Studio e sviluppo di sistemi solari a concentrazione

In questo lavoro, svolto durante i tre anni di dottorato, viene presentato lo studio dei sistemi fotovoltaici e termici a concentrazione. Nella prima parte della tesi, si sono messe a confronto gli effetti delle ottiche secondarie sulle prestazioni delle celle fotovoltaiche a tripla giunzione tramite un banco di prova indoor ed outdoor. Le celle fotovoltaiche utilizzate sono a tripla giunzione III-V di forma circolare con una superficie attiva di 4,15 mm2. Le celle fotovoltaiche 3J testate hanno differenti substrati, Insulated Metal Substrate (IMS) e Direct Bonded Copper (DBC). Le ottiche utilizzate sono costituite, da una lente Fresnel come ottica primaria, utilizzata solo nel banco outdoor, due ottiche secondarie rifrattive (RTP) realizzate in materiale dielettrico. La massima efficienza raggiunta durante i test è circa il 30%, nel banco indoor, e del 17% nel banco outdoor a causa della bassa efficienza della lente Fresnel. Inoltre, sono state monitorate le prestazioni di due impianti CPV da 3,5 kWp, in condizioni di funzionamento reali. Il rendimento elettrico ha fatto registrare un massimo pari al 31% ed una potenza pari a 2,7 kW. Inoltre si è valutato l’effetto dello sporco: una lente Fresnel pulita permette di produrre circa il 19% di potenza in più ed un’efficienza maggiore del 5%, a parità di DNI. Il sistema d’inseguimento, nel caso peggiore, ha commesso un errore pari a 0,26°, inferiore all’angolo di accettanza delle ottiche (0,4°). Contemporaneamente, è stata eseguita una campagna sperimentale su un sistema solare termico a concentrazione da 2,5 kWt. L’impianto ha fatto registrare una produzione massima giornaliera pari a 22,5 kWh con un’efficienza massima del 71,7%. Infine tramite un modello numerico, sviluppato per supportare la progettazione del prototipo, sono state simulate le prestazioni dell’impianto. I risultati ottenuti tramite il modello numerico sono in buono accordo con i dati ottenuti dalla campagna sperimentale