Introduzione: l’importanza della termografia nel bilanciare irraggiamento e ombreggiatura stagionale

Nel contesto urbano italiano, il posizionamento termografico dei pannelli fotovoltaici richiede un’ottica sofisticata che superi la semplice orientazione a latitudine fissa. La chiave per massimizzare la produzione annua risiede nella capacità di modellare con precisione l’interazione tra ombre stagionali, configurazioni del tetto inclinato e riflessività dei materiali circostanti. La termografia, integrata con analisi geometriche avanzate, permette di identificare con esattezza le zone di ombreggiatura variabile, soprattutto in contesti densamente edificati dove gli edifici adiacenti e la riflettività delle superfici bianche modificano dinamicamente l’irraggiamento disponibile.

Il calcolo dell’angolo ottimale di installazione non può limitarsi a un valore fisso, poiché la declinazione solare annuale e l’evoluzione geometrica delle ombre richiedono un approccio personalizzato. Per approfondire, si fa riferimento al Tier 2 Metodo A-B e modellazione termo-geometrica avanzata, dove si evidenzia come l’inclinazione strutturale debba integrarsi con la variazione stagionale dell’altezza solare per evitare perdite termiche e massimizzare il guadagno energetico.

Fondamenti: dalla mappatura termica alla definizione dell’inclinazione strutturale

La termografia aerea e a terra, acquisita in più periodi stagionali (mezzogiorno d’estate e inverno), rivela con precisione le ombre proiettate dai tetti circostanti e dalle strutture adiacenti, distinguendo chiaramente zone fisse (ombre strutturali) da quelle dinamiche (vegetazione, nuvole). Questa mappatura è fondamentale per determinare le “zone di ombreggiatura critica” dove l’irraggiamento è ridotto del 30-50% in inverno, influenzando la resa del sistema fotovoltaico.

Per calcolare l’angolo ottimale, si parte da una formula geometrica che lega la latitudine locale (es. 38°N per Roma) alla declinazione solare giornaliera:
\[
\theta_{\text{ott}} = \text{latitudine} \pm (\alpha_{\text{sol}} \cdot \cos(\gamma))
\]
dove \(\alpha_{\text{sol}}\) è l’angolo di inclinazione strutturale del tetto e \(\gamma\) è l’angolo di inclinazione tra raggio solare e perpendicolare al piano del tetto. Questa formula assume che il pannello sia orientato per intercettare il massimo coseno dell’incidenza solare in fase di massima irradiazione, ma deve essere bilanciata con l’esposizione invernale.

L’ombrege da edifici vicini riduce l’efficienza fino al 20% se non considerata; per correggerlo, si utilizza la “mappatura termo-ombreggiamento” 3D, che sovrappone dati fotogrammetrici a modelli GIS per simulare l’evoluzione ombreggiatura mensile e stagionale.

Fase 1: raccolta dati ambientali e geometrici per l’analisi termo-geometrica

La raccolta dati richiede una strategia multi-temporale e multi-sensoriale. Si consiglia di effettuare scansioni termiche con droni dotati di telecamere termiche ad alta risoluzione (es. FLIR E86 o equivalenti) durante le ore centrali (10–14) in estate e inverno, per cogliere le differenze di temperatura tra zone esposte e ombreggiate.

Un processo passo dopo passo:
1. **Acquisizione dati stagionali**: registrare immagini termiche in estate (massima irradiazione) e in inverno (minima irradiazione), con almeno 3 acquisizioni per mese.
2. **Mappatura ombre dinamiche**: scattare foto a mezzogiorno in estate e inverno, misurando delta T tra superfici ombreggiate e esposte (target: differenze ≥ 5°C).
3. **Georeferenziazione 3D**: utilizzare software GIS (es. QGIS con plugin 3D Analyst) per sovrapporre le ombre proiettate su modelli BIM o CAD del tetto, calcolando profondità e angoli di ombreggiamento.

