Nel secondo articolo della nostra rubrica incentrata sui tool di ArcGIS Pro utili a valutare aspetti e indicatori legati alla sostenibilità, affrontiamo il tema dell’energia solare e dell’efficenza energetica dei pannelli fotovoltaici.
All’interno di ArcGIS Pro, grazie al Solar Radiation Toolset è possibile effettuare delle analisi che permettono di mappare e analizzare gli effetti del sole su una specifica area in un dato periodo temporale.
Per approfondire altre possibilità offerte da ArcGIS Pro legate al tema della sostenibilità vi rimandiamo al primo articolo della rubrica, dove abbiamo approfondito i tools per l’analisi sulle isole di calore urbane.
Determinare la radiazione solare e l’efficienza energetica
L’esempio che vogliamo condividere oggi è il flusso che permette di determinare la quantità di energia elettrica potenziale erogata dai pannelli fotovoltaici per ciascun edificio, partendo dalla radiazione solare media che una determinata zona riceve in uno specifico lasso di tempo. Maggiore è la quantità di energia solare captata da un edificio, più elettricità potrà produrre se equipaggiato di pannelli.
I dati necessari per il processo sono il modello digitale della superficie (DSM) che fornisce informazioni sugli ostacoli (tra cui l’illuminazione pubblica e gli alberi ad alto fusto che possono creare zone d’ombra), sulla pendenza e sull’orientamento e una Feature Class vettoriale rappresentativa del perimetro dei tetti degli edifici. Questi dati possono essere recuperati da diverse fonti, come il Living Atlas di Esri o tramite i Geoportali nazionali e regionali accessibili ai cittadini, oppure ancora il progetto Tinitaly dell’Istituto Nazionale di Geologia e Vulcanologia.
Il flusso può essere distinto in quattro fasi principali, eseguibili attraverso l’elaborazione di diversi prodotti intermedi. Il risultato finale del processo sarà un dato poligonale con dei campi che quantificano la radiazione solare media e la potenza elettrica erogata in MWh per ogni edificio.
Fase 1: creare il layer dell’energia solare
Il primo step è l’ottenimento di un Solar Radiation Raster rappresentativo della quantità di radiazione solare che riceve un dato territorio in un lasso di tempo specifico. L’informazione viene calcolata per ogni cella attraverso il tool Area Solar Radiation e può essere espressa sotto forma di kWh per metro quadro.
I dati di input necessari sono il DSM, che fornisce l’estensione del raster solare e le informazioni relative agli elementi che possono fungere da ostacoli per la luce, e la Feature Class degli edifici da usare come area di ritaglio della mappa solare generata dal tool.
È sufficiente indicare solamente il range temporale di interesse, dato che le informazioni relative alla posizione del Sole e al suo movimento in un dato periodo vengono ricavate in automatico in base alla latitudine e alla longitudine del luogo.
Fase 2: valutare le aree e gli edifici ottimali per la posa dei pannelli
Dopo aver ottenuto il Solar Radiation Raster, il prossimo passaggio è individuare le aree ottimali per la posa dei pannelli fotovoltaici.
Fondamentale in primo luogo è la definizione dei criteri da valutare per la fase di posa e progettazione, come inclinazione massima dei tetti, energia solare minima al metro quadro, dimensionamento dei pannelli e orientamento.
Successivamente, per individuare quali sono le celle del raster (e di conseguenza quali edifici) che soddisfano gli aspetti desiderati, oltre al Solar Radiation Raster, è necessario generare il raster Slope (pendenza) e Aspect (esposizione) per l’area analizzata.
Nella nostra prova, dopo aver definito i criteri da soddisfare, abbiamo escluso i tetti troppi ripidi, quelli rivolti a nord e le aree con bassa radiazione solare media. Alla fine di queste elaborazioni abbiamo ottenuto un nuovo raster che comprende solamente celle che rispettano i criteri selezionati.
Fase 3: Individuare gli edifici migliori per la posa dei pannelli
Dopo aver definito quali sono le celle ottimali per la posa, si procede a calcolare il numero delle celle per ciascun edificio. In questo modo è possibile valutare quali sono gli edifici migliori per la posa dei pannelli (escludendo di conseguenza quelli con una superficie ottimale troppo ridotta) e la radiazione solare media che interessa annualmente ciascuna struttura.
Fase 4: convertire la radiazione solare in energia elettrica prodotta annualmente
Come ultimo step, partendo dal valore di radiazione solare media/annua per edificio e moltiplicandolo per dei coefficienti di efficienza e performance (specifici per il pannello fotovoltaico adottato) otteniamo il risultato finale del processo. Esso è un dato rappresentativo della quantità di energia elettrica annua potenzialmente prodotta dai pannelli fotovoltaici per edificio espressa in MWh, che può essere poi mostrato in mappa con una simbologia graduata in modo da valorizzare al meglio l’informazione.
Conclusioni
All’interno di questo articolo abbiamo visto come individuare le aree migliori per la posa dei pannelli fotovoltaici e come calcolare una stima dell’energia elettrica producibile in uno specifico range temporale.
Per gli utenti che volessero approfondire questo aspetto, vi rimandiamo al workflow di Esri Estimate solar power potential e vi invitiamo a contattarci alla mail gis@oneteam.it.
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Dennis Zammarchi
Archeologo preistorico di formazione con un orientamento alla fotogrammetria e alla cartografia, in One Team ricopro il ruolo di GIS Application Engineer. Fra le mie passioni ci sono la lettura, la zoologia, la storia e la cinematografia. Nel tempo libero mi piace molto visitare nuovi luoghi per imparare più cose possibili sul mondo. |
