ITCR20100016A1 - Serra con copertura fotovoltaica - Google Patents

Description

SERRA CON COPERTURA FOTOVOLTAICA

DESCRIZIONE

L’invenzione si rivolge al settore delle strutture per colture protette. In particolare l’invenzione riguarda una serra destinata al settore agricolo e florovivaistico provvista di una copertura fotovoltaica.

Attualmente l’impiego del sistema fotovoltaico trova concrete applicazioni nel mondo dell’agricoltura, dove l’energia à ̈ prodotta per mezzo di pareti fotovoltaiche disposte vantaggiosamente sulle coperture delle serre.

Le serre tradizionali sono costituite essenzialmente da una struttura a telaio realizzata in ferro o acciaio che si ripete con un passo definito lungo un’asse longitudinale principale, da pareti di tamponamento e da una copertura comprendente di norma, per ogni campata, una pluralità di strutture a capanna con un colmo e due falde inclinate. Generalmente dette serre sono disposte con l’asse longitudinale parallelo alla direttrice nord-sud, per fornire alle piante neN’arco dell’intera giornata un’insolazione uniforme e per evitare che le piante stesse si facciano ombra reciprocamente.

Le pareti di tamponamento e la copertura sono di solito realizzate in materiale trasparente come vetro, membrane o film plastici, ad esempio in PVC.

Generalmente almeno una di dette falde à ̈ provvista di mezzi di apertura di tipo noto, ad esempio ad anta o a rullo, per il ricambio d’aria all’interno della serra. Detti mezzi di apertura sono associati a mezzi motori che li movimentano in automatico in base ad un sensore di temperatura posizionato all’interno della serra e ad una centralina di comando e controllo.

Le serre con copertura fotovoltaica sono disposte invece con il loro asse longitudinale parallelo alla direzione est/ovest e comprendono una parete fotovoltaica generalmente associata alla falda inclinata della copertura rivolta a sud e disposta in modo che la sua faccia captante sia esposta verso al luce solare.

Le serre con copertura fotovoltaica hanno perciò un grosso svantaggio: l’orientamento del loro asse longitudinale, per ottimizzare il funzionamento della parete fotovoltaica, non corrisponde all’orientamento ideale per le colture e la produttività agricola.

La luminosità della serra à ̈ infatti fondamentale per le colture, e deve essere uniforme quanto più possibile e garantita per il maggior numero di ore giornaliere.

Le piante coltivate in queste serre, svantaggiosamente, si fanno invece ombra le une con le altre e vengono irraggiate dal sole in modo non omogeneo nell’arco di tutta la giornata.

Il ciclo biologico delle piante viene compromesso e la serra risulta poco produttiva dal punto di vista agricolo.

Ancor più svantaggiosamente le pareti fotovoltaiche sono fisse sulla copertura della serra e mantengono sempre la medesima inclinazione rispetto ai raggi solari.

In questo modo la parete fotovoltaica provoca una notevole riduzione della luce che penetra all’interno della serra e funziona correttamente solo quando il sole à ̈ allo zenit e quindi l'impianto fotovoltaico à ̈ maggiormente produttivo solo nel periodo della giornata prossimo al mezzo giorno.

Inoltre la geometria della falda della serra consente un’inclinazione della parete fotovoltaica ad essa fissata di circa 21-22 gradi, mentre l’inclinazione ottimale per una parete fotovoltaica à ̈ di circa 30 gradi. Le pareti fotovoltaiche fisse sulle falde inclinate delle coperture sono soggette inoltre a surriscaldarsi, per scarsa ventilazione, e svantaggiosamente il rendimento energetico ne risulta compromesso. Ancor più svantaggiosamente, quando le pareti fotovoltaiche sostituiscono completamente gli elementi di copertura della serra, in modalità di totale integrazione architettonica, nonostante migliorino notevolmente l’impatto estetico, diffondono ed irraggiano calore all’interno della serra provocando dei picchi dannosi di temperatura e danneggiando le colture.

L’invenzione ha come scopo di superare questi limiti.

