Cos'è un orizzonte d'ombra, e perché decide la tua resa solare

Il cielo è una cupola, e i tuoi ostacoli la intaccano

Mettiti sul punto in cui vuoi installare i pannelli solari e guarda in alto. Il cielo è una cupola. Il sole attraversa quella cupola lungo un percorso curvo che cambia con le stagioni. Ogni albero, colmo di tetto, camino ed edificio vicino si solleva dal suolo e copre parte della cupola inferiore. Quel profilo, l'altezza di tutto ciò che blocca la tua vista del cielo misurata tutt'attorno a te, è l'orizzonte d'ombra. Gli ingegneri lo chiamano anche profilo dell'orizzonte.

Per descriverlo con precisione ti servono due angoli. Il primo è la direzione di bussola, chiamata azimut. Per convenzione 0 gradi è nord, 90 gradi è est, 180 gradi è sud e 270 gradi è ovest. Il secondo è quanto in alto arriva un oggetto sopra l'orizzonte piatto, chiamato elevazione o angolo di altitudine, da 0 gradi (piatto, all'altezza degli occhi) fino a 90 gradi (dritto sopra la testa).

Un orizzonte d'ombra è semplicemente una tabella di quei due numeri insieme. Per ciascuna direzione di bussola, qual è l'angolo di elevazione della cosa più alta che blocca il cielo? Una fila di pioppi a pieno sud potrebbe raggiungere 25 gradi. Il campo aperto a ovest potrebbe essere a 2 gradi. La casa di un vicino a sud-est potrebbe essere a 18 gradi. Traccia quei punti e uniscili, e ottieni una linea frastagliata che separa il cielo aperto sopra dal cielo bloccato sotto. Tutto ciò che è sotto la linea è ombra. Tutto ciò che è sopra è luce solare potenziale.

Perché la linea conta di più in inverno

Un orizzonte d'ombra non conterebbe se il sole fosse sempre alto sopra la testa. Non lo è. L'altezza del sole cambia enormemente nel corso dell'anno, ed è l'intera ragione per cui questa misura decide la tua resa.

A mezzogiorno solare l'elevazione del sole è pari a 90 gradi meno la differenza tra la tua latitudine e la declinazione del sole. La declinazione oscilla tra più 23,45 gradi al solstizio di giugno e meno 23,45 gradi al solstizio di dicembre. Per un sito a 50 gradi nord, all'incirca Francoforte o Praga, ciò dà un sole di mezzogiorno alto circa 63 gradi a giugno e solo circa 16 gradi a dicembre. È un'oscillazione di quasi 47 gradi tra le stagioni.

Ora il pericolo è evidente. A giugno il sole percorre alto il cielo e scavalca facilmente la maggior parte degli ostacoli. A dicembre si solleva appena dall'orizzonte, sfiorando basso il sud per poche ore prima di tramontare di nuovo. La fascia esatta di cielo in cui vive il sole invernale, bassa e verso sud, è proprio la fascia che alberi ed edifici hanno più probabilità di bloccare. Una fila di conifere che non proietta ombra sui tuoi pannelli d'estate può stare proprio davanti al sole di dicembre.

È per questo che un tetto può sembrare perfetto in un pomeriggio soleggiato di luglio e comunque rendere meno del previsto. Il test estivo passa. Il test invernale, quello che conta per un impianto attivo tutto l'anno, fallisce silenziosamente. Solo un orizzonte d'ombra misurato ti mostra entrambi insieme.

Dove sull'orizzonte il danno è peggiore

Non tutti gli ostacoli sono uguali. Un ostacolo a pieno nord di un sito nell'emisfero settentrionale non blocca quasi nulla, perché il sole non è mai nel cielo settentrionale durante le ore produttive. Il sole sorge a sud-est, sale attraverso il sud e tramonta a sud-ovest. Quindi le direzioni che contano sono all'incirca da sud-est (circa 135 gradi) passando per sud (180 gradi) fino a sud-ovest (circa 225 gradi).

Un albero o un edificio in quell'arco meridionale rimuove il sole nel mezzo della giornata, quando è più alto e più forte ed eroga più energia al minuto. Lo stesso oggetto posto a pieno est ti costa solo un po' di luce mattutina, più debole e più breve. È per questo che due tetti con la stessa quantità totale di verde attorno possono avere rese molto diverse. La posizione sull'orizzonte è tutto.

C'è una semplice regola pratica. Percorri prima il lato sud del punto. Se qualcosa lì raggiunge più di circa 20 gradi di elevazione, aspettati una vera perdita invernale. Se l'orizzonte meridionale è pulito sotto i 10 gradi, il sito è probabilmente buono, e puoi preoccuparti meno del disordine a nord e a est o ovest lontani.

• Arco sud (da 135 a 225 gradi): ogni grado di ostacolo qui costa di più, specialmente in inverno.
• Est e ovest (90 e 270 gradi): gli ostacoli costano luce mattutina o serale, una perdita minore e più stagionale.
• Nord (0 gradi): quasi irrilevante per i pannelli nell'UE, dato che il sole non splende mai da lì durante le ore utili.

