Obiettivi

Il progetto PhoCUS (Photovoltaic Concentrators to Utility Scale) ha lo scopo di dimostrare la fattibilità tecnica del fotovoltaico a concentrazione e la sua maggiore potenzialità rispetto al fotovoltaico convenzionale (piano), ai fini del conseguimento della competitività economica con le altre fonti di energia.

A livello internazionale il fotovoltaico a concentrazione è considerato un’interessante opzione per ridurre in maniera significativa l’incidenza dei costi del componente fotovoltaico (il costo di investimento di un sistema fotovoltaico piano, che si aggira intorno ai 7 €/W, è per il 50% dovuto al componente fotovoltaico e per il 30-35% alle sole celle solari), che viene sostituito con materiali semi-convenzionali meno costosi.

Negli impianti fotovoltaici a concentrazione la radiazione solare non va ad incidere direttamente sulle celle ma viene concentrata da opportune lenti; è come se le celle fossero investite non dalla radiazione proveniente da un unico sole ma da 100, 200 o più soli (in funzione del tipo di lente utilizzata) con una proporzionale riduzione dell’area effettiva delle celle solari da utilizzare.

La diffusione di tale applicazione, parallelamente allo sviluppo di componenti non fotovoltaici a basso costo, fa intravedere la possibilità di raggiungere, nel medio—lungo termine, un costo di sistema inferiore a 2 €/W.

 

Fasi

Nell’ambito del progetto PhoCUS sono previste attività sia di Ricerca & Sviluppo sia di dimostrazione e sperimentazione sul campo.

Le prime, da svolgere presso i laboratori dei Centri di Ricerca di Portici e Casaccia, sono relative ai principali componenti dell’impianto, quali la cella, il dispositivo ottico, il modulo, la struttura ad inseguimento ed il sistema di condizionamento della potenza.

Le seconde prevedono l’installazione di impianti sperimentali presso il Centro Ricerche Portici e la realizzazione di un impianto pilota da 25 kW nell’Area Sperimentale Monte Aquilone presso Manfredonia.

Le attività di R&S e quelle di dimostrazione e sperimentazione sul campo sono state avviate in parallelo in modo tale che, con la progettazione e realizzazione dei componenti prototipali dell’impianto pilota, vengano individuate le azioni specifiche finalizzate all’ottimizzazione dei singoli componenti.

Lo sviluppo e la messa a punto delle tecnologie relative ai principali componenti, quali i concentratori ottici, il modulo, l'inseguitore solare, fino alla realizzazione dei prototipi da utilizzare nell'impianto pilota, saranno oggetto di specifiche collaborazioni con operatori nazionali.

Si intende progettare e realizzare una unità standard da 5 kW, che possa costituire un sistema autonomo o un elemento modulare di un impianto di maggiori dimensioni. L’impianto pilota sarà costituito da 5 unità base da 5 kW.

L’installazione dell’impianto avverrà per fasi successive, in modo che possano essere apportati tutti i miglioramenti che, sulla base delle prime prove sperimentali, risulteranno necessari.

La messa in funzione della prima unità da 5 kW nell’Area Sperimentale Monte Aquilone è prevista entro il 2003; il completamento dell’impianto (con l’installazione degli ultimi 10 kW) è previsto entro il 2004.

 

Aspetti tecnologici e ricadute industriali

La progettazione di un sistema fotovoltaico a concentrazione è più complessa rispetto al fotovoltaico piano, soprattutto se si vuole assicurare un alto grado di affidabilità, mantenere bassa l’incidenza della manutenzione e cogliere tutti i vantaggi tecnici ed operativi legati alla concentrazione della radiazione solare. In particolare: il modulo presenta una maggiore complessità, dovuta alla numerosità dei componenti da assemblare; risulta necessario far uso di un sistema di supporto dei moduli capace di "inseguire" il sole durante la giornata in modo da massimizzare la radiazione incidente; la struttura di cella deve essere più sofisticata per poter ottenere alti valori di efficienza in presenza di una maggiore radiazione solare incidente.

Si riportano nel seguito alcune delle principali caratteristiche del sistema in fase di progetto.

Ogni unità da 5 kW sarà costituita da un generatore fotovoltaico formato da 24 moduli per una superficie complessiva dell’ordine dei 32 m2 installato su una singola struttura ad inseguimento (eliostato).

Il sistema di condizionamento della potenza della singola unità si basa sull’uso di inverter di tipo multistringa da connettere ad una rete in bassa tensione.

Il modulo fotovoltaico avrà dimensioni dell’ordine di 1x1,3 m2 ed un’altezza di 20-25 cm. L’efficienza nominale sarà dipendente dall’efficienza delle celle che saranno utilizzate. Nel caso di celle con efficienza dell’ordine del 23,5% a 200 soli, una buona progettazione del componente potrà assicurare una efficienza di modulo del 20%. Il dispositivo ottico, che sarà integrato nei moduli (uno per ogni cella) sarà un concentratore rifrattivo prismatico, sviluppato da ENEA ed in corso di brevetto. Esso garantirà sulla cella, di dimensioni dell’ordine di 1 cm2, un fattore di concentrazione di 200.

La struttura ad inseguimento sui due assi (alt-azimutale) dovrà coniugare bassi costi con soluzioni progettuali semplici che nello stesso tempo garantiscano affidabilità e correttezza di funzionamento. Ciò richiede una particolare attenzione nel sistema di movimentazione e nel relativo sistema di controllo.

Il prodotto, in termini di unità standard da 5 kW o di impianto di maggiore potenza, è indirizzato al mercato della green electricity (energia elettrica da fonti rinnovabili), a livello di generazione sia diffusa (piccoli impianti, 5÷20 kW) che centralizzata (impianti di potenza).

Infatti il fotovoltaico a concentrazione, per le sue caratteristiche operative, consente di ottenere un profilo di produzione costante ed un maggiore fattore di utilizzo annuo (capacity factor).

Il coinvolgimento di un sistema industriale già consolidato per lo sviluppo dei componenti di un impianto fotovoltaico a concentrazione potrà validamente contribuire alla diffusione di tale tipo di applicazione.

 

 

 

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