ALTA CONCENTRAZIONE

Sistemi fotovoltaici di ultima generazione

La concentrazione solare al contrario della tecnologia a film sottili, in questo ambito tecnologico, la quantità di materiale fotovoltaicamente attivo viene fortemente ridotta, proporzionalmente al fattore di concentrazione e sostituita con materiale meno costoso, quale è , ad esempio, il vetro utilizzato per costruire le lenti. L'utilizzo della concentrazione sta trovando un rinnovato interesse, perchè in parte sta beneficiando delle ricadute tecnologiche in campo spaziale, così come era successo nei primi anni settanta per la tecnologia del silicio, dall'altra, le sperimentazioni fino ad oggi condotte hanno trovato sintesi in nuovi prodotti estremamente interessanti. La spectrolab, della compagnia americana Boeing in California annunciava, nella conferenza stampa di Barcellona, di aver superato il record precedente con una cella multi giunzione avente l'efficienza del 39% a 236 soli. Bisogna quindi comprendere la portata di tali risultati: le previsioni indicano la possibilità di rendere nel medio periodo questa tecnologia competitiva rispetto alle tradizionali forme di produzione di energia. Anche l'Italia gioca un ruolo di primo piano nel panorama internazionale riguardante lo sviluppo del solare a concentrazione.

Sistemi a concentrazione

Un sistema a concentrazione è composto fondamentalmente da tre parti: il ricevitore, l'ottica di focalizzazione e l'inseguitore solare. Il ricevitore è il componenete che comprende sia la cella che il sistema di dissipazione del calore. L'ottica di focalizzazione è l'elemento che permette di concentrare la luce solare sul ricevitore e puo essere costituita da lenti o specchi. Poichè i sistemi a concentrazione lavorano con la componente diretta della luce solare, il ricevitore e l'ottica di focalizzazione richiedono l'utilizzo di un inseguitore solare, che può essere a singolo asse o a doppio asse, per consentire un miglior puntamento del sole in ogni istante.Esistono svariate tecnologie di sistemi a concentrazione, in funzione della diversa tecnica di focalizzazione della luce solare e del tipo di ricevitore che si utilizza. Le lenti possono essere di tipo ad immagine 8 (cioè capaci di focalizzare in un punto l'immagine della sorgente di luce) o del tipo senza immagine ( in questo caso non viene riprodotta nel punto focale l'immagine della sorgente). Queste ultime permettono di ridurre uno dei maggiori problemi che caratterizzano i sistemi a concentrazione, ovfvero, la richiesta di una elevata precisione di puntamento dell'inseguitore solare. Generalmente, infatti, i sistemi point focus richiedono un angolo di accettazione a +/- 0,5°. Questo significa che se l'angolo formato tra le semiretta congiungente il modulo a concentrazione ed il sole con l'asse del sistema ottico di raccolta fosse maggiore di 0,5° si determinerebbero considerevoli perdite nelle prestazioni del modulo a concentrazione. Le lenti senza immagine vengono impiegate perchè permettono di ampliare l'angolo di accettazione di alcuni gradi. Per ridurre i problemi di puntamento, viene adottata anche la soluzione di inserire sotto la lente principale delle ottiche secondarie, che possono consistere di piccoli coni la cui superficie interna è riflettente.

