ITBZ20060029A1 - Dispositivo di orientamento per collettori solari - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industrialedal titolo:

DISPOSITIVO DI ORIENTAMENTO PER COLLETTORI SOLARI

DESCRIZIONE

Sono noti sistemi generalmente chiamati di orientamento o di puntamento, per effettuare l'inseguimento del corso del sole durante l'arco del giorno in modo da ottenere l'irradiamento possibilmente perpendicolare di collettori solari indipendentemente dall'orario e dalla stagione e quindi indipendentemente dal movimento di rotazione della terra attorno al suo asse e dal movimento di rivoluzione della stessa terra attorno al sole. L’irradiamento perpendicolare comporta lo sfruttamento massimo della potenzialità del collettore, generalmente questi sistemi sono sfruttati per l'orientamento di collettori fotovoltaici.

Per ottenere l'orientamento con l’impiego di sensori ed elaboratori elettronici che comandano moduli di puntamento ad azionamento elettromeccanico o idraulico sono noti sistemi complicati e costosi.

Sono noti inoltre dalla WO 2005/028969 sistemi automatizzati per quanto riguarda l'orientamento giornaliero provvisti di dispositivo che permette la correzione periodica manuale dell'orientamento stagionale. Detti sistemi sono basati tutti sul supporto del collettore ruotabile secondo un asse verticale per l’orientamento giornaliero e secondo un asse orizzontale per l'orientamento stagionale continuo automatico o periodico da eseguire eventualmente manualmente.

È noto dalla DE 20317666 il supporto del collettore con asse di rotazione parallelo all'asse della terra ottenendo nei punti di stazionamento che l’angolo rispetto al suolo (linea tangente al globo) è uguale a 0° nella zona equatoriale ed uguale a 90° ai due poli mentre nelle zone intermedie detto angolo corrisponde esattamente alla latitudine di ciascun punto di stazionamento. La parte girevole di detto supporto è provvista di una piastra a sua volta girevole attorno allo stesso asse , la quale, per l’asse di rotazione inclinata, compie un movimento oscillatorio assumendo le posizioni estreme nei giorni di solstizio. Il telaio di supporto del collettore solare è incernierato sulla parte rotante con asse di rotazione parallelo all'asse della terra in modo che esso segua la disposizione della piastra oscillante prevedendo che, ad ogni rotazione giornaliera, la piastra oscillante venga ruotata di un 365 esimo della rotazione intera. Detta rotazione avviene in derivazione della rotazione giornaliera sfruttando un meccanismo a nottolino che agisce circonferenzialmente sulla piastra oscillante provvista di corona dentata, azionato da un peso applicato all'estremità di un braccio oscillante in uno o nell’altro senso, per l'oscillazione della piastra oscillante.

Detto dispositivo di orientamento permette l’ottenimento preciso del collettore presentando però l’inconveniente che il meccanismo a nottolino e peso oscillante agente su detta piastra oscillante è poco affidabile e problematico in presenza di sollecitazioni esterne dovute, per esempio, a colpi di vento.

Inoltre la costruzione basculante stagionale basata sulla rotazione progressiva della piastra oscillante presenta problemi statici di non semplice soluzione.

L'invenzione si pone il compito di realizzare un dispositivo di orientamento per collettori solari del tipo sopra esposto atto a compiere i movimenti di orientamento secondo due assi, di costruzione semplice, di funzionamento affidabile, producibile a costi modesti, richiedente interventi minimi di manutenzione ed adatto ad essere collegato, assieme ad una serie notevole di dispositivi identici, ad un unico gruppo motore.

Per adempiere a questo compito l’invenzione propone l’uso di una struttura stabile ancorabile al suolo, a strutture di edifici o simili, atta a supportare, ruotabile secondo un asse parallelo all'asse terrestre, un telaio principale sul quale è supportato basculante secondo un asse orizzontale (a mezzo giorno astronomico!) e comunque disposto ad angolo retto rispetto all'asse di rotazione parallelo all'asse terrestre, il collettore solare, rispettivamente il telaio di supporto dello stesso o di diversi collettori raggruppati.

