Scienziati svedesi hanno sviluppato un nuovo modello per angoli ottimali di installazione del fotovoltaico nelle regioni fredde ad alta latitudine. Il modello utilizza i big data meteorologici e tiene conto anche dell’effetto del cambiamento di trasmittanza causato dalla neve, che viene calcolato tenendo conto della profondità della neve e del suo tasso di scioglimento.
"La perdita indotta dalla neve potrebbe essere una piccola percentuale per la latitudine bassa e media", hanno detto i ricercatori. "Tuttavia, per le aree ad alta latitudine dove le stagioni invernali sono generalmente lunghe, gli effetti della neve giocano un ruolo importante, tanto che l'esclusione degli effetti della neve influenzerebbe in modo significativo l'affidabilità dei risultati."
Il nuovo metodo abbina un modello di angolo di installazione fotovoltaico ottimale per massimizzare la produzione di energia fotovoltaica con un modello semplificato di rendimento neve-fotovoltaico (SPYM). Il modello dell'angolo fotovoltaico viene eseguito con angoli che vanno da 0 gradi a 90 gradi con intervalli di 0,1-gradi, trovando la posizione ottimale in base all'irradiazione solare globale totale sul sistema fotovoltaico, che è data dalla somma dell’irradiazione diretta, diffusa e riflessa.
L'irradiazione corretta viene ricavata dal modello SPYM, che si basa sulla profondità della neve, sulla temperatura dell'aria e sull'irradiazione. Mentre la temperatura può prevedere se la neve sul pannello si sta sciogliendo o sta coprendo il modulo, la profondità della neve ne determina la trasmittanza.
"Il calcolo di questo fattore di perdita di neve si riferisce al modello di trasmittanza di Perovich", hanno detto gli accademici. "La trasmittanza diminuisce bruscamente da 1 a 0.1 quando la profondità della neve aumenta da 0 a 2 cm. Successivamente, la diminuzione diventa più graduale e il valore raggiunge 0.{{9} }1 quando l'altezza della neve aumenta fino a 12 cm. Quando l'altezza della neve è più spessa di 12 cm, si presuppone che il valore sia 0."
Riduzione della produzione fotovoltaica a causa della neve
Immagine: Energia applicata, KTH Royal Institute of Technology, CC BY 4.0 DEED
In seguito allo sviluppo del modello, gli scienziati hanno utilizzato come input i dati meteorologici storici Solcast per 2012-2021 per la città svedese di Hammarby Sjöstad. I calcoli ottimali sono stati effettuati per un anno, cinque anni e dieci anni. Nel loro caso di studio hanno ipotizzato moduli FV con un rendimento del 19,2% e una potenza di 430 MW.
Quindi, hanno confrontato e utilizzato il loro nuovo modello per tre scenari. Il primo caso era un caso base senza condizioni di neve, considerando solo i dati storici di irradiazione e temperatura. Nel secondo scenario, gli effetti della neve sono stati calcolati presupponendo che si sciogliesse dopo 12 ore. L'ultimo scenario presupponeva agenti di rimozione, che riducessero il tempo di rimozione della neve a un'ora. Tutti i risultati sono stati confrontati con l'angolo di isolamento commerciale di 15 gradi e con l'angolo geometrico per la Svezia di 40,7 gradi.
"L'impianto fotovoltaico con l'angolo ottimale annuale supera quello con l'angolo commerciale, con un conseguente aumento di circa il 4,8% nella produzione di energia", ha affermato il gruppo di ricerca. "L'angolo ottimale di installazione del fotovoltaico diminuisce se si considerano le condizioni della neve, con la differenza che dipende ogni anno dalle condizioni meteorologiche locali, raggiungendo fino a 7,8 gradi."
Inoltre, il gruppo scientifico ha scoperto che le condizioni della neve hanno ridotto le condizioni di produzione di energia del 14,7%. Hanno inoltre scoperto che l'applicazione di agenti di rimozione può migliorare le prestazioni del fotovoltaico del 0,1%–2,3%.
I loro risultati sono stati presentati in "Un nuovo modello di angolo di installazione fotovoltaico ottimale nelle regioni fredde ad alta latitudine basato sui big data meteorologici storici," pubblicato suEnergia applicata.La ricerca è stata condotta da accademici del KTH Royal Institute of Technology svedese e dell'Istituto meteorologico e idrologico svedese.
