostacoli presenti con una variazione temporale di un quarto d’ora. Ogni modulo
è considerato suddiviso in un numero di elementi pari al numero di diodi di by-pass impostati, percui vengono individuati quanti elementi di modulo vengono interessati dall’ombra. In tal modo è possibile considerare la percentuale di ciascuna stringa “spenta” dalla presenza di ombre sulla sua superficie.
L’operazione può richiedere alcuni istanti e nel procedere il programma visualizza l’andamento dell’ombra
nei periodi analizzati. Al termine dell’analisi viene visualizzata la tabella Perdite per ombreggiamento che
dettaglia, per ogni mese di un anno, la produzione dell’impianto fotovoltaico senza ostacoli, la produzione
considerando gli ostacoli e quindi la perdita percentuale di energia dovuta all’ombreggiamento da essi
determinato.
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Approfondimenti - Analisi e simulazione perdite degli ombreggiamenti prossimi
La perdita stimata va ad influire sul valore Perdite per ombreggiamento visualizzabile nella finestra
Dispersioni. Naturalmente le perdite istantanee calcolate in tal modo vengono considerate durante l’intera
simulazione solamente per gli istanti liberi da ostacoli lontani (ombreggiamenti nella scheda esposizioni)
quando cioè il sole non ha ulteriori impedimenti per irraggiare l’impianto fotovoltaico.
Simulazione delle perdite per ombreggiamenti prossimi
Il modulo fotovoltaico è tipicamente composto da una un numero variabile di celle uguali collegate elettricamente tra loro, tipicamente in serie. La tensione totale è pertanto data dalla somma delle tensioni delle
singole celle.
Un diverso irraggiamento, dovuto ad esempio quando una parte di celle è in ombra, produce una disuguaglianza tra le celle, che si comportano in tal caso come un diodo che blocca la corrente prodotta dalle
altre celle. Diodo che inoltre è soggetto alla tensione delle altre celle, la quale può provocare surriscaldamento (hot spot) e danni al modulo.
I diodi di by-pass di cui sono dotati i moduli limitano tale fenomeno, cortocircuitando la parte di modulo in
ombra o danneggiata. In genere vengono impiegati dai 2 ai 4 diodi di by-pass per modulo. Tipicamente
tali diodi vengono posti nella scatola di giunzione nel retro della struttura e suddividono le celle nel senso
longitudinale del modulo
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Approfondimenti - Analisi e simulazione perdite degli ombreggiamenti prossimi
Per analizzare l’effetto di ombreggiamenti di ostacoli sulla produzione dell’impianto fotovoltaico, il programma esegue una semplificazione del sistema, procedendo a simulare l’andamento delle ombre nel
giorno tipico di ciascun mese dell’anno.
Si tenga presente che l’analisi viene effettuata cercando intersezioni tra i moduli e le ombre sulle relative
proiezioni al suolo. Pertanto l’effetto di piccoli ostacoli che sono nella realtà posti al di sotto della superficie dei moduli non possono essere adeguatamente rappresentati.
Il software traccia la variazione di ombre dovute agli ostacoli presenti con una variazione temporale di un
quarto d’ora. Ogni modulo è suddiviso in un numero di elementi pari al numero di diodi di by-pass impostati. Si tenga presente che in mancanza di tale dato in archivio il programma considera un numero di
diodi pari a 3. Per ciascun istante vengono individuati quanti elementi di modulo vengono interessati da
ombra parziale. In tal modo è possibile considerare la percentuale di ciascuna stringa “spenta” dalla presenza di ombre sulla sua superficie.
Se la configurazione prevede un certo numero si stringhe collegate in parallelo al medesimo MPPT di un
inverter, il programma verifica la condizione di stringa più sfavorevole e ripercuote la perdita su tutte le
stringhe ad essa parallela (effetto di mismatch).
Indispensabili considerazioni sono state poi elaborate al fine di individuare la stima del numero di giorni
soleggiati a cui applicare le perdite sopra calcolate. L’effetto delle ombre causate da ostacoli vicini è di
fatto proporzionale al numero di “giorni di sole”.
A questo scopo è stato utilizzato un parametro facilmente recuperabile dall’archivio dei dati climatici:
l’indice di chiarezza (clearness index). Tale parametro rappresenta il rapporto tra la radiazione solare che
raggiunge la superficie e quella al di fuori dell’atmosfera terrestre ed è rappresentativo della nuvolosità del
sito. In particolare sono state accettate le seguenti semplificazioni: il giorno completamente nuvoloso possiede un indice di chiarezza medio inferiore allo 0,35, un giorno soleggiato superiore a 0,65. Disponendo
dell’indice medio mensile sulla base dei dati climatici e nell’ipotesi semplificativa di aver solamente giorni
di queste due tipologie, alle perdite sopra calcolate è stato attribuito un coefficiente pari alla percentuale
di giornate soleggiate presenti in ciascun mese.
Naturalmente le perdite istantanee calcolate in tal modo vengono considerate durante l’intera simulazione
solamente per gli istanti liberi da ostacoli lontani (ombreggiamenti nella scheda esposizioni) quando cioè
il sole non ha ulteriori impedimenti per irraggiare l’impianto fotovoltaico.
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