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Misura dell'efficienza termica di pannelli solari PV/T 2 dicembre 2010 Candidato: Paolo Damilano Relatore: Prof. Paolo Gambino.

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1 Misura dell'efficienza termica di pannelli solari PV/T 2 dicembre 2010 Candidato: Paolo Damilano Relatore: Prof. Paolo Gambino

2 Con questo lavoro sperimentale abbiamo voluto cercare di calcolare l'efficienza termica, in periodo autunnale, di un pannello solare ibrido non ancora commercializzato e abbiamo confrontato questa con quella di uno già in commercio e con quella di un pannello termico semplice. Obiettivo sperimentale

3 Pannelli PV/T Un pannello pv/t (photovoltaic/termal),in italiano ibrido, è l'unione di un pannello fotovoltaico e di uno termico ed è quindi in grado di generare energia elettrica e termica contemporaneamente

4 Fig in alto: sezione di un pannello ibrido Fig a sinistra: variazione delle temperature medie di moduli all'aumentare del tempo in una giornata priva di nuvole con irradiazione di circa 1000 W/mq e con vento minore di 3m/s LINEA NERA:°t aria LINEA BLU: °t modulo senza vetro LINEA ROSSA: °t modulo senza vetro LINEA ROSA: °t modulo con vetro I pannelli fotovoltaici convertono in elettricità solo una piccola parte della radiazione solare(circa il 15%) e il resto viene o riflesso o trasformato in calore Pannelli PV/T

5 All' aumentare della temperatura Corrente aumenta leggermente (0,02÷0,08%)/°C Tensione diminuisce (-0,2÷-0,5%)/°C Potenza diminuisce (-0,2÷-0,5%)/°C Efficienza diminuisce (-0,2÷-0,5%)/°C Pannelli PV/T Nel nostro impianto

6 P=portata(l/s) C H 2 O =calore specifico dell'acqua 4186 J/(Kg*K) ΔT=°t uscita-°t entrata(°C) G=irraggiamento solare(W/m^2) A p =superficie del pannello(m^2) ΔT=°t uscita-°t entrata(°C) Efficienza termica

7 Misura della quantità di fluido che attraversa una sezione di area del tubo nell'unità di tempo. Il flusso dell'acqua agisce direttamente sulla turbina la cui rotazione viene trasformata in metri cubi dagli ingranaggi dell'orologeria. Tipo : getto singolo con quadrante asciutto Portata nominale. 1,5 m^3/h Portata massima: 3m^3/h Portata minima: 30 l/h Errore: ±5% Portata

8 Radiazione elettromagnetica proveniente dal Sole La misuriamo utilizzando solarimetro; in particolare piranometro che misura la radiazione globale totale(diretta+diffusa) Irraggiamento

9 Per questa misura ci siamo serviti di termocoppie di tipo k con giunto a caldo esposto Una termocoppia è costituita da due fili metallici(A e B) collegati ad un estremo avente una certa T 1 (giunzione calda) e aventi allaltro estremo un'altra temperatura T 2 (giunzione fredda) Temperatura Giunzione calda Giunzione fredda

10 Temperatura Effetto Seebeck: se prendo un filo metallico avente due temperature differenti; alle sue estremità,viene a formarsi una forza elettromotrice nota come Seebeck electromotive force (emf). Con 2 metalli i due metalli devono essere diversi

11 Sul giunto caldo, essendo la temperatura maggiore rispetto a quella del giunto freddo,avremo più stati occupati oltre il livello di Fermi e gli elettroni saranno maggiormente energetici rispetto all'altra estremità. Gli elettroni tendono ad andare dove l'energia è più bassa quindi avremo una migrazione di questi dal giunto caldo a quello freddo e questo dà luogo a una fem(forza elettromotrice). EFFETTO SEEBECK Termocoppia Giunto caldo Giunto freddo Moto elettroni

12 Termocoppia Il segnale in uscita dalla termocoppia non è un segnale lineare la relazione tra la tensione e la differenza di temperatura può essere espressa con l'equazione polinomiale Tabella di conversione del segnale in mV in una temperatura Se temperatura giunto freddo 0 °C Diversa da 0°C Tecnica della compensazione del giunto freddo: V(T1-T0) = V(T1-T2) + V(T2-T0) V(T2-T0) tensione di compensazione

13 Abbiamo avuto inizialmente problemi nel calcolo dell'efficienza poiché avevamo un grosso errore dovuto a un errato calcolo della temperatura con le termocoppie questo poiché non avevamo tenuto conto di una delle proprietà dell'effetto Seebeck LEGGE DEL METALLO INTERMEDIO L'inserimento di un terzo metallo allinterno del circuito della termocoppia non cambia la tensione in uscita, purché le due nuove giunzioni siano alla stessa temperatura e il materiale inserito sia omogeneo Termocoppia

14 Il nostro impianto

15 2 possibilità di scelta Acqua fredda ( 15°C) acquedotto Acqua calda (°t acqua riscaldata dai pannelli) accumulatore Se la °t del pannello era troppo bassa o troppo alta si attivava automaticamente una pompa che faceva circolare l'acqua nel pannello Il nostro impianto

16 Pannello termico commerciale superficie: 1,338 ± 0,02 m 2 Il nostro impianto

17 Risultati sperimentali Efficienza compresa tra 50 – 70 % Tm = (Tin+Tout)/2 Temperatura pannello Ta = temperatura aria I = irraggiamento Scartati

18 Pannello ibrido commerciale superficie: 1,338 ± 0,02 m 2 FV : 72 celle in silicio policristallino 125 mm Voc: 43,4 V Isc: 5,3 A Efficienza: 13,0% Il nostro impianto

19 Risultati sperimentali Efficienza compresa tra 20 – 30 %

20 Prototipo pannello ibrido superficie: 1,338 ± 0,02 m 2 FV: silicio micromorfo a film sottile V oc : 165 V I sc : 1,13 A P max : 120 W Il nostro impianto

21 Risultati sperimentali Irraggiamento non costante – rapido susseguirsi di nubi Efficienza tra 30 – 45 %

22 Conclusioni sperimentali Termico: rendimento fra 50-70% a seconda delle condizioni atmosferiche Ibrido Prototipo: tra 30 e 45 % Ibrido commerciale: tra % Termico Tra vetro e assorbitore abbiamo camera d'aria (effetto serra- isolante) Ibrido assorbitore a diretto contatto con il vetro Questo spiega le differenze di efficienza tra diverse tecnologie

23 Conclusioni VANTAGGI SVANTAGGI Diminuzione dei costi di produzione e installazione Maggiore rendimento di superficie(minore spazio occupato) Recupero di energia termica Miglioramento dell'efficienza elettrica Se circola acqua calda si scalda pannello Per soddisfare fabbisogno energetico -termico: 4-5 pv/t -elettrico:10-15 pv/t Obbligo di collegare i pannelli termici in parallelo

24 Ringraziamenti


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