Discussione: specchio lineare

Buongiorno,

sono nuovo del forum e posseggo un impianto fotovoltaico domestico realizzatomi da una ditta.

col tempo la "cosa" mi sta appassionando ed avendo buone capacità fai da te ed un' officina attrezzata... oltre a competenze nel puntamento e inseguimento dei corpi celesti...

mi sto organizzando per progettare e autocostuire una macchina tipo quella che vedete al seguente link:

Solare Termico — Isomorph

Ora la domanda è questa:
che tipo di pannello fotovoltaico, penso delle dimensioni 50 X 50 cm si dovrebbe mettere nel fuoco?
Dove si trova un pannello che resiste ad alte temperture? e produce energia sufficiente? 1 - 2 KWh?

Grazie per le vostre risposte.

Ho avuto occasione di vedere il prototipo che hai indicato, della Isomorph.
Era esposto alla fiera di Roma nell'esposizione dedicata a fotovoltaico, eolico termodinamico, di un paio di mesi fa'.

Il modello che ho visto aveva un collettore per il solare termico, quindi l'acqua circolava nel fuoco e si scaldava confluendo poi in un normale puffer per termodinamico.

Ho parlato con un simpatico tizio dall'accento tedesco che credo fosse l'attuale sviluppatore del sistema per la Isomorph, secondo me puoi anche provare a contattarli per avere qualche indicazione.

Si e' parlato anche della possibilita di mettere nel fuoco celle fotovoltaiche. Nel padiglione accanto c'era esposto un prototipo fotovoltaico a concentrazione, di quelli a lenti di fresnel, gli ho chiesto se pensava di usare qualcosa del genere (rendimento celle sul 38 % !) ma lo ha escluso, dicendo che costavano un botto (100 volte piu' di quelle 'normali').
Era orientato su celle in silicio con rendimento intorno al 17 %, le celle devono essere adatte a sopportare alte temperature e soprattutto alti flussi di corrente, quindi con bassa resistenza interna.

ciao

Credo convenga orientarsi su pannelli fotovoltaici ibridi (fotovoltaici-termici) perché in fin dei conti il problema fondamentale è il raffreddamento, una volta assicurato che la temperatura non superi certi valori e che il rapporto di concentrazione non sia troppo elevato, non ci dovrebbero essere problemi con qualsiasi pannello. Io userei comunque pannelli in silicio amorfo, sia per il costo più basso, sia perché, andando a essere accoppiati a dei riflettori, riceveranno luce con angoli di incidenza anche parecchio lontani dalla normale, e in questo caso gli amorfi sono più tolleranti dei cristallini.

Ripeto, conviene non esagerare col rapporto di concentrazione, a meno che non si autocostruisca tutto, compreso il pannello fotovoltaico, prevedendo un efficace raffreddamento, tale da smaltire diversi KW con delta T di pochi gradi, mi verrebbe in mente un sistema a bagno d'olio, dove l'olio, che elettricamente è un isolante, circoli direttamente sopra e sotto le celle fotovoltaiche.

Tanto per dare un'idea, se si raccoglie luce da un'area di 10 metri quadri e si concentra su un metro quadro, bisogna tener conto che ci saranno da smaltire circa 8-9 KW termici. Usando l'olio, che ha una capacità termica intorno ai 2 KJ/KgK questo vale a dire che se l'olio "fresco" entra a 30° ed esce a 40°, cioè con un delta T di 10°, per rimuovere 8 KW occorre un flusso di quasi mezzo litro al secondo. Sempre sperando che il coefficiente di scambio termico tra olio e wafer di silicio sia sufficientemente elevato (e per ottenere ciò si deve aumentare la velocità dell'olio, ed essendo l'olio molto viscoso, questo potrebbe implicare il dover usare pompe ad alta pressione).

In ogni caso un sistema fotovoltaico a concentrazione lo vedrei comunque vantaggioso come sistema ibrido, per generare elettricità e riscaldare casa in inverno, e ottenere acqua calda sanitaria, dato che, comunque, il calore in eccesso da qualche parte va comunque messo, buttarlo via è peccato...

Originariamente inviata da toninon

le celle devono essere adatte a sopportare alte temperature e soprattutto alti flussi di corrente, quindi con bassa resistenza interna.

ciao

Mi vengono in mente i vecchi, cari, transistor di potenza 2N3055, scoperchiati.

