RADIOMETRI PER FASCI SOLARI AD ALTA DENSITÀ DI FLUSSO

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Dino Cappelli
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1 RADIOMETRI PER FASCI SOLARI AD ALTA DENSITÀ DI FLUSSO Francesco Aldegheri * e Antonio Parretta ** *francesco.aldegheri@gmail.com ** parretta@fe.infn.it; antonio.parretta@enea.it Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra Università di Ferrara ENEA, C.R. E. Clementel, Bologna 1

2 SOMMARIO * Metodi di light scattering: Metodo camera-target * Metodi radiometrici per: i) Ricevitori piani ii) Ricevitori cilindrici * Conclusioni 2

3 CARATTERISTICHE DEL FASCIO Superficie caustica S f Flusso (potenza): costante (Generalized étendue) Informazioni sul fascio: Lunghezza focale Flusso totale (Potenza) Distribuzione del flusso in S Divergenza angolare 3

4 METODI DI LIGHT SCATTERING (LS) (da superficie diffusiva Lambertiana) Misura della densità di flusso col metodo camera-target 1 δ ñ I(P,λ) O θ y P(x,y) ψ z I (P,λ) = segnale CCD I(P,λ) = irradianza r 0 r φ Q x x P (x,y ) Diffusore Lambertiano obiettivo O y CCD I (P,λ) 2 z δ ψ 4

5 Metodo camera target (Light scattering CCD) target target S CCD fc CCD target CCD CCD Ricevitore piano target S fc target CCD target CCD Ricevitore cilindrico 5

6 Elaborazione y dell immagine CCD y Registrazione O x I(x,y) I (x,y ) O x z Diffusore y z y CCD Correzione di prospettiva z O x I(x,y ) Immagine intensità incidente Correzione d intensità z O x I (x,y ) 6

7 METODI RADIOMETRICI Distribuzione dell intensità radiante all interno delle sfere integratrici P 0 P 0 δ δ δ δ pd w in is 1 w in pd w pd w pd Area di primo impatto Misura con una sfera integratrice Distribuzione non omogenea w co Area di primo impatto Distribuzione omogenea Misura con due sfere integratrici 7 is 2

8 1 2 w 1 w 4 Radiometro a doppia cavità (DCR) si 1 b 1 si 2 fco 1 fco b 3 w3 si 1 si b 2 fc pa w2 Pe fo tr fibra ottica rd v rd ins baffles rd II a cavità ra inserto T P I a cavità Isc Spettrometro Console Touchscreen 8

9 Curva di calibrazione (DCR) Log 10 f A P (Fattore di attenuazione) 2,8 2,4 2,0 1,6 1,2 0,8 Rw=92% Rw=93% Rw=94% Rw=95% Rw=96% Rw=97% Rw=98% Rw=99% -1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 Log 10 S C (Area apertura intermedia) 9

10 Radiometro a doppia sfera integrante (DISR) (Evoluzione del DCR) 10

90 Beam divergence ( ) DCR DISR (nuovo radiometro) DCR: fluttuazioni del fattore

11 Ray tracing DCR Confronto DCR-DISR Relative attenuation factor 1,15 1,10 1,05 1,00 0,95 0,90 Old, no baffles Old, baffles New 0, Beam divergence ( ) DCR DISR (nuovo radiometro) DCR: fluttuazioni del fattore di attenuazione < ± 5% DISR DISR: fluttuazioni del fattore di attenuazione < ± 0.5% 11

12 Applicazioni del DCR Sun spectrum after interposition of a sheet of PMMA Sun spectrum after interposition of a Fresnel lens 12

13 Radiometri per Concentratori Termodinamici Cilindrici 13

14 Collare fotovoltaico fisso a singola cella Schermo a visuale ampia Cella solare Tubo ricevitore 14

15 Collare fotovoltaico fisso a celle multiple 15

16 Collare fotovoltaico mobile Percorso del sensore 16

17 Collare fotovoltaico mobile 17

18 Collare fotovoltaico mobile 18

19 CONCLUSIONI Il metodo camera-target è estremamente adatto alla misura della distribuzione spaziale della densità di flusso nei fasci solari concentrati. Il radiometro DCR è adatto alla misura del flusso totale sul ricevitore fotovoltaico. Consente una controllata e precisa attenuazione della radiazione incidente. Range dinamico da 1 sole fino a qualche migliaia di soli. La versione modificata del DCR, DISR, ha una risposta fortemente insensibile alla divergenza angolare del fascio: ± 0.5%. Per concentratori solari termodinamici sono stati realizzati diversi tipi di collari fotovoltaici, sia fissi che mobili. Tutti i radiometri sono stati brevettati. 19

20 RIFERIMENTI * A. Parretta et al, Radiometro mobile per concentratori solari termodinamici cilindrici", Brevetto It., N , 21 Febbraio * M. Armani et al., Dispositivo di attenuazione di un fascio di radiazione elettromagnetica, Brevetto It. N , 30 Agosto * A. Parretta et al., Radiometro per ricevitori cilindrici, Brevetto It., N , 1 Dicembre * A. Parretta et al., Integrating sphere apparatus for attenuating radiation. World patent WO 2006/ A1. Publ. Date: 10 August * A. Parretta et al., Dispositivo a sfere integratrici per l attenuazione di radiazioni. Brevetto It. N , 2 Febbraio * A. Parretta et al., Monitoring of concentrated radiation beam for photovoltaic and thermal solar energy conversion applications, Applied Optics, 45 (2006) * A. Parretta, et al., Double-Cavity Radiometer for High Flux Density Solar Radiation Measurements, Applied Optics, 46 (2007)

21 GRAZIE PER L ATTENZIONE Unifestival. Dal 25 al 27 settembre l'università di Ferrara scende in piazza 21

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