TECNOLOGIE A CONCENTRAZIONE
Autore: prof. Silvio Visaggio
|
•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 COGENERAZIONE
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.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
|
|
Progetto
spagnolo Euclides
|
•Un prototipo più avanzato è installato a Tenerife, è
composto da 14 file di concentratori lunghi 84 metri per una potenza di 480
kW .
•Il costo finale è ancora elevato, circa
5.000 € per ogni kW di potenza.
|
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.
|
Progetto “Archimede
http://www.enel.it/eventi/priolo/speciale.asp?m=1
|
•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*10 3 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
|