Il movimento di rotazione del telaio di supporto principale, assieme al collettore solare, attorno all'asse parallelo all'asse terrestre, avviene tramite gruppo motore-riduttore noto comandato per esempio da un relè a tempo in modo discontinuo, per esempio di ca. 1° ogni 4 minuti oppure anche in modo continuo in sincronismo con la rotazione terrestre. Detta rotazione inizia dalla posizione estrema rivolta verso est, eventualmente dipendente o limitata, dalla presenza di montagne o strutture che limitano l’insolazione diretta e va fino alla posizione estrema rivolta verso ovest anch'essa eventualmente determinata dalla presenza di montagne o strutture, passando a mezzogiorno per la posizione di esposizione verso sud. Convenientemente il ritorno alla posizione “mattutina" di partenza può avvenire la sera a velocità di rotazione diversa, eventualmente relativamente veloce, incontrando un contatto finecorsa, oppure anche la mattina, senza escludere che il movimento di ritorno avvenga in modo continuo o discontinuo invertendo semplicemente la direzione di rotazione e senza escludere il raggiungimento della posizione di partenza mattutina completando la rotazione nello stesso senso.

Il movimento di orientamento “stagionale", secondo l’asse di basculamento a 90° rispetto all'asse di rotazione giornaliero, secondo l'invenzione avviene tramite un meccanismo a barra filettata con madrevite sulla quale agisce un nottolino trascinatore supportato basculante dalla struttura fissa del dispositivo. Detta barra filettata è supportata scorrevole longitudinalmente e non girevole sul telaio principale del dispositivo in posizione essenzialmente perpendicolare rispetto all’asse di rotazione giornaliera di detto telaio ma spostato rispetto all'asse di basculamento stagionale del collettore solare, rispettivamente del supporto di questo. L’estremità della barra filettata rivolta verso il retro del collettore solare è vincolata sul supporto di questo, con una certa libertà di scorrimento in direzione essenzialmente parallela rispetto all'asse di rotazione giornaliera, entro apposite guide, mentre verso l'estremità opposta è applicata una madrevite provvista di alette o sporgenze essenzialmente radiali di azionamento sulle quali agisce un nottolino di trascinamento applicato ad un sostegno fissato o sporgente, dalla struttura fissa di ancoraggio del dispositivo. La madrevite applicata alla barra filettata è supportata in modo da incontrare in senso assiale una battuta anteriormente e posteriormente in modo tale da ottenere, con la rotazione della madrevite, lo spostamento assiale della barra filettata rispetto al supporto della madrevite solidale con il telaio principale del dispositivo. Questo determina che l'estremità di detta barra filettata vincolata con libertà di scorrimento controllato sul retro del collettore solare, rispettivamente sul telaio di supporto di questo, in una zona spostata rispetto all'asse di basculamento stagionale, provoca il basculamento dello stesso collettore in relazione al passo della barra filettata, all'angolo di rotazione impresso dal nottolino di trascinamento alla madrevite durante il passaggio di questa per la posizione fissa del nottolino ed alla distanza fra l'asse di basculamento stagionale ed il vincolo dell’edstremità della barra sul retro del collettore o del rispettivo telaio. Detto nottolino è incernierato in modo da provocare, per la presenza di una battuta, l'azionamento della madrevite durante il senso di rotazione (giornaliera) est-ovest oppure ovest-est (rotazione di riposizionamento o notturna) mentre nella rispettiva rotazione in senso opposto lo stesso nottolino è libero di basculare, passando sulla madrevite senza trasmettere movimento perché per tale senso non è prevista battuta. Tale movimento di basculamento stagionale del collettore solare secondo l'asse perpendicolare rispetto all’asse parallelo all'asse terrestre dovrà essere tale da portare il collettore progressivamente da una posizione più inclinata il 21 dicembre (solstizio d'inverno) verso una posizione meno inclinata il 21 giugno (solstizio d'estate), l'ampiezza di detto basculamento è uguale per tutte le latitudini. Dopo tale data si tornerà progressivamente dalla posizione meno inclinata verso quella più inclinata e quindi la madrevite dovrà essere azionata in senso inverso; questo è ottenibile invertendo tutto il dispositivo del nottolino trascinatore in modo da avere la battuta rivolta verso il lato opposto oppure disponendo soltanto la battuta in modo da invertire l’azione del nottolino, non si esclude l'adozione di due nottolini funzionanti alternativamente per i due sensi di basculamento. Secondo l'invenzione la madrevite convenientemente è dotata di almeno tre alette o sporgenze radiali di azionamento, ad ogni passaggio sotto il nottolino si otterrà in questo caso una rotazione di ca. 120° ed uno spostamento assiale della barra filettata di ca. 1/3 di passo. Non è comunque escluso di prevedere che la madrevite passi sotto a due o più, nottolini di trascinamento disposti uno dopo l’altro secondo il senso di passaggio, per ottenere una rotazione più ampia della madrevite.

