Design, control and management of renewable energy plants and technologies

Oggigiorno, ed in misura crescente nei prossimi decenni, la disponibilità e facilità di accesso alle fonti energetiche rappresenta un fattore determinante per lo sviluppo mondiale ed il progresso di popoli e nazioni. Parallelamente a ciò, il progressivo sfruttamento delle risorse naturali, unito all’aumento dell’impatto delle attività antropiche sull’ecosistema terrestre e sul clima, impongono a comunità ed istituzioni, ad ogni livello, un ripensamento e l’attuazione di differenti strategie per garantire lo sviluppo sociale ed economico attraverso il ricorso ad approcci basati sul concetto di sviluppo sostenibile. In questo contesto, le fonti energetiche rinnovabili, i.e. solare, eolica, idroelettrica, da biomasse, geotermica, ecc., assumono certamente un ruolo determinante per coniugare progresso ed attenzione alle tematiche ambientali. La presente Tesi di Dottorato si incentra su queste tematiche approfondendo strategie, metodi ed approcci innovativi per l’efficace progettazione, controllo e gestione di impianti e tecnologie per le energie rinnovabili. Nel dettaglio, lo scenario d’insieme delle fonti energetiche è analizzato con logica di sistema ed orientamento all’ottimizzazione globale proponendo studi e modelli che evidenzino l’importanza ed il potenziale delle principali risorse, rinnovabili e non, come elementi di un grande mosaico, i.e. il mix energetico globale, nel quale le potenzialità economiche ed ambientali di ogni risorsa sono enfatizzate minimizzando, nel contempo, gli impatti negativi e le rispettive debolezze. Tra le possibili fonti rinnovabili, la fonte solare assume primaria importanza per disponibilità, diffusione ed impatto potenziale. La presente Tesi di Dottorato analizza, in dettaglio, questa risorsa energetica presentando modelli, metodi ed impianti sviluppati per accrescere l’incidenza di questa risorsa nel mix energetico. Gli elementi ed aspetti fondamentali, insieme ad approcci innovativi per la stima delle componenti della radiazione solare, sono presentati nell’elaborato. Successivamente, l’innovativo settore della concentrazione solare è analizzato, in dettaglio, anche attraverso l’illustrazione delle scelte progettuali, lo sviluppo e la campagna sperimentale preliminare di un concentratore solare fotovoltaico/termico (PV/T) a lenti di Fresnel ed inseguimento biassiale. Nel seguito, vengono approfondite possibili strategie per l’inseguimento biassiale ed algoritmi di controllo, implementati in una piattaforma semi-automatizzata sviluppata in ambiente di programmazione grafica LabViewTM. L’ultima sezione propone, infine, un approccio per la progettazione di un simulatore solare, un dispositivo spesso adottato nei test di ottica solare. In conclusione, la presente Tesi di Dottorato, descrive una molteplicità di strategie orientate alla diffusione delle energie rinnovabili, con attenzione alle performance ed all’impatto potenziale che esse hanno verso il raggiungimento dell’obiettivo ambizioso di un sostenibile living planet.