Advanced Numerical Simulation of Silicon-Based Solar Cells

Photovoltaic (PV) conversion is the direct production of electrical energy from sun without involving the emission of polluting substances. In order to be competitive with other energy sources, cost of the PV technology must be reduced ensuring adequate conversion efficiencies. These goals have motivated the interest of researchers in investigating advanced designs of crystalline silicon solar (c-Si) cells. Since lowering the cost of PV devices involves the reduction of the volume of semiconductor, an effective light trapping strategy aimed at increasing the photon absorption is required. Modeling of solar cells by electro-optical numerical simulation is helpful to predict the performance of future generations devices exhibiting advanced light-trapping schemes and to provide new and more specific guidelines to industry. The approaches to optical simulation commonly adopted for c-Si solar cells may lead to inaccurate results in case of thin film and nano-stuctured solar cells. On the other hand, rigorous solvers of Maxwell equations are really cpu- and memory-intensive. Recently, in optical simulation of solar cells, the RCWA method has gained relevance, providing a good trade-off between accuracy and computational resources requirement. This thesis is a contribution to the numerical simulation of advanced silicon solar cells by means of a state-of-the-art numerical 2-D/3-D device simulator, that has been successfully applied to the simulation of selective emitter and the rear point contact solar cells, for which the multi-dimensionality of the transport model is required in order to properly account for all physical competing mechanisms. In the second part of the thesis, the optical problems is discussed. Two novel and computationally efficient RCWA implementations for 2-D simulation domains as well as a third RCWA for 3-D structures based on an eigenvalues calculation approach have been presented. The proposed simulators have been validated in terms of accuracy, numerical convergence, computation time and correctness of results.

Uso di modelli matematici per l'ottimizzazione dei processi e dell'efficienza energetica di un impianto di depurazione a fanghi attivi.

La tesi analizza la risposta di modello matematico biologico (ASM1) applicato ad un impianto di depurazione in scala pilota al fine di conoscere la risposta del sistema in seguito alla variazione delle condizioni iniziali e, in funzione dei risultati ottenuti, ipotizzare ed applicare diverse strategie di controllo tramite le quali ottimizzare l’efficienza dell’impianto, riducendo i costi in termini economici ed energetici e migliorando la qualità dell’effluente.

Valutazioni di efficienza energetica per sistemi di energy harvesting piezoelettrico

Questa tesi presenta considerazioni sull'efficienza energetica di circuiti di conversione di potenza da trasduttori piezoelettrici attivati in maniera sincrona con le vibrazioni. Viene valutato l'effetto dell'inversione della carica elettrica residua al termine di ogni ciclo di conversione e viene analizzata un'architettura a due stadi sviluppata dall'Università di Bologna in grado di garantire una migliore efficienza, particolarmente idonea alla carica di supercondensatori. Le valutazioni sono state effettuate mediante simulazioni circuitali e gli schemi analizzati offrono incrementi significativi di prestazioni, maggiormente evidenti con vibrazioni di bassa intensità.

Studi preliminari per la realizzazione di una cella a biocombustibile alimentata a NADH e ossigeno

Scopo del presente lavoro di ricerca è lo sviluppo in vitro di un processo elettrochimico che mimi la fosforilazione ossidativa, interfacciato ad una cella a biocombustibile, nell’ottica di sostituire il procedimento artificiale a quello naturale. Ciò permetterebbe di veicolare gli elettroni generati dal metabolismo cellulare su un circuito esterno, sfruttandoli come fonte di energia elettrica. In particolare si è studiato ed ottimizzato il meccanismo di ossidazione del NADH, accoppiato alla reazione di riduzione dell’ossigeno. L’enzima utilizzato per la realizzazione di tale dispositivo è la Diaforasi; questo, ossidando il NADH nel comparto anodico, immette elettroni nel circuito esterno attraverso un mediatore redox, capace di veicolarli fino alla superficie dell’elettrodo. Da qui gli elettroni giungono al compartimento catodico dove riducono l’ossidante disciolto in soluzione.

Sintesi e caratterizzazione di nuovi politiofeni double-cable per applicazioni fotovoltaiche

In questo lavoro di tesi è stato sintetizzato un nuovo copolimero contenente il gruppo fullerenico in catena laterale. Il copolimero è risultato solubile nei comuni solventi organici e ha dato una efficienza di conversione fotovoltaica in un sistema BHJ del 2.19%.

