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Studio delle proprietà di collezione ottica di concentratori solari ''NonImaging'' di tipo Rondine®

Informazioni tesi

  Autore: Letizia Zampierolo
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Ferrara
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Antonio Parretta
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 178

Questa tesi ha lo scopo di utilizzare il Metodo Diretto per la caratterizzazione ottica indoor di concentratori solari nonimaging (cioè sistemi ottici che non formano l'immagine) per essere impiegati in ambito fotovoltaico. I sistemi fotovoltaici a concentrazione (piuttosto che i pannelli solari piani) che utilizzano come primari unità ottiche concentranti nonimaging si stanno rivelando un'alternativa valida a convenzionali sistemi imaging. La tesi è aperta da tre capitoli che riportano spiegazioni riguardo i concetti fondamentali alla base dell'ottica per poi passare a riassumere quali sono i dispositivi ottici classici a concentrazione. In seguito si introduce l'ottica a concentrazione nonimaging con la descrizione dell'unità ottica concentrante che è stata analizzata nel mio lavoro di tesi, e la quale è caratterizzata da una forma innovativa che ricorda vagamente una rondine. E' stata sviluppata dalla CPower S.r.l di Ferrara con l'intenzione di migliorare le prestazioni della concentrazione con il classico CPC. La parte sperimentale della tesi si basa quindi sulla descrizione delle modalità della caratterizzazione ottica indoor di queste unità concentranti nonimaging inviando verso l'apertura d'ingresso del concentratore un fascio collimato con divergenza solare (~0.27°) a differenti angoli d'incidenza rispetto il suo asse ottico e misurando il flusso concentrato all'apertura d'uscita. Per mezzo della caratterizzazione ottica si ricavano la curva di efficienza ottica e l'accettanza angolare del dispositivo ottico analizzato.
Per mezzo di questo tipo di analisi è possibile ottimizzare l'assemblamento delle unità concentranti sui moduli fotovoltaici a concentrazione (una volta noto il loro angolo di accettanza e la loro efficienza ottica).

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Introduzione C irca130annifa, alcunideiproblemiprincipalideipaesiinviadisviluppo, erano il costo del carbon fossile (necessario per la produzione di energia) e la sua difficile reperibilità a causa dei trasporti non ancora diffusi. Ora ci dobbiamo preoccupare della non illimitatezza delle risorse energetiche. L’uomo, durante il XX secolo, è stato spronato a doversi ingegnare per rius- cire a sfruttare, in maniera sostenibile dal punto di vista economico e ambi- entale, risorse energetiche alternative ai combustibili fossili, come il sole, il vento e il mare. A cavallo della seconda Rivoluzione Industriale (1856 - 1878), anche se non aveva interessato tutta l’umanità 1 , lo sviluppo delle macchine a vapore e l’ab- norme utilizzo di carbon fossile, aveva spronato alcuni scienziati (in partico- lare il francese Augustin Mouchot) ad ideare macchine che non necessitassero più del carbone in previsione del termine del carburante. Proprio a quegli anni si fan risalire i primi veri esperimenti su macchine so- lari (versioni più tecnologiche dei famosi specchi ustori di Archimede), per sfruttare l’energia solare a scopi termici. Queste «macchine», dopo un en- tusiasmo iniziale, subirono l’ondata della scoperta di nuove fonti energetiche come il petrolio e l’elettricità, risalente proprio a quegli anni. Il problema della reperibilità delle risorse energetiche era superato. Così si credeva. Oggi questo problema oltre a riguardare tutta l’umanità è appesantito an- che dalle situazioni climatico-ambientali critiche, legate proprio allo sviluppo industriale e ad uno sfruttamento spregiudicato dell’ambiente con rilevanti immissioni nell’atmosfera di CO 2 . Proprio dagli inizi del XX secolo è com- inciato lo sviluppo di sistemi in grado di sfruttare l’energia solare, che è l’alternativa più immediata ai combustibili fossili. La tecnologia del solare, accompagnata anche dall’avvento dell’Ottica Non- Imaging (NIO) 2 , è oggi ad alti livelli. Oltre ai noti pannelli fotovoltaici piani 1 Aveva riguardato in particolare l’Europa, USA e Cina. 2 Un sistema Ottico Imaging è caratterizzato da tre componenti principali, l’oggetto, l’ottica e l’immagine che forma, mentre per un sistema Ottico NonImaging all’oggetto è sostituita una sorgente luminosa e all’immagine un ricevitore.

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