Nei sistemi point focus generalmente si utilizzano celle ben separate una dall'altra con dimensione estremamente ridotta (con area di qualche mm). Questa soluzione è interessante perchè permette di utilizzare sistemi di dissipazione di tipo passivo e per i ricevitori, la tecnologia di fabbricazione utilizzata per i LED a semmiconduttore. SI prevede, quindi, una facilitazione nell'industrializzazione di tali sistemi. I sistemi line focus possono fare uso di lenti senza immagine con maggiori angoli di accettazione 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'aberazione cromatica, ovvero la focalizzazione della luce a diverse linghezze d'onda in punti focali differenti.Per ottenere potenze maggiori ed evitare i problemi legati all'aberazione cromatica, si utilizzano i sistemi dense array, al contrario dei sistemi precedenti, le celle solari assumono una dimensione maggiore (qualche cm2), sono disposte una vicino all'altra e la luce concentrata con degli specchi parabolici. In questo caso si rende necessario un sistema di raffreddamento di tipo attivo e la messa a punto di ricevitori più complessi, proprio per la necessità di rendere efficace la dissipazione del calore. Occorre comunque notare che è necessaria una maggiore precisione nella lavorazione degli specchi di quella richiesta per le lenti dei sistemi point focus. Se la parte centrale dello specchio, ad esempio, possedesse un errore di forma e fosse inclinata rispetto a quella ideale di un angolo a , allora il raggio riflesso sarebbe deviato rispetto al raggio ideale di un angolo d=2 a.. Un errore di forma si riperquoterebbe quindi in un doppio errore nella riflessione dallo specchio ed il raggio inciderebbe sul target tanto più lontano dal punto di incidenza ideale tanto più lontano è posizionato il target rispetto alla superficie riflettente.

Per diminuire la sensibilità necessaria nella lavorazione dello specchio è opportuno considerare specchi con una distanza focale dello specchio dal target minore possibile. SOno stati realizzati anche sistemi a concentrazione ibridi costituiti cioè sia da un ottica rifrattiva che riflessiva. Tali sistemi permettono di raggiungere fattori di concentrazione elevati ( pari a 1000 soli) ed utilizzano ottiche senza immagine, consentono angoli di accettazione di circa +/-1,5°. Attualmente questi sistemi presentano delle uniformità di illuminazione sulle celle solari non ottimali e richiedono ancora dei miglioramenti nell'ottica di focalizzazione. Per diminure i problemi termici che caratterizzano i dense array sono stati sviluppati i sistemi a micro dish che permettono fattori di concentrazione minori dei primi ma non necessitano di sistemi di raffreddamento di tipo attivo. Essendo gli specchi di piccola dimensione, è anche minore il rischio di determianre errori di forma e risulta più facile anche il puntamento del sole.Ovviamente, tali sistemi presentano una maggiore complessità di realizzazione. Per cercare di ottimizzare la raccolta della luce solare e diminuire i problemi legati alla dissipazione del calore sono stati progettati sistemi a concentrazione che utilizzano i filtri dicroici. Tali filtri permettono, ad esempio, di suddividere la luce solare in due principali regioni spettrali (una nell'infrarosso e una nella regione 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 dispositivi diversi, ognuno capace di raccogliere la componenete infrarossa dello spettro solare e celle all'INGAP o al silicio per raccogliere la componente infrarossa dello spettro solare. Questi sistemi sono stati sviluppati di recente e sono ancora tra una fase di studio ed ottimizzazione. A conclusione di questa sistetica e certamente non esaustiva descrizione delle tipologie dei sistemi a concentrazione esistenti, si considerano i ssitemi v-trough, che utilizzano dei semplici specchi, il cui prolungamento forma, il profilo appunto di una v. In questo caso la realizzazio del sistema a concentrazione semplificata: il prezzo da pagare è legato al basso fattore dio concentrazione ottenibile (circa 2 soli). tra i sistemi a concentrazione menzionati non è possibile ancora definire un sistema a concentrazione migliore, perchè mancano ancora delle sperimentazioni di lunga durata sulle quali basarsi per esprimere un giudizio ponderato. Nel futuro potrà essere vincente il sistema a concentrazione che permetterà di essere realizzato con metodologie industriali a basso costo , quindi, mediante una tecnologia facilmente riproducibile e che si dimostrerà affidabile quando i sistemi fotovoltaici piani oggi diponibili sul mercato. Occorre comunque osservare, che il rinnovato interesse nella tecnologia del solare fotovoltaico a concentrazione, trova fondamento, sia dalle numerose ed ingegnose soluzioni di sistema individuate, ma soprattutto nei recenti successi ottenuti sulle celle solari, che costituiscono il cuore di questi sistemi. E' opportuno, quindi, soffermarsi a descrivere il funzionamento , le criticità e le propspettive di sviluppo di questi dispositivi innovativi quali sono le celle solari a multigiunzione basate sui composti III-V della tavola periodica degli elementi.

