L’insegnamento tratta le problematiche connesse alla produzione di energia elettrica da fonte fotovoltaica ed eolica attraverso l’impiego di impianti elettrici connessi in rete. Vengono trattati aspetti connessi alla caratterizzazione della sorgente di energia, alla conversione in energia elettrica e alle relative applicazioni impiantistiche.

Conoscenza dei principi di funzionamento dei sistemi fotovoltaici ed eolici. Capacità di valutare la producibilità di energia elettrica da sorgente fotovoltaica ed eolica. Capacità di progettare semplici impianti fotovoltaici.

Nozioni base dell’Elettrotecnica e di Meccanica.

PROGRAMMA RIGUARDANTE I SISTEMI FOTOVOLTAICI
Caratterizzazione spettrale dell’energia solare; radiazione diretta, diffusa riflessa e globale.
Struttura dei dispositivi fotovoltaici: bande energetiche nei semiconduttori; drogaggio di tipo "p" e "n"; giunzione e campo elettrico; foto-corrente come coppie elettrone - lacuna; perdite nel processo di conversione.
Risposta spettrale ed efficienza delle principali tecnologie: silicio mono-cristallino, poli-cristallino ed amorfo, tellururo di cadmio e diseleniuro di indio-rame (gallio).
Principio di funzionamento e circuito equivalente della cella solare con tre o cinque parametri.
Curve caratteristiche corrente - tensione (I-V) e potenza – tensione (P-V).
Potenze standard di moduli FV commerciali.
Statistiche di diffusione delle installazioni FV nel mondo.
Schemi di impianto e costi della potenza installata e dell’energia prodotta.
Valutazione della produzione energetica FV: il conto energia come incentivo per la diffusione della tecnologia; calcolo convenzionale dell’energia FV; fonti di perdita nella producibilità; una nuova procedura per la valutazione energetica; sistema automatico di acquisizione dati; circuiti di misura ad hoc; risultati sperimentali su alcuni impianti FV funzionanti; analisi economica col metodo del Valore Attuale Netto (VAN).
Approfondimento su un problema applicativo: connessione di celle in serie/parallelo; mismatch delle caratteristiche I-V e shading effect; hot spots e breakdown; diodi di bypass e di blocco.
Progettazione di un impianto connesso a rete: accoppiamento ottimale tra moduli FV e inverter; protezioni contro sovracorrenti/sovratensioni e contatti diretti/indiretti.
Vantaggi e svantaggi del fotovoltaico.
PROGRAMMA RIGUARDANTE I SISTEMI EOLICI
Caratterizzazione del vento: velocità e direzione; densità di potenza; rugosità della superficie; distribuzioni statistiche.
Struttura di una turbina eolica: pale, mozzo, moltiplicatore di giri, generatore elettrico e torre.
Principio di funzionamento di una turbina eolica: portanza e resistenza in una pala; regolazioni del passo e di imbardata; variazioni del passo verso la messa in stallo/bandiera.
Circuiti equivalenti delle macchine a induzione e sincrona; curva di potenza in funzione della velocità del vento.
Una soluzione per le turbine a velocità variabile: il generatore a induzione a doppia alimentazione (DFIG).
Centrali eoliche: interferenza tra le turbine.
Impatto ambientale delle turbine: rumore acustico.
Taglie di potenza, diffusione delle installazioni eoliche nel mondo.
Vantaggi e svantaggi.

Uso di software per la valutazione della radiazione solare al variare di inclinazione e orientazione della superficie ricevente; calcolo delle prestazioni di moduli FV dai siti web dei costruttori; scelta di moduli e inverter e loro interfacciamento per impianti monofasi e trifasi.
Calcolo della produzione energetica con i dati del vento e le curve di potenza dai siti web dei costruttori. Calcolo dell’effetto parco e del rumore acustico delle turbine.
Laboratori:
Misure delle curve I-V di moduli FV; misure di rendimento e power quality su impianto FV connesso a rete.

Dispense del docente e file inseriti sul Portale della Didattica del Politecnico di Torino.

Esame scritto con domande teoriche ed esercizi numerici; possibilità di orale per chi ha conseguito un voto superiore a 25/30.