Impianto fotobioreattore per la coltivazione di microalghe: sistema di alimentazione fotovoltaico con accumulo energetico

La presente Tesi riguarda un sistema di alimentazione fotovoltaico con accumulo energetico applicato ad un impianto fotobioreattore per la coltivazione di microalghe. Dopo un'introduzione contestualizzante, viene presentata una panoramica sintetica, ma approfondita, relativa al mondo delle microalghe: definizione e caratteristiche, campi di utilizzo e relative applicazioni attuali e potenziali, tecniche e tecnologie di coltivazione, sfide odierne e future (ricerca scientifica, maturità tecnologica, scalabilità industriale ed economica, attitudine politica, quadro normativo e regolamentazione del mercato). È poi impostato il concepimento di un sistema di alimentazione fotovoltaico con accumulo energetico, da applicare ad un impianto fotobioreattore, includendo un confronto tra un sistema in corrente alternata ed un sistema in corrente continua; viene svolta un’analisi comparativa di diversi dispositivi presenti sul mercato e delle relative caratteristiche e prestazioni, al fine di selezionarne un numero ristretto che possa soddisfare i requisiti predefiniti per un tale ipotetico sistema. Le diverse tipologie di dispositivo sono poi descritte in modo più dettagliato. Si prosegue poi con la presentazione dell’iter di realizzazione delle lampade LED utilizzate per l’illuminazione artificiale del modulo fotobioreattore base, principalmente in relazione ai LED scelti, alla progettazione delle schede PCB, al loro assemblaggio per formare le lampade LED e alla loro installazione nel modulo fotobioreattore base. È poi inclusa una sezione dedicata alla presentazione dei calcoli effettuati per determinare un’affidabile stima delle massime efficienze totali di sistema ottenibili, in funzione della tipologia considerata e dei dispositivi selezionati, da cui si evincono delle nette differenze tra le due tipologie di sistema esaminate. La Tesi culmina infine in un valido, seppur preliminare, dimensionamento energetico volto alla determinazione della minima capacità del sistema di accumulo energetico necessaria per operare un eventuale impianto in diversi scenari di alimentazione, in funzione delle molteplici variabili coinvolte: le considerazioni sulle prestazioni dei dispositivi esaminati, sulla selezione della tipologia di sistema (AC o DC) e sui criteri prioritari per la trattazione dei casi applicativi (off-grid e on-grid), convergono, tramite un’analisi dettagliata dei flussi energetici (al netto di alcuni presupposti semplificativi), nella determinazione delle minime capacità di accumulo energetico necessarie al sistema per poter sostenere l’alimentazione di un determinato carico continuo e costante, durante un anno medio, in tre ipotetiche ubicazioni dell’eventuale impianto; se ne evince un ulteriore confronto inerente a pregi e difetti delle tipologie di sistema contemplate, relativamente ai casi applicativi ad esse maggiormente adatte. La Tesi si conclude sintetizzando quanto esposto ed evidenziando meriti e limiti del lavoro effettuato, con particolare attenzione mirata ad eventuali ulteriori indagini e sviluppi d’interesse, in modesta virtù dei risultati ottenuti e del contributo apportato.