Nell’ambito delle attività di ricerca finalizzate ad incrementare l’efficienza dei sistemi fotovoltaici a concentrazione (CPV), ci si è posto l’obiettivo di trovare delle soluzioni adeguate a favorire l’utilizzo di sistemi CPV in ambito architettonico-residenziale, con due approcci differenti.
Il primo approccio è relativo allo sviluppo di un nuovo concetto di modulo ibrido CPV/PV dotato di un sistema di inseguimento planare basato su attuatori a memoria di forma SMA. In questo modo è possibile ridurre i costi, il peso e gli ingombri dell’inseguitore rispetto ai sistemi CPV convenzionali. Utilizzando le tecniche ed i dispositivi già sviluppati da RSE per il controllo di precisione degli attuatori SMA, è stata realizzata una nuova unità funzionale di modulo ibrido che integra il sistema d’inseguimento planare. Sulla parte frontale del modulo sono state posizionate quattro lenti che focalizzano sulle celle CPV l’irraggiamento solare diretto e dodici celle PV per la conversione dell’irraggiamento solare globale.
Sono stati svolti dei test indoor per ottimizzare alcuni parametri del sistema di controllo dell’inseguitore solare planare, al fine di massimizzare la precisione e limitare i consumi. La sperimentazione outdoor di tale sistema d’inseguimento ottimizzato ha dimostrato che gli spot concentrati dalle lenti si mantengono all’interno dell’area delle celle CPV nell’intervallo di angoli di incidenza previsti dal sistema ottico.
Il secondo approccio consiste nella realizzazione di un sistema ottico prismatico compatto a più unità ottiche per modulo ad alta concentrazione (micro-concentratore). Si è dapprima ottimizzata la forma e sono state realizzate alcune versioni prototipali in vetro del micro-concentratore, successivamente è sono stati compiuti i test in campo per misurarne le prestazioni.
La geometria sviluppata con il concentratore di forma prismatica ha dimostrato la sua efficacia nell’ottenere elevati fattori di concentrazione abbinati ad alte efficienze di trasmissione luminosa con uno spessore dell’ottica pari a circa 4 cm. L’efficienza di trasmissione luminosa ottenuta è pari all’80% in assenza dello strato di “index matching”, utilizzato per raccordare l’indice di rifrazione del concentratore in vetro a quello della sottostante cella fotovoltaica, mentre la concentrazione raggiunta in quel caso è stata di 350 soli. In presenza dello strato di “index matching”, è stato calcolato che è invece possibile ottenere un’efficienza ottica maggiore del 90% con un fattore di concentrazione di 400 soli ed un’accettanza angolare prossima a ±2°.