Pannelli fotovoltaici a concentrazione

In questo paragrafo parleremo dei due pannelli fotovoltaici a concentrazione sviluppati presso il dipartimento di fisica all'Università di Ferrara, spiegando in particolar modo la tecnologia di deposixzione utilizzata per creare i film dicroici ( rective magnetron spunttering) ed i materiali utilizzati.

Il principio dei concentratori ottici è semplicemente di utilizzare un collettore ottico di radiazione a riflessione o rifrattivo (specchio o lente), che concentri la luce solare su una quantità di celle fotovoltaiche ad alta efficienza. La riduzione del silicio impiegato ad un sistema piano è pari al valore della concentrazione ottica.

L'inseguimento

Tutti i sistemi aventi concentrazione ottica superiore a 5 devono necessariamente essere dotati di un sistema di movimentazione del concentratore solare che mantenga il sole nella regione di accettanza otticamassima. La precisione richiesta ai sistemi meccanici aumenta con la concentrazione ottica, l'inseguimento garantisce una maggiore produzione di energia su base annua stimabile, alle nostre latitudini, inoltre il 35% di incremento rispetto ad un sistema piano fisso di analoga potenza nominale.

Prima cella a concentrazione al silicio CONTINA .......

 

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Panoramica

Energ-Etica in collaborazione con hcpv d.o.o.ha aperto la strada allo sviluppo del fotovoltaico ad alta concentrazione (HCPV), sistemi che utilizzano la concentrazione per ridurre sostanzialmente il costo di energia solare. Dal 2008, la missione è stata quella di sfruttare i vantaggi del solare ad alta concentrazione fino a raggiungere la parità economica con il combustibile fossile, rendendo il fotovoltaico la prima scelta per l'energia alternativa.

Il sistema innovativo utilizza lenti Fresnel per concentrare la luce solare. Il fattore di concentrazione è 1090:1 soli su celle ad alta efficienza provenienti dall’industria satellitare. Il modulo HCPV che adottiamo eroga il doppio dell’energia dei pannelli fotovoltaici in silicio cristallino tradizionale e quando accoppiato con il Tracker a 2 assi, il sistema genera dal 45% al 60% di energia in più rispetto ai tradizionali pannelli fotovoltaici a 5°-Tilt.

Energ-Etica ha adottato un approccio differente nel settore alta concentrazione. Usiamo un Tracker per ogni modulo o massimo due , con un design a basso profilo che è esteticamente accattivante, di solo due (2) metri di altezza complessiva, con un carico totale inferiore a 45 Kg/mq. Il sistema impiega un esclusivo montaggio a struttura modulare che si integra nella struttura del tetto / posto auto coperto. La struttura su pensilina / terreno si assembla in pochi minuti. Dopo che i moduli sono installati e cablati, le sotto strutture saranno ancorate fino alla completa installazione. Nessun lavoro di installazione sarà effettuato in aria. La superficie del tettoo posto auto coperto o terreno ,consente un massimo di potenza installata con un minimo di perdite di energia. Grazie al doppio asse d’ inseguimento l’orientamento a sud del fabbricato delle  diventa irrilevante. Non importa quale sia la direzione in cui si trova, i moduli saranno sempre orientati verso il sole, con la massima raccolta di energia.

Il fattore di ombreggiamento che il sistema di inseguimento HCPV fornisce è inferiore a qualsiasi altro prodotto analogo. Il sistema è stato progettato per ridurre al minimo il calo della produzione di energia del modulo dovuta allo sporco sulla superficie, quindi fornisce una gestione intelligente:

1. Mitigazione: Durante la notte, i moduli sono orientati verso il basso per evitare che la polvere sporchi il vetro

2. Rugiada: l’automatica collocazione in posizione notturna evita che la lente si inumidisca e si raccolga sul vetro

3. Auto Pulizia: La stazione meteorologica rileva gli eventi di pioggia e posiziona il sistema ed i moduli in Modalità Pulizia

4. Modalità Pulizia: Posiziona i moduli per una facile pulizia. Permette all'operatore di posizionare i moduli in verticale per l'accesso veloce. Orario pulizia: L’ intervallo di pulizia periodica si basa su condizioni locali, perdita di efficienza, e costi 

I Tracker ed i moduli sono orientati verso l’irraggiamento solare per poter funzionare al massimo, e sono sempre perpendicolari al sole. Questo significa che da qualsiasi punto lo si guardi, il sistema è esattamente orientato verso il sole.