Come l'hanno misurato i professionisti

Gli installatori solari misurano l'orizzonte d'ombra da anni, perché sanno che guida la resa. Due strumenti dominano il mestiere.

Il Solar Pathfinder è il classico a bassa tecnologia. È una cupola trasparente lucida posta sopra un diagramma stampato del percorso solare per la tua latitudine. Alberi ed edifici attorno appaiono come riflessi sulla cupola, e ovunque un riflesso attraversi un arco del percorso solare, quell'ora è in ombra. Poiché funziona per riflessione invece di attendere le ombre reali, può essere usato a qualsiasi ora del giorno con qualsiasi tempo. Costa all'incirca 300-350 USD, ma leggerlo con precisione richiede pratica e il risultato è buono solo quanto l'operatore.

Il Solmetric SunEye è la versione digitale. Usa una fotocamera fish-eye più una bussola elettronica e un inclinometro per catturare un panorama a 360 gradi, poi traccia automaticamente il profilo del cielo e sovrappone i percorsi solari per calcolare una percentuale di accesso solare. È veloce e preciso, ed esporta un profilo dell'orizzonte e un report PDF. È anche uno strumento professionale: il SunEye 210 è listato attorno a 2.195 USD. Quel prezzo ha senso per un installatore impegnato e nessun senso per chi possiede casa e controlla un solo balcone.

Entrambi gli strumenti dimostrano il punto: l'orizzonte d'ombra vale la pena di essere misurato come si deve. La barriera è sempre stata il costo e l'abilità, non il valore.

Inserire l'orizzonte in un calcolo di resa

Misurare il profilo del cielo è solo metà del lavoro. L'altra metà è trasformarlo in un numero di kilowattora, e lo strumento standard gratuito per questo in Europa è PVGIS, gestito dal Joint Research Centre della Commissione Europea.

PVGIS include già un orizzonte di default. Legge il terreno da un modello digitale di elevazione a circa 90 metri di risoluzione (dati a 3 secondi d'arco) e calcola come colline e montagne lontane ombreggino ciascun sito. Questo cattura la conformazione del terreno. Ciò che non può vedere è l'albero nel tuo giardino o la casa accanto, perché sono troppo piccoli e troppo locali per una griglia da 90 metri.

Qui entra in gioco la tua misurazione. PVGIS ti permette di caricare un file di orizzonte personalizzato. Il formato è semplice e rigoroso: un file di testo o CSV con un valore di elevazione per riga, dato in gradi, procedendo in senso orario partendo da nord. I valori si assumono equispaziati attorno all'intero cerchio, quindi 48 numeri significano una lettura ogni 7,5 gradi di direzione. Carica il tuo orizzonte d'ombra misurato e PVGIS ricalcola la resa con i tuoi ostacoli reali inclusi, mese per mese, e mostra l'elevazione del sole ai solstizi di giugno e dicembre così puoi vedere direttamente il problema invernale. All'improvviso la stima riflette il tuo punto, non un campo aperto idealizzato.

Solargis, PVsyst e altri pacchetti professionali accettano i profili di orizzonte allo stesso modo. La misurazione è portabile. Catturala una volta e potrai inserirla nel calcolatore di cui ti fidi.

Catturarlo con un telefono, gratis

La matematica e i calcolatori sono gratuiti e pubblici da anni. Il pezzo mancante era un modo accessibile per misurare il profilo del cielo sul posto, senza uno strumento da 2.000 USD o una cupola che richiede formazione per essere letta.

Un telefono moderno porta già i sensori giusti: una fotocamera, una bussola e sensori di movimento che tracciano esattamente dove sta puntando il telefono. La realtà aumentata li combina. Ti metti sul punto preciso, la tegola del tetto, la ringhiera del balcone, l'angolo di giardino, e fai scorrere il telefono attraverso il cielo. L'app registra l'angolo di elevazione del profilo del cielo a ciascuna direzione mentre procedi, costruendo lo stesso profilo dell'orizzonte che produrrebbe un SunEye, con hardware che già possiedi.

Questo è ciò che fa SunMeasure. Cattura l'orizzonte d'ombra sul punto esatto, poi lo combina con i dati di irraggiamento della località da fonti ufficiali come PVGIS, il Global Solar Atlas, Copernicus CAMS, DWD e NASA POWER per stimare la resa realistica e suggerire la migliore inclinazione e orientamento. Il punto non è l'app, però. Il punto è il concetto. Strumenti di mappe e satelliti come Project Sunroof o un Solarkataster modellano il tetto ma non possono vedere l'abete del vicino o il camino a tre metri di distanza. L'orizzonte d'ombra è l'unico input che solo una misurazione sul posto cattura, ed è spesso la differenza tra una buona stima e una sbagliata.

Impara a leggere la linea tra cielo aperto e cielo bloccato, presta la massima attenzione al sud e ricorda che il sole invernale è basso. Fallo, e capirai il singolo fatto geometrico che decide se un punto vale la pena di essere cablato.