Valutazione dell'efficacia di iniezioni peritendinee di acido ialuronico nel tendine rotuleo di ratto disallenato

Introduzione L’attività fisica moderata seguita da improvvisa interruzione può influenzare le caratteristiche biologiche del tendine. Lo scopo del lavoro è stato quello di valutare l’attività cellulare, le caratteristiche istologiche, istomorfometriche e microstrutturali del tendine patellare e della sua entesi in condizioni di non allenamento (sedentarietà), allenamento ed improvviso arresto dell’attività fisica. E’ stato ipotizzato che un’iniezione peri-tendinea di acido ialuronico nelle settimane successive all’improvviso arresto dell’attività fisica potesse mantenere l’integrità strutturale e biologica del tendine patellare. Materiali e Metodi 24 ratti Sprague Dawley maschi di 8 settimane sono stati suddivisi in tre gruppi, allenati per 10 settimane, fino a 60-80% VO2max. I ratti sono stati suddivisi in tre gruppi: Non Allenati (6), Allenati (6), Disallenati (12). A 6 dei 12 ratti del gruppo Detrained, è stata praticata un’infiltrazione peri-tendinea a nel tendine patellare destro di 300 μl di acido ialuronico, mentre nei rimanenti 6, è stata praticata l’infiltrazione con soluzione fisiologica. I tendini rotulei espiantati sono stati valutati con coltura cellulare, valutazione biologica molecolare, valutazioni morfologiche microstrutturali, proliferazione, conta ed attività cellulare. Risultati I risultati in vitro hanno evidenziato vitalità e conta cellulare simili fra i Gruppi Trained e Detrained-HA con un incremento significativo del metabolismo cellulare rispetto agli altri Gruppi. La cellularità ha mostrato valori maggiori nei Gruppi Non Allenati e Detrained-NaCl ove si è osservata una biosintesi del collagene III superiore ai Gruppi Trained e Detrained-HA. Contrariamente, la produzione di collagene I e II presentava valori maggiori nei Gruppi Trained e Detrained-HA suggerendo una superiore efficienza tessutale e metabolica di questi ultimi. Conclusioni Questi risultati confermano che l’allenamento ed il suo improvviso arresto hanno effetti sulla struttura tendinea patellare di ratto e che l’iniezione peritendinea di acido ialuronico nel periodo di inattività ha effetti significativi su metabolismo cellulare e sul tendine rispetto al trattamento con soluzione fisiologica.

Caratteristiche ed efficienza economica del Distretto agroalimentare del Pecorino Romano DOP

Una delle realtà economiche più importanti della Sardegna è la produzione di Pecorino Romano DOP. Il contesto nel quale è nato e si è sviluppato ingloba molte delle precondizioni che favoriscono la nascita di un distretto. Il principale obiettivo di questo studio è verificare se il comparto lattiero caseario della Sardegna, focalizzato nella produzione di Pecorino Romano DOP, può creare un effetto distretto. Ciò potrebbe suggerire l'esistenza dello stesso distretto anche se atipico. Per verificare questa ipotesi, in primo luogo è stata esaminata l'efficienza produttiva delle imprese trasformatrici di Pecorino Romano utilizzando il metodo della Frontiera stocastica di produzione. Successivamente sono state cercate le cause delle differenze. Lo studio mostra che i livelli di efficienza osservati sono quasi interamente attribuibili agli input di produzione utilizzati, in particolare al latte. Risulta chiaro che il sistema delle cooperative funziona e che tali aziende ottengono sistematicamente margini di efficienza migliori rispetto alle non cooperative. Le variabili analizzate non permettono di concludere che esiste un "effetto distretto".

Dematerializzazione e risparmio energetico in Hera spa: Analisi LCA e titoli di efficienza energetica.

Il seguente lavoro di tesi è stato svolto in Hera S.p.A. Il caso di studio riguarda il passaggio dalla bolletta cartacea alla bolletta elettronica. In particolare, sono stati messi a confronto i due modelli di bollettazione attraverso l'analisi LCA. In seguito sono stati calcolati i risparmi energetici conseguiti, misurati in tep, attraverso i quali è stato possibile creare una proposta di scheda tecnica per la quantificazione dei risparmi di energia primaria.

