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Questo modulo calcola il potenziale di approvvigionamento energetico ei relativi costi per sistemi solari termici e fotovoltaici installati sul tetto in un'area definita. Gli input al modulo sono file raster dell'impronta dell'edificio e dell'irraggiamento solare, i costi e l'efficienza dei sistemi solari termici e fotovoltaici di riferimento e le frazioni di area utilizzabile sul tetto in cui sono installati sistemi solari termici e fotovoltaici.
Il modulo di calcolo si propone di calcolare il potenziale energetico solare termico e fotovoltaico e la fattibilità finanziaria di un'area selezionata considerando:
I parametri e i livelli di input, nonché i parametri e i livelli di output, sono i seguenti.
I livelli di input e i parametri sono:
I livelli e i parametri di output sono:
Partendo dall'area disponibile e dal tipo di tecnologia FV il modulo calcola la produzione di energia FV secondo le seguenti ipotesi:
Queste ipotesi sono state fatte per considerare una fase di pianificazione per una regione e non la progettazione di un sistema fotovoltaico specifico.
La produzione annua di energia viene ricavata considerando la distribuzione spaziale della radiazione solare annuale sull'impronta dell'edificio. La produzione di energia fotovoltaica è calcolata per un singolo impianto rappresentativo. La potenza di picco installata più rappresentativa per un sistema fotovoltaico è un ingresso del modulo. Di conseguenza, vengono calcolati la superficie coperta da un singolo impianto e il numero totale di piante.
Infine, la superficie più idonea viene calcolata considerando i tetti con maggiore produzione di energia. La produzione energetica di ogni pixel considera la copertura solo di una frazione dei tetti pari a f_roof. L'integrale della produzione energetica dell'area più idonea è pari alla produzione energetica totale dell'area selezionata.
Per fornire un esempio pratico, la logica / metodologia CM viene applicata a un'area predefinita. Per impostazione predefinita, l'area di input che stiamo utilizzando è l'impronta degli edifici. Quindi, ad esempio, la città di Bolzano (Italia), poiché gran parte della città è il centro storico (dove non è possibile installare pannelli solari) possiamo stimare che solo 1 tetto ogni 5 può essere utilizzato per raccogliere l'energia solare (~ 20%). Invece, se fornisci un'area che è disponibile per implementare un campo solare, puoi impostare il 100% dell'area che può essere utilizzata per il sistema solare.
Quale area del 20% dei tetti a Bolzano può essere coperta da pannelli fotovoltaici? Coprire l'intero tetto non è realistico, poiché parte del tetto non ha un orientamento adeguato. Dato che l'edificio ha generalmente 4 lati, possiamo immaginare che circa il 25% del tetto abbia un buon orientamento (almeno a Bolzano, dove la maggior parte dei tetti non sono piani e hanno 2 o 4 falde). Tuttavia, abbiamo effetti di ombreggiatura dagli alberi circostanti, edifici, montagne, ecc. E in generale, stiamo lasciando un po 'di spazio vicino al bordo dei tetti, quindi immaginiamo che il 50% del buon tetto orientato possa essere utilizzato dal fotovoltaico (25 % * 50% = 12,5%), il valore predefinito è leggermente più ottimistico (15%).
Nel caso di un campo solare generalmente, la stringa FV occupa circa il 40-50% dell'area per evitare l'effetto di ombreggiamento tra le stringhe FV.