Originariamente inviata da eribird

Credo convenga orientarsi su pannelli fotovoltaici ibridi (fotovoltaici-termici) perché in fin dei conti il problema fondamentale è il raffreddamento

Credo che celle normali siano da escludere proprio a causa delle resistenze interne, che abbasserebbero il rendimento.
D'altra parte il grande vantaggio dei sistemi a concentrazione PV e' proprio la ridotta superficie del captatore, che permette di spenderci un po' di piu'.

I pannelli ibridi (detti anche PVT, cioe' PhotoVoltaic and Termhal) hanno il problema che piu' si sale di temperatura per avere temperature decenti piu' il rendimento fotovoltaico scende.
Se si trovassero celle fotovoltaiche maggiormente tolleranti alla temperatura si potrebbe mandare le celle ad una temperatura adatta a produrre calore a bassa temperatura con piccole perdite di rendimento. Naturalmente resterebbe il problema dello scarso rendimento delle celle come assorbitori termici.

Il problema cronico dei sistemi a concentrazione e' che utilizzano quasi esclusivamente luce diretta, e qui non c'e' niente da fare, ma in alcune zone d'Italia la luce diretta abbonda.
Altro problema e' il costo del sistema. Questo della Isomorph dovrebbe avere il vantaggio di un basso costo per la semplicita' dei componenti e del meccanismo.

PS
L'idea della circolazione dell'olio addirittura sopra le celle mi sembra azzardata. Un bel radiatore posteriore all'assorbitore, con circolazione d'acqua mi sembra possa risolvere semplicemente il problema.

ciao

Credo che il futuro del fotovoltaico a concentrazione sia nei pannelli fotoluminescenti. Il classico "uovo di Colombo", è stata ripescata una vecchia, quasi banale, idea degli anni '70, e con qualche miglioria apportata grazie a tecnologie più recenti e mature, "rischia" di far crollare i prezzi del fotovoltaico domestico.

Originariamente inviata da eribird

Credo che il futuro del fotovoltaico a concentrazione sia nei pannelli fotoluminescenti.

Mai sentiti prima, dettagli ?

ciao

Grazie per le vostre risposte.
innanzitutto devo dire che ho seguito il consiglio di Toninon e ho contattato la ditta otttenendo, dopo dieci minuti, una risposta dal prof Grassman (ideatore del progetto) che con estrema cortesia mi ha detto che loro utilizzano dei pannelli della ditta Narec con una concentrazione di ca. 20. (che credo voglia dire che se il pannello è di un mq può ricevere luce da una superficie di 20 mq di specchi) almeno mi pare.
Dal sito Narec non sono riuscito a ricavare gran chè: mi sembra uno dei siti di grandi multinazionali dove non si riesce ad arrivare al nocciolo della questione.

Mi interessano molto le risposte relativa ai transistor di potenza 2N3055 e ancor più dei pannelli fotoluminescenti.

tenete conto che però non ho intenzione di costruire un modellino ma un sistema funzionante che fa elettricità da scambiare sul posto.

Grazie a tutti

In pratica i pannelli luminescenti per aumentare il rendimento di qualsiasi cella fotovoltaica si basano su principi fisici ben noti e macroscopici, per questo ho definito "banale" l'idea.
Detti principi sono, come dicevo, noti da tempo, quindi, in un certo senso, il funzionamento dei pannelli luminescenti è relativamente "low tech" (un progetto degli anni '70).
1) la fluorescenza
2) la riflessione interna totale dei raggi luminosi in un mezzo trasparente
3) la non uniformità dell'efficienza di conversione fotovoltaica al variare della lunghezza d'onda della luce.
4) la non uniformità della distribuzione dell'intensità luminosa delle componenti della luce solare al variare della lunghezza d'onda.