Analisi dell'efficienza energetica e applicazione di un metodo di valutazione della significatività degli aspetti ambientali in relazione al sistema di gestione ambientale di una grande azienda alimentare

A causa delle complesse problematiche ambientali e in accordo con gli obiettivi della legislazione internazionale e comunitaria, le aziende sempre più frequentemente adottano sistemi di gestione per miglioramento continuo delle proprie prestazioni ambientali. La tesi si pone come obiettivo l’analisi dell’efficienza energetica di una grande azienda del settore alimentare: sono state valutate le prestazioni in relazione agli impianti di produzione di energia e i consumi di energia dei singoli reparti di lavorazione e impianti; per ogni reparto sono stati inoltre analizzati dati e indicatori di tipo generale e puntuale, sulla base delle indicazioni riportate nella norma CEI EN ISO 50001: 2011. I risultati mostrano che i reparti di produzione energetica operano in assetto di Cogenerazione ad Alto Rendimento e che negli ultimi due anni si è registrata una riduzione delle emissioni di CO2 rispetto ai MWh prodotti; dal 2008 al 2013 si è assistito ad un trend di aumento dei consumi di energia elettrica rispetto ai prodotti realizzati, a differenza dei consumi di energia termica. Infine sulla base delle priorità di intervento individuate, è stato creato un piano d’azione teso al miglioramento delle performance energetiche. Inoltre la tesi si pone l’obiettivo di creare e applicare un metodo per calcolare la significatività degli aspetti ambientali dell’azienda, al fine di valutare gli impatti associati, in modo da permetterne una classificazione e da individuare le priorità di intervento per il miglioramento delle performance ambientali, in accordo con la norma UNI EN ISO 14001: 2004. Il metodo è stato progettato sulla base di dati aziendali e in modo da garantire oggettività, modulabilità e ripetibilità nella maggiore misura possibile; tale metodo è stato applicato ad un reparto di lavorazione e ha permesso di classificare gli aspetti ambientali, individuando le priorità di intervento, quali consumi idrici ed energetici.

Prove sperimentali su componenti di condensatori e messa a punto di una nuova cella di carico

Allestimento di un banco prova e progettazione di una nuova cella di carico estensimetrica per determinare la resistenza meccanica di alcuni tipi di giunzione su componenti di condensatori. Segue un analisi statistica sui risultati ottenuti con esecuzione di analisi della varianza.

Analisi della efficienza energetica di una villetta monofamiliare alla luce delle recenti normative tecniche

Nel documento si studia un edificio allo scopo di determinarne il comportamento energetico e di indagarne possibili soluzioni migliorative.

Progettazione di una cella di carico estensimetrica a sei componenti per misure aerodinamiche in galleria del vento

Progettazione meccanica di una cella di carico estensimetrica per misure aerodinamiche in galleria del vento per modelli di elicottero.

Studio di un circuito ad alta efficienza in un apparato per terapie diatermiche

Il lavoro presentato di seguito è volto al miglioramento delle prestazioni dell'apparato per la Tecar terapia prodotto da EME.srl. Tale apparato presenta, allo stato attuale, un sistema basato principalmente su circuiti a componenti attivi operanti in regione lineare che producono una oscillazione a 455kHz, la amplificano e infine la adattano alle caratteristiche richieste per tale apparato. Ampiezza dell'oscillazione e corrente sul carico (paziente) vengono controllate mediante un doppio sistema di retroazione: uno analogico e uno basato su microcontrollore. Entrambi i sistemi lavorano sui valori medi di tensione e corrente. Lo scopo di tale elaborato è quello di migliorare tale apparato rendendo possibile il controllo di nuovi parametri, come la frequenza di oscillazione cosa non possibile nell'attuale implementazione. Si valuterà, nell'ambito dell'attività di tesi, se mantenere l'idea costruttiva originale in cui si aveva un oscillatore autonomo con una cascata di amplificazione a efficienza non elevatissima, retroazionato analogicamente e un controllo mediante uC, oppure passare ad una nuova architettura totalmente gestita da uC sfruttando topologie utilizzate in altri macchinari di EME.srl con l'aggiunta di soluzioni tratte dal mondo delle energie rinnovabili. Per lo studio di tale apparato verrà effettuata inoltre una caratterizzazione sperimentale del corpo umano utilizzando la mano di un soggetto volontario per avere un carico campione realistico e cercando ulteriori riscontri in letteratura.

I sistemi informativi in sala operatoria: I principali strumenti per il controllo e l'aumento dell'efficienza.

Efficienza di Sala Operatoria.