Csp Ing. Miceli

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European UnionSustainable Energy Week

11-15 April 2011

SISTEMA IBRIDO FOTOVOLTAICO TERMICO A CONCENTRAZIONE

V-TROUGH AD INSEGUIMENTO SOLARE

Prof. Rosario Miceli15 Aprile 2011

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Le attività

Sistemi di controllo sensorless

Automazione per energy management

Sistemi ad Idrogeno basati su fuel cell

Sistemi di conversione fault-tolerant innovativi

Wind generation

Modellizzazione, calcolo della producibilità e gestione ottimale dei campi fotovoltaici

Gestione intelligente dei carichi domestici e loro integrazione con sistemi di generazione da fonti rinnovabili

Sistemi ibridi solare fotovoltaico - termico a concentrazione

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Tra le principali tecnologie a concentrazione della radiazione solare oggi le più promettenti sono: • point focus;• line focus;• dense arrays;• RXI;• micro reflective dishes;• sistemi a specchi parabolici con filtri dicroici;• v-trough concentrators.

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Tecnologia point focus

generalmente realizzate in materiale acrilico, con coefficiente di trasmissione tra l’80% e il 95% con un ampio intervallo spettrale (400-1100 nm).

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Tecnologia line focusI sistemi line focus possono fare uso di lenti senza immagine e vengono utilizzati anche con inseguitori a singolo asse. La criticità dei sistemi che fanno uso di ottiche rifrattive, come i sistemi point focus e line focus, risiede nella necessità di dover controllare l’aberrazione cromatica, ovvero la focalizzazione della luce a diverse lunghezze d’onda in punti focali differenti.

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Dense arrays

I sistemi dense arrays fanno uso di specchi parabolici per concentrare la luce sulle celle solari aventi una dimensione maggiore a quelle utilizzate nei sistemi point focus e line focus. Le celle sono disposte una accanto all’altra e per tale motivo si rende necessario un sistema di raffreddamento di tipo attivo.Tali sistemi consentono di ottenere potenze elevate e non presentano problemi di aberrazione cromatica; di contro, nella lavorazione degli specchi è necessaria una maggiore precisione di quella richiesta per le lenti dei sistemi point focus.

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Sistemi RXI

I sistemi RXI sono dei sistemi a concentrazione ibridi essendo costituiti sia da un’ottica rifrattiva che riflettente.Tali sistemi permettono di raggiungere fattori di concentrazione elevati (fino a 1000 soli) e, utilizzando ottiche senza immagine, permettono l’impiego di sistemi di inseguimento meno precisi.Attualmente questi sistemi presentano delle uniformità di illuminazione sulle celle solari non ottimali e richiedono ancora dei miglioramenti nell’ottica di focalizzazione

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I sistemi micro reflective dishes I sistemi micro reflective dishes sono costituiti da un insieme di specchi parabolici di piccola dimensione ognuno dei quali concentra la luce solare su una singola cella.Con tali sistemi non sono necessari sistemi di raffreddamento di tipo attivo, inoltre la tecnica di costruzione degli specchi risulta meno complessa rispetto a quella utilizzata per i sistemi dense arrays e risulta più facile anche il puntamento del sole.Di contro consentono fattori di concentrazione minori rispetto ai sistemi dense arrays.

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I sistemi a concentrazione a specchi parabolici con filtri dicroici

I sistemi a concentrazione a specchi parabolici con filtri dicroici consentono di ottimizzare la raccolta della luce solare diminuendo i problemi legati alla dissipazione del calore attraverso l’impiego di filtri dicroici. Tali filtri permettono di suddividere la luce solare in due principali regioni spettrali, una nell’infrarosso ed una che va dal visibile all’ultravioletto.

Quando questi filtri vengono abbinati a degli specchi parabolici è possibile inviare le diverse regioni spettrali su gruppi di celle differenti, ognuno capace di raccogliere in modo ottimale lo spettro incidente.

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I sistemi v-trough

I sistemi v-trough utilizzano semplici specchi ai bordi dei pannelli convenzionali. Il loro nome deriva dalla configurazione geometrica degli specchi, il cui prolungamento forma il profilo appunto di una v. In questo caso la realizzazione dei sistemi a concentrazione è estremamente semplificata, di contro il fattore di concentrazione ottenibile è basso (circa due soli).

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La concentrazione di radiazione solare che deve essere raggiunta su ogni cella è pari a 2,8 soli. Essendo la concentrazione C pari al rapporto tra la superficie dell’apertura del concentratore e la superficie del ricevitore, per una concentrazione di 2,8 soli, la superficie dell’apertura del concentratore deve essere pari al prodotto della concentrazione per la larghezza del ricevitore “a” scelta (14 cm). Quindi la larghezza dell’apertura “A” è pari a 39,2 cm.L’angolo di inclinazione Ψ degli specchiè stato calcolato utilizzando la seguente relazione :

C ≥ 1+2 cos2Ψ.

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Per il valore del fattore di concentrazione desiderato di 2,8 l’angolo Ψ sarà pari a circa 13°. Il valore di “d” calcolato con la seguente relazione:

d = a (C-1)/(2 senΨ)è uguale a 56 cm.


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Vista delle strutture metalliche che sorreggono gli specchi per la concentrazione


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Vista completa della struttura del sistema a concentrazione con i relativi specchi, le celle, il sistema di circolazione dell’acqua


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Superficie di dissipazione in rame con tubi saldati inferiormente

Disposizione del sistema di tubi in rame entro cui far scorrere l’acqua per lo scambio di calore


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Assemblaggio del modulo fotovoltaico “sandwich”, col sistema di scambio termico, l’isolatore termico e l’involucro esterno


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D.I.E.E.T.

Visione finale tridimensionale del prototipo ibrido fotovoltaico termico


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Domanda di deposito RM2009A000459

CCIAA di deposito: Roma

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