TECNOLOGIE A CONCENTRAZIONE SOLARE FOTOVOLTAICO Sistema di lenti ottiche che concentrano i raggi del sole su pannelli miniaturizzati contenenti celle fotovoltaiche SOLARE TERMOELETTRICO Sistema di specchi di varie forme che riflettono l’energia solare su un ricettore contenente un fluido che opera in ciclo termodinamico

Il concentratore fotovoltaico Il concentratore fotovoltaico consiste in piccoli concentratori che utilizzano lenti Fresnel o microprismi, in grado di concentrare (moltiplicare) i soli, fino a 500 volte la potenza. Un' unità di base tipica del concentratore Fv consiste in un sistema ottico che mette a fuoco la luce, un complesso di celle FV, un concentratore secondario per riflettere i raggi luminosi eccentrici sulla cella, un sistema per dissipare il calore eccedente dovuto alla concentrazione, i vari contatti e sistemi di fissaggio dei componenti. Il modulo illustrato è composto da 12 unità in una configurazione 6*2.

Il concentratore fotovoltaico La ragione principale per l’uso del concentratore è quella di minimizzare la quantità di materiale semiconduttore (cristalli di silicio) ad effetto fotovoltaico La cella solare rappresenta infatti il componente più costoso di un sistema di produzione di energia elettrica fotovoltaica.

Tecnologie a concentrazione La maggiore efficienza dei concentratori FV si è ottenuta abbinandoli a celle multigiunzione con film sottili  a base di semiconduttori innovativi e a basso costo Le tecnologie a concentrazione FV sono interessanti per la possibilità di ridurre la quantità di semiconduttore necessario alla produzione dei moduli che sono i componenti più costosi. I concentratori possono essere realizzati con materiali relativamente economici. L'efficienza è data dal rapporto di concentrazione il quale può raggiungere un fattore di 400- 500 soli.

Celle a multigiunzione La società Spectrolab, (Boeing) che fornisce i moduli fotovoltaici per la NASA ha raggiunto i massimi record nella concentrazione FV con un'ottica a 400 soli ed impiegando celle a tripla-giunzione con un'efficienza del 34%, La cella FV a multigiunzione ha la caratteristica di avere un più largo spettro del  livello assorbente di energia il suo rendimento sarà maggiore, questo è possibile "sovrapponendo" film sottili di diversa banda di frequenze.    In prospettiva a medio termine questa società prevede costi per produzioni in grande scala di 1.000 € al kWp e a lungo termine fino a 500 €  al kWp                           

FV A CONCENTRAZIONE E COGENERAZINE rsolar.com/core1-4.php3 Con sistemi FV a concentrazione è possibile ottenere anche energia termica dal sistema di raffreddamento delle celle, si può così ottenere un sistema di cogenerazione La riduzione delle dimensioni dei componenti elettronici e dei circuiti integrati ha comportato la necessità di smaltire gli elevati flussi termici generati, tramite complessi sistemi di refrigerazione. Il problema della dissipazione termica è di grande attualità e rientra nel grande filone delle energie rinnovabili 1. concentratore FV cells 2. Sistema a filtro trasparente 3. Pompa del circuito di raffreddamento 4. Scambiatore di calore 5. Uscita energia termica

Progetto spagnolo Euclides iter Progetto spagnolo Euclides iter.es/pre-instalaciones-recorrido-euclides.htm   in pratica il sistema di concentrazione è simile ad una applicazione per i sistemi di concentrazione termosolare ad inseguimento. Invece di essere scaldato il fluido termodinamico viene irraggiato il sistema contenente le celle FV con ottica di concentrazione abbinate al sistema di dissipazione del calore dovuto alla concentrazione.Il sistema sperimentale è lungo 24 metri, si sono ottenute efficienze del 16%      

Prototipo di Rokingham fonte: solar.anu.edu.au Le immagini a lato rappresentano un sistema modulato di concentratori fotovoltaici con la caratteristica di potersi disporre anche parallelamente al terreno per utilizzare  la luce diffusa nei periodi di cielo velato o parzialmente coperto. Il prototipo è installato a Rockingham, in Australia 

TECNOLOGIE A CONCENTRAZIONE SOLARE FOTOVOLTAICO Sistema di lenti ottiche che concentrano i raggi del sole su pannelli miniaturizzati contenenti celle fotovoltaiche SOLARE TERMOELETTRICO Sistema di specchi di varie forme che riflettono l’energia solare su un ricettore contenente un fluido che opera in ciclo termodinamico

Le centrali termoelettriche solari Tra i collettori a concentrazione vi sono le torri solari che consistono in un sistema di specchi che inseguono il moto del Sole, chiamati eliostati, che riflettono l’energia solare su di un recettore montato in cima ad una torre localizzata al centro. Il calore solare è raccolto da un fluido (un sale fuso) che ha anche la funzione di accumulo di energia. Con il calore accumulato nei sali fusi si produce del vapore (565 gradi centigradi), allo scopo di fare girare un turbo-generatore elettrico. 

