Collettore Solare: elemento pricipale "L'assorbitore"

Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e si distingue cosi da un pannello fotovoltaico, che trasforma la luce del sole in corrente elettrica. L'elemento principale è l'assorbitore, che ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore. Solitamente è composto da un metallo con buona capacità di condurre il calore e dovrebbe riuscire a trasformare il più possibile la radiazione solare in calore. Al giorno d'oggi vengono impiegati assorbitori dotati di un cosiddetto strato selettivo, che determina un alto grado di assorbimento nel range delle radiazioni solari e contamporaneamente irradiano poca energia, grazie a un basso fattore di emissività. Gli strati selettivi possono essere ottenuti con procedimento galvanico oppure applicati sotto vuoto. Nei prossimi giorni contimuerò a scrivere in merito all'argomento, fatemi sapere se è do vostro interesse, e ricordate non esitate a contattarmi se avete bisogno di ulteriori approfondimenti.....continua

Dimensionamento e aspetti realizzativi di un impianto fotovoltaico

Vediamo una caratterizzazione di una utenza per impianti <= 20 Kwp L'utenza si caratterizza attraverso il fabisogno energetico e la produttività del sito. In particolare:

1. la quantità di energia elettrica producibile su base annua deve essere <= a quella fornita dal distributore utente;
2. ricavare dal costo annuo della bolletta dell'utente, in base alle tariffe vigenti, i consumi annui energetici, oppure ricavare, i consumi di energia dell'utente;
3. ricavare l'energia solare incidente media annua giornaliera locale sul piano inclinato (numero di ore equivalenti di irraggiamento a 1000 W/m2) utilizazando software o fogli di calcolo che hanno come riferimento la norma UNI 10349;
4. calcolare la taglia del generatore fotovoltaico in base all'energia giornaliera consumata dall'utente calcolata dal complessivo annuo ed alle ore equivalenti di irradiazione a 1000 W/m2 secondo la seguente formula;

• Potenza campo fotovoltaico FV <=(energia consumata/365/ore equivalenti locali/K).
• Il coefficiente K tiene conto delle perdite dovute all'accoppiamento dei moduli, della risposta in temperatura del campo fotovoltaico e del rendimento dell'inverter. La specifica tecnica di fornitura, impone un valore minimo di K = 0.75;
• Si potrà verificare la necessità di dover diminuire la taglia del campo fotovoltaico a causa della mancanza di superficie utilizzabile.

Progetto Azienda

L’impresa rappresenta un fondamentale fattore di crescita economica e professionale. Ma la domanda che mi sono sempre posto è: Cosa e come si fa per diventare imprenditori? Molte persone si pongono ogni giorno questo interrogativo, e forse ancora di più sono quelli che come me, almeno ogni tanto, hanno pensato che potrebbero diventare essi stessi imprenditori. Il libro “Progetto Azienda” parte da questi semplici interrogativi, per cercare di capire quali caratteristiche fanno di una persona un imprenditore vincente. L’impresa è analizzata come progetto da perseguire, per realizzare la propria crescita economica e professionale e, come ogni progetto che si rispetti, per ogni sua fase verranno indicati fondamentali segreti per essere vincenti. Inoltre vengono presi in considerazione alcuni tipi di investimenti. Progetto Azienda è un unico straordinario prodotto di altissima qualità in cui sono concentrati anni di studi e specializzazioni Progetto Azienda è in un linguaggio semplice, facile da apprendere e immediato da mettere in pratica.

I principi della conversione fotovoltaica

La radiazione solare è l’energia emessa dai processi di fusione nucleare che avvengono nel sole. Tale radiazione si misura in Wh/m2, quella che raggiunge la superficie terrestre, si distingue in: · Diretta · Diffusa · Riflessa La radiazione diretta colpisce una superficie con unico angolo di incidenza, mentre quella diffusa incide con angoli differenti. Le proporzioni di radiazione riflessa, diffusa e diretta ricevuta da una superficie dipendono: 1. Dall’inclinazione della superficie rispetto al piano orizzontale 2. Dalla presenza di superfici riflettenti Negli impianti fotovoltaici la superficie di captazione è spesso inclinata rispetto all’orizzontale per aumentare l’energia incidente. La radiazione solare su una superficie inclinata può essere determinata in vari modi in funzione dei dati di partenza. Alcuni di essi sono: - Metodi di calcolo basato sulle norme - Metodi di calcolo teorico-sperimentali - Mediante opportune mappe isoradiative. - Attraverso la norma UNI 10349 La norma UNI 10349 riporta i dati di radiazione solare diretta e diffusa incidenti su di un piano orizzontale. La posizione ottimale della superficie captante si ha quando la superficie è orientata a sud. L’angolo di inclinazione che massimizza l’energia solare annua incidente è pari alla latitudine del sito diminuita di circa 10°. Una variazione di pochi gradi (+/- 15°), rispetto alle condizioni ottimali di orientamento ed inclinazioni determina perdite dell’energia raccolta, e quindi prodotta dall’impianto fotovoltaico, di pochi percento.

