Fotovoltaico ad inseguimento Innovativo

Risultato della ricerca:

L’attività della ricerca che si intende promuovere per lo sviluppo del prodotto commerciale è incentrata sui sistemi d’inseguimento solare di pannelli fotovoltaici ed in particolare di sistemi scalabili e flessibili di microinseguimento, basati sullo sviluppo di una meccanica innovativa low cost che permette di implementare impianti fotovoltaici ad inseguimento indipendenti per singolo pannello. La soluzione proposta, poiché adopera pannelli di rapporto lunghezza-larghezza elevato, permette di aumentare l’efficienza energetica del sistema d’inseguimento e, quindi, di migliorare le performance globali del campo FV; inoltre, riesce a minimizzare l’effetto vela, sia per la riduzione delle superfici esposte che per l’avvicinamento del pannello alla superficie della copertura, sfruttando così l’effetto suolo per ridurre le velocità del vento incidente sulle superfici mobili dell’impianto.

L’efficienza fluidodinamica e di conversione del sistema di movimentazione si completa poi con una logica d’attuazione del movimento sequenziale dei diversi moduli in relazione alle condizioni ventose e di irraggiamento termico, al fine di sfruttare al massimo l’effetto schermo del pannello precedente durante la movimentazione. Gli sforzi volti all’efficienza energetica globale sono amplificati nella scelta dell’alimentazione dei micromotori collocati direttamente sul modulo FV che avviene tramite un accumulo elettrolitico, i cui cicli di carica sono massimizzati nelle ore di alba e tramonto, ovvero nei periodi in cui gli MPPT non sono in grado d’inseguire la curva tensione-corrente dei moduli. Questa soluzione permetterà di attuare in buona parte la movimentazione sfruttando un’energia comunque non convertibile in c.a.; il micro sistema d’inseguimento sarà così dotato di un’elettronica indipendente per la gestione dell’accumulo elettrolitico e la gestione del motore, ma non gestirà gli algoritmi d’inseguimento essendo elemento slave di un’unità logica master connesso mediante bus seriale.

L’unità master implementerà i più efficienti algoritmi di movimentazione necessari alla massimizzazione dell’energia elettrica prodotta e comunicherà al singolo modulo l’angolo di movimentazione da raggiungere.   Un sistema siffatto garantirà un’elevata efficienza energetica grazie anche alla riduzione sostanziale dei carichi inerziali avendo eliminato pesanti sezioni di struttura mobile, tiranti, puntoni e/o meccanismi. Anche la struttura mobile del singolo pannello è stata soppressa, sfruttando integralmente la cornice di alluminio del pannello e predisponendo il collegamento diretto del giunto di rotazione sulla stessa cornice. La soppressione dei citati organi di moto comporta anche la soppressione delle relative coppie cinematiche di rotazione e/o traslazione, eliminando quindi tutte le perdite energetiche per attrito e portando ad un ulteriore incremento energetico globale del sistema d’inseguimento.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

La ricerca in essere non è stata oggetto di precedenti bandi di ricerca.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

Il sistema sviluppato presenta dei caratteri marcati di innovatività rispetto alle soluzioni presenti sul mercato in termini di efficienza energetica, flessibilità d’impiego, semplicità d’installazione, durabilità e semplicità manutentiva. I sistemi diffusi sul mercato implementano l’inseguimento solare mediante l’attuazione centralizzata di più moduli montati su pesanti strutture meccaniche, dovendo impiegare una quantità rilevante di energia legata alle inerzie elevate (componente non conservativa essendo il moto discontinuo), alla maggiore resistenza del vento, ed a maggiori attriti dovuti alla presenza di numerosi componenti cinematici.

Il sistema sviluppato e precedentemente descritto impiega, per la buona parte della movimentazione, un’energia che normalmente non viene sfruttata essendo al di fuori delle curve MPPT. La soluzione proposta ad inseguimento indipendente mostra una maggiore flessibilità rispetto ai sistemi presenti sul mercato, dovuta all’indipendenza meccanica dei diversi moduli, permettendo così l’installazione su qualsiasi tetto senza necessità di customizzare e/o riprogettare la struttura di movimentazione per adattarsi al luogo d’installazione. Essa permette l’installazione anche su più falde non complanari attuando per ciascun modulo la legge d’inseguimento più efficiente. La soluzione proposta consente, inoltre, una drastica riduzione degli organi di moto, quali puntoni, tiranti, manovellismi o organi flessibili per il collegamento cinematico tra i moduli, incrementando la durabilità complessiva del sistema per l’elevata semplificazione della cinematica.