Siccome la "curva" di sensibilità dei materiali fotovoltaici e la curva di distribuzione dell'intensità luminosa nello spettro della luce solare (radiazione di corpo nero a 6000 K) NON si "sovrappongono" in modo ottimale, in pratica si sfrutta la fluorescenza per "traslare" le lunghezza d'onda delle componenti luminose dagli UV al giallo-verde, dove la luce solare è più intensa, verso le lunghezze d'onda dove il semiconduttore fotovoltaico ha rendimento maggiore ma l'irraggiamento solare è modesto (sia nel caso del silicio sia nel caso dell'arseniuro di gallio il "picco" si trova nell'infrarosso vicino).
Se il materiale fluorescente è disperso in un mezzo che ha indice di rifrazione superiore a quello dell'aria, i raggi luminosi "riconvertiti" dalla fluorescenza, che vengono diffusi in tutte le direzioni, potranno uscire dal pannello solo se hanno angolo di incidenza rispetto alla normale della superficie di separazione dei due mezzi minore dell'angolo critico o angolo limite (pari all'arcoseno del rapporto tra indice di rifrazione del mezzo "esterno" e indice di rifrazione del mezzo "interno"). Tutti gli altri "raggi" saranno riflessi totalmente sulle pareti interne.
Nella maggior parte dei casi (vetro comune, olio, acqua), tale angolo è compreso tra 40° e 50°. Se ipotizziamo, ad esempio, che il pigmento fluorescente sia disperso nel plexiglas (resina acrilica) i due "coni" di uscita della luce saranno di circa 80° di apertura, a calcolo spannometrico circa 3 steradianti, quindi la luce che resta "intrappolata" saranno i rimanenti 9,5 steradianti, ovvero il 75%.
Il pannello si comporta, quindi, come una fibra ottica piatta. Quel 75% dell'energia luminosa entrante, riconvertito nel vicino infrarosso, si propagherà per successivi rimbalzi parallelamente alle due facce del pannello fino a raggiungere i bordi, dove sono posti i "recettori" fotovoltaici, di alta efficienza, e che riceveranno luce di lunghezza d'onda "sintonizzata" sul loro picco spettrale di efficienza.
Il rapporto di concentrazione sarà, ovviamente, pari al rapporto tra la superficie superiore del pannello e la superficie dei bordi (perimetro x spessore).

Faccio un disegnino, così si capisce meglio...

Originariamente inviata da polifemo

Mi interessano molto le risposte relativa ai transistor di potenza 2N3055

Qualcuno in "giro" dice che se ne possono ricavare 4 A di corrente, cioè oltre 2 W, concentrando la luce solare con una lente di 15 cm.
Il rendimento equivalente sarebbe di oltre il 10%.
Poco credibile...
Da altre fonti si evince che un transistor con chip di 3x3 mm come il 3055, fornirebbe 0,15 mA esposto a luce solare non concentrata, il che equivarrebbe a un rendimento prossimo all'1%.
Più credibile.

Molto interessante il discorso sulla fotoluminescenza, per quanto tutto da verificare, soprattutto per i materiali. Consiglierei di aprire un thread separato.

Intanto posto i link agli articoli, relativi al concentratore a specchi piani, pubblicati da Grassman, sul sito della Isomorph:

Articolo riassuntivo:
http://www.isomorph.it/letters/artic...icle_final.pdf

E qui il link alla pagina dedicata dalla Isomorph.

Sto leggendo quello riassuntivo, consiglio di leggerlo per chiarisi i principi di funzionamento del concentratore..

ciao

Avrei già aperto un thread specifico, purtroppo le informazioni reperibili in rete su questo tipo di concentratori non sono molte. Qui c'è un articolo che cita una ricerca dell'ENI:

Premio Oscar Masi ai concentratori solari luminescenti di Eni

Questo articolo, in inglese, descrive una variante che converte la luce solare in un fascio laser.

http://www.greenoptimistic.com/2010/...t-solar-laser/

Un altro articolo, sempre in inglese, cita un tipo di concentratore a luminescenza che sfrutta le nanotecnologie dei "quantum-dots" (punti quantici):

http://spie.org/x40550.xml?ArticleID=x40550

Sul sito della Isomorph c'è lo stesso articolo in italiano che è anche più approfondito insieme ad altri 3 che completano il quadro descrittivo:

Solare Termico — Isomorph

sono 4 pdf a destra della pagina.

Li sto leggendo con interesse...
poi vi dico cosa ne penso di questo singolare principio di inseguimento del Sole.

@polifemo
Grazie del link, vedo che sono documenti molto piu' estesi.

Ho letto il documento riassuntivo in inglese citato.

