Nell’ambito dell’attività di Ricerca di Sistema svolte nel PAR 2014 è stato realizzato un sistema di otto nuovi moduli fotovoltaici prototipali a concentrazione contenenti 32 celle solari e di 4 moduli con 4 celle solari che hanno elevate prestazioni, quali un fattore di concentrazione solare superiore a 840 soli ed efficienze massime di 31,5% e 32%, rispettivamente per i moduli a 32 e 4 celle. L’efficienza di raccolta della radiazione solare dei sistemi ottici contenuti nei moduli è superiore a 82%. E’ stata inoltre ottimizzata la Test Facility di RSE per la caratterizzazione di moduli fotovoltaici a concentrazione,realizzando telai basculanti motorizzati posti sulla vela dell’inseguitore solare su cui alloggiare i moduli, che permette di garantire l’allineamento preciso e contemporaneo dei singoli moduli installati, oltre a misure accurate dell’angolo di accettazione dei moduli.

Le attività di ricerca principali svolte nel periodo di riferimento sono riassunte nei seguenti punti:

• caratterizzazione outdoor dei moduli fotovoltaici realizzati nel PAR 2014 allo scopo di confrontarne le prestazioni e verificarne l’affidabilità nel tempo;
• approfondimenti sulla metodologia per lo studio degli effetti di sporcamento di moduli fotovoltaici a concentrazione;
• studio dei disallineamenti dei moduli fotovoltaici dovuti a deformazioni della vela dell’inseguitore solare;
• sviluppo di un sistema di puntamento automatico dei telai basculanti per l’orientamento dei moduli CPV e misure accurate dell’angolo di accettazione dei moduli, confronto tra diverse strategie di controllo dell’inseguitore solare;
• pre-industrializzazione del sensore di puntamento solare brevettato da RSE.

Dalla caratterizzazione outdoor sono emersi fenomeni di degrado dei moduli che hanno manifestato una perdita di potenza media in Condizioni Standard di Temperatura (STC) compresa tra il 14% ed il 32%. Dalle prime indagini effettuate su un solo modulo, è stato verificato che le ottiche introducono unaperdita del 3%, che si elimina dopo la loro accurata pulizia. Il vetro invece anche dopo la pulizia introduce una perdita di trasparenza che vale circa 1.2%. Le perdite sulle celle solari e le perdite dovute ai differenti valori di corrente da esse generati (fenomeno noto come mismatch elettro-ottico oombreggiamento parziale) costituiscono la fonte principale di degrado. Le ragioni del degrado delle celle sembra siano imputabili alle elevate temperature alle quali hanno operato specialmente nei mesi estivi e a fenomeni di condensa verificatesi nei mesi invernali, ma ulteriori analisi sono necessarie per confermare queste cause.

E’ stata ottimizzata la metodologia per lo studio dello sporcamento dei moduli già sviluppata durante il PAR 2014. Si è dimostrato che essa è applicabile anche qualora non si conosca con esattezza la banda spettrale delle sottocelle del modulo. Il metodo è stato, quindi, applicato sullo stesso modulo già caratterizzato l’anno precedente nel periodo da giugno 2015 a fine ottobre 2015. Lo studio mostra che lamassima perdita di corrente, verificatesi alla fine di luglio dopo un mese di assenza di precipitazioni, è del 6%; le successive precipitazioni di fine luglio hanno ripulito parzialmente il modulo che ha comunque mantenuto una perdita compresa tra il 3% e il 4% fino a settembre. Le successiveprecipitazioni autunnali hanno ridotto la perdita a fine ottobre a poco più dell’1.5%.

Le prove sperimentali per lo studio della deformazione della vela, effettuate in un periodo di circa 2 mesi, hanno evidenziato che il piano del sensore di puntamento esterno al modulo si è deformato introducendo circa 1° di errore rispetto al piano di puntamento del modulo. Ciò dimostra quindil’importanza di guidare un inseguitore solare con un sensore interno al modulo. Gli errori medi di azimuth dei moduli si mantengono nell’intervallo (-0.2°,+0.2°); gli errori di elevazione di 7 moduli su 8 si mantengono nel range (-0.1°+0.1°), mentre un modulo manifesta un incremento dell’errore dielevazione di circa 0.4°. I telai basculanti, tuttavia, possono influenzare le misure perché potrebbero essi stessi avere piccoli cedimenti che rendono indistinguibile la reale deformazione della vela. Il limitato periodo di osservazione non è sufficiente per trarre conclusioni definitive, ma d’altra parte non è stato possibile effettuare delle prove più lunghe data l’esigenza di mantenere i moduli allineati al meglio per la concomitante attività caratterizzazione che è stata svolta. Per ottenere uno studio più accurato ènecessario posizionare sensori di puntamento direttamente sulla vela dell’inseguitore solare ed acquisire i dati per lunghi periodi (diversi mesi).

Il controllo automatico dei piani basculanti è stato sviluppato per ottenere una soluzione ottimale per gli scopi di caratterizzazione dei moduli, e dati i costi dei telai, non si ritiene applicabile a un sistema commerciale. Il controllo dell’inseguitore basato su un sensore interno al modulo è invece la soluzioneconsigliabile per i sistemi commerciali. Tale soluzione è sicuramente migliore rispetto a quella basata sul controllo che utilizza i sensori installati sul telaio dell’inseguitore solare , ed, in base ai dati di deformazione della vela, si possono adottare diverse strategie di controllo, tra cui, , ad esempio, quelle basate sulla media degli errori di puntamento dei sensori.

E’ stata progettata, realizzata e caratterizzata una nuova scheda elettronica del sensore di puntamento solare integrato nei moduli che ha dimensioni e costi di produzione inferiori rispetto a quella preesistente. E’ stata migliorata la logica di controllo implementata nel microcontrollore allo scopo di aumentare la rapidità della misura del sensore.