L’utilizzo di attuatori indipendenti, dalla potenza fortemente contenuta, permette di ridurre di pari grado le sollecitazioni sugli organi di moto, garantendo il confinamento del guasto al solo attuatore e/o meccanismo mal funzionante, senza pregiudicare l’intera stringa. Per tali ragioni l’attività manutentiva risulta semplificata e confinata al meccanismo del singolo modulo.

Titoli di proprietà intellettuale:

I risultati della ricerca non sono al momento oggetto di titoli di proprietà industriale. È stata, però, già svolta un’approfondita ricerca di anteriorità brevettuale mediante la consultazione di banche dati specialistiche.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

L’applicazione principale del prodotto da sviluppare riguarda la realizzazione di nuovi impianti fotovoltaici di piccola dimensione, di taglia domestica o similare, nell’ambito della filiera dell’edilizia sostenibile per nuove costruzioni o di efficientamento del patrimonio esistente, ed in particolar modo ove le superfici con adeguata esposizione solare sono contenute e/o insufficienti a raggiungere gli obbiettivi di efficientamento energetico imposto dalle leggi e dai regolamenti nazionali o regionali. La realizzazione di un impianto fotovoltaico con un siffatto sistema d’inseguimento, a parità di potenza, consente infatti di incrementare la produzione media annua del 20-25% o, a parità di energia, di ridurre della stessa percentuale la superficie necessaria per l’installazione. Interessante, inoltre, è la possibilità di impiegare superfici marginali d’installazione che con sistemi fissi non sarebbero tecnicamente ed economicamente sfruttabili. Un altro vantaggio di tale sistema è che si può installare anche in località non elettrificate in quanto ha una sua autonomia di energia per l’inseguimento del sole.

Sono stati condotti degli studi puntuali relativi al mercato di riferimento. Questa attività è stata finalizzata ad analizzare i principali trend del potenziale mercato di riferimento dei prototipi in corso di realizzazione.  L’analisi dei principali studi di settore condotti da enti di ricerca italiani ed esteri (Databank, School of Management del Politecnico di Milano, Enea, SolarPower Europe) ha consentito di tracciare le più recenti evoluzioni del mercato fotovoltaico, sia a livello nazionale che internazionale. L’individuazione delle tendenze in atto, unitamente alla mappatura dei cambiamenti tecnologici intervenuti nell’ultimo decennio, è stata resa possibile anche tramite la consultazione di alcune market directories globali.

A seguire è stata condotta una valutazione economico-finanziaria connessa all’industrializzazione dei risultati delle attività di ricerca industriale. Al fine di individuare le possibili opportunità tecnologiche, organizzative e di mercato, è stato condotto uno studio sui principali parametri tecnici ed elettro-meccanici di 34 inseguitori solari attualmente presenti in commercio. Sulla base di questi parametri è stato costruito un database che restituisce una scheda tecnica per ciascuno dei prodotti analizzati. Le informazioni estratte sono state, dunque, sistematizzate in un documento di analisi tecnica che, con l’ausilio di rappresentazioni grafiche, mira a individuare gli spazi di mercato potenziali.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

L’aver realizzato un primo prototipo in base al quale si è riprogettato e simulato il sistema, ha permesso di tracciare un percorso di sviluppo del prodotto che prevede come fase fondamentale la sua ingegnerizzazione.

Una prima fase riguarderà la verifica della componentistica individuata nella progettazione del manufatto in quanto la tecnologia che viene utilizzata è in continua evoluzione e individuare quella “meno costosa e più evoluta” rappresenterà un vantaggio competitivo del prodotto. Un altro aspetto importante riguarderà lo sviluppo del  software che implementerà l’algoritmo di inseguimento solare che è stato progettato, il quale permetterà di massimizzare l’energia prodotta attraverso una inclinazione del pannello tale da permettere il posizionamento dello stesso perpendicolarmente alla radiazione solare quando è presente la componente diretta, compatibilmente con le esigenze di sicurezza in presenza di velocità del vento elevate, in maniera da rendere minima la resistenza al vento.  Alla realizzazione di prototipi sempre più accurati, seguirà la fase in ingegnerizzazione che ha il fine di migliorarne le caratteristiche anche per minimizzare i costi ed i tempi di assemblaggio, a parità di prestazioni.

Altro aspetto di cui si terrà conto nella scelta della soluzione finale sarà la facilità di manutenzione, nonché il disegno finale per rendere il sistema di gradimento dell’utente finale. Un sistema che acquisirà i dati di posizione dei pannelli e di producibilità dell’energia elettrica, permetterà di verificarne le prestazioni e di confrontarle con quelle previste in fase di progettazione e con quelle di un sistema di stessa potenza tradizionale (fisso).