Il calore solare è raccolto da un fluido (un sale fuso) che ha anche la funzione di accumulo di energia. Con il calore accumulato nei sali fusi si produce del vapore, allo scopo di alimentare un turbogeneratore elettrico nella foto: Centrale Solar Two in California  

schema della centrale elettrica Solar Two

Centrali termoelettriche solari specchi parabolici lineari Essi sono usati per focalizzare i raggi solari su un lungo tubo ricevente posizionato lungo la linea focale dei concentratori. Un fluido portatore di calore, ad esempio olio, pompato attraverso i tubi ricettori, alimenta una stazione di potenza localizzata centralmente. Il calore solare è trasformato in vapore allo scopo di far funzionare un turbo-generatore elettrico. La temperatura tipica di operazione è di 390 °C. Tali impianti oggi hanno dimensioni tipiche dell’ordine da 30 a 80 MWatt elettrici e bruciano anche una certa quantità di combustibile fossile (gas naturale) per produrre energia quando l’energia solare è insufficiente

Concentratori lineari parabolici (SEGS -Solar Eletric Generating System) concentratori lineari parabolici ad inseguimento sono la tecnologia di concentrazione solare più collaudata, con costi al kWh di 0,08 €, e in prospettiva di 0,04 € per kWh entro pochi anni, in abbinamento con il 25% di sistemi a metano, l'efficienza può essere ancora maggiore. negli USA gli impianti installati ammontavano a 354 MW nel marzo 2003. è stato approvato un progetto per altri 50 MW che sarà realizzato in Nevada entro il 2005.

Schema di funzionamento di un impianto a vapore diagramma p - v di un ciclo Rankine.

Diagramma T – S di un ciclo Rankine Diagramma del ciclo in coordinate temperatura (T) entropia (S) Rappresentazione grafica dell’energia termica scambiata dal fluido rispettivamente nel generatore di vapore e nel condensatore Si trasforma in lavoro la differenza tra il calore acquistato dal fluido in caldaia e quello ceduto dallo stesso nel condensatore.

http://www.enel.it/eventi/priolo/speciale.asp?m=1 Progetto “Archimede” gli impianti solari possono essere anche integrati con impianti termoelettrici convenzionali, compresi quelli a ciclo combinato, per incrementarne la potenza elettrica complessiva. Questa possibilità consente di utilizzare, con pochi cambiamenti, installazioni già funzionanti. Così si può fare affidamento sul sistema di produzione elettrica, sulle infrastrutture esistenti, limitando il più possibile i costi per la parte convenzionale dell'impianto e concentrando l'investimento sui componenti innovativi della nuova tecnologia

Nel novembre 2003 con un accordo tra ENEA ed ENEL è stato deciso di installare l'impianto sperimentale, denominato Archimede, a Priolo Gargallo (Siracusa). Il sistema sarà ibrido, abbinato ad una centrale termoelettrica a ciclo combinato, la potenza della parte solare sarà di 20 MW, il costo sarà di 2.500 € al kWp.      L' entrata in esercizio è prevista per il 2007

Parametri principali relativi al Progetto Archimede Localizzazione dell'impianto Priolo Gargallo Orientamento collettori Nord Sud Numero collettori 360 Superficie attiva collettori 199*103 m2 Energia termica annua raccolta 179,4 GWht/a Energia elettrica lorda annua prodotta 59,2 GWht/a Emissione di CO2 evitata annua 39,458 t/a Risparmio annuo di energia primaria 12.703 tep/a

Le innovazioni di ..Archimede Le principali innovazioni rispetto agli impianti a torre e ai SEGS  ( Solar Eletric Generating System) iriguardano: l'utilizzo di un accumulo termico di grandi dimensioni, mediante il quale l'impianto può erogare una potenza elettrica costante nell'arco delle 24 ore, indipendentemente dalla variabilità della fonte solare; l'incremento della temperatura di funzionamento dell'impianto . Questa innovazione richiede, da un lato, l'uso di un fluido termovettore (miscela di nitrati di sodio e di potassio) diverso dall’olio sintetico impiegato negli impianti SEGS e, dall’altro lato, un sostanziale miglioramento delle proprietà ottiche del rivestimento del tubo ricevitore dei collettori che permetta un migliore assorbimento del calore; . http://www.enel.it/eventi/priolo/speciale.asp?m=1