L’invenzione non esclude che la madrevite sia provvista di corona dentata esterna la quale per un certo tratto incontra una cremagliera solidale con la struttura fissa di ancoraggio e che fra la corona dentata e la madrevite sia previsto un meccanismo noto a ruota libera con possibilità di inversione del senso di trasmissione del moto.

Secondo un ulteriore sviluppo dell'idea inventiva, la barra filettata può essere supportata girevole sul telaio principale del dispositivo in posizione essenzialmente parallela rispetto all'asse di rotazione giornaliera ed essere dotata, all'estremità che passa più vicina alla struttura fissa di ancoraggio del dispositivo, di alette o sporgenze radiali di azionamento sulle quali agisce un nottolino di trascinamento, nel modo già descrìtto, applicato alla struttura fissa. Ruotando detta barra, una madrevite inserita su questa ed impegnata scorrevole in senso dell'asse longitudinale della barra, per esempio sul telaio principale, la madrevite si sposta lungo la barra in relazione alla rotazione ed al passo della stessa. Detto spostamento della madrevite può essere trasmesso al collettore o al telaio di questo tramite cavo passante su eventuali rullini di rinvio o tramite altro sistema meccanico facente uso per esempio di leve semplici o combinate. In particolare adottando un sistema di trasmissione tramite cavo può essere conveniente affidare uno dei sensi di movimento basculante del collettore solare all’azione di una molla. Non viene inoltre esclusa la trasmissione idraulica dalla madrevite al collettore prevedendo gli opportuni cilindri e collegamenti idraulici.

L'invenzione viene spiegata più da vicino in base ad un esempio di esecuzione preferenziale di un dispositivo di orientamento per collettori solari secondo l'invenzione, illustrato schematicamente nei disegni allegati i quali hanno funzione puramente esplicativa e non limitativa.

La Fig. 1 illustra schematicamente in vista prospettica, essenzialmente dal retro, un dispositivo di orientamento per collettori solari secondo l'invenzione con il collettore in posizione rivolta verso sud in uno dei giorni di equinozio.

La Fig. 2 è la vista schematica dall'alto dello stesso dispositivo di orientamento illustrato in Fig. 1 nella stessa posizione di orientamento (sud, giorno di solstizio invernale).

La Fig. 2a è la vista schematica dall’alto dello stesso dispositivo di orientamento illustrato nelle Figg. 1 e 2 con il collettore esposto verso est il giorno di solstizio invernale.

La Fig. 2b è la vista schematica dall’alto dello stesso dispositivo di orientamento illustrato nelle Figg. 1 , 2, 2a con il collettore esposto verso ovest il giorno di solstizio invernale.

La Fig. 3 illustra in vista laterale il dispositivo di orientamento rappresentato in Fig. 1, indicando il basculamento stagionale del collettore solare.

La Fig. 4 illustra in vista prospettica, in scala maggiorata, il dettaglio del meccanismo di azionamento del basculamento stagionale.