L’interfaccia di rete

La norma CEI 11-20 prevede la protezione d’interfaccia rete perché: protegge la rete elettrica da eventuali anomalie dall’impianto fotovoltaico, ne evita il funzionamento in isola in caso di mancanza della rete per guasto o black out e inoltre garantisce la sicurezza del personale che interviene sulla rete in caso di guasto. La protezione di interfaccia può essere integrata in ogni inverter o istallata separatamente all’interno di un quadro elettrico. In particolare, per impianti fino a 20 Kw e fino a tre inverter, è possibile utilizzare interfacce integrate negli inverter stessi, mentre da tre inverter in poi si utilizza un’unica interfaccia di rete.

Inverter

Il convertitore CC/CA o inverter converte l’energia elettrica da continua ad alternare. Esso contiene al suo interno le protezioni previste dalla norma CEI 11-20. La scelta dell’inverter si basa su caratteristiche elettriche adeguate, inclusione al proprio interno di dispositivi di protezione, possibilità di montaggio in esterno (IP64), alta affidabilità e adeguato servizio di assistenza. L’inverter MPPT (Maximum Power Point Tracker) è costituito in genere da un convertitore DC/DC del tipo step/up converter. Questo dispositivo ha lo scopo di individuare istante per istante quel particolare punto sulla curva caratteristica I-V del generatore fotovoltaico, per cui risulta massimo il trasferimento di potenza verso il carico. La struttura di base di un inverter fotovoltaico è la seguente: - Ponte: è il cuore dell’inverter che commuta e trasferisce alternativamente ad alta frequenza le polarità d’ingresso verso l’uscita; - Reattanza: è in aggiunta all’uscita del ponte e funge da accumulatore di energia per imprimere con continuità la corrente verso il carico; - Condensatore: posto in ingresso, funge da accumulatore di energia e provvede al flusso continuo e omogeneo della corrente del generatore;

Stringhe di moduli

Il generatore fotovoltaico, la cui potenza nominale è ottenuta come somma delle potenze nominali dei singoli moduli, è costituito dal parallelo di un determinato numero di stringhe di moduli fotovoltaici.

I moduli possono essere connessi elettricamente in serie per ottenere la tensione di lavoro ottimale del campo fotovoltaico.
La stringa ottenuta è caratterizzata da una curva I-V. Tale curva risente delle perdite di accoppiamento per effetto di “Mismatching” valutabili approssimativamente nel 5% della somma delle singole potenze nominali.
Il diodo di protezione detto di “bypass” si connette in antiparallelo ad ogni modulo. L’effetto di questo diodo è quello di consentire il passaggio di corrente in caso di oscuramento o malfunzionamento bypassando il modulo interessato.
Invece il diodo di protezione in serie alla stringa, detto di “blocco”, serve per impedire la circolazione di correnti in senso inverso che potrebbero verificarsi per dissimmetrie (mismatching) di potenziale tra le stringhe.

Il modulo fotovoltaico

Possiamo distinguere le celle fotovoltaico in: - Celle monocristalline: prodotte da una barra monocristallina. Il vantaggio principale è un alto rendimento (16%). Questo tipo di celle è costoso a causa del complicato processo di produzione. Le celle di tipo monocristallino sono caratterizzate usualmente da un’omogenea colorazione blu. - Celle poli-cristalline: vengono colate in blocchi e poi tagliate a dischetti. Il rendimento è minore (10-12%), ma anche il prezzo. Questo tipo di celle è riconoscibile da un disegno ben distinguibile - Celle amorfe: vengono prodotte mediante spruzza mento catodico di atomi di silicio su una piastra di vetro. Ha un rendimento minore (4-8%), ma si adatta anche al caso di irradiamento diffuso. Colore scuro e forme geometriche differenti. Le celle fotovoltaiche vengono generalmente vendute già assemblate in gruppi. L’insieme delle celle e delle struttura che contiene le celle prende il nome di modulo fotovoltaico. Per ottenere i moduli, le celle vengono collegate e saldate tra loro mediante terminali sui contatti anteriori e posteriori (in sequenza N-P-N-P-N…) in modo da formare le stringhe. Si realizza un pannello avente come parte centrale il piano della cella e intorno, andando dall’esterno verso l’interno, una lastra di fibra di vetro dotata di ottima trasmittanza e buona resistenza meccanica, seguita da un foglio sigillante di EVA (acetato vinil-etilenico) che permette l’isolamento dielettrico dell’adiacente piano delle celle, seguito da un secondo foglio di EVA e da un’altra lastra di vetro. I parametri elettrici caratteristici del modulo fotovoltaico sono la curva caratteristica tensione-corrente V-I. con temperatura T della giunzione di 25°C ed un irraggiamento di 1000 W/m2. La potenza massima erogabile Pmax misurata in Watt di picco (Wp), la tensione di circuito aperto Voc, che è la tensione massima prodotta dal modulo senza essere sotto carico, la corrente di corto circuito Isc, che è quella prodotta quando i terminali del modulo sono cortocircuitati, la tensione relativa al punto di massima potenza Vm, la corrente relativa al punto di massima potenza Im e infine il Fill Factor (fattore di forma) la cui espressione è: FF = Vm*Im/VOC*ISC

