Impianti solari termici a concentrazione:analisi e simulazione numerica di un sistema di stoccaggio termico con materiali a cambiamento di fase

L’obiettivo della tesi, sviluppata presso i laboratori del C.R. ENEA di Casaccia, è lo sviluppo di un modello numerico per la simulazione di un sistema di accumulo termico operante con materiale a cambiamento di fase per impianti solari a concentrazione (CSP). Nella prima parte della tesi si analizza lo stato dell’arte della tecnologia CSP. Particolare attenzione è rivolta alle tecniche di stoccaggio e in particolare all'accumulo termico a calore latente con materiali a cambiamento di fase (PCM) come i sali fusi. Nella seconda parte è presentato il modello matematico realizzato in Matlab sviluppato per la caratterizzazione dell’accumulo termico a tubi verticali in cui il mezzo di accumulo è costituito da “sale solare”. Nella terza parte sono riportati i risultati delle analisi di sensibilità del modello alla discretizzazione spaziale e temporale della griglia di calcolo. Dalle simulazioni numeriche, condotte nella quarta parte della tesi, è risultato che nelle fasi di riscaldamento e raffreddamento, il processo avviene più lentamente per il PCM per via dello scambio termico tra olio e sali. Inoltre, in prossimità della temperatura di fusione, è identificata una zona a temperatura costante in cui il PCM inizia il processo di fusione migliorando il coefficiente di scambio tra olio e sali come evidenziato dal rateo di crescita molto elevato della temperatura immediatamente dopo la zona a temperatura costante. Nell'ultima parte è infine riportata la validazione del modello confrontando i risultati con le prove effettuate su un impianto sperimentale presente nel centro. Il modello sviluppato risulta un buon strumento per la simulazione di sistemi di accumulo con PCM, consentendo a tecnici del settore di realizzare una migliore progettazione rispetto a quella ottenibile con i modelli attualmente presenti. Tuttavia, un ulteriore miglioramento può essere conseguito identificando sperimentalmente il valore del coefficiente di scambio termico tra serbatoio e ambiente esterno.