IT201600117467A1 - Pista ciclabile fotovoltaica - Google Patents

Description

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Settore tecnico dell’invenzione

La presente invenzione è relativa ad una pista ciclabile fotovoltaica ovvero una pista “ciclovoltaica”, utilizzando un particolare neologismo che sarà meglio chiarito nel seguito. I n particolare, l’invenzione ha come obiettivo la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (ad esempio fotovoltaico e/o eolico) , il trasporto di tale energia elettrica, l’utilizzo della medesima in una soluzione alternativa alla mobilità sostenibile di tipo tradizionale a medio e lungo raggio, e l’implementazione di servizi extraurbani.

Tecnica nota

Com ’è noto, le piste ciclabili sono oggi una realtà ben nota e diffusa in tutto il mondo e rappresentano un esempio eccellente di mobilità sostenibile.

E’ altresì noto che la tecnologia degli impianti fotovoltaici è fortemente consolidata e sfruttata per produrre energia di tipo pulito.

Attualmente sono stati effettuati i primi tentativi di fondere un percorso di mobilità sostenibile con la produzione di energia pulita.

Un esempio di tal genere di combinazione è stato realizzato in Olanda ove è presente la prima pista ciclabile il cui percorso è costituito da pannelli fotovoltaici percorribili, ma inserito in un contesto urbano, a livello stradale. E’ un prototipo di lunghezza pari a circa 70 m e nei primi sei mesi di utilizzo è stata in grado di produrre ben 3.000 kwh di energia elettrica, un quantitativo sufficiente a soddisfare le esigenze energetiche di una piccola casa per un anno. Tutto questo grazie a una superficie in vetro temperato traslucido, antimacchia e antiscivolo, sotto alla quale sono installate file di celle solari in silicio cristallino, contenute in una struttura in calcestruzzo. La strada è leggermente inclinata per favorire l’eliminazione dal manto stradale dell’acqua piovana, che scivolando pulisce il vetro e mantiene così la massima esposizione ai raggi solari.

Non è così inclinata però da sfruttare al meglio l’energia solare come può succedere ad esempio nei tetti degli edifici: in tal modo l’efficienza viene ridotta del 30% .

In Francia installeranno, sulla falsa riga del progetto olandese, una pista della lunghezza di ca.1000 km, costituita da materiale fotovoltaico percorribile da veicoli in genere, ma sempre posizionata a livello stradale.

Esiste l’esigenza, pertanto, partendo da ciò che è già stato realizzato sia pure in fase embrionale, di definire una pista ciclabile fotovoltaica superando quelli che sono i limiti intrinseci di una tecnologia di questo tipo, ipotizzando di migliorare in modo sostanziale il rendimento e annullando del tutto il consumo di territorio.

Sintesi dell’invenzione

L’obiettivo della presente invenzione è la costruzione di una pista ciclabile fotovoltaica appartenente ad una rete di piste “ciclovoltaiche” che costituisce così percorsi preferibilmente extraurbani di mobilità sostenibile in sicurezza, ed allo stesso tempo centrali elettriche che contemporaneamente svolgono la funzione di elettrodotti. Tutto ciò a consumo di territorio quasi nullo. La pista ciclabile fotovoltaica secondo l’invenzione presenta le caratteristiche enunciate nella rivendicazione indipendente di prodotto.

Ulteriori modi di attuazione dell’invenzione preferiti e/o particolarmente vantaggiosi, sono descritti secondo le caratteristiche enunciate nelle rivendicazioni dipendenti annesse.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non lim itativi, in cui:

la figura 1 è una vista parziale di una struttura modulare di lunghezza variabile secondo una forma di attuazione della presente invenzione,

le figure 2 e 3 rappresentano delle soluzioni esemplificative dello sfruttamento di un flusso eolico e/o term ico attraverso mini turbine all’interno del tunnel-piping,

