Il fotovoltaico a film sottile

Nella tesi, dopo una breve panoramica sulle energie rinnovabili, quanto più importanti viste le attuali esigenze di riduzione delle emissioni di CO2 promosse dalla Comunità Europea, viene preso in considerazione il fotovoltaico. Passando attraverso le tre generazioni di pannelli (a silicio cristallino, a film sottile e organico), se ne evidenziano vantaggi e svantaggi, mettendo a confronto i rispettivi prezzi, efficienze e capacità d’integrazione in un dato contesto architettonico; una panoramica sul film sottile evidenzia la sua divisione interna a seconda dei materiali impiegati nella realizzazione dei moduli. Infine vengono riportate alcune delle più recenti scoperte nell’ambito dei materiali e nelle tecniche di anti-riflessione utilizzate per aumentare l’efficienza delle cell

Potential of regeneration for small historical centers in Italy. Guidelines for the reduction of acoustic impact produced by the Micro-Wind power system

Utilizzo di energia proveniente dal vento per il recupero dei centri storici minori in Italia. Focus: Sant'Arsenio

Tecnologie fotovoltaiche innovative per ridurre il costo dell'elettricità

Il costo per Watt delle celle solari si è ridotto così velocemente negli anni, che i costi di fabbricazione dei moduli fotovoltaici incidono poco sui costi totali di un impianto fotovoltaico: sono i costi di installazione e gestione e quelli dei materiali di base che determinano principalmente il costo per la produzione di elettricità. L'aumento di efficienza e l'energia prodotta dall'impianto costituiscono oggi le leve più importanti per la riduzione dei costi complessivi. La tecnologia dei moduli fotovoltaici si è evoluta nella direzione di massimizzare l'efficienza di conversione e l'energia prodotta in media da un impianto fotovoltaico cercando di ottimizzare la raccolta di luce e ridurre le perdite. In questo lavoro discuteremo dello stato dell'arte della tecnologia fotovoltaica per impiego terrestre che è in gran parte basata sul silicio, il secondo elemento più abbondante sulla terra, e delle prospettive di sviluppo futuro che puntano a superare i limiti imposti dalle caratteristiche dei materiali

Pannelli fotovoltaici: processi di riciclaggio e convenienza economica

Si analizzano i processi di riciclaggio esistenti per i dispositivi fotovoltaici e si esegue un'analisi economica sulla sua convenienz

Algoritmi di ottimizzazione MPPT per l'energy harvesting indoor tramite moduli fotovoltaici

L'obiettivo della tesi è quello di valutare le prestazioni di algoritmi di MPPT per diversi moduli inorganici ed organici in ambiente indoor per l'alimentazione di sensori di misura

Fracture Mechanics of Silicon: From durability of photovoltaic modules to the production of thin film solar cells

Nowadays the photovoltaic research is focused on increasing the performances, the durability and reducing the cost of production of solar cells, such as PV modules. These are the paromount fields to make photovoltaics more attractive for the energetic market. In this dissertation two of these aspects are investigated: the durability and the cost reduction issues. The fracture mechanics of the Silicon, the standard material used for the solar cells, is the main subject of the presented study. In the recent and next years the relevance of the durability studies is expected to increase more and more because of the developing of a new segment of PV, the building integrated Photovoltaic (BIPV). These new products incorporating PV modules in the building materials are curtains, walls, windows, sloped roofs, flat roofs, facades, shading systems and roofing shingles. In the new generation of BIPV systems, PV modules replace parts of the building structure, providing functional considerations and lowering costs. In this market the thin-film PV is the most promising technology because of its superior flexibility, minimal weight, and the ability to perform in variable lighting conditions. The issues of this particular PV market are not only the energy production but also the structural safety and performance in addition to architectural specifics as the shadowing. In this framework the durability, the degradation and new technology to achieve a cost reduction are of fundamental importance. In this thesis, experimental diagnostic techniques and interpretative models based on linear and nonlinear fracture mechanics for studying the phenomena of fracture in Silicon are presented. In particular the development and the use of techniques for the quantitative analysis of electroluminescence signals, for the detection of cracks in Silicon caused by thermo-elastic stresses, have been developed. The experimental results have been obtained during an extensive experimental campaign conducted at Politecnico di Torino. For the interpretation of the experimental evidence it has been proposed an original onedimensional electrical model for predicting the eect of cracks on the distribution of electric current. Subsequently, the electric field has been coupled to the mechanical, introducing an electric resistance located at the level of the crack and dependent on the crack itself. In parallel, a numerical analysis has been carried out, using the finite element codes FRANC2D and FEAP, on the phenomenon of peeling in mono-crystalline Silicon induced by thermoelastic stresses. This study, which can be very important in applications because it may allow the production of ultra-thin solar cells with a significant saving of material, is carried out in collaboration with the Institute for Solar Energy Research (ISFH), Hamelin, Germany. This process exploits the thermo-mechanical stresses due to the contrast between the elastic proviii perties of Silicon and Aluminium in line with earlier studies of the school of Harvard. It has been proposed a broad campaign experimental and numerical in order to optimize the process