Scopo del trovato à ̈ realizzare una serra con copertura fotovoltaica che sia produttiva sia dal punto di vista agricolo che dal punto di vista energetico.

Scopo del trovato à ̈ quindi quello di realizzare una serra che garantisca un uniforme irraggiamento delle colture, che massimizzi la luce passante verso l'interno, che presenti un andamento termico interno regolare, e che sia provvista di pareti fotovoltaiche opportunamente disposte per captare al meglio la luce solare e trasformarla in energia elettrica.

Gli scopi sono raggiunti con una serra con copertura fotovoltaica, sviluppata lungo un’asse longitudinale, comprendente:

- una struttura a telaio;

- pareti di tamponamento;

- una copertura avente almeno una struttura a capanna provvista di un colmo e due falde inclinate;

- mezzi di apertura per il ricambio d’aria di detta serra provvisti su detta copertura;

- una prima parete fotovoltaica provvista di una faccia captante rivolta verso la luce solare,

caratterizzata dal fatto che comprende ulteriormente:

- una seconda parete fotovoltaica provvista di una faccia captante rivolta verso la luce solare;

- mezzi sensori di luce associati a dette pareti fotovoltaiche;

- una centralina programmabile;

primi e secondi mezzi motori atti a movimentare detta prima e seconda parete fotovoltaica;

ove dette pareti fotovoltaiche sono disposte lungo dette falde inclinate e sono incernierate in corrispondenza di detto colmo, e detta centralina programmabile à ̈ atta a comandare detti primi e secondi mezzi motori per ruotare in modo indipendente ciascuna parete fotovoltaica in base a segnali ricevuti da detti mezzi sensori di luce.

Vantaggiosamente l’asse longitudinale di detta serra à ̈ disposto parallelamente alla direzione nord/sud.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, dette prima e seconda parete fotovoltaica interessano ciascuna una porzione di dette falde inclinate, e le porzioni di dette falde inclinate non interessate da dette pareti presentano uno sviluppo curvilineo.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione detta serra comprende una pluralità di strutture a capanna ciascuna con un colmo e due falde inclinate.

Secondo un altro aspetto detta serra comprende almeno due sensori di luce, rispettivamente disposti sulla superficie captante di una prima parete fotovoltaica esposta ad est e di una seconda parete esposta ad ovest di una struttura a capanna intermedia, in prossimità del margine della parete più lontana dal colmo.

Secondo un ulteriore aspetto preferito dell’invenzione le facce di dette pareti fotovoltaiche opposte alle facce captanti sono di colore chiaro riflettente la luce.

Secondo un’ulteriore variante dell’invenzione ciascuna parete fotovoltaica comprende mezzi di raffrescamento ad aria delle pareti stesse.

I vantaggi del trovato sono numerosi.

II movimento gestito dai sensori fotosensibili e dalla centralina di comando e controllo delle pareti fotovoltaiche rende ottimale la serra per la produzione energetica, e l'orientamento nord/sud dell’asse della serra stessa la rende ottimale anche per la produzione agricola.

Le piante sono irraggiate in modo omogeneo ed uniforme dal sole durante tutto l’arco della giornata.

Le pareti fotovoltaiche, movimentate da mezzi motori, sono orientabili in modo opportuno in base all’inclinazione dei raggi solari e garantiscono sempre il massimo rendimento.

Ancor più vantaggiosamente i mezzi motori lavorano separatamente e le pareti fotovoltaiche possono perciò orientarsi in modo indipendente.

La porzione di falda fissa, ovvero non occupata dalla parete fotovoltaica, ha una curvatura che aumenta del 20% il passaggio della luce all’interno della serra, e contemporaneamente riflette parte dei raggi solari verso la superficie inferiore della parete fotovoltaica della falda adiacente.

Ancor più vantaggiosamente la faccia non captante di detta parete fotovoltaica in colore chiaro riflette la luce indiretta proveniente dal profilo curvilineo della falda adiacente e aumenta indirettamente gli effetti luminosi sulle piante.

