IT9004839A1 - Sistema di focalizzazione multipla dei raggi solari su un collettore solare - Google Patents

Description

SISTEMA DI FOCALIZZAZIONE MULTIPLA DEI RAGGI SOLARI SU UN COLLETTORE SOLARE.

Sono noti collettori solari piani formati essenzialmente da lastre trasparenti, corpi assorbenti e materiale isolante; questi collettori esposti ai raggi solari in modo fisso, senza possibilità di seguire i movimenti apparenti del sole, sono adatti per ottenere temperature relativamente basse, sono di funzionamento semplice ed affidabile "ma hanno un rendimento modesto. Per il raggiungimento di temperature più elevate sono noti i collettori a focalizzazione o a concentrazione i quali richiedono soleggiamento diretto nonché una certa mobilità in modo da seguire il corso apparente del sole. La focalizzazione viene ottenuta generalmente mediante uno o più specchi parabolici ma è noto, in particolare per forni solari, l’impiego di lenti collettrici, specchi riflettenti e lenti focalizzanti, tutto il sistema ottico però anche in questo caso deve essere mobile.

La pratica ha dimostrato che il rendimento dei collettori piani istallati fissi è soggetto ad una notevole variazione durante il corso apparente giornaliero del sole mentre influisce meno la variazione stagionale.

L’invenzione si pone il compito di realizzare un collettore del tipo piano dotato di una focalizzazione che permetta di ottenere un rendimento essenzialmente uniforme durante gran parte del corso apparente giornaliero del sole senza essere mobile. Per adempiere a questo compito l’invenzione propone una focalizzazione tramite un fascio di lenti pianoconvesse. biconvesse o/e di grande apertura del tipo Fresnel su un corpo assorbente avente profilo corrispondente··· allo sviluppo delle linee di focal izzazione durante lo spostamento giornaliero apparente del sole e quindi a fasci di cavità convesse aventi sezione essenzialmente semicircolare con raggio pari alla distanza focali

Le lenti σ/e frazioni di lenti possono essere ricavate dalla stessa lastra trasparente di copertura del collettore, possono essere applicate esternamente o/e internamente a questa o possono essere sistemate separatamente, preferibilmente sotto alla lastra trasparente tradizionale. Non viene escluso l'uso di una lastra trasparente opportunamente profilata dotata di intercapedine contenente un liquido trasparente .

II corpo assorbente secondo l’invenzione può essere di costruzione e funzionamento noto a piastre di assorbimento con o senza circuiti per un liquido vettore di calore però avente sezione a fasci di cavità concave con raggio pari alla distanza focale in modo da ottenere durante gran parte del corso apparente giornaliero del sole la focalizzazione dei raggi lungo linee giacenti sullo sviluppo profilato del corpo assorbente.

Secondo l’invenzione può essere sfruttato il fatto della differenza di temperatura fra circuito del liquido vettore- colpito dai raggi focalizzati ed i circuiti non colpiti per ottenere una circolazione per gravità nel liquido vettore aumentando cosi u1teriormente il rendimento del sistema per aumento della differenza di temperatura fra liquido vettore e superficie assorbente. Una soluzione preferenziale, secondo l’invenzione consiste nel prevedere per ogni cavità concava una serie di circuiti paralleli con tubi disposti con un ramo secondo il profilo della cavità, esposto alla linea di focalizzazione e con l’altro ramo in posizione non esposta ed isolato rispetto al primo. Questi circuiti sono collegati alla sommità mediante tubo collettore e sono attraversati da un mezzo vettore di calore che circola per gravità nei soli circuiti con ramo esposto ed il quale cede il calore al mezzo vettore di un secondo tubo avvolgente il primo.

L’invenzione viene spiegata più da vicino in base a due esempi di esecuzione di collettori funzionanti secondo il sistema di focalizzazione e circolazione del mezzo vettore secondo l’invenzione, illustrato schematicamente nel disegno allegato il quale ha scopo puramente esplicativo e non limitativo.

La Fig.l illustra uno schema di funzionamento della focalizzazione su una porzione di collettore piano in vista prospettica mediante fascio di lenti pianoconvesse.

La Fig.2 illustra uno schema di funzionamento della focalizzazione su una porzione di collettore piano in vista prospettica mediante fascio di lenti a grande apertura tipo Fresnel.

La Fig.3 illustra uno schema di circolazione dei liquidi vettori secondo l’invenzione.

