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ANALISI DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DI UN SISTEMA FOTOVOLTAICO A CONCENTRAZIONE

Il principale obiettivo del lavoro di ricerca è la modellazione di un sistema termo-fotovoltaico a concentrazione (Concentrating PhotoVoltaic Thermal system - CPV/T) al fine di individuarne le effettive potenzialità non solo dal punto di vista elettrico ma anche termico. Il modello del sistema CPV/T sarà sviluppato in ambiente MATLAB con lo scopo di dimensionare tale sistema e di valutarne le prestazioni energetiche quando viene utilizzato per soddisfare le richieste elettriche, termiche e frigorifere di un'utenza domestica. Verrà prima di tutto affrontato il problema della scelta e del dimensionamento dei principali componenti del sistema CPV/T. In particolare, al fine di ottenere un sistema ad "alta concentrazione" saranno considerate celle a tripla giunzione ed un'ottica riflessiva con concentratori a specchi parabolici del tipo point-focus. Un sistema CPV/T permette di recuperare energia termica ad elevata temperatura e questo consente l'utilizzo di pompe di calore ad assorbimento. Il modello analizzerà il funzionamento del sistema CPV/T in termini di efficienza della cella, efficienze elettriche e termiche del modulo, energie elettriche e termiche fornite da celle e modulo fotovoltaico, temperature delle celle e del fluido refrigerante. Il processo di simulazione permetterà così di realizzare un'analisi energetica del sistema CPV/T e di definire la migliore configurazione di tale sistema valutando in diverse condizioni di funzionamento la sua convenienza energetica ed economica rispetto ad un sistema tradizionale e le reali possibilità d’installazione.In particolare, il lavoro si articolerà in differenti fasi che presentano un elevato numero di parametri da considerare. Dopo un’attenta analisi dello stato dell’arte dei dispositivi a concentrazione, si procederà alla definizione dei componenti specifici che li compongono e delle loro caratteristiche. Si determinerà il fattore di concentrazione da adottare, rivolgendo l’attenzione a livelli di concentrazione elevata (600-900 soli). Si valuteranno differenti tipologie di dispositivi ottici, quali quelle rifrattive, basate su lenti di Fresnel, e quelle riflessive che, invece, impiegano specchi parabolici concentratori. Si valuteranno, inoltre, le prestazioni delle celle multi–giunzione, ideali per l’utilizzo in alta concentrazione, scegliendo, nello specifico, celle a tripla giunzione di tipo InGaP/InGaAs/Ge, ovvero caratterizzate da un primo strato di Fosfuro di Indio–Gallio, un secondo strato di Arseniuro di Indio–Gallio ed un terzo strato di Germanio. Le dimensioni delle celle verranno, poi, valutate in funzione del tipo di ottica utilizzata. L’impianto si completerà con la definizione di un sistema ad inseguimento biassiale ed un meccanismo di raffreddamento attivo basato sul passaggio sul retro delle celle di un fluido termovettore sostanzialmente composto da una soluzione di acqua e glicole. Terminata la fase di analisi della componentistica, si costruirà in MATLAB il modello tramite il quale si definirà un’interfaccia semplice da utilizzare che consentirà l’indicazione della specifica configurazione del sistema, indicando di volta in volta i componenti da utilizzare e la località da analizzare. Per ciascun insieme di condizioni il modello dettaglierà, a seconda del livello temporale richiesto (annuale, mensile, giornaliero, orario), le condizioni di funzionamento del sistema e gli output ottenuti. Il processo di simulazione elaborerà le richieste elettriche e termo-frigorifere dell’utenza e le condizioni di radiazione diretta e porterà così alla definizione della migliore configurazione del sistema CPV/T creando le condizioni per una verifica sperimentale dei risultati.