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Laboratorio di solare termico

Descrizione

Il laboratorio di solare termico si occupa di caratterizzare, da un punto di vista sperimentale, collettori solari termici. Nel corso degli anni, sono stati eseguiti test sperimentali su collettori parabolici assiali (PTC, Parabolic Trough Collector) facendo riferimento alla normativa ANSI/ASHRAE 93-2010.

Figura 1. Prototipo di PTC UNIVPM.01

 

Figura 2. Prototipo di PTC UNIVPM.02

Attualmente, la ricerca è incentrata sulla determinazione delle performance di forni solari, sistemi termodinamici che convertono l’energia solare in energia termica da sfruttare per il riscaldamento e la cottura di cibo. I forni solari possono essere classificati in base al tipo di concentrazione della radiazione solare realizzabile:

  • forni a scatola, con o senza specchi riflettenti;

  • forni aperti a concentrazione, parabolici o di differente geometria.

Figura 3. Forno solare a scatola con uno specchio riflettente

 

Figura 4. Forno solare aperto a concentrazione “Heliac”

 
Attività di ricerca

La caratterizzazione dei forni solari è effettuata conducendo test outdoor sul terrazzo del DIISM. Le prove prevedono due tipologie di test:

  • test a vuoto;

  • test a carico.

Le prove a vuoto servono a determinare la temperatura massima raggiungibile dal forno solare. Le prove a carico, invece, sono solitamente condotte con acqua (o altri fluidi di prova, come oli naturali e diatermici) e consentono di ricavare i tempi di ebollizione specifici/caratteristici, la potenza di cottura, l’efficienza ottica e termica del forno.

Figura 5.  Risultati di alcune prove sperimentali effettuate con acqua

Sono inoltre in corso di svolgimento prove con accumuli termici a base di materiali a cambiamento di fase (PCM, phase change material) che, sfruttando il calore latente di particolari sostanze, permettono l’utilizzo di forni solari anche durante l’assenza/intermittenza della radiazione solare.

Attrezzature

Nel laboratorio sono attualmente in fase di test cinque forni solari:

  • un forno a scatola ad elevato rapporto di concentrazione;

  • un forno a scatola a medio rapporto di concentrazione;

  • un forno aperto a concentrazione;

  • due forni a scatola low-cost con specchio riflettente.

Figura 6. Prototipo di forno a scatola ad elevato rapporto di concentrazione

Al fine di simulare carichi termici variabili, il laboratorio dispone di speciali pentole in grado non solo di alloggiare diversi fluidi di prova (acqua, oli naturali, oli diatermici, ecc.) ma anche sistemi di accumulo termico a base di materiali a cambiamento di fase (PCM, phase change material). Ad oggi, sono stati effettuati test col sale solare HITEC (miscela di nitrato di sodio e nitrato di potassio) e con diversi zuccheri (eritritolo, xilitolo). Il laboratorio dispone anche di un sistema di acquisizione per la misura di temperatura tramite termocoppie e di pireliometri NIP per la misura della radiazione solare diretta.

Figura 7. Schema a blocchi del sistema di acquisizione

Figura 8. Pireliometri NIP usati per la misura della radiazione solare diretta

Responsabile
Personale
  

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