Sviluppo di modelli circuitali per l’integrazione di celle fotovoltaiche e condensatori elettrochimici = Development of circuit models for photovoltaic cells and electrochemical capacitors integration

La necessità di alimentare dispositivi elettronici a basso consumo nel campo dell’Internet of Things ha spinto la ricerca scientifica ad esplorare tecnologie di alimentazione, alternative alle batterie, in grado di convertire e immagazzinare energia elettrica da fonti rinnovabili come l’illuminazione. Una delle soluzioni più studiate prevede l’integrazione di celle fotovoltaiche e condensatori elettrochimici. Tra le varie tecnologie fotovoltaiche, le Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC) offrono una eleveta efficienza di conversione in condizione di illuminazione indoor, un processo di fabbricazione semplice e potenzialmente sostenibile. Riguardo ai condensatori elettrochimici, gli Electrical Double Layer Capacitors (EDLC) favoriscono l’integrazione diretta con tecnologie fotovoltaiche in quanto presentano condizioni di ricarica meno stringenti rispetto alle batterie. Inoltre, possono essere fabbricati con materiali sostenibili e bio-derivati. In questo contesto, l’obiettivo del lavoro di ricerca consiste nel creare modelli circuitali di DSSC ed EDLC in grado di approssimare il loro comportamento in condizioni di lavoro variabili e, di conseguenza, fornire uno strumento versatile per la simulazione di sistemi integrati ottenuti dalla combinazione delle due tecnologie. Le DSSC e gli EDLC sono stati fabbricati e caratterizzati elettricamente per estrapolare i parametri circuitali dei modelli scelti, la cui accuratezza è stata verificata mediante confronto con i dati sperimentali. Successivamente, sulla base dei modelli ottenuti, sono state effettuate simulazioni di integrazione tra le due tecnologie in configurazioni variabili, ipotizzando diverse condizioni operative (illuminazione outdoor/indoor). Dalle simulazioni, è stato osservato che in condizioni outdoor, la componente resistiva dell’EDLC e la corrente assorbita dalla DSSC in condizioni di buio, influenzano maggiormente l’efficienza energetica del sistema. Nel caso opposto, in condizioni indoor si è stimato che il parametro con il maggior impatto sulle prestazioni risulta essere la corrente di perdita interna dell’EDLC. Infine, i risultati ottenuti dal modello sono stati verificati tramite caratterizzazioni elettriche dei sistemi integrati.