Metodologie innovative per il supporto alla progettazione e all’analisi delle prestazioni di impianti ad energia solare a concentrazione ed eolici off-shore utilizzando immagini satellitari ottiche e SAR

In this work we present new methodologies aimed to support both planning and near-real-time monitoring of new generation solar and wind energy plants (CSP, CPV and wind off-shore) using satellite imagery. Such methodologies are currently being developed in the scope of SATENERG, a project funded by ASI (Italian Space Agency). In particular, for what concerns the concentrating solar energy plants (CSP and CPV) we developed a method to calculate solar irradiance at ground (and its direct normal component, that has primary importance in this type of plants) starting from satellite optical images. Then, using also detailed opto-electronic models of the plants and inverters, we are able to calculate the producible energy, which can be used to support either the design of potential plants (using historical series of satellite images) or the monitoring and performance analysis of existing plants (using near-real- time satellite imagery). Producible energy and other interesting parameters, like production efficiency, return on investment etc., are delivered through dedicated web services. In a similar way, we developed also a method to calculate the intensity and the direction of off-shore wind from satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) images that permitted us, together with detailed models of wind turbine and inverters, to develop a new service in support to both planning and near-real-time monitoring activities of off-shore wind plants. The first applications of these methods gave successful results in several test cases: we obtained a maximum error of 10% for satellite retrieved direct normal solar irradiance and a maximum error of 15% for wind direction and intensity calculated from SAR images (with respect to in-situ measured data).

In questo lavoro presentiamo delle nuove metodologie, sviluppate nell’ambito del progetto SATENERG (Servizi sATellitari per le ENergie Rinnovabili di nuova Generazione) finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana, sia per il supporto alla progettazione/pianificazione che per il monitoraggio quasi in tempo reale e l’analisi delle prestazioni degli impianti ad energia rinnovabile di nuova generazione (CSP, CPV ed eolici off-shore) utilizzando immagini satellitari. In particolare per quanto riguarda gli impianti solari a concentrazione (CSP e CPV), abbiamo sviluppato un metodo per ricavare l’irradianza solare incidente al suolo (in particolare la sua componente diretta normale rispetto ai raggi solari, fondamentale per questo tipo di impianti) da immagini ottiche satellitari. Ciò, unito ad un modello di funzionamento di tali impianti e degli inverter, ci ha resi in grado di poter sviluppare un servizio di supporto nella progettazione e pianificazione di nuove costruzioni di impianti CSP e CPV (analizzando serie storiche di dati satellitari) ed anche un servizio di monitoraggio e analisi delle prestazioni per quelli già esistenti (usando invece immagini satellitari quasi in tempo reale). In maniera simile, usando immagini SAR (Synthetic Aperture Radar), abbiamo sviluppato un metodo per ricavare l’intensità e la direzione del vento in aree marine da remoto che ci ha permesso, utilizzando anche un modello di impianto eolico off-shore (turbina e inverter), di sviluppare sia un servizio di supporto alla progettazione/pianificazione che un servizio di monitoraggio quasi in tempo reale della produzione di un impianto eolico off-shore. Le prime applicazioni di queste nuove metodologie hanno già portato ad avere ottimi risultati in vari casi di prova sia per quanto concerne il monitoraggio dell’irradianza diretta su piano normale, in cui l’irradianza misurata e quella ricavata da dato satellitare non si sono discostate più del 10%, sia per quanto riguarda il calcolo dell’intensità e direzione del vento da immagini SAR, in cui l’errore rispetto al dato misurato è rimasto al di sotto del 15%, fornendo quindi una buona base per il monitoraggio della energia AC prodotta dagli impianti.