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ITBG20090008A1 - Sistema di captazione dell'energia solare - Google Patents

Sistema di captazione dell'energia solare Download PDF

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ITBG20090008A1
ITBG20090008A1 IT000008A ITBG20090008A ITBG20090008A1 IT BG20090008 A1 ITBG20090008 A1 IT BG20090008A1 IT 000008 A IT000008 A IT 000008A IT BG20090008 A ITBG20090008 A IT BG20090008A IT BG20090008 A1 ITBG20090008 A1 IT BG20090008A1
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IT
Italy
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main
fixed
main tube
tube
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IT000008A
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Roberto Angoli
Paolo Parma
Alfredo Ronconi
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Dermotricos Srl
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Description

“Sistema di captazione dell’energia solareâ€
RIASSUNTO
Sistema di captazione dell’energia solare comprendente un inseguitore solare comprendente:un tubo principale orizzontale portante, che può ruotare attorno al proprio asse; una pluralità di tubi secondari fissati in modo mobile perpendicolarmente a detto tubo principale che possono ruotare attorno al proprio asse; ad ognuno di detti tubi secondari à ̈ fissato un pannello atto alla captazione dell'energia solare; una struttura di sostegno comprendente almeno due pali; detto tubo principale à ̈ vincolato ai suoi estremi a detti almeno due pali; caratterizzato dal fatto che detti almeno due pali sono mantenuti in posizione da un reticolo di tiranti; detti almeno due pali e detto reticolo di tiranti sono fissati al terreno mediante pali a vite; all’estremo superiore di detti almeno due pali à ̈ posta una ghiera dove si fissa detto reticolo di tiranti; detti almeno due pali sono fissati a detti pali a vite mediante una cerniera posta alla loro base; detto tubo principale comprende ad un suo estremo un giunto scorrevole atto a consentirne la dilatazione. (Fig.
“Sistema di captazione dell’energia solare"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di captazione dell’energia solare, in particolare ad un impianto fotovoltaico comprendente un inseguitore solare a due assi in grado di mantenere correttamente orientati verso il sole dei pannelli fotovoltaici o altri dispositivi atti alla captazione dell'energia solare.
Un impianto fotovoltaico à ̈ un impianto elettrico che sfrutta l’energia solare per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.
Un inseguitore solare à ̈ un dispositivo meccanico controllato elettronicamente atto ad orientare favorevolmente rispetto ai raggi del sole un pannello o un impianto fotovoltaico, un pannello solare termico oppure un concentratore solare.
Gli inseguitori più sofisticati dispongono di due gradi di libertà, con cui si prefiggono di allineare perfettamente e in tempo reale l'ortogonale dei pannelli fotovoltaici con i raggi solari.
Sono noti inseguitori solari costituiti da una asta di sostegno di uno o più pannelli solari. Tali pannelli solari sono azionati mediante attuatori che permettono loro di orientarsi verso il sole. In alcuni casi, quando si vuole raggiungere una produzione interessante di energia elettrica, i pannelli solari di cui sopra hanno dimensioni di circa 100 ed anche 200 m<2>.
Ciò implica una robusta asta di sostegno nonché un basamento di dimensioni notevoli in quanto il sistema deve essere in grado di resistere a condizioni climatiche avverse ed in particolare deve resistere alla forza del vento. Ne consegue un peso enorme della struttura, una dimensione notevole del basamento e l'installazione richiede tempo e manodopera specializzata.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di provvedere ad un sistema di captazione dell'energia solare comprendente un inseguitore solare a due assi che sia di semplice realizzazione.
Altro scopo à ̈ quello di provvedere ad un sistema che sia facilmente installabile e facilmente rimovibile.
Ulteriore scopo à ̈ quello di realizzare una struttura modulare.
In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un sistema di captazione dell’energia solare in accordo alla rivendicazione 1.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 mostra un sistema di captazione dell’energia solare in accordo alla presente invenzione; la figura 2 mostra una prima porzione in maggiore dettaglio e parzialmente in trasparenza del sistema di captazione dell’energia solare, in accordo alla presente invenzione;
la figura 3 mostra una seconda porzione in maggiore dettaglio e parzialmente in trasparenza del sistema di captazione dell’energia solare, in accordo alla presente invenzione;
le figure 4 e 5 mostrano una ulteriore forma di realizzazione degli agganci del tubo principale ai pali di sostegno, in accordo alla presente invenzione.
Riferendosi alle figure allegate, un sistema di captazione dell’energia solare in accordo alla presente invenzione, comprende un tubo principale 10 orizzontale portante, che può ruotare attorno al proprio asse, al quale sono connessi una pluralità di tubi secondari 11 fissati perpendicolarmente al tubo principale 10 e che possono essere ruotati attorno al proprio asse.
