Il fotovoltaico su tetto orientato a est è ideale per le comunità energetiche con lo scambio sul posto

Un gruppo di ricercatori guidati dal Politecnico di Torino ha studiato gli orientamenti e gli angoli di inclinazione ottimali per gli impianti fotovoltaici utilizzati nelle comunità energetiche e ha scoperto che gli array orientati a est-ovest forniscono valori di energia condivisa più elevati rispetto agli impianti orientati a sud.

L’orientamento est-ovest è comunemente ritenuto più adatto alle alte latitudini con bassa radiazione solare, consentendo di sfruttare la luce solare nelle prime e nelle ultime ore del giorno. Questi progetti, tuttavia, possono essere la soluzione ideale anche in località tropicali o in aree con una superficie disponibile limitata, come i tetti commerciali.

In primo luogo, la configurazione est-ovest dei pannelli solari produce una produzione più stabile e costante nell’arco della giornata rispetto a un’installazione convenzionale rivolta a sud. Inoltre, riduce il picco di potenza centrale a mezzogiorno e prolunga la durata della produzione solare nelle prime e nelle ultime ore del giorno, con i pannelli solari che iniziano a produrre all’alba e continuano a farlo fino al tramonto. Questo fa sì che i sistemi siano preferiti dagli operatori di rete, in quanto l’energia viene fornita in modo più uniforme durante la giornata; ma incoraggia anche l’autoconsumo residenziale nel pomeriggio, quando gli utenti sono più spesso a casa.

Inoltre, si evitano le ombre tra le file di pannelli solari. Al contrario, gli impianti con pannelli solari rivolti a sud producono ombre dalle file anteriori su quelle posteriori. In terzo luogo, negli array est-ovest, l’installazione più compatta dei pannelli solari aumenta la densità di produzione di energia per m2. Ciò è particolarmente interessante sui tetti di piccole dimensioni, dove questo sistema consente di ottenere fino al 30% in più di densità per metro quadro.

Un altro aspetto degno di nota è la sua maggiore tolleranza al vento. Con un angolo di inclinazione di 15 gradi e una configurazione est-ovest, la pressione del vento è drasticamente ridotta rispetto a una configurazione rivolta a sud, molto più vulnerabile ai venti del nord. Un aspetto derivato dal punto precedente è che, grazie alla minore esposizione al vento, i sistemi solari orientati a est-ovest necessitano di un contrappeso molto minore per fissare i pannelli solari al tetto. Ciò consente l’installazione su tetti meno robusti o su tetti con altre installazioni.

Nel documento “Energia condivisa nelle comunità ad energia rinnovabile: The benefits of east- and west-facing rooftop photovoltaic installations”, pubblicato su Energy Reports, il gruppo di ricerca italiano ha spiegato che l’angolo di inclinazione del fotovoltaico è spesso trascurato nella letteratura scientifica sulle comunità energetiche, affermando che la novità del loro lavoro consiste nel delineare i parametri geometrici del tetto sul sincronismo tra la generazione e il profilo della domanda per diversi orientamenti e angoli di inclinazione.

I ricercatori hanno inoltre specificato che la loro modellazione si basa sull’ipotesi che gli impianti fotovoltaici della comunità energetica abbiano la possibilità di vendere l’energia in eccesso alla rete in un regime di net-metering e che la comunità sia formata da famiglie che condividono lo stesso punto di accoppiamento comune.

Attraverso un modello di simulazione Monte Carlo, il gruppo ha analizzato una comunità energetica di 60 utenti che si affidano a impianti fotovoltaici per un totale di 150 kW, con gli array di proprietà di 30 utenti. “Tutti i risultati delle simulazioni sono presentati con un intervallo di confidenza del 95%, sottolineando l’affidabilità statistica dei nostri risultati”, hanno dichiarato gli studiosi. “Inoltre, nell’ipotesi che gli impianti fotovoltaici si allineino con l’orientamento del tetto su cui sono installati, tutti gli impianti hanno lo stesso orientamento e lo stesso angolo di inclinazione”.

L’analisi ha mostrato che, sebbene la comunità simulata che utilizza sistemi fotovoltaici orientati a sud sia in grado di ottenere rendimenti energetici più elevati, la comunità basata su array est-ovest offre il vantaggio di valori energetici condivisi più alti, che secondo gli scienziati dipendono da una migliore sincronia tra la domanda e la produzione di energia fotovoltaica durante le prime ore del mattino e il tardo pomeriggio. “L’energia autoconsumata virtualmente dalla comunità energetica raggiunge il valore più alto per l’orientamento del fotovoltaico verso sud, a scapito di un maggiore picco di iniezione nella rete”, hanno spiegato. “Questo è un aspetto significativo in contesti in cui l’energia assoluta condivisa all’interno della comunità energetica è esplicitamente incentivata, come in Italia”.

Tuttavia, hanno anche sottolineato che i loro risultati potrebbero non essere applicabili a scenari con un’alta penetrazione del fotovoltaico senza schemi di misurazione della rete. “La nostra indagine si è limitata a una singola località. Sebbene questa specificità consenta un’analisi dettagliata, i risultati potrebbero essere influenzati dalle variazioni di rendimento del fotovoltaico in altre regioni”, hanno avvertito. “I risultati sono a favore di un approccio più inclusivo nella progettazione e pianificazione delle comunità energetiche. Piuttosto che un’enfasi eccessiva sugli impianti fotovoltaici sui tetti rivolti a sud, si dovrebbe prendere in considerazione una gamma diversificata di orientamenti e inclinazioni”.

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