Analisi termodinamica di collettori solari ibridi (PVT)

I collettori ibridi fotovoltaici/termici (PV/T) sono dispositivi in grado di convertire l’energia solare simultaneamente in energia termica ed in energia elettrica. In linea generale, essi consistono in comuni pannelli fotovoltaici raffreddati per mezzo di un opportuno fluido termovettore, convogliato in modo da poter essere reso disponibile all’utenza. Il fluido termovettore, asportando il calore in eccesso dalle celle fotovoltaiche, svolge il duplice compito di raffreddare le celle, migliorandone l’efficienza elettrica, e di rendere utilizzabili i cascami termici a temperature idonee per applicazioni tecniche. I collettori PV/T sono dunque caratterizzati da un’efficienza energetica totale molto interessante. In realtà, però, solo una valutazione basata sul Secondo Principio della Termodinamica può mettere pienamente in luce il principale problema legato all’uso ottimale di questa tecnologia: la produzione di energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche aumenta alle basse temperature ma, al contrario, l’utilizzabilità dei cascami termici recuperati tramite il fluido termovettore, misurata ad esempio tramite la funzione exergia, è maggiore alle alte temperature. L’utilizzo del Secondo Principio può dunque consentire una reale ottimizzazione termodinamica dei collettori PV/T, conducendo alla definizione delle condizioni operative che possano massimizzare l’exergia totale prodotta dal sistema. In questo lavoro si presenterà innanzitutto una revisione critica degli approcci proposti in letteratura per l’analisi termodinamica dei sistemi PV/T alla luce del Secondo Principio, evidenziando per ognuno di essi limiti e criticità. Quindi, come caso studio, sarà effettuata l’analisi exergetica di un prototipo di collettore PV/T raffreddato ad acqua, al fine di valutare la dipendenza delle prestazioni da alcuni parametri operativi caratteristici, quali la temperatura di alimentazione e la portata di fluido termovettore, dimostrando l’esistenza di una condizione operativa ottima