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Project CONCENTRPV 2018

Solare Fotovoltaico a concentrazione

Power System Research

2018-2018

Salvatore Guastella

Il rapporto descrive attività e risultati della ricerca nel fotovoltaico a concentrazione solare (CPV) e riporta soluzioni tecnologiche innovative e a costo contenuto adottate per la realizzazione di celle a multigiunzione miniaturizzate ad elevata concentrazione dotate di rivestimenti antiriflettenti nano-strutturati, studi su sistemi ottici innovativi, nonché soluzioni per l’ottimizzazione di moduli compatti. E’ illustrato anche il database di radiazione solare diretta e spettrale, a cui sono sensibili i sistemi CPV, accresciuto con dati provenienti da siti nazionali e da satellite, nonché da modelli matematici dell’atmosfera.

Il presente rapporto descrive le attività di ricerca svolte da RSE, nell’ambito progetto “Solare fotovoltaico a concentrazione (CPV)” della Ricerca di Sistema elettrico (RdS), con lo scopo di contribuire alla riduzione dei costi della tecnologia CPV per renderla più competitiva con le altre fonti energetiche. Infatti, sebbene i sistemi CPV presentino dei vantaggi, quali l’utilizzo di celle con area molto contenuta (e quindi riduzione del consumo del materiale semiconduttore) e la possibilità di raggiungere elevati valori del rendimento di conversione (e quindi riduzione della superficie complessiva necessaria per l’installazione del sistema di generazione), il mercato internazionale della tecnologia CPV è ancora limitato dal costo di produzione dei componenti che, seppure sia diminuito negli ultimi anni, non riesce ad essere ancora competitivo con i costi del fotovoltaico senza concentrazione solare.

La ricerca condotta da RSE nel corso del 2018, anche in collaborazione con Istituti di ricerca e Operatori nazionali e internazionali, ha consentito di proseguire l’attività per lo sviluppo e la realizzazione di soluzioni tecnologiche innovative in tutte le fasi della filiera tecnologica del CPV. In particolare, si è proceduto: 1) all’utilizzo di nuovi materiali e processi per la realizzazione di celle CPV monolitiche a 4 giunzioni a basso costo (ottenibili integrando il ternario SiGeSn con i composti III-V) dotate di rivestimenti antiriflettenti nano-strutturati, nonché allo sviluppo di sistemi diagnostici e di caratterizzazione adeguati alle nuove tipologie di celle; 2) allo studio di sistemi ottici innovativi, in grado di operare l’inseguimento solare senza la necessità di utilizzare parti meccaniche in movimento, adatti quindi anche per soluzioni building-integrated; 3) all’ottimizzazione di moduli compatti, mediante l’adozione di rivestimenti innovativi anti-sporcamento e di dispositivi di puntamento solare integrati, il miglioramento dell’allineamento tra specchi e celle CPV, l’utilizzo di nuove soluzioni circuitali all’interno dei moduli e lo sviluppo di tecniche di caratterizzazione outdoor di moduli CPV (realizzati da RSE nell’ambito di questo progetto e del progetto correlato EU CPVMatch); infine, 4) all’accrescimento della consistenza del database di radiazione solare diretta e spettrale, a cui sono sensibili i sistemi di generazione CPV, ottenuto con dati provenienti da siti nazionali e da rilevamenti satellitari integrati con modelli matematici dell’atmosfera.

Le attività condotte in questo progetto hanno consentito di sviluppare sperimentalmente tecniche innovative a costo contenuto, sin qui analizzate solo in letteratura, fra queste soprattutto la crescita monolitica di celle CPV a 4 giunzioni superando la sfida di utilizzare nella stessa camera di crescita (MOCVD) i composti del gruppo IV (SiGeSn) insieme a composti III-V (GaAs, InGaP).