Sintetizzo quel che ho capito, :
Il sistema di specchi non insegue realmente il sole se non per l'angolo d'inclinazione. La superficie captante e' ferma relativamente all'angolo azimutale, si puo' al piu' parlare di "inseguimento stagionale". Dunque la radiazione ricevuta e' inferiore a quella di un sistema ad inseguimento biassiale.
Inoltre gli specchi presumibilmente si ombreggiano tra loro oltre certi angoli.
(Non per criticare, solo per evidenziare alcuni limiti del sistema)

Viene da dire che anche un inseguitore biassiale usa solo due motori, ma certo la meccanica e' piu' costosa.

Non ho capito se l'orientamento azimutale verso sud e' obbligatorio, a spanne direi di no.

Nel documento "documentazione" ho trovato:

I panelli solari riscaldano acqua fino a circa 60 ºC, a seconda delle informazioni trovate su
internet raggiungono efficienze al massimo di 40% (a 60 ºC)1. Panelli di alta qualità (tubi sotto vuoto) costano tipicamente 700 €/m2.

Tre affermazioni tutte false, almeno a quanto mi risulta.
I pannelli solari, piani compresi, superano tranquillamente i 60 ºC, che comunque detto cosi' non ha molto senso in quanto dipende dall'irradiazione e dalla temperatura ambiente.
Il rendimento del solo pannello per i tubi SHCMV e' intorno a 0.7, riferito alla superficie di apertura per delta T di 40 ºC (cioe' 60 ºC a temperatura ambiente 20 ºC) .
Il costo andrebbe chiarito se e' riferito alla superficie lorda o di apertura ma mi sembra comunque fuori mercato.

@eribird
Sulla fotoluminescenza mi sembra che qualcosa ci sia.
Apri senz'altro il thread, in questo modo si indirizza la discussione, se son rose fioriranno...

ciao

@ Toninon,

1) confermo le tue impressioni. penso che fino e dopo una certa ora del giorno gli specchi si oscurino a vicenda sfruttando solo in parte la radiazione solare. Questo è un limite che aumenta all'aumentare della latitudine dove si installa il sistema.
In pratica credo verrebbero sfruttate solo le ore centrali della giornata, a cavallo del mezzogiorno solare locale vero.

2)ogni specchio ruota su un proprio asse diversamente orientato rispetto agli altri, costringendo ad un delicato sistama di leverismi
per rendere "lineare" una funzione che secondo loro, e con assi diversamente orientati, sicuramente non è.

3) Il progetto che ho in mente (fermi restando gli specchi piani) è molto diverso, e decisamente più semplice, quanto a concezione della movimentazione e puntamento (bisogna vedere se funziona).
Devo costruire un modellino per verificarlo.

Se vuoi condividere la tua idea la leggero volentieri, mi interessano le idee che diano prodotti a basso costo e l'uso di specchi lineari sicuramente e' in questa direzione.

Quello della Isomorph nelle intenzioni dovrebbe avere proprio questa caratteristica. Ho visto che citano anche l'uso di un motore lineare cinese da 30 euro..., potrebbe essere una cosa da esplorare, anche se naturalmente il costo totale di un paio di esemplari sarebbe piu' alto.

L'oscuramento reciproco degli specchi esiste ma dal punto di vista pratico non e' un difetto grave, in ogni caso l'ombreggiamento si manifesta quando l'irradiazione e ai valori minimi.
Rilevante e' la perdita per il mancato inseguimento del sole, ma questo e' anche un discorso di diverso sfruttamento delle superfici, ad esempio il sistema Isomorph permette di mettere schiere di concentratori affiancati senza necessita di spaziarli, cosa che per un inseguitore biassiale e' impossibile.

ciao

Può essere che il costo limitato e il fatto di non dover ruotare in azimuth e altezza tutta la struttura, porti a considerare che il gioco vale la candela anche se il sistema potrebbe rendere solo nelle ore centrali.

Mi resta una certa perplessità (non una critica beninteso) sui leverismi che muovono gli specchi perchè potrebbero richiedere frequenti regolazioni.

Sarò ben lieto di condividere il mio progetto ma lo farò solo quando sarò sicuro che funzioni. Non mi piace essere di quelli che scoprono l'acqua calda.