Puntatori solari

Per funzionare correttamente i sistemi a concentrazione non possono prescindere dall'inseguire il sole.
Ci sono varie tecniche per fare ciò: si può ricorrere a sistemi passivi, basati su una conoscenza della posizione del sole in relazione alla posizione geografica e l'ora, oppure si può ricorrere a sistemi attivi, che indicano la posizione del sole .
Nella figura sottostante è mostrato un esempio di calcolo della posizione del sole durante le varie ore della giornata per la latitudine di Firenze nei mesi di marzo, giugno, agosto e dicembre.

I sistemi passivi non sono adatti per sistemi che richiedono una elevata precisione, come i sistemi per celle fotovoltaiche ad alta concentrazione o sistemi accoppiati a fibre ottiche.
Sono tuttavia utili come sistema ausiliario, infatti la combinazione del sistema passivo con quello attivo conferisce flessibilità al sistema e consente di superare i seguenti problemi:

• Nel caso di solo sistema passivo è richiesta molta precisione nell'orientazione dell'asse orario del dispositivo che deve essere in direzione Nord-Sud (parallela all’asse terrestre). Il dispositivo deve poter funzionare anche con un piazzamento approssimativo e per questo è necessaria la correzione del sistema attivo.
• Il sistema deve orientarsi in direzione del sole anche in condizioni di cielo nuvoloso, quando il sistema attivo non funziona correttamente o del tutto.
• Col solo sistema passivo la velocità dei motori deve essere sincronizzata con quella del sole. Il valore della velocità impostata deve tener conto della posizione geografica, dell’inclinazione del collettore e del giorno dell’anno.
• Quando dalla condizione di cielo nuvoloso si passa alla condizione di cielo sereno, l’immagine del sole sarà allineata col bersaglio solo se la velocità dei motori è quella prevista e l’operazione iniziale di piazzamento è stata eseguita correttamente. In caso contrario è utile la presenza di un sistema attivo di puntamento che provvederà al riallineamento.

Puntatori a foro stenopeico

Durante la nostra attività, sono stati progettati e testati diversi sistemi di puntamento basati comunque sullo stesso principio:
Considerato un cilindro con un foro f, se la sorgente non produce raggi che incidono normalmente alla superficie si avrà uno spot luminoso decentrato sull'altra base. La relazione che lega la coordinata dell'immagine a, il lato L del cilindro e l'angolo della sorgente θ è :

Scegliendo opportunamente le dimensioni del cilindro si determina l'angolo di vista del puntatore (FOV), cioè l'angolo massimo in cui il sensore può determinare la posizione del sole.
Imporre una lunghezza L maggiore corrisponde ad un sensore ad angolo di vista più stretto, mentre scegliere un valore minore significa avere un sensore con un ampio angolo di vista.
Le dimensioni del foro f invece determinano dimensione e intensità dell'immagine del sole.

Al fondo del cilindro viene messo un sensore 4 quadranti. L'elaborazione delle 4 tensioni in uscita dal sensore consente di trovare le coordinate del centro dell'immagine a.

Il nostro laboratorio ha sviluppato sensori "custom" basati su questo principio, adattati alle necessità di particolari sistemi a concentrazione, siano questi sistemi con inseguimento monoassiale o biassiale.