Designing, Manufacturing and Test of a Nonimaging Optics particularly for Concentrated Photovoltaics. TwinFocus: a case study.

L'idea alla base del fotovoltaico a concentrazione (CPV) è molto semplice: concentrare la radiazione solare su piccole celle fotovoltaiche allo scopo di ridurre il costo del semiconduttore impiegato verso gli altri componenti costituenti il sistema fotovoltaico. I sistemi CPV progettati per alte concentrazioni utilizzano celle solari che attualmente risultano le più efficienti mai realizzate, le celle fotovoltaiche a tripla giunzione (3J). La rapida crescita del mercato del fotovoltaico (PV) piano avvenuta negli ultimi anni ha destato l'attenzione di tutto il mondo nei confronti di questa tecnologia, in particolar modo grazie al raggiungimento della grid-parity. Nel frattempo la tecnologia CPV ha richiamato ricercatori ed investitori, attirati in particolare dall'introduzione sul mercato delle celle solari a tripla giunzione per applicazioni terrestri. Una progettazione accurata del sistema CPV, aiutata da una crescita del mercato del CPV, potrà portare questa tecnologia ad essere competitiva in un breve futuro. Questo lavoro di dottorato si integra in questo scenario accademico ed industriale. Lo scopo principale del lavoro è consistito nel progettare un'ottica nonimaging per la tecnologia CPV. A partire dall'analisi dei vincoli progettuali sono state affrontate alcune scelte iniziali. Questo primo step è il più importante durante l'intera fase progettuale perché richiede un'approfondita conoscenza dei processi produttivi coinvolti, a partire dalle tolleranze meccaniche fino ai costi di realizzazione. In questa fase della progettazione un punto importante è stato la scelta dell'elemento ottico primario, un substrato in policarbonato successivamente alluminato. Questa scelta è stata fatta per trarre vantaggio dal know-how della tecnologia degli stampi ad iniezione, particolarmente usati nel mondo dell'illuminazione automotive. Successivamente a questa fase di progettazione delle superfici ottiche, si è passati all'analisi delle tolleranze e alla realizzazione dei componenti, ponendo particolare attenzione alla realizzazione dell'elemento ottico primario. A questo proposito è stato allestito un esperimento volto ad ottimizzare la procedura di stampo ad iniezione di tale elemento ottico. Il lavoro si conclude con un test outdoor del primo prototipo realizzato e con il confronto delle prestazioni elettriche di una cella 3J simulata grazie ad un modello dedicato. Tutte le attività presentate sono state svolte grazie al supporto del Polo Fotovoltaico Veneto e del Centro Studi e Ricerche E.Fermi di Roma. Le misure sulle installazioni sperimentali sono state svolte presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL-INFN) mentre l'esperimento realizzato attorno allo stampo ad iniezione è stato svolto presso la ditta Unica Srl di Conegliano Veneto.