Sistemi Sistemi fotovoltaici fotovoltaici concentraticoncentrati

Matteo BosioMatteo BosioAndrea AlbanoAndrea Albano

Sistemi CPVSistemi CPV

Gran parte del costo di un sistema fotovoltaico è dovuto all’elevato costo del silicio impiegato per le celle fotovoltaiche, che è difficilmente destinato a diminuire con l’aumento della produzione.

Il principio è semplice: visto che il silicio è la parte costosa del sistema e che la stessa cella fotovoltaica può teoricamente produrre più energia se esposta a flussi luminosi superiori, si impiega qualche sistema per concentrare molta luce solare su una ridotta quantità di celle fotovoltaiche di grande efficienza.

Sistemi Concentrati vs Sistemi Concentrati vs PannelliPannelli

Il concentratore giace in un piano ortogonale ai raggisolari durante l’intera giornata eliminando così il fattorecoseno che limita le performances dei sistemi statici piani.

Considerazioni inizialiConsiderazioni iniziali

Minor area di silicio.Minor area di silicio. Maggior efficienza Maggior efficienza

delle celle delle celle all’aumentare all’aumentare dell’intensità dell’intensità luminosa.luminosa.

Alte temperature Alte temperature di esercizio.di esercizio.

Necessità di Necessità di tracciamento tracciamento solare.solare.

VantaggiVantaggi SvantaggiSvantaggi

1. Sistemi a uno/due fuochi1. Sistemi a uno/due fuochi

Classificazione SistemiClassificazione Sistemi

2. Sistemi a più celle2. Sistemi a più celle

Sistemi a uno / due Sistemi a uno / due fuochifuochi

Sistemi a specchioSistemi a specchio Molteplicità di specchi piani per aver maggior Molteplicità di specchi piani per aver maggior

uniformità dell’area focale illuminata.uniformità dell’area focale illuminata. Inseguitore a 2 assi: il sole deve sempre trovarsi Inseguitore a 2 assi: il sole deve sempre trovarsi

lungo l’asse ottico del concentratore.lungo l’asse ottico del concentratore. Piccolo ricevitore Piccolo ricevitore

fotovoltaico nel fuoco del fotovoltaico nel fuoco del sistema ad alta sistema ad alta efficienza e affidabilità.efficienza e affidabilità.

Efficace sistema di Efficace sistema di raffreddamento: la raffreddamento: la temperatura deve temperatura deve mantenersi sotto i 90°C.mantenersi sotto i 90°C.

Sistema a bassa potenza Sistema a bassa potenza prodotta: 300Wpprodotta: 300Wp

Efficienza complessiva: Efficienza complessiva: 16%16%

Concentratore in vetroresina da 2,54mqConcentratore in vetroresina da 2,54mq

Sistemi DiSPSistemi DiSP Inseguitore a 2 assiInseguitore a 2 assi Capacità di fornire Capacità di fornire

elettricità o calore ad alte elettricità o calore ad alte temperaturetemperature

Sistemi BISCSistemi BISC Sistema FMDF (Fixed Mirror Sistema FMDF (Fixed Mirror

Distributed Focus )Distributed Focus )::la superficie la superficie emisferica rimane fissa e il emisferica rimane fissa e il sensore insegue il fuoco del sensore insegue il fuoco del sistemasistema

Sistemi relativamente piccoli e Sistemi relativamente piccoli e facilmente integrabili in strutture facilmente integrabili in strutture preesistenti (ad esempio tetti)preesistenti (ad esempio tetti)

Approccio dicroicoApproccio dicroico

Cerca di sfruttare differenti tipi di Cerca di sfruttare differenti tipi di semiconduttori, che convertono al semiconduttori, che convertono al meglio differenti lunghezze d’onda.meglio differenti lunghezze d’onda.

La radiazione viene divisa in due La radiazione viene divisa in due fasci: uno più ricco di infrarossi, che fasci: uno più ricco di infrarossi, che viene mandato al silicio, uno più ricco viene mandato al silicio, uno più ricco di visibile, che viene mandato di visibile, che viene mandato all’arseniuro di Gallio.all’arseniuro di Gallio.

