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I PRINCIPALI
PARAMETRI DEL VENTO DA STIMARE
1) LA VELOCITÀ MEDIA ANNUA DEL VENTO
La velocità media annua del vento è molto importante per avere una prima idea della producibilità energetica di un sito, poiché quest'ultima è proporzionale al cubo della velocità del vento, e dunque il valore medio di tale velocità permette una rozza stima in tal senso, mentre per arrivare a un valore preciso di producibilità occorre tener conto anche della distribuzione delle velocità del vento (poiché i venti di velocità superiore alla media contribuiscono alla producibilità molto più dei venti di velocità inferiore alla media) e della turbolenza, cioè delle variazioni rapidissime della velocità del vento (che, alterando il normale flusso del vento, possono sottrargli energia e diminuirne in misura significativa la producibilità). La velocità media del vento è calcolata di solito sull'intervallo di tempo di 12 mesi, per poter tener conto anche delle lente variazioni stagionali della velocità del vento. Infatti, la velocità media del vento misurata in un anno qualsiasi si discosta da quella media su 20 anni solo del 5% circa.
Un esempio di variazioni reali, in un determinato
sito, della velocità media annua del vento da un anno
all'altro.
2) LA VELOCITÀ MASSIMA DEL VENTO
Le turbine eoliche devono essere progettate anche per resistere alle più rare velocità di vento estreme, che solitamente sono espresse come velocità medie estreme e come forti raffiche. Le condizioni di vento estreme possono essere caratterizzate da un "tempo di ritorno": per esempio, la "raffica più forte in 50 anni" è una raffica così forte che ci si aspetta si verifichi in media solo una volta ogni 50 anni. Le velocità e le raffiche di vento estreme sono abbastanza "sito-specifiche", sia in termini di intensità che di forma: ad es., differiscono notevolmente tra siti costieri pianeggianti e cime di imponenti colline. La classificazione internazionale CEI delle turbine specifica (v. la tabella) una velocità di riferimento del vento (Vrif) che è 5 volte la sua velocità media annua (Vmed), e la raffica più forte in 50 anni, che è data da 1,4 volte il valore di Vrif all'altezza del mozzo e che varia con l'altezza secondo una legge di potenza di esponente 0,11. Il valore della raffica più forte in 1 anno è dato, invece, dal 75% del valore a 50 anni.
Classe | I | II | III | IV |
Velocità media annua del vento (m/s) | 10 | 8,5 | 7,5 | 6 |
Raffica di vento più forte in 1 anno (m/s) | 52,5 | 44,6 | 39,4 | 31,5 |
Livello di turbolenza "A" | alto | alto | alto | alto |
Livello di turbolenza "B" | basso | basso | basso | basso |
La classificazione CEI delle turbine eoliche in
base alla ventosità del sito per la quale sono progettate.
3) LA DISTRIBUZIONE DELLE VELOCITÀ DEL VENTO
Poiché la velocità del vento non è regolare, per stimare la produzione di energia di una turbina eolica non basta conoscere la velocità media del vento: altrettanto importante è possedere dei dati precisi relativi alle diverse velocità del vento che insieme determinano la media, ovvero la cosiddetta distribuzione delle velocità. Infatti, a seconda delle zone, il vento può essere più o meno variabile dando, però, la stessa velocità media. Per stimare la produzione di energia di una turbina, occorre quindi conoscere due parametri: (1) la velocità media del vento e (2) il cosiddetto fattore "k" di Weibull. Questo coefficiente di Weibull prende il nome dell'ingegnere svedese che l'ha introdotto, e descrive la distribuzione di probabilità delle diverse velocità del vento: ad ogni valore di k corrisponde una diversa distribuzione (anche nel caso in cui la velocità media delle singole distribuzioni è la stessa). Nella tabella qui sotto sono riportati i fattori "k" di Weibull corrispondenti ai principali gradi di variabilità del vento.
Tipo di venti e zona caratteristica | Fattore "k" di Weibull |
Molto variabili - Montagna | 2 |
Variabili - Collina | 2,5 |
Abbastanza regolari - Aperta campagna | 3 |
Regolari - Zone costiere | 3,5 |
Molto regolari - Isole | 4 |
Tabella. I coefficienti di Weibull tipici dei
vari tipi di venti e le zone geografiche in cui sono più
caratteristici.
Una distribuzione di probabilità delle varie
velocità del vento, o "distribuzione di Weibull", ottenuta
con misure anemometriche.
4) L'INTENSITÀ DELLA TURBOLENZA
L'intensità della turbolenza è un parametro che quantifica la variazione del vento a cui si assiste tipicamente nell'arco di 10 minuti. Essa determina il grado di "affaticamento" e usura a cui saranno soggetti molti componenti della turbina. L'intensità della turbolenza - chiamata anche "livello di turbolenza"- è definita come il rapporto tra lo scarto quadratico medio delle fluttuazioni di velocità del vento e la sua velocità media. Nello stabilire le condizioni al contorno di una simulazione fluidodinamica relativa a un potenziale sito, occorre stimare tale parametro all'ingresso della turbina. L'intensità della turbolenza effettiva di un sito deve essere inferiore all'intensità di turbolenza di progetto (cioè considerata nella progettazione e costruzione di una turbina) in tutto l'intervallo compreso fra il 60% della "velocità nominale" del vento (quella alla quale la turbina produce la sua potenza nominale) e la "velocità di taglio superiore" (la velocità del vento oltre la quale la turbina viene frenata o arrestata).