L'esclusivo inseguitore a 2 assi permette di mantenere il modulo al suo centro di gravità eliminando le forze di attrito e l’ usura delle parti meccaniche. Ciò significa che la vita del sistema rimane invariata nel tempo, e non richiede manutenzione. I motori sono sigillati e protetti dall'ambiente (pioggia e polvere), vengono utilizzati lubrificanti ed accorgimenti che evitano la condensa. Ciò permette al sistema una vita di 30 anni senza manutenzione. Infine, si utilizza la potenza effettiva proveniente da ciascun modulo e dal puntamento solare. Questo ha il vantaggio aggiunto di fornire informazioni di monitoraggio fino al modulo, l’andamento dei costi di esercizio e di manutenzione. L'operatore è in grado di seguire in rete le eventuali problematiche del sistema e individuarne le soluzioni prima di arrivare in loco. Tutte queste informazioni di monitoraggio di stato vengono fornite dal PC con connessione wireless, eliminando la necessità di cablaggio supplementare nel campo. Può anche essere integrato con software di monitoraggio opzionale.

I moduli HCPV presentano un moderno design. Il sistema di tracciamento esclusivo dà l'impressione di una scultura in movimento. La nostra soluzione fornirà un prodotto high-tech rispettando l’ambiente. Su base globale, il nostro sistema è più efficiente ed efficace rispetto ai nostri concorrenti del settore.

 

Panoramica della fornitura:

Il Sistema a Tracciamento Integrato comprende pertanto le seguenti attrezzature:

1) modulo ad alta efficienza 38% Isofoton

2) inseguitore a 2 assi SunFlower cpv

3) Sistema di campo zavorra sotto struttura di montaggio

4) DC Smart-combinatore (quadro di stringa 390VDC bus di alimentazione a MPP inverter non incluso) Filo-cablaggio all'interno del frame-set.

5) Server con sistema integrato di monitoraggio con fornitura indirizzo IP di riferimento

6) Sistema di raccolta dati wireless per il sistema di monitoraggio dello stato e controllo

7) Stazione meteo 

8) Sistema di pulizia ed alimentazione in modalità notturna e di emergenza

9) 5 o 10 anni di garanzia delle attrezzature

10) Manuale di istruzioni e di manutenzione

11) Supporto marketing

Altre Specifiche importanti:

Considerazioni sull’ambiente:

Copertura massima del campo ombra terreno : 25%

a. impronta massima sul tetto : 0,002%

b. utilizzati 99,8% di materiali riciclati.

Certificazioni:

UL 8703 Standard per la sicurezza del fotovoltaico (CPV) , è lo standard unico che può certificare la tecnologia CPV.

UL 1703 Standard per la sicurezza di Flat-Plate C-Si ( non per tecnologia CPV).

IEC 62108 Standard per fotovoltaico a concentrazione (HCPV) - moduli e assemblaggio

PV CYCLE per lo smaltimento dei materiali a fine vita

CERTIFICAZIONI ISO 9001:2008 (Gestione della Qualità) OHSAS 18001 ( Sistema di Gestione della Salute e Sicurezza del Lavoro) e ISO 14001 ( Sistema di Gestione Ambientale)

Per info commerciale e proposte di installazioni chiavi in mano contatta:

Sig. Guido Monti  Cell.+39 3924802108 commerciale@sunflowercpv.com

Sig. Filippo CHiarel Cell. +39 320625026 tecnico@sunflowercpv.com