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I recentissimi risultati nel campo delle celle fotovoltaiche multigiunzione adatte per operare ad elevate concentrazioni della luce solare, offrono l’opportunità di innescare una vera rivoluzione nel campo delle energie rinnovabili. Negli ultimi tre anni i laboratori Boeing-Spectrolab (USA), Fraunhofer ISE (Germania) e NREL (USA) hanno, infatti, annunciato la realizzazione di dispositivi con efficienza superiore al 40% (attualmente fino al 41,6%). Alla luce di questo trend tecnologico gli analisti individuano nel solare fotovoltaico a concentrazione (CPV) uno dei contesti chiave dei futuri scenari energetici in quanto:• riduce enormemente (fino a 2.000 volte) la superficie di celle necessaria per trasformare in elettricità la radiazione solare, grazie alla possibilità di usare luce solare altamente concentrata su celle di piccola dimensione. • aumenta (di oltre due volte) il rendimento della trasformazione della luce solare in energia elettrica, grazie alla natura composita “multigiunzione” delle nuove celle che sfruttano efficacemente gran parte dello spettro della la luce solare che giunge a terra.Nonostante le nuove celle siano più costose per unità d’area di quelle tradizionali, la loro incidenza sul costo del sistema risulta drasticamente ridotta, con un conseguente sensibile vantaggio economico sull’energia elettrica prodotta.Si apre così la prospettiva di ottenere energia elettrica da una fonte inesauribile a costi per kWh persino inferiori a quelli attuali dell’energia elettrica prodotta da fonti fossili, rendendo conveniente l’utilizzo del fotovoltaico anche in assenza di misure incentivanti.La tecnologia CPV coniuga ad alti rendimenti la nota flessibilità del solare fotovoltaico che già, pur con l’attuale modesta efficienza, si applica ad una enorme varietà di contesti, dall’elettrificazione di luoghi non connessi alla rete (di particolare importanza per i paesi a basso livello di sviluppo), all’utilizzo di piccole superfici non altrimenti utilizzate (per esempio tetti e parcheggi, in ambiente urbano ed industriale), all’utilizzo di terreni di difficile uso agricolo perché non fertili o scoscesi.Nel contesto italiano, caratterizzato da ottima insolazione su gran parte del territorio nazionale, dalla presenza di una fitta rete elettrica, dalla disponibilità di accumulo di un eventuale eccesso di produzione diurna di energia (per esempio con pompaggio di acqua negli impianti idroelettrici per successivo utilizzo) la disponibilità di impianti fotovoltaici a concentrazione può avere un enorme impatto sulla disponibilità e sui costi dell’energia.La presente proposta si pone quindi l’obiettivo di uno sviluppo in tempi brevi di un sistema fotovoltaico a concentrazione modulare altamente competitivo, capace quindi di competere sul mercato nazionale e mondiale. A tale scopo si punta ad affrontare i temi chiave connessi alla maturazione su scala industriale della tecnologia CPV, ed in particolate:• ad aumentare al massimo l’efficienza di trasformazione solare-elettrica• a comprimere i costi di tutte le componenti dell’apparato (celle, ottiche, sistemi di raffreddamento, inseguitore e relativi supporti, inverter)• a ridurre le esigenze di manutenzione del sistema anche in condizioni di utilizzo estreme.Tali obiettivi verranno perseguiti adottando tecnologie e geometrie innovative, basate sui seguenti elementi di base:• utilizzo di materiali innovativi anche nano strutturati per aumentare la trasmissione della radiazione solare e convertire la componente UV della radiazione solare per renderla utilizzabile nell’intervallo spettrale di

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Lo svolgimento del progetto avverrà attraverso il perseguimento di 6 Obiettivi Realizzativi (OR), individuati in modo tale da garantire omogeneità funzionale e modularità del progetto.Il primo OR sarà dedicato alla ricerca di base sulla fisica di conversione della radiazione elettromagnetica nelle celle multi giunzione. Gli OR 2, 3 e 4 saranno finalizzati alla ricerca ed alla sperimentazione sui componenti fondamentali del concentratore, mentre l’OR 5 sarà dedicato all’integrazione ed ottimizzazione delle componenti. L’OR 6, infine, prevede la realizzazione di un campo sperimentale da 100kW e la sua conduzione sperimentale per la verifica della tecnologia in condizioni operative.Gli OR vedono un partner responsabile (R) e partner coinvolti (C). Gli OR sono strutturati in Fasi. Ogni Fase è caratterizzata da un certo numero di Attività di durata definita ed affidate ad un Partner. Il dettaglio sulle fasi progettuali e l'intervento dei partnes è descritto nel seguito.OR.1 Ricerca di base sul processo di conversione di energia in celle multigiunzioneR: UNIPA; C: EASY, HELIOS, IDEALe celle multigiunzione di ultima generazione sono molto efficienti, ma anche molto sensibili ad una notevole varietà di parametri. Per alcuni di questi fattori, tra cui la dipendenza dalle condizioni di illuminazione, non sono disponibili misure di riferimento. Una più approfondita caratterizzazione dei dispositivi e della radiazione incidente, consentirà di indagare tecniche innovative di modulazione dello spettro utili a ottimizzare la conversione. F.1.1Effetto delle non omogeneità di illuminazioneÈ noto che illuminando la cella con notevoli variazioni spaziali di intensità luminosa l’efficienza declina drasticamente. Per ottenere un’efficienza molto elevata sarà necessario lo sviluppo di un opportuno modello delle celle selezionate e il suo utilizzo nella progettazione dell’ottica di distribuzione dell’energia radiante sulla cella.Timing1.1.1 - Caratterizzazione sperimentale delle celle - RI - 01/06 – UNIPA1.1.2 - Sviluppo di modelli interpretativi - RI – 04/06 – UNIPA1.1.3 - Verifica e consolidamento dei modelli - RI – 07/30 – UNIPAF.1.2Effetto della variazione spettrale diurna e stagionale dell’illuminazioneLe celle multigiunzione sono costituite dalla successione di tre giunzioni, ciascuna delle quali produce una corrente proporzionale al numero di fotoni raccolti nella sua banda ottica di competenza Il loro funzionamento dipende quindi criticamente dalla quantità e dalla qualità della radiazione solare. Per indirizzare la ricerca verso le elevatissime efficienze richieste bisogna sviluppare una base di conoscenze specifica, mediante un’adeguata campagna di misure spettroradiometriche nelle diverse condizioni geoclimatiche in cui si ipotizza di collocare gli impianti. La correlazione dei dati raccolti con un quadro teorico del comportamento dell’atmosfera, consentirà lo sviluppo di un modello fenomenologico delle dinamiche in gioco, implementabile nella forma di un database geografico di supporto alle decisioni.Timing1.2.1 - Campagne di misura - SS - 01/12 - HELIOS1.2.2 - Sviluppo del modello interpretativo - RI - 01/30 - UNIPA1.2.3 - Realizzazione di un database geografico degli spettri solari - SS - 01/06 - EASY1.2.4 - Implementazione del modello all’interno del database geografico - SS - 07/12 - EASYF.1.3Efficienza di conversione della radiazione in funzione dei materiali coprenti utilizzatiLa fase comprende due linee di attività:• la ricerca su possibili tecniche di filtraggio;• la ricerca su materiali nanostrutturati.L’attività di raccolta e model

Key findings

Energia
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva9/20/113/20/14