ITIM20000003U1

ITIM20000003U1 - AUTONOMOUS THERMAL SOLAR PANEL WITH INTEGRATED PHOTOVOLTAIC POWER.

Info

Publication number: ITIM20000003U1
Authority: IT
Inventors: Stefano Venchiarutti; Andrea Bosio
Original assignee: Stefano Venchiarutti
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2001-11-02
Also published as: IT251616Y1; ITIM20000003V0

Description

Descrizione di un modello di utilità dal titolo: PANNELLO SOLARE TERMICO AUTONOMO. CON ALIMENTAZIONE FOTOVOLTAICA INTEGRATA Description of a utility model entitled: AUTONOMOUS THERMAL SOLAR PANEL. WITH INTEGRATED PHOTOVOLTAIC POWER SUPPLY

Il presente trovato concerne un sistema di conversione dell’energia solare radiante in energia termica utilizzata per il riscaldamento dell’acqua, nei suoi svariati usi tra una fascia di temperature comprese tra 40 e 70°C. The present invention relates to a system for converting radiant solar energy into thermal energy used for heating water, in its various uses between a range of temperatures between 40 and 70 ° C.

Sono presenti sul mercato svariati sistemi perseguenti lo stesso scopo, realizzati seguendo sistemi a volte complessi, utilizzanti i più disparati materiali per la loro costruzione, ed offerenti dei rendimenti variabili, ma accomunati da un dato comune: lo sfavorevole rapporto costo/ricavo, che ne limita l'adozione e diffusione generalizzata. There are various systems on the market pursuing the same purpose, realized following sometimes complex systems, using the most disparate materials for their construction, and offering variable yields, but united by a common fact: the unfavorable cost / revenue ratio, which limits adoption and general dissemination.

Secondo il presente trovato, la problematica viene risolta utilizzando al meglio tutte le cognizioni attualmente acquisite nel campo in un periodo oramai trentennale, mettendo in opera materiali e tecnologie di provata efficacia, seguendo uno schema progettuale concepito da tecnici d’indubbia esperienza. According to the present invention, the problem is solved by making best use of all the knowledge currently acquired in the field over a period of thirty years, by implementing materials and technologies of proven effectiveness, following a design scheme conceived by technicians of undoubted experience.

La circolazione del fluido termovettore viene ottenuta sfruttando il noto pricipio fìsico secondo il quale un fluido riscaldato si dilata, quindi, alleggerendosi, tende a trasmigrare verso l’alto (e viceversa). The circulation of the heat transfer fluid is obtained by exploiting the well-known physical principle according to which a heated fluid expands, therefore, by lightening, it tends to transmigrate upwards (and vice versa).

Nel trovato, lo scambiatore di calore si trova alloggiato nella parte superiore del collettore ove, sottraendo energia termica al fluido (prodotta nella parte captante, e trasferita nell’acqua di utilizzo), In the invention, the heat exchanger is housed in the upper part of the collector where, by subtracting thermal energy from the fluid (produced in the absorbing part, and transferred to the water used),

ne determina l’addensamento, favorendone cosi la refluizione verso la parte bassa del collettore, creando così le condizioni atte a stabilire una circolazione del fluido medesimo. it determines its thickening, thus favoring its reflux towards the lower part of the collector, thus creating the conditions suitable for establishing a circulation of the fluid itself.

Per quanto concerne la circolazione dell’acqua di utilizzo, che ne determinerà il riscaldamento transitando nello scambiatore, ove si realizza il ricercato trasferimento di energia termica tra i due fluidi, tale missione è affidata ad una pompa elettrica a corrente continua a basso voltaggio, alimentata da un apparato a base di celle fotovoltaiche integrato nel corpo stesso del trovato, direttamente collegato alla pompa; appare subito evidente che maggiore sarà l’irraggiamento solare, maggiore sarà la produzione d’energia termica e corrente fotovoltaica, quindi maggiore sarà la circolazione dell’acqua nello scambiatore, favorendo così lo scambio termico, essendo tutti questi fattori direttamente e proporzionalmente collegati. As regards the circulation of the water used, which will determine its heating by passing through the exchanger, where the sought-after transfer of thermal energy between the two fluids is carried out, this mission is entrusted to a low voltage direct current electric pump, powered by an apparatus based on photovoltaic cells integrated in the body of the invention, directly connected to the pump; It immediately becomes clear that the greater the solar radiation, the greater the production of thermal energy and photovoltaic current, therefore the greater the circulation of water in the exchanger, thus favoring heat exchange, as all these factors are directly and proportionally linked.

Beninteso, se i principi di funzionamento sono relativamente semplici, altra cosa è la loro messa in pratica per un lasso di tempo pluridecennale, con un apparato esposto a tutte le intemperie e sottoposto giornalmente a sbalzi termici che possono raggiungere i 70°C. Of course, if the operating principles are relatively simple, it is another thing to put them into practice for a period of several decades, with an apparatus exposed to all bad weather and daily subjected to thermal changes that can reach 70 ° C.

Nel presente trovato, tali problematiche sono state risolte come segue: il corpo principale è costituito da un sandwich di tre lastre di policarbonato alveolare (1), protetto superficialmente da uno strato di polimetilmetacrilato, ove la lastra inferiore, dallo spessore di 20 mm, svolge la funzione di struttura portante ed isolante, e nel corpo della quale 4 degli alveoli sono utilizzati come canalizzazioni di ritorno del fluido termovettore. In the present invention, these problems have been solved as follows: the main body consists of a sandwich of three sheets of alveolar polycarbonate (1), protected on the surface by a layer of polymethylmethacrylate, where the lower sheet, with a thickness of 20 mm, unwinds the function of load-bearing and insulating structure, and in the body of which 4 of the alveoli are used as return channels for the heat-carrying fluid.