In un collettore piano la lastra trasparente di copertura 1 è del tipo profilato, per esempio prodotto per estrusione, composta da una serie di lenti la longitudinali disposte parallelamente e giacenti nello stesso piano mentre il corpo assorbente 2 che può essere del tipo tradizionale a superficie assorbente 2a con o senza circuiti 5a,5b incorporati o riportati per un liquido o gas vettore ha pure sviluppo profilato, corrispondente all’andamento della focal izzazione mediante l’ottica della copertura 1 e precisamente a cavità longitudinali parallele fra di loro giacenti nello stesso piano. Le superfici assorbenti 2a di queste cavità sono disposte ad arco di cerchio, di parabola o simile, cor rispondente alla o alle distanze focali delle lenti la, rispettivamente allo sviluppo delle linee di focarl·izzazione lo, lp, le. durante il corso apparente giornaliero S del sole. In questo modo ad istallazione fissa del collettore (Fig.l) con inclinazione ideale, secondo la posizione geografica Ccorso apparente stagionale del sole), ed esposizione verso SUD i raggi solari E provenienti da EST (mattino) colpiscono le varie lenti la componenti la lastra 1 e, subendo le rifrazioni, vengono focalizzati lungo una linea le giacente sulla superficie convessa 2a del corpo assorbente 2 formata eventualmente dalla serie di tubi 5a. A mezzogiorno i raggi P colpiranno La lastra 1 secondo piani perpendicolari a questa nel senso dell’estensione longitudinale delle lenti la mentre sono eventualmente inclinati rispetto ad un piano perpendicolare e trasversale alla stessa estensione delle lenti (corso stagionale) e colpiscono la superficie 2a nella linea lp. Verso sera i raggi 0 provenienti da OVEST colpiranno la superficie assorbente 2a lungo la linea le. La serie mediana di ogni fascio di raggi Ε,Ρ,Ο passa per il centro ottico C delle lenti la e provoca per la focalizzazione di tutto il fascio o. p, e un notevole riscaldamento lungo le linee di focalizzazione lo, lp, le, che si spostano sulla superficie assorbente 2a in relazione al corso apparente giornaliero S del sole.

Lo stesso effetto di focalizzazione e di captazione tramite corpo assorbente 2 profilato è possibile ottenere sfruttando fasci di lenti a grande apertura del tipo Fresnel con il vantaggio di avere delle lastre profilate lf, rispettivamente gruppi ottici, più sottili e meno pesanti (Fig.2). In questa soluzione si dispone per ogni lente di un elemento centrale avente sezione di lente biconvessa o pianoconvessa affiancato da settori di lenti o prismi disposti paralleli aventi la stessa distanza focaie dell'elemento centrale; è vantaggioso se i sistemi ottici lb,lc sono rivolti verso il corpo assorbente. Secondo l’invenzione è preferibile prevedere sulla superficie assorbente 2a vari circuiti per un mezzo vettore, disposti in senso longitudinale secondo l’andamento delle linee di focalizzazione. sfruttando la differenza di temperatura fra il ramo 5a colpito dai raggi e quello 5b non esposto ed isolato termicamente rispetto ai primo per ottenere una circolazione per gravità T nel circuito interessato dalla focalizzazione, mentre nei circuiti paralleli adiacenti tale circolazione non avviene limitando così perdite per dispersione. Tutti i circuiti 5a,5b sono collegati ad un tubo o vaso collettore 3 il quale cede il calore ad un secondo circuita C di mezzo vettore collegato per esempio ad uno scambiatore di calore.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Sistema di focalizzazione dei raggi incidenti su un collettore solare, caratterizzato dal fatto che la focalizzazione avviene tramite fasci di lenti convergenti (la) e/o lenti convergenti di grande apertura (if) disposti parallelamente fra di loro e giacenti in un unico piano determinando lo sviluppo delle linee di focalizzazione (Ιο,ΐρ,ΐβ), causato dal corso (S) apparente giornaliero del sole, il profilo o la disposizione delle superfici assorbenti (2a), rispettivamente di una serie di tubi o vasi (5a) assorbenti. ί'2 Sistema di focalizzazione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le lenti (la) e/o sistemi ottici (lc,lb) possono formare la lastra di copertura trasparente (l,lf), possono essere applicati a questa o possono essere previsti indipendentemente dalla lastra di copertura fra questa ed il corpo assorbente (2). Sistema di focalizzazione secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che il corpo assorbente (2) può essere formato da una serie di circuiti (5a,5b) per ogni superficie assorbente (2a) nei quali avviene il passaggio (T) di un mezzo vettore preferibilmente per la differenza di temperatura, fra il ramo (5a) colpito dai raggi focalizzati ed il ramo (5b) non esposto ed isolato termicamente spe tto ai primo ramo e che tutti i circuiti (5a ,5b) immettono in un tubo o vaso collettore (3 ) in scambio termico con un ci rcui to indipendente (0).