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

La crescente diffusione di dispositivi elettronici a basso consumo ha aperto nuove prospettive per l’impiego di sistemi di alimentazione autonomi, capaci di garantire continuità di funzionamento senza necessità di interventi esterni frequenti. In particolare, l’integrazione tra fonti di energia rinnovabile e sistemi di accumulo rappresenta una soluzione promettente per applicazioni di sensoristica distribuita, in cui la sostituzione o la manutenzione delle batterie tradizionali risulta spesso onerosa o impraticabile. Tra le possibili fonti energetiche, il fotovoltaico costituisce un’opzione di grande interesse grazie alla sua disponibilità diffusa e alla compatibilità con applicazioni su piccola scala. Tuttavia, quando si considerano scenari indoor, la natura della radiazione incidente pone sfide ulteriori: l’intensità luminosa è ridotta e le condizioni di illuminazione risultano fortemente variabili, a seconda della sorgente artificiale e dell’ambiente in cui il sistema è collocato. In questo contesto, l’impiego di un dispositivo di accumulo diventa essenziale per garantire un’alimentazione stabile e continua al carico che si vuole alimentare. I supercondensatori rappresentano un elemento chiave in questo tipo di configurazione: grazie alla loro elevata densità di potenza, alla lunga vita ciclica e ai tempi di carica/scarica ridotti, essi si configurano come soluzioni particolarmente adatte ad affiancare celle fotovoltaiche in applicazioni intermittenti e a basso consumo. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo e la validazione di un modello completo in ambiente Matlab/Simulink che descriva il comportamento di un sistema fotovoltaico accoppiato a un supercondensatore, destinato all’alimentazione di un piccolo carico come può essere un sensore, in condizioni indoor. Il lavoro si articola in più fasi: inizialmente vengono analizzati i dati sperimentali della cella fotovoltaica al fine di determinare, mediante tecniche di fitting, i parametri caratteristici del modello equivalente; successivamente il sistema completo viene implementato e simulato per valutare la capacità del supercondensatore di immagazzinare e rilasciare l’energia necessaria a garantire il funzionamento del sensore. I risultati ottenuti permettono di confrontare le prestazioni del modello con i dati sperimentali disponibili e di discutere i limiti e le potenzialità di questa configurazione. In prospettiva, lo studio fornisce una base metodologica per la progettazione di sistemi autonomi di alimentazione indoor per dispositivi elettronici a basso consumo, con possibili applicazioni nell’ambito dell’Internet of Things, monitoraggio ambientale e dispositivi biomedicali portatili.