ITBO20130477A1 - Modulo fotovoltaico per la produzione di energia elettrica da energia solare - Google Patents
Modulo fotovoltaico per la produzione di energia elettrica da energia solareInfo
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Description
MODULO FOTOVOLTAICO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA ENERGIA SOLARE
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
La presente invenzione si inquadra nel settore fotovoltaico, con particolare riferimento ai moduli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica da energia solare.
Come noto al tecnico del settore un modulo fotovoltaico è un dispositivo composto da celle fotovoltaiche che convertono, per effetto fotovoltaico, l’energia solare incidente in energia elettrica.
La cella fotovoltaica è comunemente costituita una lamina di materiale semiconduttore, generalmente silicio.
Il pannello fotovoltaico è generalmente costituito da una pluralità di moduli fotovoltaici assemblati tra loro ed elettricamente collegati.
Nei moduli fotovoltaici ogni cella fotovoltaica viene cablata in superficie con una griglia di materiale conduttore in grado di canalizzare gli elettroni, ed ogni cella viene connessa elettricamente alle altre mediante nastrini metallici in modo da formare una matrice di celle fotovoltaiche i cui terminali elettrici che convergono ad una morsettiera.
Le celle fotovoltaiche maggiormente diffuse sono le celle al silicio cosiddette “ribbon”, cioè a nastro, derivanti da silicio fuso colato in strati piani, che hanno il vantaggio di ridurre lo spreco di materiali e non necessitano di taglio.
Secondo modalità note il modulo fotovoltaico comprende :
- una superficie posteriore di supporto, generalmente costituita da vetro temprato; - un primo strato di materiale collante, generalmente acetato di vinile (EVA);
- una matrice di celle fotovoltaiche provvista di terminali elettrici di uscita;
- un secondo strato di materiale collante, generalmente acetato di vinile (EVA); - una superficie anteriore trasparente di protezione, generalmente costituita da vetro temprato;
- una cornice esterna, generalmente in alluminio, per il serraggio della matrice di celle fotovoltaiche tra le superfici posteriore di supporto ed anteriore di protezione.
Gli strati di materiale collante, primo e secondo, hanno la sola funzione di collante inerte.
La cornice esterna di serraggio consente di fissare il modulo alle strutture di sostegno in modo da orientarlo opportunamente verso il sole.
In fase di lavorazione tale modulo, dopo essere stato assemblato, viene sottoposto a lunghi ed elaborati processi termici, ad esempio laminazione.
I moduli fotovoltaici attualmente noti hanno scarsi rendimenti elettrici, tra loro calanti nel tempo, per cui richiedono elevate superfici di esposizione al sole che spesso non si adattano alle esigenze progettuali.
Per una prefissata superficie di esposizione disponibile cioè limita fortemente la potenza installata del pannello fotovoltaico.
Tali moduli fotovoltaici di tipo noto hanno bassi rendimenti elettrici in ambienti poco soleggiati, a causa della scarsa illuminazione, ed in ambienti molto soleggiati, in virtù della forte dissipazione termica.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare a tale problematica proponendo un modulo fotovoltaico per la produzione di energia elettrica da energia solare, in grado di fornire rendimenti di conversione dell’energia solare in energia elettrica superiori rispetto all’arte nota, consentendo una maggiore potenza elettrica installata, a parità di superficie disponibile, ed una minore superficie di impianto, a parità di potenza elettrica installata.
Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di proporre un modulo fotovoltaico in grado di risultare operativo per un maggior numero di ore rispetto all’arte nota.
Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di proporre un modulo fotovoltaico che consenta ottimali rendimenti anche in ambienti soleggiati in modo scarso o elevato. Gli scopi sopra indicati vengono ottenuti mediante un modulo per la produzione di energia elettrica da energia solare, comprendente : una prima superficie di supporto; una matrice di celle fotovoltaiche elettricamente collegate tra loro, con tale matrice supportata dalla prima superficie e provvista di terminali elettrici di uscita; una seconda superficie di protezione per la matrice di celle fotovoltaiche, in grado di consentire il transito attraverso essa di un primo flusso di raggi solari atto ad interessare la superficie attiva delle celle fotovoltaiche della matrice, con tale matrice di celle fotovoltaiche che risulta interposta tra le superfici prima e seconda; mezzi per il serraggio della matrice di celle fotovoltaiche tra le superfici prima e seconda; con detto modulo fotovoltaico che si caratterizza per il fatto di comprendere almeno un primo strato di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la seconda superficie di protezione e la matrice di celle fotovoltaiche, in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche della matrice; con tale primo strato di gel che comprende una base di acrilamide.
