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L'oggetto di studio del presente elaborato è l’analisi di fattibilità di un sistema di conversione dell’energia solare per un velivolo con propulsione a energia elettrica. Lo scopo del lavoro è di implementare un modello matematico che possa permettere un’analisi preliminare di tutta la struttura e di verificarne alcuni aspetti tramite test su un modello in scala ridotta.
La tesi prende spunto da un precedente lavoro, svolto presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale di Pisa, che ha riguardato la realizzazione di un modello preliminare per lo studio di un velivolo con moduli fotovoltaici. Il modello è poi stato applicato a velivoli di architettura PrandtlPlane, dando origine a diverse problematiche.
Nel primo capitolo vengono presentate le caratteristiche dell'architettura PrandtlPlane e il contesto in cui trova spazio la concezione di velivoli elettrici con moduli fotovoltaici per missioni di alta quota.
Nel secondo capitolo viene illustrato il modello matematico applicato per il calcolo della radiazione solare che incide su un pannello fotovoltaico. Gli aspetti più critici sono quelli che riguardano il calcolo dell’angolo di incidenza dei raggi solari su di una superficie orientata in modo qualsiasi nello spazio e il calcolo dei coefficienti di trasmissione della luce da parte dell’atmosfera. Infine il modello viene testato confrontando i risultati forniti con quelli presenti nel riferimento.
Nel terzo capitolo si descrive come il modello realizzato viene adattato al calcolo dell’energia estraibile per il velivolo in esame, illustrando tutte le idee e le soluzioni trovate che ci permettono di migliorare le prestazioni.
Nel quarto capitolo si discutono gli aspetti riguardanti l’elettronica, partendo dall’analisi dei diversi tipi di celle fotovoltaiche, fino ad arrivare al problema del punto di lavoro che permette di estrarre la massima potenza, analizzando in breve alcuni algoritmi che ci permettono di superare questo problema.
Nel quinto capitolo si discute un banco di prova con lo scopo di verificare il modello matematico implementato in precedenza. Quindi si affrontano nella pratica tutti gli aspetti teorici analizzati nel capitolo quattro soprattutto quelli riguardanti il collegamento delle celle e l’elettronica di controllo per ottimizzare l’estrazione di potenza.