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rapporti - Deliverable

Sviluppo di moduli fotovoltaici ad inseguimento planare e sistemi ottici per alta concentrazione

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Sviluppo di moduli fotovoltaici ad inseguimento planare e sistemi ottici per alta concentrazione

Il rapporto descrive soluzioni innovative per il controllo di un sistema ad inseguimento solare planare azionato da attuatori a memoria di forma, che verrà integrato all’interno di un modulo ibrido CPV/PV. Viene inoltre descritto il progetto dell’ottica per il modulo ibrido realizzata con un’accettanza angolare di 10°. Vengono infine mostrati i risultati delle caratterizzazioni prestazionali del concentratore prismatico compatto a singola unità ottica sviluppato da RSE.

Le attività di ricerca sono state finalizzate a individuare soluzioni innovative per incrementare l’efficienza dei sistemi fotovoltaici a concentrazione (CPV) e per individuare soluzioni adeguate a favorire l’utilizzo di sistemi a concentrazione sia in ambito utility scale che per l’integrazione in edifici in ambito architettonico-residenziale; sono quindi stati adottati due approcci distinti tra loro.
Il primo approccio è relativo allo sviluppo di un nuovo concetto di modulo CPV/PV ibrido dotato di un sistema di inseguimento solare economico, preciso ed affidabile, integrato all’interno del modulo stesso. Nel modulo CPV/PV, il sistema ottico di concentrazione è posizionato su un piano fisso, mentre le celle CPV, di area pari a 9 mm2, sono installate su un piano mobile che può traslare al suo interno, parallelamente al piano dell’ottica. La prerogativa dell’inseguitore di RSE è l’utilizzo di attuatori a memoria di forma che, rispetto agli usuali motori elettrici, offrono costi e pesi decisamente inferiori oltre una maggiore affidabilità, ma che hanno delle difficoltà di controllo dovute al loro comportamento non lineare. Nella Linea di Attività 1.03 di questo progetto è stata realizzata una prima versione del sistema di controllo che ha raggiunto dei risultati di precisione promettenti ma non ancora idonei all’allineamento delle celle CPV. In questa LA il sistema di controllo è stato migliorato attraverso lo sviluppo un nuovo sensore di puntamento solare a risoluzione più elevata, la modifica del sistema meccanico e l’ottimizzazione dell’algoritmo di controllo. La sperimentazione del nuovo prototipo ha dimostrato che è possibile ottenere una precisione di ±0,1 mm su un campo di spostamenti di +/-30 mm, con conseguente possibilità di utilizzo di sistemi ottici con fattore di concentrazione fino a 400 soli dotati di focali dell’ordine di alcuni centimetri. Lo sviluppo del sistema ottico di concentrazione per il modulo CPV/PV ibrido, nella presente linea di attività, ha subito diverse revisioni in funzione dell’adeguamento alle prestazioni via via ottenute con il sistema d’inseguimento. Il concentratore finale consiste in una lente pianoconvessa a profilo sferico con accettanza angolare di 10°.
Il secondo approccio riguarda la riduzione dello spessore del modulo CPV ad alta concentrazione per l’utilizzo in impianti medio-grandi. Nella LA1.03 di questo progetto erano già state ideate, studiate e simulate alcune nuove configurazioni ottiche in grado di ridurre a 5÷6 cm lo spessore del concentratore solare pur mantenendo un elevato livello di concentrazione (superiore a 400 soli). In questa LA si è provveduto a realizzare una prima versione del concentratore a spessore ridotto (micro-concentratore) e a misurarne le effettive prestazioni. Il prototipo di concentratore realizzato ha una dimensione verticale di circa 54 mm e un’apertura di uscita di 1×1 mm. La caratterizzazione del prototipo ha mostrato un fattore di concentrazione di 412 soli e un’efficienza di trasmissione luminosa del 78%. La trasmissione luminosa e l’efficienza ottica ottenute sono congruenti con quelle previste in fase di simulazione per il materiale utilizzato.

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