Utilizzo di specchi Utilizzo di specchi particolari: uno particolari: uno specchio piano, e uno specchio piano, e uno dicroico leggermente dicroico leggermente inclinato.inclinato.

Sistema Dicroico (Univ. Ferrara)Sistema Dicroico (Univ. Ferrara)

Superficie riflettente: 1mq

Concentrazione: 196 soli

Separazione spettrale: 600nm

Celle in Si e InGaP

Tracker: 2 assi.

Sistemi a più celleSistemi a più celleRidgeRidge concentratorconcentrator

Sistema semplice che permette quasi di raddoppiare Sistema semplice che permette quasi di raddoppiare l’intensità della luce solarel’intensità della luce solare

Tracciatore solare a un solo asseTracciatore solare a un solo asse Unico svantaggio di questo sistema è la bontà degli specchi, Unico svantaggio di questo sistema è la bontà degli specchi,

che devono essere resistenti alle intemperie e altamente che devono essere resistenti alle intemperie e altamente riflettentiriflettenti

Concentrazioni di questo Concentrazioni di questo livello(1,6 soli) fanno si che livello(1,6 soli) fanno si che aumenti l’efficienza dei aumenti l’efficienza dei pannelli, senza che aumenti in pannelli, senza che aumenti in modo significativo la modo significativo la temperaturatemperatura

Sistemi a lenti di FresnelSistemi a lenti di Fresnel

Concentrazione Concentrazione radiazione fino a 250 radiazione fino a 250 solisoli

Basso costoBasso costo Inseguitore solare a 2 Inseguitore solare a 2

assiassi

Lenti di FresnelLenti di Fresnel L’obbiettivo è ottenere lenti leggere e poco

ingombranti.

Anelli di Fresnel: sezioni anulari concentriche ottenute frazionando la lente sferica

Sito Amonix in ArizonaSito Amonix in Arizona Amplificazione: 500 soli Area delle celle drasticamente ridotta Sistema di tracking semplificato Celle con elevata efficienza (26%)

PrismPrism concentratorconcentrator

Utilizzo di materiali oleograficiUtilizzo di materiali oleografici La riadiazione viene focalizzata selettivamente sulla La riadiazione viene focalizzata selettivamente sulla

cella fotovoltaica in zone dove l’assorbimento della cella fotovoltaica in zone dove l’assorbimento della cella è ottimizzato per quelle lunghezze d’ondacella è ottimizzato per quelle lunghezze d’onda

Solar trackerSolar tracker

Dispositivo Dispositivo meccanico per meccanico per l’inseguimento solarel’inseguimento solare

Si differenziano in Si differenziano in base ai gradi di base ai gradi di libertàlibertà

In base al tipologia di In base al tipologia di comando: digitale comando: digitale (basato su tabelle (basato su tabelle precompilate) o precompilate) o analogicoanalogico

Inseguitori a un grado di Inseguitori a un grado di libertàlibertà Inseguitori di tilt Inseguitori di tilt

per seguire il sole per seguire il sole nel suo movimento nel suo movimento stagionalestagionale

Inseguitori di rollio Inseguitori di rollio che seguono il sole che seguono il sole nel suo volgere nel suo volgere giornaliero (figura)giornaliero (figura)

Inseguitori a due gradi di Inseguitori a due gradi di libertàlibertà

Si prefiggono di allineare Si prefiggono di allineare perfettamente e in tempo reale perfettamente e in tempo reale l'ortogonale dei pannelli fotovoltaici l'ortogonale dei pannelli fotovoltaici con i raggi solari con i raggi solari

Tipologia di comando: inseguitori analogiciSensore principale composto da 4 celle PV

Sensore secondario formato da 2 celle pv

SitoSitohttp://http://optoelettronica.metid.polimi.itoptoelettronica.metid.polimi.it/Gruppi_di_lavoro/Albano_-_Bosio/Gruppi_di_lavoro/Albano_-_Bosio

Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzione Andrea Albano Andrea Albano

Matteo BosioMatteo Bosio