Nanotubi di carbonio macroscopicamente allineati come emettitori iperbolici per conversioni fotovoltaiche efficienti

La radiazione elettromagnetica è un fenomeno fisico che è tradizionalmente descritto con l'aiuto della legge di Planck e del concetto di corpo nero, ma recenti sviluppi ne hanno dimostrato i limiti. Questa legge stabilisce i limiti massimi della quantità di energia che un oggetto può emettere o scambiare sotto forma di onde elettromagnetiche. Tuttavia, grazie allo sviluppo di nuove tecniche sperimentali, è stato possibile dimostrare che le proprietà della radiazione elettromagnetica di oggetti sufficientemente piccoli violano considerevolmente la legge di Planck. È stato infatti dimostrato che, quando le dimensioni degli oggetti o gli spazi tra gli oggetti sono nell’ordine dei micro o nano, non solo la legge di Planck non è più valida ma la potenza radiante può superare il limite del corpo nero anche di diversi ordini di grandezza. Questo fenomeno, definito radiazione super planckiana, ha generato un notevole interesse nei campi della gestione termica, della conversione dell'energia, del sensing e dell'imaging a infrarossi, ecc. Tuttavia, rispetto alla legge di Planck, la comprensione della radiazione super Planckiana è ancora relativamente immatura negli aspetti di descrizione teorica, modellistica numerica e caratterizzazione sperimentale. In questa dissertazione viene discusso il motivo per cui questo stretto picco di emissione sia così significativo per aumentare l'efficienza delle conversioni fotovoltaiche. Viene quindi presentato un metamateriale super planckiano a dispersione iperbolica basato su nanotubi di carbonio a parete singola allineati macroscopicamente (SWCNT). Infine, viene mostrata l'implementazione di simulazioni numeriche per calcolare direttamente la radiazione super planckiana del metamateriale e per dimostrare come la radiazione elettromagnetica possa essere manipolata modificandone la geometria.Electromagnetic radiation is a physical phenomenon that has been traditionally described with the help of Planck’s law and the concept of black body, but recent developments have proven its limitations. This law sets upper limits for the amount of energy that an object can emit or exchange in the form of electromagnetic waves. However, due to the development of novel experimental techniques it has been possible to demonstrated that electromagnetic radiation properties of small enough objects drastically violate Planck’s law. It has, indeed, been demonstrated that when the sizes of the objects or the gaps between the objects are in the micro- or nano-scale, not only Planck's law is no longer valid but the radiative power can exceed the blackbody limit by orders of magnitude. This super planckian radiation phenomenon has attracted significant attention in the fields of the thermal management, energy conversion, infrared sensing and imaging, etc. Nevertheless, in comparison with the traditional radiation under the framework of Planck's law, the understanding of super planckian radiation is still relatively immature in the aspects of theoretical description, numerical modelling and experimental characterisation. In this dissertation is discussed why this narrow peak emission is significant for increasing efficiency in photovoltaic conversions. Then is presented a super planckian metamaterial with hyperbolic dispersion based on macroscopically aligned Single Wall Carbon Nanotubes (SWCNT). Lastly, it’s shown the implementation of numerical simulations to directly calculate the super planckian radiation of the metamaterial and dimostrate how the electromagnetic radiation can be manipulated by changing the geometry