Esempio pratico: un tetto inclinato al 30° a Milano (latitudine 45.46°N) mostra in inverno un’ombra proiettata che copre 40% della superficie tra le 10 e le 15, riducendo l’irraggiamento medio del 27%. Questa informazione è cruciale per calibrare l’angolo dei pannelli.

Fase 2: modellazione 3D e calcolo del fattore di irraggiamento effettivo

Il cuore della metodologia Tier 2 è la costruzione di un modello 3D preciso del tetto, integrando inclinazione strutturale, quota di montaggio (tipicamente 0.6–1.0 m sopra il piano del tetto) e angolazione ottimale personalizzata.
Utilizzando software come PVsyst o Solmetric SunEye, si simula l’ombreggiamento dinamico con precisione geometrica, calcolando l’irraggiamento orario e giornaliero per ogni stagione.

Un passaggio chiave è l’applicazione del metodo A-B, che definisce un “punto di compromesso” tra esposizione estiva ottimale e ombre invernali:
\[
\theta_{\text{comp}} = \theta_{\text{strutturale}} \pm \Delta\theta_{\text{ombra}}
\]
dove \(\Delta\theta_{\text{ombra}}\) è calcolato con la cosinus law:
\[
\cos(\theta_{\text{ombra}}) = \frac{\cos(\delta) \cdot \cos(\theta_{\text{strutturale}}) + \cos(\phi) \cdot \cos(\beta)}{\sin(\delta) \cdot \sin(\theta_{\text{strutturale}})}
\]
con \(\delta\) angolo di declinazione solare, \(\phi\) latitudine e \(\beta\) inclinazione del pannello.

Per integrare riflessi (albedo), si applica un coefficiente di riflessività medio di 0.25–0.35 per pavimenti e facciate bianche, incrementando l’irraggiamento ricevuto di circa il 5–10% in fase di analisi termo-ottica.

Tabella 1: Confronto tra irraggiamento stimato con e senza riflessività in un tetto a Milano (38°N)

| Condizione | Irraggiamento orario (W/m²) | Note |
|———————|—————————-|———————————|
| Senza riflessività | 820 (est) / 310 (inverno) | Ombre strutturali riducono output |
| Con riflessività | 875 (est) / 340 (inverno) | Riflesso incrementa irradiazione |

Fase 3: ottimizzazione dell’angolo dinamico in contesti urbani complessi

Il calcolo finale dell’angolo ottimale non è unico ma funzionale alla stagione e alla geometria del tetto. La formula base rimane simile a quella Tier 2, ma con regolazione attiva dell’inclinazione:

\[
\theta_{\text{ott}} = \text{latitudine} + \alpha_{\text{stagionale}} \cdot \text{sign}(\cos(\gamma))
\]
dove \(\alpha_{\text{stagionale}}\) varia tra +15° (inverno) e -15° (estate), in base all’angolo di incidenza solare.

Per un tetto inclinato al 30°, in inverno un’angolazione fissa di 30° riduce l’irraggiamento di circa il 12%, mentre un sistema regolabile di +/- 15° aumenta la produzione annua del 14–18%, come confermato da studi su edifici a Roma e Bologna.

La regolazione manuale o automatizzata (con strutture motorizzate) permette di mantenere l’angolo di incidenza solare ottimale, riducendo le perdite termiche per auto-ombreggiatura interna e migliorando il bilancio energetico complessivo.

Esempio pratico: un sistema regolabile con sensori solari e controllo via app consente di aggiustare l’inclinazione ogni 3 mesi, ottimizzando l’output stagionale.

Tabella 2: Produzione annua stimata in base all’angolo ottimale in un tetto milanese (38°N)

| Angolo strutturale | Ombreggiamento invernale (%) | Produzione annuale (kWh) | Regolazione consigliata |
|——————–|——————————|————————–|——————————-|
| 25° | 18% | 9.