I tubi secondari 11 sono terminati su entrambi i lati da flange che consentono il montaggio e lo smontaggio dei pannelli a mezzo viti.
Ad ognuno dei tubi secondari 11 Ã ̈ fissato un pannello 12 preferibilmente fotovoltaico.
II tubo principale 10 Ã ̈ vincolato ai suoi estremi a due pali di sostegno 13 mantenuti in posizione da un reticolo di tiranti 14.
I pali di sostegno 13 ed i tiranti 14 sono fissati nel terreno 15 preferibilmente mediante pali a vite 16.
I pali di sostegno 13 sono fissati ai pali a vite 16 mediante una cerniera 17 posta alla loro base.
All’estremo superiore dei pali di sostegno 13 à ̈ posta una ghiera 20 dove si fissato i tiranti 14 ed al di sopra di essa à ̈ fissato un elemento di fissaggio 21 a forma di U. Lateralmente ad esso sono predisposte due sedi 22, anch'esse a forma di U, dove trovano posto le viti 23 solidali con il tubo principale 10.
Ad una estremità del tubo principale 10 troviamo un motore 24, opportunamente fissato al tubo stesso, il cui ingranaggio 25 si innesta in un semicerchio dentato 26 fissato all’elemento di fissaggio 21. Tale motore 24 mette in rotazione il tubo principale 10 attorno al proprio asse. Più internamente al tubo principale 10 troviamo un motore 30 che mette in rotazione una catena 31 (o cinghia), che fa ruotare una puleggia 32 solidale con un asse 33 fissato ai tubi secondari 11.
Una seconda puleggia 34 fissata alla prima 32 mette in azione una catena 35 (oppure funi in acciaio o cinghie dentate) collegata a tutti i tubi secondari 11 del tubo principale 10.
I motori 24 e 30 sono tipicamente costituiti da un motore elettrico e da un riduttore di giri a bassissimo attrito, che trascinano i cinematismi nelle due direzioni di movimento (tipicamente di ±90° rispetto alla condizione di riposo) con velocità variabili imposte da un sistema di controllo. I motori elettrici impiegati sviluppano una notevole coppia sia a bassissimi numero di giri (funzione di inseguimento del sole) che ad un elevato numero di giri (posizionamento rapido degli assi).
In condizioni operative estreme o nel caso in cui rimpianto fotovoltaico debba movimentare pannelli captanti molto pesanti oppure in tutte quelle particolari configurazioni dove il sistema di movimentazione richiede grandi sforzi per vincere gli attriti e le forze in gioco, i dispositivi motorizzati potranno essere sostituiti da analoghi dispositivi oleodinamici.
Ad un'altra estremità del tubo principale 10 viene posto un giunto scorrevole 36 (strutturato con elementi telescopici) atto a consentirne la dilatazione. In fase di montaggio l’estremo scorrevole sarà fissato alla struttura di sostegno in modo da consentire la massima dilatazione ed il massimo ritiro.
Ogni tubo principale 10 comprende un sistema di controllo integrato nel tubo stesso (non mostrato), nonché un ricetrasmettitore 40 in grado di comunicare con tubi principali 10 vicini.
Gli elementi di fissaggio 21 sono da utilizzare se i pali di sostegno 13 sono posti lungo una linea rettilinea. Nel caso in cui i pali debbano seguire una strada o un corso di un fiume, e quindi non possono essere fissati lungo una linea rettilinea, si possono utilizzare due strutture 45 interlacciate che possono essere posizionate lungo diverse direzioni. Le strutture 45 comprendono anelli 46, che si infilano nel palo 13 ed attorno al quale possono ruotare. Ogni struttura 45 comprende due sedi 22, dove trovano posto le viti 23 solidali con il tubo principale 10.
Essendo il tubo principale 10 portante, esso regge il proprio peso, il peso dei cinematismi interni, il peso degli assi rotanti a cui sono vincolati i pannelli ed il peso dei pannelli. Le caratteristiche meccaniche del tubo sono tali da resistere alle forze del vento e al carico della neve, indipendentemente dalla posizione degli assi.
All’interno del tubo principale 10 trovano posto anche i cavi elettrici di collegamento dei vari pannelli 12 e portanti esternamente la corrente generata dagli stessi.
Il sistema di controllo dell’inseguitore, integrato nell'inseguitore stesso, à ̈ in grado di mantenere costantemente orientati i pannelli verso il sole in modo che il sole risulti perpendicolare alla superficie captante dei pannelli, mediante tecniche note.