A titolo di esempio, stiamo spiegando la metodologia per un singolo pixel (area di 1 ettaro). Il CM applica la stessa logica per ogni pixel nell'area selezionata dall'utente. Il layer predefinito (l'impronta dell'edificio) ha una dimensione in pixel di 100x100m, quindi abbiamo una superficie disponibile di 10000 m². Per questo esempio immagina che nel pixel siano disponibili solo 3000 mq di tetti, l'altra parte mancante della superficie è la superficie dedicata a percorsi, aree verdi, fiume, ecc. La logica implementata dal CM è:
available_surface = 3000 [m²] * 20% = 600 [m²] available_pv_surface = 600 [m²] * 12.5% = 75 [m²] single_pv_surface = 3 [kWp] / 0.15 = 20 [m²] n_pv_plants = 75 [m²] // 20 [m²] = 3 e quindi avremo 3 impianti da 3 KWp installati sul pixel di 100 per 100 m (quindi 9 kWp), quindi moltiplichiamo questo valore per l'energia prodotta per 1 kWp e moltiplichiamo per l'efficienza degli impianti fotovoltaici (inverter e trasmissione, di default: 0,85) per ottenere l'energia totale prodotta dal pixel: pv_energy = solar_radiation [kWh/kWp/year] * 9 [kWp] * 0.85 Ora abbiamo un pixel di 100x100m che è disponibile per un impianto di campo fotovoltaico:
available_surface = (100 x 100) [m²] * 100% = 10000 [m²] available_pv_surface = 10000 m² * 50% = 5000 m² single_pv_surface = 3 [kWp] / 0.15 = 20 [m²] n_pv_plants = 5000 // 20 = 250 e quindi avremo 250 impianti da 3 KWp installati sul pixel da 100 per 100 m (quindi 750 kWp), quindi moltiplichiamo questo valore per l'energia oraria prodotta per 1 kWp e moltiplichiamo per l'efficienza degli impianti fotovoltaici (inverter e trasmissione, di default: 0,85) per ottenere l'energia totale prodotta dal pixel: pv_energy = solar_radiation [kWh/kWp/year] * 750 kWp * 0.85 La superficie edificabile utilizzabile, è una risorsa limitata. Non è quindi possibile utilizzare la stessa superficie per raccogliere l'energia solare con un impianto fotovoltaico e allo stesso tempo, utilizzare un impianto solare termico. Quindi, richiamando l'esempio precedente, abbiamo già 75 m² di superficie dedicati al fotovoltaico, abbiamo stimato che il tetto di buona orientazione rappresenti il 25% della superficie totale e quindi abbiamo ancora altri 75 [m²] a disposizione. Possiamo usare solo una frazione, diciamo quel 7,5%. Ciò significa che se prima consideriamo un 25% del tetto con una buona esposizione allora stiamo considerando che il 12,5% è dedicato al fotovoltaico e il 7,5 è dedicato alla ST, e quindi stiamo utilizzando il 20% del 25%.
Quindi per fare un esempio pratico:
available_surface = 3000 [m²] * 20% = 600 [m²] available_st_surface = 600 [m²] * 7.5% = 45 [m²] noti che 75 + 45 = 120 [m²] che è più piccola della superficie stimata che potrebbe avere una buona esposizione (superficie_disponibile available_surface * 25% = 150 [m²] ). n_st_plants = 45 [m²] // 5 [m²] = 9 solar_radiation [kWh/m²] * 45 [m²] * 0.85 Qui ottieni lo sviluppo all'avanguardia per questo modulo di calcolo.
Qui, il modulo di calcolo viene eseguito per la regione Lombardia in Italia (NUTS2).
Fig.1: Seleziona una regione Seguire i passaggi come mostrato nella figura seguente:
Ora, il "Potenziale solare fotovoltaico" si apre ed è pronto per essere eseguito.
I valori di input predefiniti considerano la possibilità di installare pannelli FV montati sul tetto sugli edifici. Questi valori si riferiscono ad un impianto da 3 kWp. Potrebbe essere necessario impostare valori inferiori o superiori ai valori predefiniti considerando ulteriori considerazioni locali e costi. Pertanto, l'utente dovrebbe modificare questi valori per trovare la migliore combinazione di soglie per il suo caso di studio.
Per eseguire il modulo di calcolo, segui i passaggi successivi:
A seconda della tua esperienza e conoscenza locale, puoi aumentare o diminuire i valori di input per ottenere risultati migliori. Si può decidere di aumentare la superficie edificabile adatta agli impianti fotovoltaici.
Assegnare un nome alla sessione di esecuzione (opzionale - qui abbiamo scelto "Test Run 2") e impostare i parametri di input Percentuale di edifici con pannelli solari pari a 50. Significa che stiamo coprendo il 50% dei tetti di edifici disponibili. Si noti che poiché ogni pixel può rappresentare più di un edificio e non stiamo coprendo l'intero tetto con pannelli fotovoltaici, l'utente può impostare anche il fattore di utilizzo effettivo del tetto dell'edificio. Il valore predefinito è impostato su 0,15. Ciò significa che solo il 15% della superficie del tetto in un pixel è coperto da pannelli fotovoltaici.
Attendi il termine del processo.
Come output, nella finestra "RISULTATI" vengono visualizzati indicatori e diagrammi. Gli indicatori mostrano:
Giulia Garegnani, in Hotmaps-Wiki, CM-Solar-PV-potential (aprile 2019)
Questa pagina è stata scritta da Giulia Garegnani ( EURAC ).
☑ Questa pagina è stata recensita da Mostafa Fallahnejad ( EEG - TU Wien ).
Copyright © 2016-2020: Giulia Garegnani
Licenza internazionale Creative Commons Attribution 4.0
Questo lavoro è concesso in licenza con una licenza internazionale Creative Commons CC BY 4.0.
Identificatore licenza SPDX: CC-BY-4.0
Testo della licenza: https://spdx.org/licenses/CC-BY-4.0.html
Vorremmo esprimere il nostro più profondo apprezzamento al progetto Hotmaps di Orizzonte 2020 (contratto di sovvenzione numero 723677), che ha fornito i finanziamenti per svolgere la presente indagine.
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