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Energia verde

Principio di funzionamento

inseguitore solare

La centralina Margherita si distingue da quelle digitali (nelle quali il comando proviene da un microprocessore che calcola in ogni momento la posizione del sole nel cielo) perché fa uso di un sensore che rileva la posizione del sole e corregge la posizione dei pannelli qualora siano orientati in modo non ottimale. Il sensore è fissato sulla parte mobile dell'inseguitore solare ed è costituito da un setto (perpendicolare al pannello) che provoca un ombra laterale se i raggi del sole non gli sono complanari, mandando così in ombra una delle due particolari fotocellule posizionate ai lati. Il segnale di dette fotocellule viene elaborato dalla centralina la quale comanda i motori in modo opportuno fino a far scomparire l’ombra. In questo modo il raggio del sole è sempre contenuto nel piano del setto, cioè perpendicolare al pannello.

Il funzionamento è lo stesso a prescindere dalla forma della struttura meccanica. Che sia un inseguimento esclusivamente azimutale, di roll su asse inclinato, a tilt passivo, a due assi, o qualunque cinematismo costruiate, Margherita è la centralina giusta. La sua semplicità costruttiva assicura alta affidabilità e costo contenuto. E' adatta anche per eliostati e concentratori solari.

Principio di funzionamento inseguitore solare "Margherita"

Precisione:

Il Sole ha un raggio di 700.000 km, e la distanza media fra la Terra e il Sole è di 149.000.000 km. La Terra ha un raggio medio notevolmente più piccolo, appena 6.370 km. Non è difficile calcolare che l'angolo con il quale vediamo il Sole dalla Terra è = arctg(700/149.000) = ± 0,27° (0,54° in valore assoluto), infatti il Sole visto dalla Terra non è un punto, bensì un disco.

Cono angolare entro il quale vediamo il Sole dalla Terra

Viene spontaneo domandarsi se ha senso una precisione di inseguimento migliore di ±0.27°. La risposta è SI e NO, dipende dal tipo di "ricevitore" solare. Qualora si tratti di un ricevitore piano, come pannelli fotovoltaici, o pannelli solari termici per il riscaldamento dell'acqua, non è necessaria una precisione elevata, infatti con una precisone di ±5°, l'energia persa per orientamento non ottimale è = 1-cos(5)= 0,4 %. La situazione è molto diversa quando si tratta di concentratori solari a specchi, in quanto un errore superiore a 0,27° porta il fuoco della parabola al di fuori dell'assorbitore, causando un decadimento totale delle prestazioni.

Esempio di concentratore solare parabolico orientato correttamente

Immaginando di guardare la Terra dal Sole invece, possiamo vederla all'interno di un cono che ha larghezza assoluta = 2*arctg(6.370/149.00.0000)=0,005 °,
cioè è praticamente un puntino (e non un disco). In una visione su grandi dimensioni i raggi luminosi uscenti dal Sole non sono paralleli, bensì radiali rispetto alla sfera solare, ma la Terra è vista dal sole entro un cono talmente stretto che possiamo considerare i raggi solari incidenti sulla Terra paralleli l'un l'altro (e non radiali al Sole). Perciò ha senso parlare di precisione di puntamento minore di 0,27° perchè esiste sempre un angolo "errore" fra la normale al ricevitore solare e i raggi solari.

Velocità angolari in gioco:

Il Sole si muove rispetto alla Terra con una velocità di 360°/24h, cioè 15°/h, ovvero 0,25°/min. Se immaginassimo di utilizzare un inseguitore con una precisione di 0,25°, il motore si dovrebbe avviare una volta al minuto, e stare acceso fino a spostare il "ricevitore" solare di 0,25°, il che è verosimile credere possa avvenire in qualche secondo. Un tale uso del motore, con avviamenti ripetuti, e funzionamento praticamente sempre in fase di transitorio di avviamento, non giova alla vita del motore e del relè che lo comanda. Perciò se vogliamo utilizzare una precisione elevata, per prima cosa abbiamo bisogno di una struttura meccanica solida, e un riduttore per il motore elettrico con un rapporto di riduzione sufficientemente alto.

La centralina di inseguimento "Margherita"

Per come è costruita la centralina di inseguimento "margherita", regolata sul valor media di sensibilità, il movimento avviene ogni quarto d'ora, ciò significa che al massimo è presente un errore di 3,75°. Immaginando di utilizzare un ricevitore piano, l'energia persa per orientamento non ottimale è 1-cos(3,75)=0,214 %, che si riduce alla metà perchè, per il principio di funzionamento, l'errore è massimo solo un attimo prima della correzione di posizione, quindi lo 0,1 % circa.
E' possibile aumentare la precisione aumentando la regolazione della sensibilità al massimo, ma è utile solo per i concentratori solari e gli eliostati. Onde evitare che con bassa luminosità avvengano spostamenti inutili, si possono aggiungere due resistenze da 4.7 kohm fra il giallo-verde e gli altri due fili del sensore. Un valore più basso decrementa la sensibilità per valori di luminosità inferiori.

Le nuvole...

In caso di cielo completamente coperto di nuvole, ove sia presente quindi una luce diffusa, la centralina "margherita" orienta i pannelli verso la zona più luminosa del cielo, e li rimarranno orientati per tutta la giornata. Non avrebbe senso continuare a muoverli come in una giornata serena (cosa che farebbe un inseguitore solare digitale) "sprecando" energia per comandare i motori. In caso di nuvole sporadiche, che cioè coprono il Sole solo in alcuni momenti, regolando la sensibilità mediante un semplice trimmer, si può scegliere se l'inseguitore debba restare fermo in attesa che la nuvola si sposti, o cercare una posizione di irraggiamento diffuso migliore. Per dare un esempio della straordinaria dinamica di questa centralina: con la sensibilità regolata al massimo si riesce a seguire il rapido spostamento della nuvola più luminosa in cielo spinta dal vento. Se questo comportamento non è gradito basta diminuire la sensibilità. Con la sensibilità minima, solo la radiazione diretta determinerà il comando del motore.