ITPG20090038A1

ITPG20090038A1 - Congegno elettromeccanico per la produzione contemporanea di energia elettrica e termica da radiazione solare mediante dispositivo a concentrazione ovvero dispositivo ad inseguimento.

Info

Publication number: ITPG20090038A1
Application number: IT000038A
Authority: IT
Inventors: Franco Cotana
Original assignee: Ipass S C A R L Ingegneria Per L Ambiente E Lo; Metalmeccanica Pulsoni Srl
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-08

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “Congegno elettromeccanico per la produzione contemporanea di energia elettrica e termica da radiazione solare mediante dispositivo a concentrazione ovvero dispositivo ad inseguimento”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione propone un sistema di produzione di energia in cogenerativo basato sulla tecnologia fotovoltaica a concentrazione o ad inseguimento.

11 sistema è configurabile in modalità a concentrazione o ad inseguimento.

La modalità a concentrazione prevede che le superfici piane siano dotate di specchi che operano la concentrazione su pannelli fotovoltaici posizionati superiormente ad esse.

La radiazione solare incidente viene riflessa da un insieme di specchi piani o a minima curvatura con asse longitudinale in direzione nord-sud (rif.l tav.2), i quali, opportunamente orientati rispetto al pannello ricevitore, simulano la superficie di un concentratore parabolico lineare, ma con una doppia semplificazione sia nella fase di costruzione, sia in quella di funzionamento d impianto (in quanto gli specchi presentano un unico asse di rotazione con conseguente semplificazione della movimentazione del sistema). Tramite movimentazione a controllo elettronico (vedi brevetto n. PG 2009 A 0013), gli specchi vengono ruotati intorno all’asse di rotazione (rif.l tav.l) per fare in modo che i raggi solari vengano costantemente concentrati sui pannelli ricettori durante lo spostamento giornaliero del sole, aumentando Γ efficienza del sistema. Per incrementare ulteriormente la radiazione captata gli specchi orizzontali possono essere dotati di un supporto ad inclinazione variabile tramite cui vengono sollevati o abbassati verso l'orizzonte in modo che l'angolo rispetto al suolo sia ottimale in base alla stagionalità. In alternativa, i pannelli ricettori possono essere dotati anch’essi di un sistema ad inclinazione variabile in base alla stagionalità. La configurazione ottimale viene scelta a seconda della posizione geografica e dell’ orientamento del sito. Tramite modellazione al calcolatore si è determinata la configurazione geometrica ottimale al fine di massimizzare la radiazione incidente. I parametri analizzati sono: lunghezza degli specchi, il cui valore ottimale risulta essere 1,1 volte la lunghezza del pannello; il numero di specchi, da 5 a 7, l’altezza del pannello ricettore sopra gli specchi, il cui valore ottimale risulta essere 0,5 volte la larghezza totale degli specchi, ed infine la larghezza di ogni singolo specchio, il cui valore ottimale è 2 volte la larghezza del pannello. Infine, mettendo gli specchi al livello del terreno si riducono i problemi di resistenza al vento.

Il pannello ricevitore (rif.2 tav.l) è costituito da celle fotovoltaiche tradizionali in silicio monocristallino (efficienza ≡ 16%), che costituiscono una tecnologia matura. Le celle in silicio monocristallino tollerano livelli di concentrazione dell’ ordine di 5-10X, consentendo una notevole riduzione della superficie captante necessaria, mantenendo però i vantaggi di una tecnologia ormai consolidata.

Per consentire l’asportazione del calore, il pannello fotovoltaico è montato su un sostegno metallico opportunamente alettato e coibentato (rif.4 tav. 3) all’interno del quale scorre acqua (rif.5 tav. 3)che funge da fluido termovettore. Il pannello è assemblato al profilato tramite un sistema di collegamento che garantisce il contatto e quindi lo scambio termico (rif.6 tav.3). Il sistema produce acqua calda, che può essere utilizzata da una eventuale utenza.

In alternativa al fluido termovettore, lo scambio termico può avvenire in convezione naturale con l’aria ambiente. In questo caso, il sostegno alettato verrà protetto dai raggi solari incidenti su di esso tramite una superficie altamente riflettente.

La modalità ad inseguimento prevede che le superfici piane siano ricoperte con pannelli fotovoltaici i quali si orientano in modo da captare l’energia solare con angolo di incidenza ottimale. In tale configurazione l’energia captata dal sistema per unità di superficie è notevolmente superiore rispetto a quella captata da un campo di pannelli piani privi di orientamento.

La movimentazione dei pannelli viene effettuata tramite motori elettrici gestiti da un sistema di controllo elettronico proprietario che si basa su un orologio astronomico con correzione in base al flusso luminoso incidente. La logica di controllo è diversa rispetto alla configurazione a concentrazione.

Con riferimento alle tavole 1-2-3 di seguito sono riportati gli elementi principali del dispositivo oggetto del presente brevetto.

1. Sistema di superfici piane movimentate con logica ad orologio astronomico 2. Sostegno alettato per scambio termico in convezione naturale con superfìcie protettiva altamente riflettente.

3. Pannello fotovoltaico.

4. Sostegno metallico per lo scambio termico.

5. Circolazione fluido termovettore.

6. Adesivo termoconduttore.

7. Profilato di chiusura.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo fotovoltaico a media concentrazione per la produzione combinata di energia e calore caratterizzato dalla presenza congiunta, disgiunta o semplificata degli elementi descritti nel testo della descrizione, con qualunque numero di specchi e di pannelli.
2) Dispositivo come da rivendicazione 1) caratterizzato da ciò che esso presenta un campo di specchi piani o a minima curvatura disposti con asse longitudinale in direzione nord sud.
3) Dispositivo come da rivendicazione 2) caratterizzato da specchi di qualunque curvatura, comunque inclinati rispetto al suolo e posizionati con qualunque orientamento.
4) Dispositivo come da rivendicazione 2) caratterizzato da specchi dotati di qualsiasi tipo di movimentazione, ad uno, due o tre assi.
5) Dispositivo come da rivendicazione 2) nel quale alle superfici riflettenti vengono sostituiti pannelli fotovoltaici piani di qualunque tipologia al fine di operare l’inseguimento della radiazione solare.
6) Dispositivo come da rivendicazione 1) caratterizzato da ciò che esso presenta pannelli fotovoltaici al silicio monocristallino disposti orizzontalmente in modo da ricevere i raggi riflessi dagli specchi.
7) Dispositivo come da rivendicazione 5) caratterizzato da qualsiasi tipologia o combinazione di tipologie di pannelli fotovoltaici, posizionati su qualsiasi tipologia di supporto e comunque inclinati.
8) Dispositivo come da rivendicazione 1) caratterizzato da ciò che esso presenta un sistema di scambio termico con sostegno metallico che utilizza acqua come fluido termovettore.
9) Dispositivo come da rivendicazione 7) caraterizzato da un sistema.'di scambio termico realizzato in qualsiasi materiale, con qualsiasi fluido termovetore o in ventilazione naturale e comunque assemblato.
10) Dispositivo come da rivendicazione 1) caraterizzato da ciò che esso presenta un sistema di recupero del calore prodoto a fini cogenerativi fino alla temperatura idonea di utilizzo, eventualmente integrato da macchine ad assorbimento o torri evaporative.