Questi ed altri vantaggi saranno maggiormente evidenti nel seguito, in cui viene descritta una modalità preferita di realizzazione dell’invenzione, a titolo esemplificativo e non limitativo, e con l’aiuto delle figure dove:

la Fig. 1 rappresenta, in sezione trasversale, una serra con copertura fotovoltaica secondo l’invenzione;

la Fig. 2 rappresenta, in vista prospettica schematica parziale, la serra con copertura fotovoltaica di Fig. 1;

le Figg. 3-5 rappresentano, in sezione trasversale, una serra con copertura fotovoltaica secondo l’invenzione durante le fasi di funzionamento.

Riferendosi alla figura 1, Ã ̈ illustrata una serra 1 con sviluppo longitudinale lungo un asse principale x parallelo alla direzione nord/sud N/S, costituita da una struttura a telaio 3 ad una campata, provvista di pareti di tamponamento 4 e di una copertura 2 dotata di un film trasparente 13.

Detta copertura 2 comprende in particolare tre strutture a capanna 5 a forma gotica, ciascuna provvista di un colmo 6 e due falde inclinate 7.

Su dette falde inclinate 7 sono provvisti mezzi di apertura di tipo noto, per il ricambio d’aria di detta serra, comandati da una centralina programmabile collegata ad un sensore di temperatura provvisto all’interno della serra (non illustrati).

Ogni struttura a capanna 5 di detta copertura 2 comprende due pareti fotovoltaiche 8 e 9, disposte lungo le falde inclinate 7 in corrispondenza dei mezzi di apertura per la ventilazione della serra, girevolmente fissate in corrispondenza del detto colmo 6 con mezzi di vincolo a cerniera, in modo da poter ruotare attorno ad un asse parallelo a quello principale della serra.

La porzione 7’ di falda non occupata da dette pareti fotovoltaiche 8 e 9 presenta un andamento curvilineo.

Dette pareti 8 e 9 sono costituite da una pluralità di moduli fotovoltaici disposti affiancati e collegati tra loro in modo da costituire una lastra, provvista di una faccia captante fotoelettrica 8’ e 9’ rivolta verso la luce solare ed una faccia 8†e 9†opposta ad essa rivolta verso l'interno della serra 1.

Le pareti 8 e 9 sono provviste di primi 11 e secondi 12 mezzi motori atti a movimentarle alzandole ed abbassandole in modo indipendente. Detta serra 1 comprende almeno due sensori di luce 10, rispettivamente disposti sulla superficie captante 8’ e 9’ di una prima parete fotovoltaica 8 esposta ad est e di una seconda parete 9 esposta ad ovest di una struttura a capanna 5 intermedia, in prossimità del margine della parete più lontano dal colmo 6.

Ogni sensore 10 à ̈ atto ad emettere opportuni segnali correlati all’intensità dei raggi solari che investono le pareti stesse.

Detti sensori 10 sono collegati ad una centralina programmabile C atta a ricevere ed elaborare detti segnali.

In particolare, detta centralina programmabile C Ã ̈ atta a comandare detti primi 11 e secondi 12 mezzi motori, per modificare in modo indipendente l'inclinazione di ciascuna parete fotovoltaica 8 e 9 in base ai segnali ricevuti da detti sensori di luce 10.

Le pareti fotovoltaiche 8 e 9 presentano la faccia non captante 8†e 9†in colore chiaro riflettente la luce.

Secondo una possibile variante dell’invenzione non illustrata, dette pareti fotovoltaiche 8 e 9 sono provviste di mezzi di raffrescamento ad aria, per aumentare l’efficienza di produzione di energia elettrica, come descritto nella domanda di brevetto italiana n° CR2010A000014 dello stesso inventore. A tal fine sono provviste di membrane disposte per creare camere gonfiabili cooperando con una o con entrambe le facce di dette pareti. Entro dette camere à ̈ convogliato un flusso d’aria opportunamente raffrescato. In questo caso, la superficie esterna della membrana associata alla faccia opposta a quella fotovoltaica à ̈ di colore chiaro per riflettere la luce.