Al suolo 1 oppure su una struttura fissa edile o simile, è ancorata la struttura fissa di sostegno 2, 2a, 2b, 2c formata da un montante verticale anteriore di sostegno 2 e da due montanti divaricati posteriori 2a, 2b che nella parte alta portano un braccio a sbalzo 2c. Fra l'estremità alta del montante 2 con supporto 2d e l’estremità alta del braccio a sbalzo 2c con supporto 2e è imperniato ruotabile Rd secondo un asse di rotazione D parallelo all'asse di rotazione terrestre un telaio principale di supporto del collettore solare P o di più collettori. Detto telaio principale è formato essenzialmente dai bracci paralleli 3a, 3c provvisti dei rispettivi semialberi 5a e 5b e collegati da un profilato tubolare 3b. Il semialbero 5a è provvisto di ruota dentata 5 o altro organo noto, per la trasmissione del moto diretto o indiretto, da parte di un gruppo motore-riduttore non illustrato. Al profilato tubolare 3b è applicata fissa una struttura a staffa formata dal profilato tubolare 3e e dai due bracci paralleli 3f alle estremità libere dei quali è previsto il supporto 3g per i perni sporgenti lateralmente dal collettore P, rispettivamente dal telaio di supporto di detto collettore o gruppo di collettori. basculabili Ra secondo un asse A perpendicolare rispetto all’asse D e passante per i perni di incemieramento del collettore o telaio del collettore P e per i rispettivi supporti 3g sui due bracci 3f. Il movimento di rotazione giornaliera Rd del supporto principale e del collettore P attorno all’asse D secondo l’invenzione viene sfruttato per ottenere il basculamento Ra stagionale del collettore P; per questo scopo posteriormente al collettore, in posizione verticalmente spostata rispetto alla posizione dell'asse A di basculamento stagionale Ra è supportata 6a, 6c spostabile assialmente 6s una barra filettata 6. Detti supporti 6a, 6c sono supporti di scorrimento dei quali quello 6c è previsto sul profilato 6b del telaio principale mentre quello 6a è previsto su un braccio 8 applicato fisso a detto profilato. Naturalmente i due supporti di scorrimento sono coassiali fra di loro per accogliere in modo scorrevole assialmente 6s la barra filettata 6. Su detta barra filettata 6 è applicata in posizione di appoggio contro il supporto 6a da una parte e contro un tratto tubolare 6d inserito sulla barra filettata 6 una madrevite provvista di tre alette radiali 7. Il tratto tubolare 6d al lato opposto di quello aderente alla madrevite appoggia contro il supporto 6c, rispettivamente contro il profilato tubolare 3b. L’estremità della barra filettata 6 rivolta verso il retro del collettore P o del telaio di questo è vincolata in un elemento di collegamento 6b provvisto di feritoie o di scanalature in modo da trattenere detta estremità evitandone la rotazione ma permettendo una scorrimento controllato essenzialmente secondo l’asse di rotazione D.

In corrispondenza della zona di passaggio giornaliero della madrevite con alette 7 è supportato tramite braccio fisso sporgente dal braccio 2c del supporto fisso del dispositivo un nottolino di trascinamento 10 basculabile 10a in un senso e provvisto di battuta o appoggio allo scopo di evitare un basculamento nel senso opposto. Nel passaggio delle alette radiali 7 della madrevite sotto alla posizione del nottolino di trascinamento 10 questo incontra almeno una di dette alette 7 comportando, con la rotazione Rd giornaliera, la rotazione 6r della madrevite e quindi lo spostamento assiale 6s della barra filettata che comporta il basculamento Ra del collettore P in modo da correggerne giornalmente l'orientamento stagionale.

L’unico intervento manuale da eseguire due volte in un anno nei giorni di solstizio consiste nell'inversione dell’effetto di trascinamento del nottolino 10 o per rotazione del dispositivo di trascinamento oppure per inversione della posizione della battuta del nottolino 10 allo scopo di ottenere l'inversione del senso di basculamento stagionale Ra.

L'invenzione non esclude il supporto diverso della barra filettata 6, per esempio parallela rispetto all'asse D di rotazione giornaliera Rd con la possibilità di imprimere la rotazione alla stessa barra filettata tramite alette sporgenti radiali o corona dentata tramite uno o più nottolini di trascinamento ottenendo un movimento traslatorio della madrevite trasmesso meccanicamente o idraulicamente al collettore P o al telaio di questo. Inoltre secondo l’invenzione il nottolino di trascinamento 10 può essere sostituito da uno fisso agente su una corona dentata o una corona con alette o sporgenze radiali essendo previsto fra dette corone e la madrevite un meccanismo a ruota libera con possibilità di inversione della trasmissione del moto.