La cella fotovoltaica

Una cella solare è fondamentalmente un diodo a semiconduttore di grossa sezione, forma quadrata, circolare o rettangolare secondo il tipo di cella, posto tra due elettrodi, uno frontale massiccio se trasparente alla luce oppure a forma di griglia, per consentire il passaggio delle radiazione solare, e l’altro posteriore a forma di piastra. La cella fotovoltaica è un dispositivo capace di convertire l’energia luminosa, su di essa incidente, direttamente in energia elettrica. La conversione diretta dell’energia utilizza il fenomeno fisico dell’interazione della radiazione luminosa con gli elettroni di valenza nei materiali semiconduttori, denominato effetto fotovoltaico. Una opportuna quantità di energia trasmessa agli elettroni dai fotoni che costituiscono la radiazione luminosa, genera un flusso di elettroni ordinato e orientato dal campo elettrico generatosi all’interno della giunzione della cella. Di tutta l’energia che investe la cella solare sotto forma di radiazione luminosa, solo una parte viene convertita in energia elettrica disponibile ai suoi morsetti. L’efficienza di conversione per celle commerciali al silicio è in genere compresa tra il 13% e il 17%, mentre realizzazioni speciali di laboratorio hanno raggiunto valori del 32,5%. I motivi di tale bassa efficienza sono molteplici e possono essere raggruppati in quattro categorie: - Riflessione: non tutti i fotoni che \incidono sulla cella penetrano al suo interno - Fotoni troppo o poco energetici: per rompere il legame tra elettrone e nucleo è necessaria una certa energia, e non tutti i fotoni incidenti possiedono energia sufficiente. Quelli troppo energetici generano coppie elettrone-lacuna, dissipando in calore l’energia eccedente quella necessaria a staccare l’elettrone dal nucleo. - Ricombinazioni: non tutte le coppie elettrone- lacuna generate vengono raccolte dal campo elettrico di giunzione e inviate al carico esterno - Resistenze parassite Esponendo la cella alla radiazione solare, essa si comporta come un generatore di corrente continua. La caratteristica di una cella fotovoltaica è funzione di tre variabili fondamentali: · Intensità della radiazione solare · Temperatura · Area della cella L’intensità della radiazione non ha un effetto significativo sul valore della tensione a vuoto Voc; viceversa l’intensità della corrente di corto circuito Isc varia in modo proporzionale al variare dell’intensità dell’irraggiamento, crescendo al crescere di questo. La temperatura non ha effetto significativo sul valore della corrente di corto circuito L’area della cella non ha alcun effetto sul valore della tensione. Tali concetti sono esplicitati attraverso le seguenti espressioni: Isc = Iph = K*S*G Voc = 1/A * ln((Iph + Io)/Io) A = (q/(m*K*T)) S = superficie della cella; G = irragiamento; IPH = corrente del generatore; I0 = corrente di saturazione inversa della cella; q = carica elettrone; K = cost. di Boltzmann; T = temperatura della giunzione; m = coefficiente di non idealità della giunzione

Turbine eoliche

Le turbine eoliche apparte alcuni progetti sperimentali come l'Aereogenerator o i nuovi utilizzi dell'eolico ad asse verticale, non sembrano essere molto cambiate negli ultimi decenni. I limiti meccanici non possono rendere le turbine eoliche ancora più efficienti di quanto non lo siano già, ma per i ricercatori FloDesign non sembra il caso. Sembra un motore a reazione di un jet, ma il limite teorico cui si pensava per l'efficacia e il rendimento di un turbina eolica è stato spostato più avanti.




Siamo di fronte ad una diminuzione del 25-35% di costi con il 50% di rendimento e efficienza in più rispetto alle convenzionali tecnologie. Il progetto è ancora nelle fasi iniziali di ricerca e sviluppo ma il sistema promette molto bene dato il concetto di poter sfruttare le correnti ventose anche più scarse ed avendo una bassa inerzia, le piccole pale, sono in grado di girare più velocemente e fornire più energia rispetto alle turbine eoliche convenzionali.

Queste turbine FloDesign riescono a sfruttare l’energia eolica sia quando il vento è più scarso, sia nel caso di burrasche e tempestei. Il segreto sta nella tecnologia del "Mixer Ejector" in grado di eliminare le perdite e massimizzare il rendimento del flusso d'aria attraverso le membrane e le piccole lame.

In conclusione:

• Le turbine eoliche FloDesign MEWT sono in grado di fornire la stessa energia di una grande turbina eolica tradizionale ma con un quarto della dimensione (cioè la metà del diametro), considerando così minori costi di fabbricazione.
  
• Le turbine eoliche FloDesign MEWT oltre a rendere il 50% in più al 25-35% di costo in meno sono in grado di produrre maggior potenza in situazioni di venti ad alta velocità, quindi molto adatte in situazioni off-shore.