Secondo particolari forme di realizzazione il modulo fotovoltaico oggetto dell’invenzione comprende una o più delle caratteristiche seguenti, considerate singolarmente o in combinazione :
alla base di acrilamide del primo strato di gel sono miscelate, in percentuali variabili, le seguenti sostanze costituenti : silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine;
le sostanze costituenti il primo strato di gel sono miscelate a freddo alla base di acrilamide;
la prima superficie di supporto consente la riflessione del primo flusso di raggi solari che ha interessato la superficie attiva delle celle fotovoltaiche della matrice, verso la superficie delle celle fotovoltaiche contrapposta alla superficie attiva;
la prima superficie di supporto è in grado di consentire il transito attraverso essa di un secondo flusso di raggi solari atto ad interessare la superficie delle celle fotovoltaiche della matrice contrapposta alla superficie attiva;
è previsto un secondo strato di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la prima superficie di supporto e la matrice di celle fotovoltaiche, in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche della matrice; con tale secondo strato di gel che comprende una base di acrilamide;
alla base di acrilamide del secondo strato di gel sono miscelate, in percentuali variabili, le seguenti sostanze costituenti : silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine;
le sostanze costituenti il secondo strato di gel sono miscelate a freddo alla base di acrilamide;
la seconda superficie di protezione ha una struttura alveolare, che consente di focalizzare e concentrare sulla superficie attiva delle celle fotovoltaiche della matrice il primo flusso di raggi solari;
• sono previsti mezzi ottici, interposti tra la seconda superficie di protezione e la matrice di celle fotovoltaiche, in grado di focalizzare e concentrare sulla superficie attiva delle celle fotovoltaiche della matrice il primo flusso di raggi solari.
Le caratteristiche dell’invenzione saranno evidenziate nel seguito in cui vengono descritte a titolo esemplificativo alcune preferite, ma non esclusive, forme di realizzazione, con riferimento all’allegata tavola di disegno nella quale :
- le figure 1, 2, 3 illustrano schematicamente corrispondenti viste frontali in configurazione esplosa del proposto modulo fotovoltaico in altrettante forme di realizzazione;
- le figure 1A, 2A, 3A mostrano corrispondenti viste frontali in configurazione assemblata del modulo fotovoltaico illustrato nelle figure 1, 2, 3;
- le figure 4, 5, 6 rappresentano in modo schematico corrispondenti viste frontali in configurazione esplosa di varianti del modulo fotovoltaico illustrato nelle rispettive figure 1, 2, 3;
- la figura 7 illustra, in scala ingrandita, una vista in pianta di una matrice di celle fotovoltaiche utilizzata nei moduli fotovoltaici illustrati nelle precedenti figure. Con riferimento alla suddetta tavola si conviene di indicare con il riferimento generale 1 il proposto modulo fotovoltaico che, secondo modalità note già descritte nel preambolo introduttivo, comprende :
- una prima superficie 2 di supporto;
- una matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 elettricamente collegate tra loro, con tale matrice 3 supportata dalla prima superficie 2 e provvista di terminali elettrici 31 di uscita;
- una seconda superficie 4 di protezione per la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di consentire il transito attraverso essa di un primo flusso F1 di raggi solari atto ad interessare la superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3;
- con tale matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 che risulta interposta tra le superfici prima 2 e seconda 4;
- mezzi 5 per il serraggio della matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 tra le superfici prima 2 e seconda 4.
In modo del tutto innovativo il proposto modulo fotovoltaico 1, in accordo con una prima forma di realizzazione (Figure 1, 1A), comprende almeno un primo strato 6 di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la seconda superficie 4 di protezione e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3, con tale processo di conversione che riguarda essenzialmente il primo flusso F1 di raggi solari.
Preferibilmente tale primo strato 6 di gel comprende una base di acrilamide nella quale sono miscelate, in percentuali variabili e secondo un ordine prestabilito, le seguenti sostanze costituenti : silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine.
Vantaggiosamente tali sostanze costituenti sono miscelate a freddo alla base di acrilamide, a differenza dei moduli fotovoltaici dell’arte nota che richiedono lunghi ed elaborati processi termici di fabbricazione.