- la figura 4 mostra la canalizzazione dei flussi aerodinamici lungo un montante della struttura modulare di Fig. 1 ,

la figura 5 mostra un camino aerodinamico per la fuoriuscita dei flussi aerodinamici,

la figura 6 raffigura un dettaglio pista ciclabile sopraelevata ed un suo nodo di accesso,

la figura 7 rappresenta alcuni esempi di canalizzazione del flusso eolico-term ice e del relativo posizionamento delle turbine,

la figura 8 mostra un dettaglio del montante della struttura modulare di Fig. 1 ,

la figura 9 è uno schema esplicativo del flusso termico-eolico incrementato per effetto “torri del vento”.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alle suddette figure ed in particolare alla Fig. 1 , la pista ciclabile fotovoltaica secondo un aspetto della presente invenzione è realizzata per mezzo di una struttura modulare 1 di lunghezza variabile che comprende montanti 2, ad esempio pilastri in calcestruzzo armato e/o in acciaio , e una travatura reticolare 3 realizzata con profili com merciali in acciaio o alluminio, protetti dall’ossidazione da vernici a base di vetroresina.

La travatura reticolare 3 è rivestita da pannelli fotovoltaici 4 che realizzano un “tunnel - piping” che convoglia flussi d’aria generati dal calore e/o dal vento, verso un sistema di turbine, ovviamente invisibili all’esterno. La pista ciclabile è appoggiata sulla travatura reticolare ed è costituita da un ulteriore rivestimento fotovoltaico 5. Anche i montanti 2 potranno vantaggiosamente essere dotati di un rivestimento fotovoltaico dei pilastri 6.

La struttura modulare 1 può essere inoltre provvista di canalizzazioni per il cablaggio sia orizzontali 7, sia verticali 8, di mezzi di ventilazione ed ancoraggio 9, 10, ad esempio posti lungo i lati Nord e Sud della struttura, di mezzi di protezione in orizzontale 1 1 , nonché di appositi sistem i di illuminazione e videosorveglianza 12, questi ultim i realizzati, ad esempio, mediante tecnologia “livestream” e/o cablaggio con rete wi-fi.

La posizione sopraelevata della pista ciclabile fotovoltaica rende compatibile l’integrazione del sistema fotovoltaico con quello di produzione energetica del tipo “m ini-eolico”, provvisto di turbinette 14. I n altre parole, il percorso dell’impianto si coniuga con la struttura reticolare e carenata della pista, schematizzato come nelle figure 2 e 3. I flussi aerodinamici possono essere canalizzati sia sui montanti 2 (Fig. 4) , sia attraverso la carena 13 costituita dai pannelli del sistema fotovoltaico, e fuoriuscire da un cam ino superiore 15, come mostrato in Fig. 5.

Le scelte progettuali prevedono la scelta di materiali semplici ed econom ici, tenendo comunque presenti le esigenze di modularità. Ad esempio, una singola campata potrà avere luce pari a 42,00 m ed essere costituita da sottomoduli lunghi 6,00 m e larghi 2,50 m) . I noltre, è possibile adottare sistem i costruttivi prefabbricati per abbattere ulteriormente i costi dell’intervento.

La ripetizione del modulo consente la semplificazione e la rapidità della posa in opera sia della parte strutturale, sia della parte impiantistica.

La forma della struttura è dettata sia da fattori estetici, con il duplice scopo di minim izzare l’impatto ambientale e di fornire contemporaneamente l’opportunità di riqualificare lunghi tratti di territorio, sia da fattori funzionali, quale la caratteristica sezione alare per una m igliore efficienza aerodinamica e resistenza alla sollecitazione strutturale dovuta al vento. La forma leggermente arcuata tra una campata e l’altra compensa la freccia elastica in mezzeria della travatura e contribuisce a mantenere pulita la superficie superiore ai fini della efficienza energetica.

Come già visto, all’interno della travatura reticolare, in una opportuna sezione viaggiano tutti i cablaggi impiantistici 7, 8.

La soluzione progettuale sopraelevata consente una manutenzione sia strutturale sia impiantistica particolarmente agevole. La parte superiore si compone di moduli di tipo cristallino dotati di rivestimento in cristallo temperato antisdrucciolevole, sulla falsa riga dei pannelli a concentrazione, costituito da micro bolle atte ad orientare il flusso luminoso verso i pannelli inferiori, opportunamente distanziati. La parte laterale ed inferiore è costituita da moduli di tipo amorfo, flessibili ed in grado di produrre energia attraverso luce ambientale.

Rispetto alle realizzazioni note, la prima innovazione consiste nel sopraelevare la pista ciclabile rispetto al nastro stradale, percorso da veicoli a quota O.OOrn , quindi annullando il restringimento di carreggiata. I n questo modo si perviene ad un consumo di territorio nullo e al contempo si mettono in sicurezza i fruitori. La sopraelevazione 16 avviene per mezzo di una struttura modulare installata a bordo strada (Fig. 6) .

I noltre, all’estradosso sono installati moduli fotovoltaici di tipo monocristallino e/o ad alta efficienza, protetti da un cristallo, distanziato dagli stessi. La superficie superiore del cristallo (che potrà essere di tipo temperato atto a resistere alle sollecitazioni dinam iche prodotte dai veicoli di tipo leggero) si presenta costituita da m icro bolle orientate per aumentare il coefficiente di attrito per garantire la sicurezza dei fruitori, ma anche per direzionare il flusso lum inoso verso le celle dei pannelli sottostanti, diminuendo la perdita per orientamento sub orizzontale. I nfine la camera 17 (visibile nei tre esempi di attuazione della Fig. 7) che si viene a costituire tra il pannello fotovoltaico inferiore e lo strato superiore di cristallo, permette il recupero del flusso di calore da convogliare, generato dalla produzione del sistema fotovoltaico e dal naturale effetto serra. A tal proposito occorre notare che negli impianti esistenti il calore che si genera implica una sensibile dim inuzione del rendimento di produzione fotovoltaico; viceversa, la pista ciclabile fotovoltaica, come concepita nella presente invenzione, permette il recupero di questa forma di energia, in quanto convogliata verso un sistema di turbine a bassa inerzia, invisibili dall’esterno, trasformando un problema in un vantaggio. La Fig. 7 mostra tre esempi di canalizzazione del flusso eolico-term ice e il relativo posizionamento delle turbine. Con la lettera A è indicato il cristallo di protezione in posizione superiore, con la lettera B il pannello fotovoltaico in posizione intermedia, con la lettera C il pannello amorfo in posizione inferiore e con la lettera D le turbine.

Essendo un percorso sopraelevato, è necessario predisporre degli elementi di sicurezza, costituiti da ringhiere metalliche opportunamente conformate per evitare il superamento di queste ultime dai fruitori anche in caso di incidente. L’innovazione in questo caso consiste nell’essere riusciti ad evitare l’interruzione di irraggiamento causata dall’ombra statica portata dalle stesse, attraverso l’utilizzo di sistemi ottici che incorporano i montanti e le sbarre orizzontali.

La conformazione della pista consente di installare all’intradosso ulteriori moduli fotovoltaici di tipo amorfo, catturando così energia anche dalla lum inosità ambientale, sfruttando la struttura già realizzata e aumentando la superficie di captazione del fotovoltaico, m igliorandone il rendimento complessivo del sistema.

Nella Fig. 8 è mostrato un dettaglio dei montanti 2. I n particolare, si possono osservare la struttura in acciaio E e il prisma ottico in materiale trasparente F.

I nfine, l’invenzione in oggetto è idonea ad incrementare il flusso term ico-eolico per effetto “torri del vento”, come schematizzato in Fig. 9, nella quale con G è indicata la vista frontale della pista ciclabile fotovoltaica, con H la vista laterale della medesima pista, mentre L sta a simboleggiare il flusso eolico esterno. I n pratica, una massa d’aria è richiamata alla base dei pilastri (ad esempio il pilastro 2’) della struttura per effetto depressionale generato dal calore dei pannelli fotovoltaici e dal naturale effetto serra, nonché dal normale flusso eolico esterno. La massa d’aria, attraversando le tubazioni interrate 18 (che vantaggiosamente potranno essere realizzate in materiale di natura metallica ed essere dotate anche di alettatura esterna ed interna per ottimizzarne lo scambio term ico) , si raffredda incrementando l’effetto depressionale per differenza di temperatura. Una volta raffreddatasi, la massa d’aria è incanalata verso il pilastro successivo 2” per effetto camino, andando ad eccitare la turbina 19 posta all’interno del “piping” costituito dalla carena 13 di pannelli fotovoltaici. I nfine fuoriesce dal camino superiore 15, andando così a generare un flusso continuo in grado di produrre energia. Preferibilmente, sulla som mità del camino potrà essere posizionata una lente concentratrice per riscaldare puntualmente il flusso poco prima dell’uscita dallo stesso.

