Csp Ing. Salinari
- 1. European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week Solare Fotovoltaico a Concentrazione e le sue prospettive di competitività Piero Salinari Data 15 Aprile 2011 EUROPEAN COMMISSION
- 2. L’obiettivo “competitività” Il solare fotovoltaico, nelle sue mille forme, è oggi in forte crescita grazie alle varie incentivazioni, che, in pochi anni, hanno già ottenuto il risultato di ridurne i costi di un fattore due, ma deve ancora ridurli di un altro fattore due per diventare direttamente competitivo con le energie NON rinnovabili. European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 2
- 3. L’obiettivo “competitività” Fra le tre metodologie seguite per compiere quest’ultimo passo: 1.Riduzione costo del “flat plate” con nuove tecnologie 2.Concentrazione con dicroico 3.Concentrazione con celle multigiunzione L’ultima è la più matura, mi concentrerò quindi solo sull’uso di celle multigiunzione (con riferimento alle celle Spectrolab, attuamente le migliori sul mercato) European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 3
- 4. Di che si tratta? Sono tre (in futuro più di tre) diverse celle fotovoltaiche disposte in serie che catturano, una dopo l’altra, le diverse componenti cromatiche della luce solare. La struttura della serie deve garantire una buona trasmissione della luce e della corrente ed è quindi piuttosto complessa European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 4
- 5. • GaInP (1.88 eV, <660 nm) • GaInAs (1.41 eV, <880 nm) • Ge (0.67 eV, < 1850 nm) La combinazione di questi semiconduttori in cascata consente di: • Aumentare l’efficienza fotoeletrica • Estendere la banda ottica utilizzata European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 5
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- 8. Confronto con Silicio “flat Plate” Le celle multigiunzione utilizzano una banda più larga di quella del Silicio MA Si può concentrare solo la radiazione “diretta e circumsolare” Il vantaggio in potenza solare utilizzata è modesto: +6% Mentre l’efficienza di trasformazione foto-elettrica è doppia European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 8
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- 11. A che punto siamo? Le due soglie della figura precedente, tradotte in Euro, sono: 1. Ammortamento in 5 anni ∼ 1200 €/kW 2. Pareggio con costo energia NON rinnovabile ∼ 800 €/kW I migliori sistemi fotovoltaici “flat plate” costano > 2000€/kW I migliori sistemi multigiunzione costano ∼ 2000€/kW Il multigiunzione è già competitivo col silicio “flat plate” ma ancora lontano dalla prima soglia di appetibilità non incentivata . . . I primi sistemi multigiunzione in commercio hanno sfruttato solo la parte facile da sfruttare del potenziale del multigiunzione Il progetto FAE (Fotovoltaico ad Alto Rendimento) Si propone di sfruttarne l’intero potenziale European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 11
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- 13. Quali sono gli spazi per l’ottimizzazione? Il primo e più importante è AUMENTARE LA CONCENTRAZIONE all’attuale ≤ 500 a ∼ 1000 Questo consente di dimezzare il numero di componenti ottici European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 13
- 14. Il secondo è di sfruttare al massimo l’efficienza delle celle multigiunzione attraverso: A.Un sistema di raffreddamento innovativo che, pur a concentrazione maggiore, riduca le perdite di efficienza delle celle per effetti termici B.Un accoppiamento ottico che elimini le perdite per riflessione sulla cella A.Un’ottica di concentrazione molto efficiente in trasmissione e con illuminazione uniforme Il terzo, ovviamente, è un’industrializzazione attenta ai costi ma che non riduca la qualità European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 14
- 15. Se la pratica conferma la teoria . . . Gli studi numerici preliminari per FAE hanno già identificato soluzioni che consentono di ottenere le seguenti prestazioni: •Concentrazione 970 eff 96% •Temperatura media celle 60 ºC eff 92% •Uniformità di illuminazione ± 40% eff 98% •Perdita per accoppiamento ottico 4% eff 110% •Perdita per trasmissione nel concentratore 8% eff 92% eff tot. 91,24% European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 15
- 16. L’efficienza in operazione della cella Spectrolab verrebbe così ridotta dal 41,6% in condizioni ideali (concentrazione 364, T = 25 ºC) della cella nuda (perdita per riflessione ∼14%) al 36,5% di una cella con buon contatto ottico (perdita per riflessione ∼4%) e con raffreddamento ed ottica ottimizzati. European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 16
- 17. . . . l’obiettivo può essere raggiunto! L’efficienza con celle in commercio può salire dall’attuale ∼ 25% ad oltre il 35% (un fattore 1,4) MENTRE il numero di componenti costosi si dimezza (un’altro fattore ≥ 1,5) In totale il fattore sarebbe ≥ 2,1 Ed il costo proiettato dall’esistente (2000/2,1) ≤ 952 €/kW Sarebbe ben sotto la prima soglia (ammortamento in 5 anni, 1200 €/kW) e poco sopra la seconda (pareggio con NON rinnovabili, 800 €/kW) A costo dei combustibili costante . . . European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 17
- 18. zi o ne! se atten c orte ie del l a Graz European Union 11-15 April 2011 Sustainable Energy Week EUROPEAN COMMISSION 18