La ricerca che intendo intraprendere pone come obiettivo principale la quantificazione delle potenzialità in termini di produzione di energia elettrica e termica di un prototipo di impianto cogenerativo solare per applicazioni in ambito residenziale. Nel dettaglio si vuol indagare in che misura il sistema di controllo dell¿impianto impatti sulle prestazioni di ciascun sottosistema, di conseguenza si indagherà il miglior thermal management al fine di minimizzare il consumo di energia primaria fossile necessaria per sopperire all¿ intermittenza della fonte solare. Lo studio dinamico verrà realizzato con l¿ausilio di MATLAB/Simulink. Per ciascuna località presa in esame il risultato della ricerca mostrerà i kWhe e kWht prodotti con utenze specifiche e fornirà delle linee guida sull¿ ottimizzazione della strategia di controllo in quella specifica condizione d¿uso.
l¿innovazione della ricerca nell¿ambito energetico deriva principalmente da:
1. incrementare le conoscenze nell¿ambito dello scambio termo-fluidodinamico
l¿impianto coinvolge una moltitudine di problematiche che devono essere approfondite al fine di ottenere dei modelli matematici che abbiano una risposta consona all¿uso degli stessi all¿interno di un programma di simulazione dinamica. Tanto per citare alcuni esempi: lo scambio termico all¿interno degli scambiatori a piastre dell¿ORC (dinamica a tre fasi per evaporatore e condensatore), scambio termico all¿interno del ricevitore primario con olio diatermico, interazione tra lo scambiatore di calore connesso ai tubi di calore con il PCM.
2. valutare le potenzialità derivanti dall¿introduzione di un serbatoio a cambiamento di fase rispetto ad uno classico che sfrutta il calore sensibile per lo stoccaggio dell¿energia termica
Come già accennato in precedenza esistono pochissimi esempi in letteratura dell¿uso di LHTESS per applicazioni residenziali, in questo caso il problema fondamentale consiste nella scelta del giusto PCM in accordo con le potenzialità del campo solare e della massima temperatura accettabile dal ciclo organico. Infatti la compatibilità dei materiali, la tossicità, la stabilità termica del PCM sono dei punti tutt¿ora aperti, dato che dovranno essere considerati assieme alle prestazioni del LHTESS, ovvero il rapporto tra calore latente e calore sensibile per unità di massa.
3. verificare le massime temperature raggiungibili con gli attuali materiali su impianti di piccola taglia che non siano del tipo a collettori parabolici lineari
Questo punto necessita di una caratterizzazione ottica degli specchi primari e del ricevitore sottovuoto volta a determinare l¿effettiva energia che incide sulla superficie del tubo sottovuoto, questo genere di valutazioni è già presente in letteratura, ma poiché l¿LFR oggetto di studio è stato appositamente progettato con geometrie più compatte i risultati derivanti da questo studio saranno comunque di notevole interesse per la comunità scientifica, capire come e quanto incide la modifica della geometria degli specchi primari sulle prestazioni ottiche.
Le valutazioni prestazionali su questo genere di impianto hanno già avuto un riscontro positivo grazie all¿inserimento nelle special issue dell¿articolo scaturito da questi studi [¿Mathematical modelling of operation modes and performance evaluation of an innovative small scale concentrated solar ORC¿]. La gestione energetica nei grossi impianti disponibili sul mercato ha caratteristiche molto differenti da quelle di un impianto in scala ridotta come questo, oltretutto non sfruttano il calore latente del cambiamento di fase dello storage.
Le analisi teoriche che condurrò sul prototipo serviranno a capire come i singoli sottosistemi interagiscono tra loro (scale dei tempi caratteristici) e in che modo si possa intervenire nella gestione dell¿impianto (regolazione mediante PID influenzato dalla dinamica), il controllo ha un impatto che talvolta può superare anche il 30% della resa energetica totale dello stesso.
L¿avanzamento rispetto allo SoA attuale è principalmente rappresentato dall¿applicazione dei Model Predictive Control (MPC), su un impianto micro-CHP solare.
I controlli predittivi applicati solo di recente (1980) spesso in controlli di processo, recentemente si stanno adottando anche nel controllo degli impianti energetici. La teoria alla base considera ina ottimizzazione iterativa col principio di minimizzazione numerica su un orizzonte temporale relativamente ristretto. L¿aleatorietà dell¿energia solare, accompagnata dall¿altrettanta stocaticità di richiesta di acqua calda sanitaria, riscaldamento ed elettricità rende questo tipo di approccio molto efficace e si verificherà sul prototipo stesso la sua funzionalità ed adattabilità alle condizioni esterne.