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European UnionSustainable Energy Week
11-15 April 2011
Componenti fondamentali dei sistemi solari termodinamici
a concentrazione ad alta temperatura Fluidi termovettori e riflettori solari
Gianluca ScaccianoceDipartimento dell’Energia – Università degli Studi di Palermo
15 aprile 2011
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Tecnologie solari termodinamiche a concentrazione
Tipologie d’impianto
Impianti con collettore a
disco parabolico
Sistemi a torre con ricevitore centrale
Impianti con collettori parabolici
lineari
Collettori lineari di Fresnel
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Le nuove opportunità di crescita del solare termodinamico a concentrazione ad alta temperatura, già diffusa su larga scala ma con sviluppi futuri interessanti.
L’impegno della ricerca nel settore solare è volto a:
• migliorare le architetture degli impianti
• introdurre materiali alternativi
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dipartimento dell’energiauniversità degli studi di palermoFluidi di scambio termico
• Fluidi organici
• Sali fusi inorganici
• Fluidi di nuova generazione
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dipartimento dell’energiauniversità degli studi di palermoFluidi organici
Therminol VP-1Miscela eutettica di ossido di bifenile (26,5%) e ossido di difenile polibromurato (73,5%).
• punto di congelamento 12°C;
• stabilità termica fino a 393°C;
• altamente infiammabile;
• tossico;
• costo elevato (2,2 $/Kg);
• perdite di calore.
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Sali fusi inorganici
• Solar salt
• Hitec XL
• Hitec salt
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Sali fusi inorganici
Solar saltMiscela binaria costituita da 60% NaNO3 e 40% KNO3.
Vantaggi
• stabilità termica fino a 600 °C ;
• non infiammabile;
• rapidamente solidificante in caso di fuoriuscita;
• basso costo (0,49 $/Kg).
Svantaggi
• alto punto di congelamento (220°C);
• elevata capacità di corrosione.
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Sali fusi inorganici
Hitec XLMiscela ternaria costituita da 48% Ca(NO3)2, 7% NaNO3 e 45% KNO3.
Vantaggi
• stabilità termica fino a 500 °C ;
• basso costo (1,19 $/Kg).
Svantaggio
• alto punto di congelamento (120°C).
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Sali fusi inorganici
Hitec salt
Miscela ternaria costituita da 7% NaNO3, 40% NaNO2 e 53% KNO3.
Vantaggi
• stabilità termica fino a 454°C;
• basso costo (0,93 $/Kg).
Svantaggi
• alto punto di congelamento (142°C);
• gas di copertura (azoto).
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In futuro ci si aspetta una crescita della domanda
di sale fuso
Sali fusi inorganici
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Fluidi di nuova generazione
Introdotti con l’obiettivo di:
• ridurre il punto di congelamento;
• aumentare la temperatura massima raggiungibile.
Miscele ternarie di sali fusi
Miscele quaternarie di sali fusi
Liquidi ionici
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Miscele ternarie
Fluidi di nuova generazione
Ca - Na - K - NO3
Li - Na - K - NO3
• temperatura di congelamento 133°C;• stabilità termica fino a 500°C;• basso costo;• viscosità a 200°C (15-26 cP).
• temperatura di congelamento 120°C;• stabilità termica fino a 550°C;• viscosità a 200°C (6 cP).
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Miscele quaternarie
Fluidi di nuova generazione
QA QB QC
20 mol % NaNO3 16 mol % NaNO3 11 mol % NaNO3
38 mol % KNO3 47 mol % KNO3 50 mol % KNO3
31 mol % LiNO3 25 mol % LiNO3 27 mol % LiNO3
12 mol % Ca(NO3)2 12 mol % Ca(NO3)2 12 mol % Ca(NO3)2
• Punto di congelamento <95°C;• Stabilità termica fino a 500°C;• Viscosità a 200°C.
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Fluidi di nuova generazioneLiquidi ionici
• Punto di congelamento <25°C;• Stabilità termica fino a 400°C;• Materiali eco-compatibili.
E’ ancora in corso, nell’ambito dei sali organici, la ricerca di nuovi fluidi aventi:
Punto di congelamento prossimo a 0°C
Stabilità termica fino a 430°C
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I riflettori solari tradizionali
Glass Mirrors
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I riflettori solari tradizionaliThick glass mirrors
thick glass mirrors
“FLABEG”
Alternate thick glass mirrors“PILKINGTON” “SPANISH”
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Riflettori di nuova generazione
• Riduzione dei costi: <15 $/m2
• Riflettanza : >95% (con angolo di accettazione di 4 mrad)
• Funzionamento ad alta efficienza: 10 - 30 anni
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Riflettori di nuova generazione
THIN GLASS MIRRORS(specchi in vetro sottile)
ALUMINIZED MIRRORS(riflettori in alluminio)
POLYMER REFLECTORS
(riflettori polimerici)
ADVANTECED SOLAR REFLECTIVE
MIRRORS(ASRM)
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Thin glass mirrors
• Riflettanza: fino al 96%
• Costo: 16 – 43 $/m2
• Durata di funzionamento: fonte di
perplessità da parte delle aziende
produttrici (Naugatuck).
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Aluminized mirrors
• Società: Alanod• Riflettanza: <90%• Delaminazione dello strato
di protezione
Riflettanza: 91,5%
Innovazioni:• Nanocomposti• Strato di Sol-Gel
2009
Mirosun-A
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Polymer reflectors
• Società: 3M• “Solar Reflector 1000”• Prove di durata in corso
• Società: SkyFuel – NREL• “ReflecTech”• Riflettanza: 94%• Prove di durata in corso
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Advanced Solar Reflective Mirrors
• Riflettanza: fino al 96%
• Costo: 10 $/m2
• Prove di durata in corso
Si prevede che solo dopo il 2015 sarà disponibile un materiale riflettente avente riflettanza superiore al 95%, più economico (riduzione del prezzo degli specchi solari del 20% entro il 2020) e che aumenti l’efficienza degli impianti solari a concentrazione del 3,5%.
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In conclusione, per rendere competitivo il CSP
• Sviluppare sistemi solari aventi prestazioni migliori e, allo stesso tempo, costi contenuti.
• Ricercare strutture di impianto dal design semplice e tali da poter essere prodotte in serie.
• Individuare fluidi di scambio termico innovativi che permettano di raggiungere temperature di funzionamento maggiori di 600°C e aventi punti di congelamento inferiori a 0°C.
• Riuscire a fabbricare specchi solari con buone proprietà ottiche (riflettanza maggiore del 95%) e a basso costo (minore di 15 $/m2).
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE