IT201800010352A1

IT201800010352A1 - SOLID STATE WIND GENERATOR

Info

Publication number: IT201800010352A1
Application number: IT102018000010352A
Authority: IT
Inventors: Davide Zecchini
Original assignee: Davide Zecchini
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-15

Description

Descrizione Description

La presente descrizione si riferisce al settore tecnico delle produzione di energia elettrica e riguarda in particolare un generatore eolico a stato solido. The present description refers to the technical sector of the production of electric energy and in particular relates to a solid-state wind generator.

La domanda crescente di energia elettrica e l'imminente esaurimento dei carburanti fossili come il carbone ed il petrolio spinge il sistema energetico globale verso fonti di energia rinnovabili. Di conseguenza negli ultimi anni in particolare fotovoltaico ed eolico hanno visto un incremento costante. Sono stati edificati nel mondo grandi impianti fotovoltaici e parchi eolici dietro altrettanto grandi investimenti. The growing demand for electricity and the imminent depletion of fossil fuels such as coal and oil are pushing the global energy system towards renewable energy sources. Consequently, in recent years in particular photovoltaic and wind power have seen a constant increase. Large photovoltaic plants and wind farms have been built around the world behind equally large investments.

La piccola produzione domestica però non segue la stessa linea. Ai piccoli impianti fotovoltaici che si possono vedere anche sui tetti di alcune aziende e case private non corrispondono altrettanti impiati eolici. Questo perchè, anche se prendiamo come esempio una località dove energia media annuale da irraggiamento solare ed energia eolica potenziale sono simili, l'impianto eolico è meno conveniente per una serie di fattori come: la manutenzione, il rumore, etc. However, small domestic production does not follow the same line. The small photovoltaic systems that can also be seen on the roofs of some companies and private homes do not correspond to as many wind farms. This is because, even if we take as an example a place where average annual energy from solar radiation and potential wind energy are similar, the wind power plant is less convenient for a series of factors such as: maintenance, noise, etc.

Risulta evidente quindi che il vantaggio dei pannelli fotovoltaici rispetto ai generatori eolici è quello di essere, usando un termine usuale in elettronica, dispositivi a stato solido ossia non hanno parti in movimento . It is therefore evident that the advantage of photovoltaic panels with respect to wind generators is to be, using a common term in electronics, solid state devices that is, they have no moving parts.

Lo scopo della presente descrizione e quello di mettere a disposizione un generatore eolico che sia tale da ovviare almeno in parte all'inconveniente sopra descritto con riferimento ai generatori eolici della tecnica nota. The purpose of the present description is to provide a wind generator which is such as to at least partially obviate the drawback described above with reference to the wind generators of the known art.

Tale scopo viene conseguito mediante un generatore eolico così come definito in generale nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e vantaggiose del suddetto generatore eolico sono definite nelle annesse rivendicazioni dipendenti. This object is achieved by means of a wind generator as defined in general in claim 1. Preferred and advantageous embodiments of the aforementioned wind generator are defined in the attached dependent claims.

L'invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di una particolare forma di esecuzione fatta a titolo esemplificativo e, pertanto, in nessun modo limitativo, in riferimento ai disegni allegati, in cui: The invention will be better understood from the following detailed description of a particular embodiment given by way of example and, therefore, in no limiting way, with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 mostra una vista in assonometria di una forma di realizzazione di un generatore eolico a stato solido comprendente alcuni intercettatori, il corpo, il supporto, la torre di sostegno, la base di supporto e il quadro elettrico; Figure 1 shows an axonometric view of an embodiment of a solid state wind generator comprising some interceptors, the body, the support, the support tower, the support base and the electrical panel;

- la figura 2 mostra una vista in sezione verticale del corpo e del supporto del generatore di figura 1; e Figure 2 shows a vertical sectional view of the body and support of the generator of Figure 1; And

- la figura 3 mostra una vista in sezione orizontale del corpo del generatore di figura 1; Figure 3 shows a horizontal sectional view of the body of the generator of Figure 1;

Nelle figure, elementi uguali o simili saranno indicati mediante ì medesimi riferimenti numerici. In the figures, the same or similar elements will be indicated by the same numerical references.

Con riferimento alle annesse figure è mostrata una forma di realizzazione non limitativa di un generatore eolico non rotatorio piezoelettrico, globalmente indicato con 1. With reference to the attached figures, a non-limiting embodiment of a piezoelectric non-rotating wind generator, globally indicated with 1, is shown.

In accordo ad una forma di realizzazione, senza per questo introdurre alcuna limitazione, il generatore eolico 1 è un generatore di tipo così detto mini-eolico in quanto è in grado di sviluppare una potenza elettrica inferiore a 200Kw. According to an embodiment, without introducing any limitations, the wind generator 1 is a generator of the so-called mini-wind type since it is capable of developing an electrical power lower than 200 kW.

Il generatore eolico 1 comprende ad esempio una torre di sostegno 5 che in figura 1 è rappresentato e fissata ad una base 7 in carpenteria. The wind generator 1 comprises for example a support tower 5 which in Figure 1 is shown and fixed to a base 7 in carpentry.

La base 7 è ad esempio adatta ad essere interrata in modo che una sua faccia superiore sia a filo del terreno. The base 7 is, for example, suitable for being buried so that one of its upper faces is flush with the ground.

Il generatore eolico 1 comprende inoltre il corpo 4 che è, ad esempio, fissato alla sommità della suddetta torre di sostegno 5. The wind generator 1 also comprises the body 4 which is, for example, fixed to the top of the aforementioned support tower 5.

Il generatore eolico 1 comprende il suddetto corpo 4 con sovrastante un supporto 2 mobilmente incernierato ad esso tramite un idoneo giunto 9. The wind generator 1 comprises the aforementioned body 4 with a support 2 overlying it, movably hinged to it by means of a suitable joint 9.

Il generatore eolico 1 comprende almeno un intercettatore 2, fissato su detto supporto 3, detto intercettatore 2 essendo tale da captare energia eolica sotto forma di oscillazioni meccaniche. The wind generator 1 comprises at least one interceptor 2, fixed on said support 3, said interceptor 2 being such as to capture wind energy in the form of mechanical oscillations.

In accordo ad una forma di realizzazione preferita, una faccia superiore del suddetto corpo 4 comprende almeno un generatore piezoelettrico 8 disposto in modo circolare rispetto al suddetto giunto 9, caratterizzato dal fatto che detto generatore piezoelettrico 9 essendo tale da convertire dette oscillazioni meccaniche in energia elettrica . According to a preferred embodiment, an upper face of the aforementioned body 4 comprises at least one piezoelectric generator 8 arranged in a circular manner with respect to the aforementioned joint 9, characterized in that said piezoelectric generator 9 being such as to convert said mechanical oscillations into electrical energy .

Il generatore eolico 1 comprende inoltre un quadro elettrico 6, comprendente un idoneo rettificatore di corrente ed un convertitore DC/AC, per la connessione del generatore eolico 1 ad una rete elettrica nella quale viene riversata l'energia elettrica prodotta dal generatore eolico 1 . The wind generator 1 also comprises an electrical panel 6, comprising a suitable current rectifier and a DC / AC converter, for connecting the wind generator 1 to an electrical network into which the electrical energy produced by the wind generator 1 is poured.

Il suddetto convertitore DC/AC, opportunamente connesso al suddetto rettificatore di corrente, è ad esempio tale da al suddetto rettificatore di corrente, è ad esempio tale da rendere compatibile l'energia elettrica fornita dal generatore eolico 1 con le caratteristiche imposte dalla rete elettrica. Nel quadro elettrico 6 può essere eventualmente ospitata l'elettronica di controllo del generatore eolico 1, preposta a gestire/controllare il funzionamento dello stesso generatore eolico 1 ed eventualmente a raccogliere e trasmettere in remoto informazioni di stato del generatore eolico 1. In modo di per sé noto, il quadro elettrico 6 è operativamente connesso alla generatore eolico tramite cavi elettrici passanti attraverso l'eventuale torre di sostegno 5. The aforesaid DC / AC converter, suitably connected to the aforesaid current rectifier, is for example such as to give the aforesaid current rectifier, for example it is such as to make the electrical energy supplied by the wind generator 1 compatible with the characteristics imposed by the electrical network. The control electronics of the wind generator 1 may possibly be housed in the electrical panel 6, designed to manage / control the operation of the wind generator 1 itself and possibly to collect and remotely transmit status information from the wind generator 1. In order to itself known, the electrical panel 6 is operationally connected to the wind generator by means of electrical cables passing through the eventual support tower 5.

Nel funzionamento, il sistema opera in modo tale che i suddetti intercettori 2 captano l'energia eolica sotto forma di vibrazioni dovute ai vortici che si staccano dietro il lato impattato dal vento. In operation, the system operates in such a way that the aforementioned interceptors 2 capture the wind energy in the form of vibrations due to the vortices which detach behind the side impacted by the wind.

La scia vorticosa di von Karman, studiata in precedenza dal fisico ceco Vincent Strouhal da cui il numero di Strouhal, mostra come questa interagisca con il corpo che la genera. Il fenomeno più interessante è che qualora la frequenza, dipendente anche dalla velocità del vento, generata dal distacco dei suddetti vortici coincida con la frequenza di oscillazione naturale dell'oggetto superato quest'ultimo è indotto in risonanza ed inizia a vibrare intensamente. Von Karman's whirlwind trail, previously studied by Czech physicist Vincent Strouhal hence the Strouhal number, shows how this interacts with the body that generates it. The most interesting phenomenon is that if the frequency, also dependent on the wind speed, generated by the detachment of the aforementioned vortices coincides with the natural oscillation frequency of the passed object, the latter is induced into resonance and begins to vibrate intensely.