Riassumendo, i vantaggi conseguibili con la presente invenzione attengono alla produzione di energia da fonti rinnovabili efficiente indipendentemente dalle condizioni meteo, al consumo di territorio pressoché nullo e alla possibilità di integrazione con reti elettriche tradizionali. I noltre, il trovato presenta requisiti di sicurezza, è dotato di modularità e facilità di manutenzione, nonché contribuisce alla riqualificazione del territorio.

Oltre ai modi di attuazione dell’invenzione, come sopra descritti, è da intendere che esistono numerose ulteriori varianti. Deve anche intendersi che detti modi di attuazione sono solo esemplificativi e non limitano l’oggetto dell’invenzione, né le sue applicazioni, né le sue configurazioni possibili. Al contrario, sebbene la descrizione sopra riportata rende possibile all’uomo di mestiere l’attuazione della presente invenzione almeno secondo una sua configurazione esemplificativa, si deve intendere che sono concepibili numerose variazioni dei componenti descritti, senza che per questo si fuoriesca dall’oggetto dell’invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate, interpretate letteralmente e/o secondo i loro equivalenti legali.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pista ciclabile fotovoltaica e/o eolica, sopraelevata, realizzata per mezzo di una pluralità di strutture modulari (1 ) di lunghezza variabile, ciascuna struttura modulare comprendente: - una pluralità di montanti (2) , una travatura reticolare (3), rivestita da pannelli fotovoltaici (4) configurati per realizzare flussi d’aria generati dal calore e/o dal vento, verso un sistema di turbine eoliche (14), un ulteriore rivestimento fotovoltaico (5) appoggiato sulla travatura reticolare (3) configurato per realizzare un percorso ciclabile.
2. 2. Pista ciclabile secondo la rivendicazione 1 , laddove i montanti (2) sono provvisti di un rivestimento fotovoltaico dei pilastri (6).
3. 3. Pista ciclabile secondo la rivendicazione 1 o 2, laddove i montanti (2) sono pilastri in calcestruzzo armato o in acciaio.
4. 4. Pista ciclabile secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la travatura reticolare (3) è realizzata con profili in acciaio o alluminio, rivestiti da vernici a base di vetroresina.
5. 5. Pista ciclabile secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la struttura modulare (1 ) è provvista di canalizzazioni per il cablaggio sia orizzontali (7), sia verticali (8).
6. 6. Pista ciclabile secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la struttura modulare (1 ) è provvista di mezzi di ventilazione ed ancoraggio (9, 10).
7. 7. Pista ciclabile secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la struttura modulare (1 ) è provvista di mezzi di protezione in orizzontale
8. 8. Pista ciclabile secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la struttura modulare (1 ) è provvista di sistem i di illum inazione e videosorveglianza (12) .
9. 9. Pista ciclabile secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove i flussi d’aria generati dal calore e/o dal vento sono canalizzati verso un sistema di turbine eoliche (14) .
10. 10. Pista ciclabile secondo la rivendicazione 9, laddove la canalizzazione dei flussi d’aria avviene sia lungo i montanti (2) , sia attraverso una carena (13) realizzata dai rivestimenti fotovoltaici (4, 5) .
11. 1 1. Pista ciclabile secondo la rivendicazione 9 o 10, laddove i flussi d’aria sono convogliati verso un cam ino superiore (15) .
12. 12. Pista ciclabile secondo la rivendicazione 1 1 , laddove i flussi d’aria prima di essere convogliati verso il camino superiore (15) sono richiamati alla base di un pilastro (2’) , attraversano tubazioni interrate (18) , sono incanalati verso un pilastro successivo (2”) per effetto camino, andando ad eccitare una turbina (19) posta all’interno della carena (13) di pannelli fotovoltaici e fuoriescono dal cam ino superiore (15) .
13. 13. Pista ciclabile secondo la rivendicazione 1 1 o 12, laddove sulla som mità del cam ino superiore (15) è posizionata una lente concentratrice per riscaldare puntualmente il flusso poco prima dell’uscita da detto camino superiore (15).