Il valore di turbolenza "effettiva" misurato deve
essere inferiore a quello per cui la turbina di una certa
classe CEI è progettata.
5) L'INCLINAZIONE DEL FLUSSO DEL VENTO
Un altro dei parametri da analizzare quando si valuta l'opportunità di collocare una turbina in un determinato sito è l'inclinazione del flusso, che determina l'angolo fra la direzione del vento e la perpendicolare al rotore, che non deve superare i +/-8° in qualunque direzione. Ad esempio, quando una turbina viene posta su pendii ripidi o scogliere, il vento potrebbe colpire il rotore non in direzione ad esso perpendicolare, bensì con un certo angolo. Tale angolo è collegato alla pendenza del terreno. All'aumentare dell'altezza sopra il livello del suolo, l'effetto prodotto dall'inclinazione del terreno sul flusso del vento tende a ridursi, per cui la misura della pendenza del terreno è di utilità limitata nel determinare l'angolo di arrivo del vento sulla turbina ed occorre procedere a misurazioni apposite. Infatti, un elevato angolo di arrivo del vento rispetto alla direzione perpendicolare al rotore non solo riduce la producibilità energetica, ma comporta anche un maggiore "affaticamento" della turbina.
La pendenza di un terreno può produrre
un'inclinazione del flusso del vento rispetto alla
perpendicolare al rotore.
6) IL LIVELLO DI "WIND SHEAR"
Il wind shear è la variazione della velocità del vento lungo un piano perpendicolare alla direzione del vento. Esso è dovuto sia al normale aumento della velocità del vento con l'altezza dal suolo, sia all'azione ostruttiva di eventuali ostacoli, quali edifici, alberi, etc. La formula che esprime tale variazione complessiva della velocità del vento con l'altezza dal suolo - nota anche come equazione di potenza del profilo del vento - è data dall'espressione matematica riportata qui sotto, dove: V(z) è la velocità del vento all'altezza z dal suolo; zr è un'altezza di riferimento sopra il livello del suolo, che in pratica viene scelta uguale all'altezza del mozzo del rotore della turbina; alfa è l'esponente (o legge di potenza del wind shear. Il wind shear verticale medio di un sito adatto all'installazione di una turbina eolica, all'altezza del mozzo, non può essere né negativo né ripido. Queste condizioni si traducono in un esponente alfa compreso fra 0 e 2. La tabella qui sotto riporta i valori di alfa per alcune situazioni tipiche.
Tipo di terreno | Esponente "alfa" del wind shear |
Acqua aperta | 0,1 |
Liscio, ricoperto di erba | 0,15 |
Colture | 0,2 |
Cespugli bassi con pochi alberi | 0,2 |
Grossi alberi | 0,25 |
Diversi edifici | 0,25 |
Collinoso, montagnoso | 0,25 |
L'esponente del wind shear varia con il tipo di
terreno. Ecco alcuni esempi.
L'equazione del profilo del vento, che quantifica
il livello di "wind shear", o variazione verticale della
velocità del vento..
7) L'INDICATORE DI "TERRENO COMPLESSO"
Caratterizza i terreni che, per la loro particolare natura, possono portare a campi di flusso del vento altamente localizzati. Un tipico esempio di terreno complesso è dato dai terreni con una pendenza così elevata da violare le ipotesi normalmente utilizzate nei modelli di flusso del vento dei software standard e dai terreni in cui è probabile una "separazione" - o comunque una "complessità" - del relativo flusso del vento. Un terreno complesso può quindi produrre una turbolenza ed elevati carichi sulle pale di una turbina, influendo sulle prestazioni di quest'ultima, per cui ignorare tale indicatore può portare a una sovrastima della producibilità. Può essere calcolato con un algoritmo che: (1) adatta al terreno una serie di dischi di vario raggio centrati sulla base della torre eolica e raggio rmax pari all'altezza h del mozzo, (2) misura le inclinazioni nei vari dischi, (3) determina la più grande distanza verticale fra il disco di maggior raggio e quelli di raggio più piccolo; (4) ripete i calcoli per rmax = 2, ... 20 h.
Una rappresentazione 3D realizzata al computer
che riproduce con il necessario dettaglio un terreno
complesso.