Il suddetto intercettatore 2 atto a captare l'energia eolica onde sfruttare questo fenomeno, sarà costruito, con specifica forma, elasticità, rigidità etc., tale da ottenere una propria frequenza naturale. The aforementioned interceptor 2, suitable for capturing wind energy in order to exploit this phenomenon, will be built, with a specific shape, elasticity, rigidity, etc., such as to obtain its own natural frequency.

Quando questa frequenza naturale coincide con la frequenza del distacco dei vortici del vento dal suddetto intercettatore 2 questo inizierà a vibrare intensamente. Ogni suddetto intercettatore 2 risuona ad una propria velocità del vento o ad altre velocità determinate che corrispondono rispettivamente: alla frequenza di risonanza fondamentale ed ai suoi multipli. When this natural frequency coincides with the frequency of the detachment of the wind vortices from the aforementioned interceptor 2, this will begin to vibrate intensely. Each aforesaid interceptor 2 resonates at its own wind speed or at other determined speeds which correspond respectively to: the fundamental resonance frequency and its multiples.

Il generatore eolico 1 può essere dotato di più suddetti intercettori 2 per funzionare con un range maggiore di velocità del vento. The wind generator 1 can be equipped with more than one of the aforementioned interceptors 2 to operate with a greater range of wind speed.

Elemento centrale del generatore eolico 1 è il sistema per convertire le suddette vibrazioni in energia eolica. Central element of the wind generator 1 is the system for converting the aforementioned vibrations into wind energy.

Questo è ottenuto mediante l'uso dell'apposito suddetto giunto 9 che ha lo scopo di, oltre ad incernierare mobilmente il suddetto corpo 4 al suddetto supporto 3, quello di scaricare a terra il peso dei suddetti intercettori 2 e contemporaneamente fungere da fulcro per l'effetto leva che i suddetti intercettori 2 effettuano sui singoli suddetti generatori piezoelettrici 8. This is achieved through the use of the aforementioned joint 9 which has the purpose of, in addition to movably hinging the aforementioned body 4 to the aforementioned support 3, that of discharging the weight of the aforementioned interceptors 2 to the ground and at the same time acting as a fulcrum for the leverage effect that the aforesaid interceptors 2 effect on the individual aforesaid piezoelectric generators 8.

In questo modo la forza applicata sui suddetti generatori piezoelettrici 8 è proporzionale al rapporto tra la distanza tra il suddetto giunto 9 e il suddetto generatore piezoelettrico 8 e quella tra il suddetto giunto 9 e l'estremità opposta del suddetto intercettatore 2 in questione. Inoltre dato che i suddetti intercettori 2 non si orientano in direzione del vento questo li impatta da tutte le angolazioni generando su di essi vibrazioni orientate con altrettante angolazioni. In this way the force applied on the aforesaid piezoelectric generators 8 is proportional to the ratio between the distance between the aforesaid joint 9 and the aforesaid piezoelectric generator 8 and that between the aforesaid joint 9 and the opposite end of the aforesaid interceptor 2 in question. Moreover, since the aforesaid interceptors 2 do not orient themselves in the direction of the wind, this impacts them from all angles, generating on them vibrations oriented with as many angles.

Questo sistema, grazie alla apposita disposizione dei suddetti generatori piezoelettrici 8 attorno al suddetto giunto 9, è idoneo a sfruttare le vibrazioni con tale genere di angolazioni per generare energia elettrica. This system, thanks to the special arrangement of the aforementioned piezoelectric generators 8 around the aforementioned joint 9, is suitable for exploiting the vibrations with this kind of angles to generate electrical energy.

Dalla descrizione appena fatta è possibile comprendere come un generatore eolico del tipo sopra descritto raggiunga gli scopi prefissi e dunque di superare o quanto meno di contenere gli inconvenienti sopra descritti con riferimento ai generatori eolici della tecnica nota. From the description just made it is possible to understand how a wind generator of the type described above achieves the intended purposes and therefore of overcoming or at least containing the drawbacks described above with reference to the wind generators of the known art.

Ovviamente, al generatore eolico sopra descritto un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni . Obviously, in order to satisfy contingent and specific needs, a person skilled in the art can make numerous modifications and variations to the wind generator described above, all of which are however within the scope of the invention, as defined by the following claims.

Claims

Claims 1. Wind generator (1), for the conversion of wind energy into electrical energy, comprising: - a body (4) with a support (2) above it, hinged to it by means of a suitable joint (9); - at least one interceptor (2), fixed on said support (3), said interceptor (2) being such as to capture wind energy in the form of mechanical oscillations; - at least one piezoelectric generator (8) being such as to convert said mechanical oscillations into electrical energy.

Wind generator (1), according to claim 1, wherein at least one piezoelectric generator (8) is placed, in a circular arrangement, around said joint (9).

Wind generator (1) according to any one of the preceding claims, wherein the wind generator (1) is adapted to be connected to an electrical network, and whose wind generator (1) further comprises a current rectifier connected to a converter DC / AC, characterized in that said current rectifier and said DC / AC converter are adapted to make the electrical energy supplied by said wind generator 1 compatible with specifications imposed by said electric network.