Il funzionamento di una serra 1 con copertura fotovoltaica 2 secondo l’invenzione à ̈ descritto nel seguito e meglio illustrato nelle Figg. 3-5, ove à ̈ rappresentata una serra ad una campata con copertura dotata di tre strutture a capanna 5, disposta con asse longitudinale x parallelo alla direzione nord/sud N/S, ove ciascuna capanna 5 presenta una parete fotovoltaica 8 associata ad una falda inclinata 7 esposta ad est E ed una parete fotovoltaica 9 associata ad una falda inclinata 7 esposta ad ovest O.

Con particolare riferimento alla Fig. 3 à ̈ illustrato il funzionamento della serra 1 secondo l’invenzione, nel primo arco della giornata prossimo all’alba.

I raggi solari, appena superano i colmi 6 delle strutture a capanna 5, colpiscono direttamente tutte le pareti 8 esposte ad est disposte parallelamente alla corrispondente falda inclinata 7.

Quando i raggi solari illuminano il sensore 10 associato ad almeno una parete 8 intermedia esposta ad est, viene inviato un segnale alla centralina C che lo elabora e comanda i mezzi motori 12 associati alle pareti 9 esposte ad ovest, provocandone la progressiva rotazione, in modo che captino la maggior luce possibile, ma non facciano ombra al sensore stesso e quindi alle pareti 8 esposte ad est delle strutture a capanna 5 successive.

Entrambe le pareti 8 e 9 di ogni capanna 5 sono così vantaggiosamente investite dai raggi solari senza ombreggiare le pareti provviste sulle falde adiacenti.

Le porzioni 7’ di falda non coperte dalle pareti fotovoltaiche 8 e 9 permettono l’ingresso nella serra 1 di raggi solari indiretti secondo tecnica nota.

La rotazione di dette pareti 9 esposte ad ovest prosegue progressivamente nella prima mattinata fino a quando le pareti stesse si dispongono sullo stesso piano delle pareti 8 esposte ad est, come illustrato in Fig. 4, sempre evitando di fare ombra alle pareti esposte ad est.

Le porzioni 7’ di falda non coperte da dette pareti 9 esposte ad ovest permettono l’ingresso nella serra 1 di raggi solari indiretti, mentre le porzioni di falda 7’ non coperte da dette pareti 8 esposte ad est permettono l’ingresso nella serra 1 di raggi solari diffusi.

Ulteriormente le porzioni 7’ di falda non coperte da dette pareti 8 esposte ad est, provviste del film di copertura 13 trasparente, riflettono comunque una percentuale dei raggi diretti, che colpiscono le facce non captanti 9†delle pareti fotovoltaiche 9 esposte ad ovest delle falde adiacenti.

Dette facce non captanti 9†, in colore chiaro riflettente la luce, restituiscono vantaggiosamente all’interno della serra 1 una parte di questi raggi riflessi, che contribuiscono ad aumentare la luminosità. La rotazione delle pareti 8 e 9 prosegue progressivamente in senso contrario mantenendo la complanarità fino a quando si dispongono orizzontalmente come illustrato in Fig. 5.

Con particolare riferimento a detta figura à ̈ illustrato il funzionamento della serra 1 secondo l’invenzione, nell’orario del mezzogiorno, quando il sole à ̈ allo zenit.

I raggi solari raggiungono infatti la loro massima inclinazione rispetto all’orizzonte ed intercettano perpendicolarmente sia le pareti 8 esposte ad est, sia le pareti 9 esposte ad ovest, entrambe opportunamente ruotate dai mezzi motori 11 e 12 in base al segnale emesso dai sensori di luce 10, e disposte complanari ortogonalmente ai raggi solari.

Le porzioni 7’ di falda non coperte da dette pareti 8 e 9, sia quelle esposte ad ovest che quelle esposte ad est, permettono l’ingresso nella serra 1 di raggi solari diffusi.