Il dispositivo di orientamento secondo l’invenzione permette il collegamento meccanico semplice tramite organi di trasmissione del moto come cavi, catene, cinghie dei semiassi 5a di più telai principali provvisti di collettori P o gruppi di collettori solari ottenendo in modo semplice per tutti i dispositivi collegati tramite motore unico l'orientamento sincronizzato di tutti i collettori secondo ambo gli assi di orientamento D e A.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di orientamento per collettori solari (P) con asse di rotazione giornaliera (D) disposto parallelamente rispetto all’asse di rotazione terrestre e con asse di basculamento stagionale (A) disposto a 90° rispetto all'asse di rotazione giornaliera (D) essendo il basculamento stagionale (Ra) azionato in derivazione del movimento di rotazione giornaliera (Rd), caratterizzato dal fatto che la trasmissione e trasformazione del movimento di rotazione giornaliera (Rd) rispetto alla struttura fissa di ancoraggio (2, 2a, 2b, 2c) del dispositivo avviene tramite meccanismo a barra filettata (6) con madrevite (7) agente fra il telaio principale (3a, 3b, 3c) imperniato (2d, 2e) per eseguire la rotazione giornaliera (Rd) ed il collettore o i collettori disposti su telaio (P) imperniato basculante (Ra) sul detto telaio di supporto principale, che detta barra filettata (6) è supportata sul telaio principale e che l'azionamento del meccanismo a barra filettata/madrevite (6, 7) avviene tramite nottolino di trascinamento (10) imperniato basculante direttamente o indirettamente sulla struttura fissa di ancoraggio ed agente, durante il passaggio del meccanismo a barra filettata/madrevite (6,7), unidirezionalmente con possibilità di inversione del senso di azionamento.
2. 2. Dispositivo di orientamento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la barra filettata (6) è supportata (6a, 6c) scorrevole assialmente (6s) sul telaio principale, in posizione essenzialmente ortogonale ma spostata verticalmente rispetto all'asse (A) di basculamento stagionale (Ra) del collettore o del rispettivo telaio (P) per collettori, essendo l’estremità della barra che è rivolta verso il retro di detto collettore o telaio di collettore (P) vincolata sul collettore o sul telaio di questo, in modo non girevole ma limitatamente spostabile in senso essenzialmente parallelo rispetto all’asse di rotazione D, tramite elemento provvisto di feritoie o guide (6b) e che la madrevite provvista di alette (7) o sporgenze radiali è mantenuta in posizione sulla barra filettata (6) fra due battute fisse in modo che, con la rotazione (6r) della madrevite provvista di alette (7) o sporgenze radiali, per azione del nottolino di trascinamento (10), è ottenuto lo spostamento assiale (6s) della barra (6) provocante il basculamento stagionale (Ra) del collettore (P).
3. 3. Dispositivo di orientamento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la barra filettata (6) è supportata essenzialmente parallela rispetto all’asse (D) di rotazione giornaliera (Rd) in modo girevole, che essa è provvista di una corona di alette o sporgenze radiali (7) sulle quali agisce il nottolino di trascinamento (10) supportato sulla struttura fissa di ancoraggio, che la madrevite applicata a detta barra filettata (6) è impegnata in modo scorrevole assialmente ma non girevole sul telaio principale di supporto del collettore (P) per ottenere, con la rotazione della barra (6), lo spostamento assiale della madrevite collegata meccanicamente al collettore o al telaio (P) di questo imprimendogli un movimento di basculamento stagionale (Ra).
4. 4. Dispositivo di orientamento secondo la rivendicazione 1 ed una delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il nottolino di trascinamento ha forma di dente o riscontro fisso oppure è sostituito da una cremagliera e che la madrevite, rispettivamente la barra filettata (6), è provvista di una corona con alette (7), sporgenze o denti radiali, dotata di meccanismo a ruota libera con possibilità di inversione del senso di azionamento.
5. 5. Dispositivo di orientamento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il gruppo di azionamento del dispositivo è unico per ambo i movimenti (Rd, Ra) di orientamento ed agisce direttamente su uno dei perni (5a, 5b) del telaio principale con asse di rotazione (D) parallelo all’asse terrestre e che vari dispositivi di orientamento sono collegabili tramite noti organi di trasmissione del moto ottenendo l'orientamento sincronizzato dei collettori (P) supportati tramite un gruppo motore unico
6. 6. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 , 2 e 3, caratterizzato dal fatto che il movimento di scorrimento assiale (6s) della barra filettata (6), rispettivamente il movimento di spostamento assiale della madrevite, agisce su un pistone idraulico collegato idraulicamente ad un secondo pistone idraulico che agisce sul collettore solare o sul telaio (P) di questo per ottenere il basculamento stagionale (Ra).