In accordo con una seconda forma di realizzazione del proposto modulo fotovoltaico 1 (Figure 2, 2A), la prima superficie 2 di supporto consente la riflessione del primo flusso F1 di raggi solari che ha interessato la superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3, verso la superficie delle celle fotovoltaiche 30 contrapposta alla superficie attiva.
In tal caso è previsto, in modo innovativo, un secondo strato 7 di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la prima superficie 2 di supporto e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3, con tale processo di conversione che riguarda complessivamente sia il primo flusso F1 di raggi solari che il flusso riflesso F1* dalla prima superficie 2 di supporto.
Preferibilmente tale secondo strato 7 di gel ha caratteristiche analoghe al primo strato 6 di gel, vale a dire comprende una base di acrilamide nella quale sono miscelate, in percentuali variabili e secondo un ordine prestabilito , le seguenti sostanze costituenti : silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine, con tali sostanze costituenti che sono vantaggiosamente miscelate a freddo alla base di acrilamide.
In accordo con una terza forma di realizzazione del proposto modulo fotovoltaico 1 (Figure 3, 3A), la prima superficie 2 di supporto è in grado di consentire il transito attraverso essa di un secondo flusso F2 di raggi solari atto ad interessare la superficie delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 contrapposta alla superficie attiva.
Anche in tal caso è previsto, in modo innovativo, il secondo strato 7 di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la prima superficie 2 di supporto e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, con il processo di conversione che riguarda complessivamente sia il primo flusso F1 di raggi solari, che il secondo flusso F2 di raggi solari.
Secondo varianti delle suindicate tre forme di realizzazione, illustrate nelle Figure 1 - 3, 1A - 3A, il proposto modulo fotovoltaico 1 può inoltre prevedere mezzi ottici 8, interposti tra la seconda superficie 4 di protezione e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di focalizzare e concentrare sulla superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 il primo flusso F1 di raggi solari.
A titolo esemplificativo tali mezzi ottici 8 possono essere costituiti da una lente ottica di tipo commerciale.
Alternativamente la seconda superficie 4 di protezione può essere strutturata secondo una geometria alveolare, in modo da focalizzare e concentrare sulla superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 il primo flusso F1 di raggi solari.
A titolo esemplificativo i mezzi 5 per il serraggio della matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 tra le superfici prima 2 e seconda 4, possono essere costituiti da un telaio perimetrale in lega di alluminio ad elevata resistenza termica e meccanica.
Vantaggiosamente tale telaio perimetrale può essere sottoposto a trattamenti chimico-fisici che ne aumentano la resistenza alle sollecitazioni ambientali, ad esempio in ambienti marini ed in condizioni di temperatura ed umidità relativamente elevati.
La seconda superficie 4 di protezione per la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 può essere realizzata, a titolo esemplificativo, in vetro temprato antigraffio ed antiurto. Gli strati di gel (6, 7) favoriscono il processo di conversione delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 anche grazie alla loro interazione con i flussi (F1, F2) di raggi solari, aumentando nei medesimi strati (6, 7) di gel la concentrazione dei fotoni delle radiazioni elettromagnetiche associate ai medesimi flussi (F1, F2) di raggi solari.
Gli stesi strati di gel (6, 7) favoriscono la dissipazione termica delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3, consentendo un migliore raffreddamento e di conseguenza un maggior rendimento di conversione rispetto ai moduli fotovoltaici dell’arte nota.
A ciò si aggiunge il fatto che gli strati di gel (6, 7) risultano particolarmente sensibili oltre che ai flussi (F1, F2) di raggi solari di tipo diretto, anche ai flussi di raggi solari di tipo diffuso, contrariamente a quanto avviene nei moduli fotovoltaici dell’arte nota.
Anche tale caratteristica concorre ad aumentare il rendimento di conversione dell’energia solare da parte delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3.
Ciascun modulo fotovoltaico 1 può essere provvisto di un suo corrispondente inverter per la conversione DC/AC della corrente in uscita dai terminali elettrici 31 della matrice 3, rendendo di fatto elettricamente indipendenti tra loro i moduli fotovoltaici 1 che andranno ad assemblare il pannello finale.