Ulteriormente le porzioni 7’ di falda non coperte da dette pareti riflettono una percentuale dei raggi diretti che vanno a colpire le facce non captanti 8†e 9†delle pareti fotovoltaiche rivolte ad est e ad ovest delle falde adiacenti.

Dette facce non captanti 8†e 9†, in colore chiaro riflettente la luce, restituiscono vantaggiosamente all’interno della serra 1 una parte di questi raggi riflessi.

Da mezzogiorno verso il tramonto il comportamento di dette pareti fotovoltaiche 8 e 9 à ̈ analogo a quello della mattina, con ruoli e senso di rotazione invertiti delle pareti, definito dalla centralina C in base ai segnali inviati dal sensore 10 associato alla parete 9 esposta ad ovest, che evitano che l’ombra delle pareti 8 rivolte ad est riduca l’efficienza delle pareti 9 esposte ad ovest.

Il sistema di ricambio d’aria e ventilazione naturale della serra à ̈ contemporaneamente gestito in modo autonomo con la centralina e la sonda di temperatura interna alla serra stessa, come da tecnica nota, aprendo e chiudendo opportunamente le aperture a rullo o ad anta poste sulla copertura al di sotto delle pareti fotovoltaiche.

L’invenzione, come descritta ed illustrata, consente di raggiungere gli obiettivi e gli scopi prefissati.

Nella pratica, à ̈ chiaro che tutti i dettagli costruttivi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti, così come materiali, forme e dimensioni potranno variare a seconda delle esigenze, senza che per questo siano abbandonati gli scopi di protezione delle rivendicazioni.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2), sviluppata lungo un’asse longitudinale (x), comprendente: - una struttura a telaio (3); - pareti di tamponamento (4); - una copertura avente almeno una struttura a capanna (5) provvista di un colmo (6) e due falde inclinate (7); - mezzi di apertura per il ricambio d’aria di detta serra provvisti su detta copertura (2); - una prima parete fotovoltaica (8) provvista di una faccia captante (8’) rivolta verso la luce solare, caratterizzata dal fatto che comprende ulteriormente: - una seconda parete fotovoltaica (9) provvista di una faccia captante (9’) rivolta verso la luce solare; - mezzi sensori di luce (10) associati a detta prima (8) e detta seconda (9) parete fotovoltaica; - una centralina programmabile (C); - primi (1 1) e secondi (12) mezzi motori atti a movimentare detta prima (8) e seconda (9) parete fotovoltaica; ove dette pareti fotovoltaiche (8, 9) sono disposte lungo dette falde inclinate (7) e sono incernierate in corrispondenza di detto colmo (6), e detta centralina programmabile (C) à ̈ atta a comandare detti primi (11 ) e secondi (12) mezzi motori per ruotare in modo indipendente ciascuna parete fotovoltaica (8, 9) in base a segnali ricevuti da detti mezzi sensori di luce (10).
2. 2) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto asse longitudinale (x) Ã ̈ disposto parallelamente alla direzione nord/sud.
3. 3) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che dette prima (8) e seconda (9) parete fotovoltaica interessano ciascuna una porzione di dette falde inclinate (7).
4. 4) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che le porzioni (7’) di dette falde inclinate non interessate da dette pareti (8, 9) presentano uno sviluppo curvilineo.
5. 5) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che comprende una pluralità di strutture a capanna (5) ciascuna con un colmo (6) e due falde inclinate (7).
6. 6) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che comprende almeno due sensori di luce (10), rispettivamente disposti sulla superficie captante di una prima parete fotovoltaica (8) esposta ad est e di una seconda parete fotovoltaica (9) esposta ad ovest di una struttura a capanna (5) intermedia, in prossimità del margine della parete più lontano dal colmo (6).
7. 7) Serra (1) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le facce (8†, 9†) di dette pareti fotovoltaiche opposte alle facce captanti (8’, 9’) sono di colore chiaro riflettente la luce.
8. 8) Serra (1 ) con copertura fotovoltaica (2) secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto dette pareti fotovoltaiche (8, 9) comprendono mezzi di raffrescamento ad aria delle pareti stesse.