Simulazione hardware di generatore fotovoltaico a rendimento ottimizzato: verifiche sperimentali

Attività: progettazione e realizzazione di un prototipo sperimentale: si tratta di un sistema per ottimizzare il rendimento di un generatore fotovoltaico in modo tale da ridurre la superficie occupata dai pannelli.

Utilizzo dei sistemi di misurazione, dei materiali e dei supporti informatici dell’azienda e della Sede di Alessandria del Politecnico di Torino.

Premessa
La domanda di energia sul nostro pianeta è cresciuta smisuratamente negli ultimi decenni in seguito allo sviluppo industriale e all'aumento della popolazione.
Contemporaneamente, ci si è resi conto del rapido impoverimento di risorse petrolifere, minerarie e forestali, del problema dell'inquinamento e dei danni all'ecosistema che lo sfruttamento incontrollato di queste risorse provoca sull'ambiente in cui viviamo.
Nella ricerca di fonti di energia alternative a quelle convenzionali hanno avuto particolare importanza le energie dette rinnovabili.
Tra queste vi è la conversione fotovoltaica dell’energia solare in energia elettrica, la quale utilizza direttamente quella che è poi la fonte di tutte le altre energie rinnovabili: il Sole.
Negli ultimi anni il costo unitario di 1 kW di potenza installata in impianti di questo tipo si è ridotto notevolmente, grazie agli sforzi compiuti dagli istituti di ricerca, soprattutto nei paesi in cui la coscienza ecologica è più radicata.
Tuttavia, permane il problema della bassa densità di potenza per superficie occupata dagli impianti. E’ per questo che ritengo che l’utilizzo dell’energia fotovoltaica su larga scala sia adatto soltanto nei luoghi più esposti alla luce solare ed in presenza di grandi spazi inutilizzati (ad esempio nei deserti).
Per quanto riguarda l’Italia ci si dovrebbe limitare ad un impiego nelle piccole potenze e in generale nelle utenze isolate, oppure sui tetti delle costruzioni, mentre si dovrebbe evitare lo sfruttamento di superfici troppo elevate in termini di impatto ambientale.
Gli sforzi devono, quindi, proseguire nell’intento di ridurre le superfici necessarie ad ottenere le potenze richieste per aumentare le possibilità di impiego della tecnologia fotovoltaica.

Introduzione
Il presente elaborato descrive il progetto e la realizzazione sperimentale di un sistema di conversione dell'energia da impiegare in impianti di alimentazione a energia fotovoltaica.
I primi due capitoli trattano di argomenti di carattere generale, necessari per comprendere i problemi legati allo sfruttamento dell'energia solare.
Come accennato nella premessa, le ricerche da effettuare in questo campo devono tendere alla minimizzazione delle superfici occupate dagli impianti. Il punto principale del sistema trattato in questa sede consiste, infatti, nel migliorare l'efficienza di un generatore fotovoltaico.
Il sistema si compone di: un circuito per la simulazione della caratteristica di uscita Tensione/Corrente di un modulo fotovoltaico; un convertitore DC/DC con controllo PWM; un circuito analogico per il miglioramento dell'efficienza basato sulla ricerca del punto di lavoro più conveniente in ogni situazione ambientale.
Le potenze trattate sono dell'ordine dei 50/100 Watt.