VALUTAZIONE SPERIMENTALE DELL'INCREMENTO DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DI MODULI FOTOVOLTAICI ATTRAVERSO RAFFREDDAMENTO CON PHASE CHANGE MATERIALS (PCM)

La tecnologia fotovoltaica (PV) è riconosciuta come una delle migliori modalità per sfruttare l’ampia energia solare al fine di alimentare la nostra società in un contesto di crisi energetica e di appello alla protezione dell’ambiente. Tuttavia, una frazione significativa della radiazione solare che va ad incidere sui pannelli fotovoltaici (PV) viene convertita in calore, riducendo di conseguenza l’efficienza dei moduli fotovoltaici. Generalmente il rendimento dei pannelli fotovoltaici monocristallini diminuisce dello 0,5% per ogni grado di aumento della temperatura. La regolazione termica dei sistemi fotovoltaici diventa quindi importante per migliorare l’efficienza fotovoltaica soprattutto in aree con temperature costantemente elevate. Tra le diverse tecniche di gestione termica del fotovoltaico, l’uso dei materiali a cambiamento di fase (PCM) si è dimostrato piuttosto efficace. I materiali a cambiamento di fase (PCM) possiedono una capacità di accumulo di calore molto elevata e sono in grado di mantenere una temperatura costante durante la transizione di fase, il che li rende i candidati più importanti per i sistemi di accumulo di energia solare. Tuttavia, un grande svantaggio per le loro applicazioni pratiche è dovuto alla bassa conduttività termica che si traduce in un lento trasferimento di calore, in una bassa velocità di accumulo e di rilascio di calore. Queste ragioni hanno portato a realizzare il seguente lavoro di tesi, finalizzato alla realizzazione di un sistema ibrido di raffreddamento PCM/grafene/alette metalliche volto a potenziare l’efficienza del pannello fotovoltaico. La campagna sperimentale è stata articolata su due fasi, definite "caso studio 1" e "caso studio 2" rispettivamente svolte in ambiente interno (indoor) ed esterno (outdoor). In entrambi i casi studio la soluzione proposta (pannello migliorato) è stata confrontata con un pannello fotovoltaico semplice (pannello di riferimento). Nel caso studio 1, per mezzo di un simulatore solare atto a garantire condizioni ripetibili e controllate, è stato dimostrato che il pannello migliorato è risultato circa 7 °C più freddo e con un incremento di efficienza del 3,5% rispetto al pannello di riferimento. Nel caso studio 2, in condizioni atmosferiche reali, è stato dimostrato che il pannello migliorato è risultato essere più freddo nelle prime ore del giorno rispetto al pannello di riferimento, tuttavia durante le ore serali e notturne la situazione si è invertita. Inoltre, come si supponeva, le prestazioni migliori sono state registrate durante il cambiamento di fase solido-liquido con il pannello migliorato circa 5 °C più freddo rispetto al pannello di riferimento e con un guadagno in efficienza di circa il 2,5%.