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ANALISI TEORICA E SPERIMENTALE DI UN SISTEMA TERMO-FOTOVOLTAICO A CONCENTRAZIONE

Una possibile soluzione all'elevata richiesta di materiali che compongono i sistemi fotovoltaici tradizionali è rappresentata dalla tecnologia del fotovoltaico a concentrazione (CPV). Utilizzando superfici riflessive o rifrattive, la luce del sole viene concentrata e focalizzata su una cella solare (o su un array di celle) di dimensioni contenute. Questo permette di risparmiare grandi quantità di materiale, anche se è necessario adottare un sistema di inseguimento del sole e un sistema di raffreddamento delle celle. Se si aumenta la concentrazione della radiazione incidente, la dimensione delle celle solari di un sistema fotovoltaico tende a ridursi. L’obiettivo della ricerca è quello di analizzare sia teoricamente sia sperimentalmente le potenzialità di un sistema termo-fotovoltaico a concentrazione (CPV/T) in termini di energie elettriche e termiche ottenute. In particolare, l’analisi sarà effettuata per sistemi a media-alta concentrazione che adottano celle multi-giunzione ad alta efficienza. Considerando solo il contributo della radiazione solare diretta, che sarà modellata attraverso le reti neurali, e le richieste dell’utenza, si valuteranno le producibilità elettrica e termica di un sistema CPV/T asservito ad un'utenza domestica e si procederà al dimensionamento del serbatoio termico, necessaria interfaccia tra l’utenza e il sistema a concentrazione. Lo studio dello scambio termico avverrà con l'utilizzo del software Ansys, che sarà utilizzato per modellare il comportamento del fluido termovettore che recuperando energia termica dalla cella fotovoltaica permette anche il suo raffreddamento migliorandone così la resa elettrica. In particolare, si modellerà anche il serbatoio stratificato con un sistema multi-nodo in grado di evidenziare in diverse condizioni di funzionamento l’andamento della temperatura all’interno del serbatoio e quello che è il grado di soddisfacimento dell’utenza in relazione ai carichi elettrici e termici. La realizzazione di un impianto sperimentale permetterà di valutare la tensione, la corrente, la potenza elettrica e la temperatura della cella soggetta alla radiazione solare diretta in diverse condizioni di funzionamento e di concentrazione e, quindi, la temperatura raggiunta dal fluido termovettore. La conoscenza delle grandezze suddette permetterà di verificare i risultati del modello teorico e la bontà della configurazione del sistema CPV/T adottato. In definitiva, si studierà in modo approfondito il sistema CPV/T considerato, realizzando opportune analisi teoriche e sperimentali allo scopo di verificare la fattibilità di un sistema CPV/T, opportunamente dimensionato e asservito ad un'utenza domestica, in diverse condizioni di funzionamento (posizione geografica, radiazione solare incidente, tipo di utenza, etc.).