INDICE
HOMEPAGE E INDICE COMPLETO
LE TECNOLOGIE PRINCIPALI DI CUI MI OCCUPO
UNA GUIDA AGLI INCENTIVI STATALI
GLI 8 PASSI PER UN IMPIANTO "CHIAVI IN MANO"
LA PROGETTAZIONE DI UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO
COME OTTENERE UN FINANZIAMENTO BANCARIO
IMPIANTI RESIDENZIALI: (1) FOTOVOLTAICI - (2) EOLICI
ESEMPIO DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO PER PICCOLA IMPRESA
ESEMPIO DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO INDUSTRIALE
ES. DI GRANDI IMPIANTI INDUSTRIALI (EOLICO E SOLARE TERMODINAMICO)
LE 20 RAGIONI DEL "BOOM" DEL FOTOVOLTAICO
IL REGIME DI "SCAMBIO SUL POSTO" NEL FOTOVOLTAICO
QUANTO COSTA UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
PREVENTIVO DI IMPIANTO FV SU TETTO DA: 3 kW - 6 kW - 15 kW - 200 kW
PREVENTIVO DI IMPIANTO FV SU PENSILINE DA: 10 kW - 500 kW
BUSINESS PLAN DI IMPIANTO FV A TERRA DA: 100 kW - 1 MW
BUSINESS PLAN DI IMPIANTO FV SU SERRA DA: 50 kW - 1 MW
USARE LE BIOMASSE COME FONTE DI ENERGIA
TERRENI CANTIERABILI IN AFFITTO: UN NUOVO BUSINESS
LA "CASA ECOLOGICA" E IL RISPARMIO ENERGETICO
UN IMPIANTO SOLARE TERMICO COMBINATO
RIVOLUZIONE FOTOVOLTAICA - IL FOTOVOLTAICO DI TERZA GENERAZIONE
RIVOLUZIONE FOTOVOLTAICA - LE PELLICOLE E LE VERNICI FOTOVOLTAICHE
CELLE SOLARI - I PRINCIPALI TIPI DI CELLE FOTOVOLTAICHE "CLASSICHE"
CELLE SOLARI - CELLE POLIMERICHE, ORGANICHE, IBRIDE, A PIGMENTI
CELLE SOLARI - LA RIVOLUZIONE NANOTECNOLOGICA ED I NANOMATERIALI
CELLE SOLARI - ESEMPI DI CELLE FOTOVOLTAICHE DI TERZA GENERAZIONE
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PRINCIPALI TIPI DI MODULI SUL MERCATO
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I COLORATI, BIFACCIALI, CILINDRICI, ETC.
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PANNELLI CINESI SONO UNA BUONA SCELTA?
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I SISTEMI MOLTIPLICATORI SOLARI (<2 X)
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PANNELLI A BASSA CONCENTRAZIONE (2-20 X)
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PANNELLI A MEDIA CONCENTRAZIONE (20-500 X)
PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PANNELLI AD ALTA CONCENTRAZIONE (>500 X)
PANNELLI FOTOVOLTAICI - QUANTO COSTA UN PANNELLO A CONCENTRAZIONE
PANNELLI FOTOVOLTAICI - PANNELLI A CONCENTRAZIONE VS. TRADIZIONALI
CONCENTRATORI FOTOVOLTAICI - I DIVERSI TIPI DI CONCENTRATORI
CONCENTRATORI FOTOVOLTAICI - VARI SISTEMI A BASSA CONCENTRAZIONE
CONCENTRATORI FOTOVOLTAICI - VARI SISTEMI AD ALTA CONCENTRAZIONE
SISTEMI FOTOVOLTAICI - GUIDA ALLA SCELTA DEL MIGLIOR INVERTER
SISTEMI FOTOVOLTAICI - LA MANUTENZIONE ORDINARIA DI UN IMPIANTO
SISTEMI FOTOVOLTAICI - I VARI TIPI DI ANTIFURTO PER PANNELLI E IMPIANTI
SISTEMI FOTOVOLTAICI - GLI AGENTI ATMOSFERICI ED I PANNELLI SOLARI
SISTEMI FOTOVOLTAICI - QUANTA ENERGIA PRODUCE UN IMPIANTO?
SISTEMI FOTOVOLTAICI - AUTOCOSTRUZIONE DI UN PANNELLO FOTOVOLTAICO
INSEGUITORI SOLARI - LE DIVERSE TIPOLOGIE DI INSEGUITORI SOLARI
INSEGUITORI SOLARI - VARI TIPI DI INSEGUITORI MONOASSIALI
INSEGUITORI SOLARI - VARI TIPI DI INSEGUITORI BIASSIALI
PARCHI FOTOVOLTAICI - IMPIANTI FOTOVOLTAICI DI PRIMA GENERAZIONE
PARCHI FOTOVOLTAICI - IMPIANTI FOTOVOLTAICI DI SECONDA GENERAZIONE
PARCHI FOTOVOLTAICI - IMPIANTI FOTOVOLTAICI DI TERZA GENERAZIONE
PARCHI FOTOVOLTAICI - CONFRONTO FRA I VARI TIPI DI PARCHI
PARCHI FOTOVOLTAICI - I PIÙ GRANDI PARCHI FOTOVOLTAICI ITALIANI
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FV INTEGRATO IN EDIFICI - LE PRINCIPALI TECNOLOGIE UTILIZZATE
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FV INTEGRATO IN EDIFICI - QUANTO COSTA IL FOTOVOLTAICO INTEGRATO?
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