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Dipartimento
di Ingegneria Meccanica
e Aerospaziale
Progetto SOLARBUILD
Chivasso, 16/9/2014
Il progetto Solarbuild ha come scopo lo sviluppo di un dispositivo basato sulla tecnologia della concentrazione
fotovoltaica per la produzione dell’energia elettrica e termica necessaria a soddisfare il fabbisogno di un
edificio monofamiliare.
Il progetto è stato finanziato dalla Regione Piemonte tramite il Polo di Innovazione Polight, gestito da
Environment Park, nell’ambito del Programma Operativo Regionale per l’utilizzo dei fondi FESR 2007 – 2013.
Hanno partecipato il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino (DIMEAS)
e tre aziende piemontesi: Thesan SpA, attiva nel settore delle tecnologia per l’utilizzo delle fonti rinnovabili,
Pegaso SrL di Strambino, con forti competenze nello sviluppo di dispositivi hardware per la regolazione e il
controllo di sistemi meccanici, e Ghidella SrL, Società con una forte tradizione e competenza nella
realizzazione di componenti meccanici di precisione. Ha avuto inoltre un ruolo particolarmente importante
Microla SrL, Società di Chivasso che ha come principale attività la lavorazione di precisione mediante laser di
bassa-media potenza e con una forte competenza nella progettazione e realizzazione di sistemi ottici.
La tecnologia alla base del progetto sviluppato prevede di massimizzare lo sfruttamento della radiazione
solare mediante l’utilizzo di celle fotovoltaiche a tripla giunzione caratterizzate da elevatissima efficienza.
Queste celle offrono le migliori prestazione quando sono soggette a irraggiamento compreso tra 100 e 1000
kW/m2, valori che sono da 100 a 1000 volte superiori a quello disponibile che è pari a 1 kW/m 2. Per questa
ragione si utilizzano dispositivi ottici, specchi o lenti, per concentrare la radiazione solare su una cella di
piccole dimensioni, tipicamente 1 cm2, ottenendo il duplice risultato di ottimizzare la resa energetica e di
ridurre drasticamente il consumo di materiali rari e, di conseguenza, il costo del sistema.
La concentrazione della radiazione solare comporta che in corrispondenza della cella sia necessario dissipare
una grande quantità di calore per evitare di raggiungere temperature troppo elevate che provocherebbero
danni irreversibili; uno degli obiettivi del progetto è quindi il recupero di questo calore per renderlo disponibile a
un’utenza domestica.
Uno dei principali obiettivi del progetto è stato lo sviluppo di tutti i componenti necessari ad applicare questa
tecnologia: sono stati sviluppati moduli a concentrazione che utilizzano lenti di Fresnel per concentrare la luce
solare e si è sviluppato uno scambiatore di calore economico ed efficiente da applicarsi in corrispondenza
delle celle fotovoltaiche. Collegando opportunamente gli scambiatori si ottiene un circuito che permette di
recuperare il calore e trasportarlo a un’utenza.
L’applicazione della tecnologia richiede anche di poter orientare le ottiche di concentrazione in maniera tale da
poter focalizzare il fascio di luce sulla cella fotovoltaica durante l’intera giornata, e piccoli errori di orientamento
possono provocare lo spostamento del punto di focalizzazione all’esterno della cella fotovoltaica e annullare
del tutto la produzione di energia: è quindi necessario disporre di un inseguitore solare estremamente rigido e
preciso.
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Per questa ragione si è sviluppato un inseguitore innovativo, che mutua dalla robotica l’architettura a
cinematica parallela per garantire elevata precisione e rigidezza.
Il sistema insegue il Sole grazie a un sensore di orientamento che verifica in ogni istante l’allineamento,
fornendo al controllore le indicazioni per il comando dei motori.
E’ stato allestito un dimostratore presso il Campus Tecnologico di Via Baraggino a Chivasso: è stato installato
il prototipo del sistema completo, composto da otto moduli fotovoltaici a concentrazione e da un inseguitore a
cinematica parallela, ed è stato realizzato un laboratorio che permette di simulare la presenza di un edificio
servito dal dispositivo.
Il dispositivo costruito è caratterizzato da una potenza elettrica di picco di 3 kW e una potenza termica di 7,8
kW, e può produrre annualmente 5 MWh di energia elettrica e 15 MWh di energia termica, impegnando una
superficie di 13,6 m2.
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