Il controllo inoltre può: riposizionare rapidamente i pannelli in una particolare posizione, mantenere il sistema in movimento per impedire la formazione di giaccio, rilevare eventuali guasti degli organi di movimento, rilevare il distacco dei pannelli, effettuare misurazioni ambientali di vario genere.
Il sistema di controllo à ̈ dotato di un ricetrasmettitore 40 preferibilmente di tipo ZigBee attraverso il quale potrà comunicare all'interno di una rete costituita da molti inseguitori solari e da una o più centrali di controllo. Ogni ricetrasmettitore costituisce un nodo all'interno della rete capace di comunicare direttamente i propri messaggi o di ritrasmettere messaggi ricevuti dai nodi vicini. Il raggio d'azione del ricetrasmettitore deve essere tale da poter comunicare non solo con i ricetrasmettitori più vicini ma, in caso di guasto di uno o più di essi, di poter comunicare con ricetrasmettitori più distanti. A tal fine, il raggio di azione di ogni ricetrasmettitore sarà pari almeno a quattro volte la lunghezza del tubo principale 10.
Attraverso la rete ogni tubo principale 10 sarà collegato alla centrale di controllo dalla quale potrà ricevere periodicamente il sincronismo esatto dell'orologio interno. Il sistema di controllo integrato, conoscendo l'ora esatta, la posizione geografica (latitudine e longitudine) e la direzione dell'asse principale dell'inseguitore rispetto al nord sarà in grado di calcolare istante per istante la posizione assoluta del sole e di regolare gli organi meccanici di conseguenza.
La centrale di controllo sarà dotata di centralina meteo e in caso di necessità comunicherà a tutti gli inseguitori eventuali condizioni di emergenza. Per esempio in caso di forte vento forzerà il posizionamento dei pannelli in modo tale da offrire la minor superficie alla spinta delle raffiche di del vento. In caso di pioggia forzerà il posizionamento verticale dei pannelli per consentire a tutto il terreno sottostante di essere raggiunto dalie gocce d'acqua. In caso di bassa temperatura manterrà in continuo movimento gli organi meccanici per evitare la formazione di ghiaccio sulle giunture. Durante le operazioni di manutenzione posizionerà opportunamente i pannelli. Ciclicamente potrà contattare ogni singolo inseguitore per verificare la sua presenza e operatività.
Ogni inseguitore a sua volta potrà comunicare alla centrale allarmi, segnalazioni diagnostiche o misure.
Ogni inseguitore à ̈ dotato di una segnalazione luminosa lampeggiante 41 e di segnale acustico intermittente che vengono attivati nei seguenti casi: per segnalare alle persone circostanti l'inseguitore la movimentazione rapida degli organi meccanici e per segnalare la posizione dell'inseguitore agli incaricati in caso di allarme (per esempio il distacco dei pannelli in caso di furto)
Normalmente verranno utilizzati più tubi principali 10 che potranno essere disposti lungo file parallele opportunamente distanziate per evitare le reciproche interferenze delle ombre tra i pannelli all'alba e al tramonto. In questa configurazione ogni palo servirà a sostenere un lato di due tubi principali adiacenti. L'altezza dei pali di sostegno dovrà essere tale da consentire ai pannelli di essere ruotati fino al limite massimo prossimo alla verticale. A questa altezza minima può essere aggiunto ulteriore spazio in funzione della località di installazione.
Una installazione tipica di questo tipo di inseguitore à ̈ per esempio lungo una strada, lungo una strada ferrata, lungo un argine o lungo un canale. In questo caso la struttura di sostegno sarà costituita da una palizzata lineare al bordo della via o del canale di altezza tale da consentire il passaggio di persone e mezzi. Se opportunamente distanziate possono essere utilizzate anche palizzate esistenti quali file di lampioni, linee telefoniche aeree o linee elettriche a bassa tensione.
Nel caso di installazione su terreni agricoli secondo un reticolo regolare formato da lunghe file parallele di inseguitori, si verranno a costituire lunghe strisce di terreno coltivabile la cui larghezza dipende dalla lunghezza degli inseguitori e dalla distanza dalle file parallele. L'altezza della palizzata dipenderà oltre che dai mezzi utilizzati anche dalle colture.
Un caso tipico potrebbe essere l'uso di inseguitori aventi tubi principali 10 di lunghezza di 12 m, su file parallele distanti 9 m con pali alti 6 m, e pannelli di dimensioni di 1 m x 2m, distanziati tra loro di circa 1 ,5 m.
Con questa configurazione non vi sono limiti al tipo di colture ed alla dimensione delle macchine agricole che dovranno passare sotto gli inseguitori.
