Un nuovo sistema garantisce che il calore di scarto del fotovoltaico a concentrazione non vada perso
Nel CPV, solo una minima parte dell’energia solare viene trasformata in energia elettrica, mentre la parte principale viene dissipata come calore di scarto. Questo calore in eccesso a bassa temperatura è spesso usato nei sistemi CPV/termici convenzionali. Nell’ambito del progetto CPV/RANKINE (Improving the performance of concentrating PV by exploiting the excess heat through a low temperature supercritical organic Rankine cycle), partner provenienti da Belgio, Grecia, Spagna e Svezia hanno lavorato insieme per recuperare il calore di qualità inferiore e alimentare un motore termico, che costituisce un ciclo Rankine organico supercritico (SORC). I partner del progetto hanno scelto questo approccio in quanto supera un ciclo subcritico in termini di potenza di uscita netta alle basse temperature. Il fluido di lavoro è un refrigerante che può bollire a basse temperature. Il team del progetto CPV/RANKINE ha quindi integrato con successo il sistema SORC in un sistema termico/CPV. Migliorando la produttività annuale di energia, il sistema combinato può essere fino al 40 % più efficiente rispetto a un convenzionale sistema fotovoltaico piano, a seconda della stagione. Dopo aver attentamente esaminato i progetti dello scambiatore di calore, i ricercatori hanno deciso di procedere con uno scambiatore di calore a bobina elicoidale a struttura compatta e con un coefficiente di trasferimento di calore elevato. Durante le prove, lo scambiatore di calore supercritico ha dato buonissimi risultati sia in caso di funzionamento subcritico sia ipercritico, raggiungendo efficienze fino al 6 %. Il sistema termico/CPV è costituito da 10 collettori solari che generano contemporaneamente calore ed elettricità, in quanto combinano un pannello fotovoltaico e collettori solari termici nello stesso modulo. Molto sforzo è stato dedicato ad adattare i collettori solari per operare a temperature più elevate rispetto al solito (95 °C). I partner del progetto sono riusciti a creare un impianto di 100 m2 per il sistema combinato che produce circa il 15 % in più di energia elettrica rispetto a un sistema termico/CPV convenzionale simile, utilizzato per i dati meteo di Atene. Tale configurazione assicura inoltre che tutto il calore di qualità inferiore sia sfruttato dal sistema SORC, quando non è più necessario. Il nuovo sistema può fornire un’unità alternativa su piccola scala per la produzione di energia alimentata da energia solare. È adatto per edifici commerciali e residenziali, nonché per altre applicazioni, quali la produzione di calore, elettricità, acqua desalinizzata e refrigerazione.
Parole chiave
Calore di scarto, fotovoltaico a concentrazione, energia elettrica, scambiatori di calore, ciclo Rankine organico supercritico
