Le ricerche condotte sul Mont-Soleil e sullo Jungfraujoch

Fa stato il testo orale
Contributo di BKW al progetto Solar Impulse
Le ricerche condotte sul Mont-Soleil e sullo
Jungfraujoch forniscono preziose informazioni
Dott. Jakob Vollenweider, Direttore, e Dott. Rudolf Minder, responsabile Ricerca
della Società Mont-Soleil. Relazione in occasione della presentazione tenuta sullo Jungfraujoch il 16 gennaio 2009 sui test concernenti le celle fotovoltaiche.
Stimati signori e signore
L’11 gennaio 2008 sol-E Suisse SA, la filiale di BKW FMB Energie SA (BKW), ha messo ufficialmente in funzione la centrale solare più alta al mondo, situata sullo Jungfraujoch. Malgrado
le condizioni climatiche estreme, nel corso del primo anno d’esercizio non si sono verificati
problemi tecnici rilevanti, a riprova della qualità dell'installazi one e delle componenti utilizzate.
Lo Jungfraujoch, inoltre, si è rivelato essere un sito di ricerca ideale, soprattutto grazie alle
possibilità di collaborazione con la sua rinomata stazione di ricerche scientifiche di alta montagna. Insieme al centro internazionale della Società Mont-Soleil, specializzato in ricerche nel
campo del fotovoltaico, BKW dispone così di un'ottima base per sostenere efficace mente il
progetto Solar Impulse in qualità di fornitore di servizi ufficiale.
Osservazione dei cirri sul Mont-Soleil
Nel 2005 sono stati avviati i primi studi sull’influsso dei cirri sull’irraggiamento solare e, di conseguenza, sul rendimento dei moduli solari. La necessità di svolgere questo tipo di ricerche
nasce dal fatto che i cirri – nubi isolate a forma di filamenti, costituite da cristalli di ghiaccio
che, a seconda della latitudine e della stagione, si formano fra i 6 e i 15 chilometri di altitudine
– sono le uniche formazioni nuvolose a poter influenzare le prestazioni dell’aereo solare progettato. Occorre inoltre tenere presente che la riduzione dell’irraggiamento solare provocata
dai cirri (tipicamente fra il 10 e il 20%) può esercitare un influss o diverso sul rendimento
dell’impianto solare a seconda del tipo di celle fotovoltaiche impiegate. Vi è dunque un non
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trascurabile potenziale di miglioramento per le applicazioni estreme, di cui è senz’altro un esempio l'aereo Solar Impulse.
Ricerche di laboratorio sui «Maximum Power Point Tracker»
In collaborazione con il laboratorio di progettazione fotovoltaica della Scuola superiore per la
tecnica e l’informatica di Burgdorf (HTI), nel 2006 sono stati valutati tre diversi «Maximum
Power Point Tracker», speciali apparecchi elettronici che calcolano in permanenza
l’impostazione più adatta dei moduli solari, ottimizzando così il flusso di energia fra le celle e le
batterie. Questi apparecchi – che devono presentare un elevato grado di efficacia per un peso
minimo – sono stati testati in una camera climatica nella quale si possono riprodurre le temp erature estreme che si registrano in alta quota. Grazie a questi test è stato possibile evidenziare
significative differenze nella prestazione dei tre sistemi, traendo così preziose informazioni che
hanno consentito di ottimizzare la gestione energetica di Solar Impulse.
Test dei moduli solari sullo Jungfraujoch
I lavori di ricerca sui moduli solari da utilizzare nel progetto Solar Impulse sono iniziati nel
2007. Le celle di questi moduli dovranno soddisfare requisiti particolari che vanno ben oltre
quelli posti alle applicazioni terrestri. Esse dovranno presentare le caratteristiche seguenti:
•
elevato grado di efficacia (dato che la superficie alare è limitata, occ orre sfruttarla al
massimo);
•
capacità di funzionare anche in condizioni estreme (in termini di temperatura e irra ggiamento);
•
peso ridotto.
Ed è proprio sulla base di questi requisiti che sono state scelte le celle fotovoltaiche della ditta
californiana Sunpower, che si contraddistinguono per lo speciale procedimento di fabbricazi one che consente di disporre i contatti sul retro della cella e di utilizzare così tutta la superficie
anteriore (di qui il nome «back contact cell»). Le celle convenzionali, invece, hanno i contatti
sulla parte anteriore, caratteristica che ne riduce la superficie attiva. Per produrre queste sofisticate celle viene utilizzato un silicio monocristallino con uno spessore inferiore ai 200 µm. Le
celle fotovoltaiche Sunpower – di una generazione precedente però – erano già state utilizzate
nel 1993 nella Honda alimentata ad energia solare vincitrice della World Solar Challenge no nché nell’aereo solare Helios della NASA.
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Sulla base delle esperienze e dei dati raccolti nel corso degli anni sul Mont-Soleil è stato sviluppato un dispositivo di misurazione, successivamente installato e messo in funzione nel d icembre 2008 sullo Jungfraujoch.
La stazione di ricerca dello Jungfraujoch, gestita dall’Università di Berna, offre la possibilità unica di testare le celle fotovoltaiche previste per Solar Impulse in condizioni che, pur non corrispondendo esattamente alle quelle dell’aereo solare, vi si avvicinano molto. Le basse temperature e il forte irraggiamento solare, combinato a un'elevata dose di raggi ultravioletti, infatti,
sollecitano le celle in modo nettamente superiore rispetto a quanto accade nei normali impianti
solari a bassa quota.
Gli obiettivi dei test realizzati sullo Jungfraujoch sono in particolare:
•
determinare il rendimento e il grado di efficacia delle celle in diverse condizioni di temperatura e irraggiamento;
•
osservare gli effetti dell’esposizione sulle celle fotovoltaiche e le loro proprietà elettriche;
•
effettuare un raffronto fra le celle testate e le celle fotovoltaiche convenzionali installate
sullo Jungfraujoch.
Il dispositivo di misurazione consiste di un modulo pilota composto da 24 celle fotovoltaiche,
nonché da una cella di referenza che funge da parametro di misura. I primi risultati delle misurazioni – registrate in permanenza grazie a un apposito apparecchio per la raccolta dati – mostrano che il grado di efficacia di oltre il 22% pronosticato dal produttore viene raggiunto. La
valutazione delle misurazioni effettuate consentirà inoltre di svolgere, nel corso del 2009, anche un raffronto con la centrale solare installata nel 2007 sulla facciata dell’osservatorio
Sphinx, munita di pannelli solari del fabbricante giapponese Kyocera. L’installazione pilota sarà mantenuta in funzione ancora alcuni mesi, periodo durante il quale i dati saranno analizzati
e trasmessi regolarmente agli ingegneri di Solar Impulse. Con questo programma di test, BKW
contribuisce alla riuscita del progetto di aereo solare di Bertrand Piccard e, nel contempo, allo
sviluppo sostenibile dell’energia fotovoltaica.