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Sviluppo di ottiche innovative per alta e bassa concentrazione e caratterizzazione elettrottica di celle fotovoltaiche a multigiunzione

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Sviluppo di ottiche innovative per alta e bassa concentrazione e caratterizzazione elettrottica di celle fotovoltaiche a multigiunzione

La ricerca è stata indirizzata su due filoni che concorrono allo sviluppo dei sistemi fotovoltaici ad alta e bassa concentrazione solare, sia con riferimento alla diffusione dei sistemi fotovoltaici in ambitoresidenziale (building integration) che allo sviluppo di adeguati sistemi di caratterizzazione elettroottica di celle a multi-giunzione di nuova generazione. Sono state valutate tecniche ottiche per la concentrazione e l’inseguimento del disco solare. E’ stato realizzato un sistema per la polarizzazione luminosa nella misura di risposta spettrale di celle a 4giunzioni.

La ricerca condotta nel PAR2018 è stata indirizzata su due filoni che concorrono allo sviluppo dei sistemi fotovoltaici a concentrazione, sia con riferimento alla diffusione dei sistemi fotovoltaici in ambito residenziale (building integration) che allo sviluppo di adeguati sistemi di caratterizzazione per celle a multi-giunzione di nuova generazione.

Nei concentratori solari di tipo convenzionale il sistema ottico che opera la concentrazione ha la necessità di essere costantemente mantenuto perpendicolare al sole.

Questa ulteriore ricerca si è posta l’obiettivo di sviluppare una nuova configurazione ottica per la concentrazione solare che non richiedesse l’utilizzo di alcuna movimentazione attiva del concentratore per inseguire la traiettoria del disco solare. E’ possibile ottenere l’effetto d’inseguimento per mezzo di configurazioni ottiche abbinate all’utilizzo di materiali opportuni. Nello specifico in questa fase è stata compiuta una ricerca bibliografica volta ad indentificare configurazioni di concentratori in grado di operare con innovative tecniche di inseguimento ottico.

Per quanto riguarda l’attività di caratterizzazione elettroottica di celle fotovoltaiche a multigiunzione il sistema della misura di risposta spettrale/efficienza quantica, messo a punto in precedenza da RSE, è stato modificato per realizzare un sistema opto-meccanico in grado di caratterizzare celle fotovoltaiche a 4 giunzioni che rappresentano l’evoluzione delle attuali celle a tripla giunzione ed in futuro garantiranno un aumento dell’efficienza di conversione.

La ricerca è consistita nella realizzazione e prova del sistema di polarizzazione luminosa per la misura della risposta spettrale/efficienza quantica di celle a fotovoltaiche a 4 giunzioni.

Grazie all’evoluzione tecnologica avutasi nell’arco di tempo trascorso dalla prima selezione, sono state identificate nuove sorgenti adatte a sostituire quelle non conformi. Dopo un’attenta analisi delle loro proprietà ottico-elettriche si è provveduto ad approvvigionarle e verificarne le prestazioni. Si è quindi proceduto con il progetto e la realizzazione della scheda elettronica per il loro controllo e posizionamento all’interno dello strumento. Inoltre, poiché è stato constatato che per la polarizzazione della quarta giunzione non è possibile utilizzare i LED, è stata necessario aggiungere una sorgente luminosa a Laser.

Il nuovo sistema è stato testato dimostrando la possibilità di compiere misure su celle a multi-giunzione e la congruenza dei risultati con quelli ottenuti in precedenza. Nelle relative bande spettrali le nuove sorgenti sono in grado di raggiungere, e nella maggior parte dei casi superare, l’intensità equivalente all’illuminazione di un sole (1000W/m2) richiesta dalle norme per queste misure, e di ridurre di oltre il 50% il rumore presente sulle misure, quindi aumentarne la precisione e la ripetibilità.

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