75442 - TECNOLOGIE INNOVATIVE PER LA PRODUZIONE, IL TRASPORTO E L'ACCUMULO DELL'ENERGIA ELETTRICA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce in modo approfondito le tecnologie di base e di quelle innovative nel campo della produzione, accumulo e trasporto dell'energia elettrica, con particolare enfasi su fotovoltaico, celle a combustibile, batterie e superconduttori.

Contenuti

Cap. 1 Applicazioni delle Nanotecnologie nel campo elettrico ed energetico
1. Materiali nanostrutturati: principali metodi di sintesi; caratterizzazione delle proprietà; polimeri/silicati lamellari; nanotubi di carbonio
2. Cenni alle principali applicazioni dei materiali nanostrutturati in ambito energetico: batterie, celle a combustibile, pannelli fotovoltaici.

Cap. 2 Produzione di energia fotovoltaica
1. Effetto fotovoltaico. Principali tecnologie nel campo del fotovoltaico: celle al silicio (monocristallino, policristallino, amorfo); celle a film sottile, celle organiche.
2. Criteri di progetto di un impianto fotovoltaico stand-alone e grid-connected e allacciamento alla rete elettrica. Esempi di progettazione utilizzando un software di dimensionamento commerciale.

Cap. 3 Sistemi elettrochimici per l'accumulo dell'energia
1. Principi di funzionamento delle batterie: pila di Volta e Daniell, polarizzazione e reversibilità
2. Caratteristiche delle batterie: tensione, capacità e loro dipendenza da fattori progettuali.
3. Accumulatori: accumulatori acidi (reazioni elettrochimiche fondamentali, gassing e accumulatori a ricombinazione di gas, caratteristiche delle celle al piombo), accumulatori alcalini (tipi, reazioni elettrochimiche fondamentali, caratteristiche delle celle al cadmio, batterie sigillate), accumulatori per automobile.
4. Accumulatori innovativi: celle zinco/aria, Zebra, al litio-ioni e ai polimeri di litio.

Cap. 4 Celle a combustibile
1. Principi di funzionamento della cella, effetto dei parametri operativi sulle prestazioni.
2. Tipi di celle (AFC, PEMFC, PAFC, MCFC e SOFC) ed applicazioni.
3. Principali metodologie di produzione dell'idrogeno (elettrolisi e reforming).

Cap. 5 Componenti a Superconduttori
1. Aspetti generali della superconduttività : cenni storici, proprietà macroscopiche, fenomenologia dei superconduttori, superconduttori del I tipo, temperatura critica campo critico, corrente critica, frequenza critica e mutui legami, lo stato intermedio e lo stato misto, superconduttori del II tipo, teoria di London, cenni sulle teorie di Ginnzburg-Landau e BCS, superconduttori reali e fenomeni di pinning.
2. Ossidi superconduttori - una nuova classe di materiali per l'ingegneria elettrica: materiali superconduttori per le applicazioni elettriche, struttura cristallina e metodi di preparazione, BSCCO e YBCO, configurazione dei manufatti superconduttori per applicazioni energetiche.
3. Metodi per la caratterizzazione elettromagnetica dei superconduttori: misura della corrente critica, misura della magnetizzazione e ciclo di isteresi. Esercitazioni di laboratorio.
4. Applicazioni nel settore energetico: vari tipi di applicazioni (risonanza magnetica, limitatori di corrente, SMES, motori e trasformatori, cavi a superconduttori).

Testi/Bibliografia

E-book (gratis) del corso: D. Fabiani, Tecnologie Elettriche Innovative per allievi Ingegneri Elettrici ed Energetici, 2019

Slide proiettate in aula

Testi consigliati per approfondimenti:

• J. K. Nelson (ed.), Dielectric Polymer Nanocomposites, Springer, 2010
• R. A. Huggins, Advanced Batteries, Springer, 2008.
• V. Shmidt, P. Müller, A. V. Ustinov, The physics of superconductors: introduction to fundamentals and applications, Springer, 1997
• J. Poortmans, V. Arkhipov, Thin film solar cells: fabrication, characterization and applications, Wiley, 2007

Metodi didattici

Il corso si articola in:

1) lezioni frontali;

2) esercitazioni in aula sul dimensionamento di un impianto fotovoltaico, di un sistema di accumulo e di una cella a combustibile utilizzando software commerciali;

3) esercitazioni di laboratorio su superconduttori, batterie e celle fotovoltaiche.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso un esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova scritta/orale.

La prova consiste in 3 domande sugli argomenti del corso, volte ad accertare le conoscenze acquisite dello studente e le capacità di applicare tali conoscenze in semplici problemi pratici.

La prima domanda è un tema scritto che deve essere svolto in 1 ora senza l'aiuto di appunti o libri. Le altre due domande poste del docente vengono invece discusse oralmente. Ad ogni domanda viene dato un punteggio da 0 a 11. Per poter sostenere positivamente l'esame il punteggio ricevuto in ogni singola domanda deve essere superiore a 5. Il voto finale è dato dalla somma dei punteggi ottenuti nelle tre domande. Se il voto finale è maggiore di 31 viene conferita la LODE.

Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell'insegnamento, ed in particolare alle tecnologie fotovoltaiche, superconduttive e relative ai sistemi di accumulo elettrochimico.

Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento, illustrandoli con capacità di linguaggio, risolvendo problemi anche complessi e mostrando buona capacità operativa.

Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all’insufficiente conoscenza dei concetti chiave, in particolare relativi ai sistemi di accumulo tradizionale e innovativo, ai fenomeni della superconduttività, e ai sistemi fotovoltaici, nonché alla mancata padronanza del linguaggio tecnico.

Strumenti a supporto della didattica

L'e-book e le slide del corso saranno messe a disposizione degli studenti sulla piattaforma "virtuale.unibo.it". Si veda il link al materiale didattico.

Si utilizzeranno anche software commerciali per il dimensionamento di impianti fotovoltaici e sistemi di accumulo, ad es. PV-SYST o similari, durante le sessioni di esercitazione in aula.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Fabiani