Da quanto sopra esposto appare in modo evidente come il proposto modulo fotovoltaico sia perfettamente in grado di fornire rendimenti di conversione dell’energia solare in energia elettrica superiori rispetto all’arte nota.
Ciò consente una maggiore potenza elettrica installata, a parità di superficie disponibile, o una minore superficie di impianto, a parità di potenza elettrica installata.
Ciò grazie alla presenza degli strati di gel che sono in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche della matrice.
Il proposto modulo fotovoltaico è evidentemente in grado di risultare operativo per un maggior numero di ore rispetto all’arte nota in quanto, grazie alla presenza degli strati di gel, le celle fotovoltaiche sono in grado di operare la conversione dei flussi di raggi solari sia di tipo diretto, che di tipo diffuso.
Il migliore raffreddamento, oltre al maggior numero di ore operative di funzionamento, consente al proposto modulo fotovoltaico di ottenere ottimali rendimenti di conversione dell’energia solare in energia elettrica anche in ambienti soleggiati in modo scarso o elevato, rispettivamente dove è inferiore l’intensità del flusso luminoso medio e dove vi è pericolo di surriscaldamento per le elevate temperature ambientali.
La possibilità di preparare i gel utilizzati mediante miscelazione a freddo delle sostanze costituenti (silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine) alla base di acrilamide, consente di evitare i lunghi ed elaborati processi termici di fabbricazione, a differenza dei moduli fotovoltaici dell’arte nota. Un'altra prerogativa del proposto modulo fotovoltaico è quella di mantenere nel tempo elevati rendimenti di conversione delle celle fotovoltaiche, a differenza dei moduli fotovoltaici dell’arte nota.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1) Modulo fotovoltaico per la produzione di energia elettrica da energia solare, comprendente : - una prima superficie 2 di supporto; - una matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 elettricamente collegate tra loro, con tale matrice 3 supportata dalla prima superficie 2 e provvista di terminali elettrici 31 di uscita; - una seconda superficie 4 di protezione per la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di consentire il transito attraverso essa di un primo flusso F1 di raggi solari atto ad interessare la superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3; - con tale matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 che risulta interposta tra le superfici prima 2 e seconda 4; - mezzi 5 per il serraggio della matrice 3 di celle fotovoltaiche 30 tra le superfici prima 2 e seconda 4; con detto modulo fotovoltaico 1 caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un primo strato 6 di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la seconda superficie 4 di protezione e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3; con tale primo strato 6 di gel che comprende una base di acrilamide.
- 2) Modulo fotovoltaico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che alla base di acrilamide del primo strato 6 di gel sono miscelate, in percentuali variabili, le seguenti sostanze costituenti: silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine.
- 3) Modulo fotovoltaico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le sostanze costituenti sono miscelate a freddo alla base di acrilamide.
- 4) Modulo fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la prima superficie 2 di supporto consente la riflessione del primo flusso F1 di raggi solari che ha interessato la superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3, verso la superficie delle celle fotovoltaiche 30 contrapposta alla superficie attiva.
- 5) Modulo fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la prima superficie 2 di supporto è in grado di consentire il transito attraverso essa di un secondo flusso F2 di raggi solari atto ad interessare la superficie delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 contrapposta alla superficie attiva.
- 6) Modulo fotovoltaico secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo strato 7 di gel ad elevato grado di trasparenza ottica, interposto tra la prima superficie 2 di supporto e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di favorire il processo di conversione di energia solare in energia elettrica da parte delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3; con tale secondo strato 7 di gel che comprende una base di acrilamide.
- 7) Modulo fotovoltaico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che alla base di acrilamide del secondo strato 7 di gel sono miscelate, in percentuali variabili, le seguenti sostanze costituenti : silice, polidimetilsilossani, perfluorocarburi, proteine e ciclodestrine.
- 8) Modulo fotovoltaico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le sostanze costituenti sono miscelate a freddo alla base di acrilamide.
- 9) Modulo fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che la seconda superficie 4 di protezione ha una struttura alveolare, che consente di focalizzare e concentrare sulla superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 il primo flusso F1 di raggi solari.
- 10) Modulo fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi ottici 8, interposti tra la seconda superficie 4 di protezione e la matrice 3 di celle fotovoltaiche 30, in grado di focalizzare e concentrare sulla superficie attiva delle celle fotovoltaiche 30 della matrice 3 il primo flusso F1 di raggi solari.
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