Processes for the integration of supercapacitors and solar cells

Con l’avvento di celle fotovoltaiche sempre più ecosostenibili e l’incremento generale di efficienza, sia nella fase di utilizzo che in quella di produzione delle celle stesse, si ha la necessità di compiere un ulteriore sforzo nella ricerca di una metodologia di integrazione altrettanto efficiente tra il sistema di generazione solare e quello di accumulo. Come descritto all’interno di questa Tesi, la ricerca si sta muovendo verso due differenti tipologie di integrazione: quella tradizionale (o discreta) e quella integrata. Per entrambe le tipologie, la ricerca sta convergendo verso l’adozione dei supercapacitori. Tale interesse è stato analizzato in questo elaborato, sia mediante lo studio di pubblicazioni relative all’argomento che con simulazioni basate su MATLAB. I supercapacitori dispongono di numerosi punti di forza, se confrontati con gli odierni sistemi di accumulo, quali: un elevato numero di cicli di carica e scarica senza subire degradazione, un’elevata potenza specifica durante le fasi di utilizzo e altissime efficienze. Il costo di tale tecnologia e la bassa densità di energia accumulabile rimangono però i maggiori difetti. L’integrazione dei supercapacitori con le tecnologie fotovoltaiche, a fronte delle caratteristiche sopra citate, trova quindi margini di sviluppo all’interno di ambiti ben precisi. Nel caso di piccoli dispositivi portatili o sensoristica “stand–alone” i supercapacitori si attestano come una valida fonte di accumulo, garantendo una notevole resistenza all’usura anche in condizioni climatiche avverse. In queste circostanze, l’adozione di un sistema di accumulo integrato (connessione diretta tra accumulatore e cella fotovoltaica senza l’ausilio di cavi o moduli di controllo), permette di ridurre le perdite energetiche e diminuire gli ingombri. L’integrazione discreta (attuata per mezzo di cavi e componentistiche atte a regolare le fasi di carica e scarica dell’accumulatore) rimane preponderante nel caso di impianti aventi una scala maggiore. In questa tipologia di utilizzo i supercapacitori, se inseriti in associazione con un accumulatore primario a batteria, sono in grado di funzionare da filtro modulando e gestendo i picchi di potenza. Tale utilizzo viene analizzato, in questo elaborato, tramite una simulazione MATLAB che ha evidenziato una notevole riduzione dell’usura dell’accumulatore primario ed una più precisa regolazione delle potenze in gioco.