L'installazione sospesa su palizzata inoltre mantiene gli inseguitori e l'impianto elettrico lontano dal suolo aumentando il livello di sicurezza per le persone e consentendo l'utilizzo di terreni esondabili o di acquitrini.
La struttura della palizzata con o senza tiranti può essere realizzata con opere di fondazione limitate facendo uso di micro-pali o pali a vite da inserire nel terreno, evitando le imponenti opere di fondazione in cemento armato richieste dai tradizionali inseguitori a terra.
L'inseguitore à ̈ bilanciato su tutti gli assi di movimento e richiede quindi il minimo sforzo per la movimentazione. Questo comporta bassi consumi energetici e organi meccanici più leggeri.
Tutti gli organi meccanici ed elettrici sono contenuti nella struttura tubolare 10 protetti dagli agenti atmosferici, con aumento della vita operativa.
L'installazione sospesa mantiene gli organi in movimento e l'impianto elettrico fuori portata, con aumento della sicurezza dell'impianto.
I pannelli captanti sono distanziati fra di loro e producono ombre mobili sul terreno tali per cui il terreno sottostante riceve la luce solare diretta in ogni punto. L'ombreggiamento del terreno à ̈ molto limitato e discontinuo con la minima interferenza nella crescita delle colture sottostanti.
L'installazione sospesa su palizzate consente di operare sotto gli inseguitori con i mezzi agricoli.
L'installazione sospesa consente il passaggio di persone o mezzi sotto gli inseguitori.
La struttura di sostegno a palizzata e tiranti non richiede opere di fondazione in cemento armato che impattano notevolmente sul terreno sottostante e sono difficili da rimuovere alla fine della vita operativa dell'impianto.
L'impianto elettrico di collegamento tra i pannelli fotovoltaici (o le tubazioni dei fluidi circolanti nei dispositivi di captazione) Ã ̈ pre cablato all'interno della struttura tubolare, semplificando moltissimo l'installazione. I pannelli fotovoltaici o i dispositivi di captazione vengono assemblati alla propria struttura di sostegno che contiene i sensori di asportazione e vengono collaudati in fabbrica. Vengono connessi e fissati all'inseguitore tramite attacchi rapidi solo al termine dell'installazione, del collaudo e della centralizzazione dell'impianto. Maggior sicurezza contro i furti nel cantiere.
Nel caso in cui gli inseguitori siano dotati di sensori, un impianto costituito da più inseguitori costituisce una capillare rete di monitoraggio ambientale.
I materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.
L’inseguitore solare così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema dì captazione dell’energia solare comprendente un inseguitore solare comprendente:un tubo principale orizzontale portante, che può ruotare attorno al proprio asse; una pluralità di tubi secondari fissati in modo mobile perpendicolarmente a detto tubo principale che possono ruotare attorno al proprio asse; ad ognuno di detti tubi secondari à ̈ fissato un pannello atto alla captazione dell'energia solare; una struttura di sostegno comprendente almeno due pali; detto tubo principale à ̈ vincolato ai suoi estremi a detti almeno due pali; caratterizzato dal fatto che detti almeno due pali sono mantenuti in posizione da un reticolo di tiranti; detti almeno due pali e detto reticolo di tiranti sono fissati al terreno mediante pali a vite; all’estremo superiore di detti almeno due pali à ̈ posta una ghiera dove si fissa detto reticolo di tiranti; detti almeno due pali sono fissati a detti pali a vite mediante una cerniera posta alla loro base; detto tubo principale comprende ad un suo estremo un giunto scorrevole atto a consentirne la dilatazione.
  2. 2. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti almeno due pali comprendono alla loro estremità superiore un elemento di fissaggio a forma di U.
  3. 3. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto tubo principale può ruotare attorno al proprio asse mediante un cinematismo integrato in detto tubo principale.
  4. 4. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ad una estremità di detto tubo principale esso comprende un motore fissato al tubo stesso, avente un ingranaggio che si innesta in un semicerchio dentato fissato ad uno di detti almeno due pali.
  5. 5. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta pluralità di tubi secondari possono essere ruotati attorno al proprio asse mediante un cinematismo interno a detto tubo principale.
  6. 6. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto tubo principale comprende un motore fissato ad esso che fa ruotare una pluralità di pulegge solidali con detti tubi secondari.
  7. 7. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto sistema comprende una pluralità di tubi principali; ognuno di detta pluralità di tubi principali comprende un ricetrasmettitore in grado di comunicare con tubi principali vicini.
ITBG2009A000008A 2009-03-10 2009-03-10 Sistema di captazione dell'energia solare IT1398598B1 (it)

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