La lastra intermedia, divisa longitudinalmente in due sezioni di 850 mm di larghezza, ha uno spessore di 4,5 mm, e costituisce la parte captante vera e propria nella quale circola il fluido termovettore, partendo dal collettore inferiore (2) verso il collettore superiore (3), che ospita lo scambiatore termico (5). The intermediate plate, divided longitudinally into two sections of 850 mm wide, has a thickness of 4.5 mm, and constitutes the actual capturing part in which the heat-carrying fluid circulates, starting from the lower manifold (2) towards the upper manifold (3), which houses the heat exchanger (5).

La funzione di convertitore da energia radiante in energia termica è affidata ad un “corpo nero”, nel caso in esame realizzato a mezzo di applicazione di vernice acrìlica nero opaco sulla faccia inferiore delle lastre. The function of converter from radiant energy into thermal energy is entrusted to a "black body", in the case in question made by applying matt black acrylic paint on the lower face of the slabs.

La lastra superiore, di uno spessore di 10 mm, ha funzioni prettamente isolanti, e contribuisce, con la sua struttura, a rigidificare l’insieme. The upper plate, 10 mm thick, has purely insulating functions, and contributes, with its structure, to rigidify the whole.

Le tre lastre, opportunamente sagomate e forate, sono solidarizzate fra loro a mezzo di appositi profilati e bulloni in acciaio inossidabile, e costituiscono il corpo principale del trovato. The three plates, suitably shaped and perforated, are integral with each other by means of special profiles and bolts in stainless steel, and constitute the main body of the invention.

Alle due estremità del sandwich così composto sono posizionati i collettori inferiore (2) e superiore (3), quest’ultimo ospitante lo scambiatore di calore. Entrambi avranno il medesimo profilo esterno, e saranno realizzati in lamiera Inox 10/10 pressopiegata e forata secondo progetto (vedere disegni). The lower (2) and upper (3) manifolds are positioned at the two ends of the sandwich thus composed, the latter hosting the heat exchanger. Both will have the same external profile, and will be made of 10/10 press-folded and perforated stainless steel sheet according to the project (see drawings).

Alle estremità dei collettori, di una lunghezza unitaria di 1750 mm, saranno saldate due piastre sempre in acciaio Inox dallo spessore di 5 mm (4), che fungeranno anche da punto di fissazione del trovato sui suoi supporti di messa in opera. At the ends of the manifolds, with a unit length of 1750 mm, two 5 mm thick stainless steel plates will be welded (4), which will also act as a fixing point for the invention on its installation supports.

I collettori verranno fissati al corpo principale mediante imbullonaggio, secondo disegno, con bulloni in acciaio inossidabile. The manifolds will be fixed to the main body by bolting, according to the drawing, with stainless steel bolts.

Lo scambiatore (5) è costituito da un tubolare in acciaio inossidabile, di una sezione utile interna pari a circa 113 mm2., sviluppandosi su una lunghezza totale di 3,50 mi. The exchanger (5) is made up of a stainless steel tubular, with an internal useful section of approximately 113 mm2., Extending over a total length of 3.50 ml.

La superficie di scambio cosi assicurata è pari a 1429 cm2, considerata ampiamente sufficiente per svolgere la mansione competente. The exchange surface thus ensured is equal to 1429 cm2, considered broadly sufficient to carry out the competent task.

Sostanzialmente, consta in 2 tubolari, alloggiati nelle apposite fresature delle piastre di testa, ed ivi solidarizzati a mezzo saldatura. Basically, it consists of 2 tubulars, housed in the appropriate milling of the head plates, and joined there by welding.

Alle estremità del collettore superiore sono posizionati anche i pezzi di raccordo fra tubazioni d’arrivo e partenza acqua (6), realizzati a mezzo di monoblocchi di Teflon forati e fresati, e solidarizzati con viti in acciaio Inox al loro punto d’impiego. At the ends of the upper manifold are also positioned the connecting pieces between the water inlet and outlet pipes (6), made by means of perforated and milled Teflon monoblocks, and joined with stainless steel screws at their point of use.

Parimenti, il raccordo sinistro alloggerà anche la pompa di circolazione (7), alimentata dal pannello di celle fotovoltaiche (8) posizionate sulla lastra inferiore del sandwich in policarbonato. Likewise, the left connection will also house the circulation pump (7), powered by the photovoltaic cell panel (8) positioned on the lower plate of the polycarbonate sandwich.

Con riferimento ai disegni allegati (riassunti in un sommario corredato da legenda, per facilità dì consultazione), si potrà constatare che Γ insieme è leggero, compatto, affidevole e durevole nel tempo; non presenta alcuna difficoltà d’installazione e non necessita di manutenzione; il suo impiego è consentito in qualunque caso di figura, restando fermo solo il concetto che la sua esposizione deve essere prevista in luogo soleggiato, con orientamento verso il Sud geografico, inclinato in modo tale da presentare la faccia captante in posizione ortogonale rispetto al Sole di mezzogiorno in stagione invernale. With reference to the attached drawings (summarized in a summary accompanied by a legend, for ease of consultation), it can be seen that Γ together it is light, compact, reliable and long-lasting; it does not present any installation difficulties and does not require maintenance; its use is allowed in any case of figure, remaining only the concept that its exposure must be expected in a sunny place, with orientation towards the geographic South, inclined in such a way as to present the capturing face in an orthogonal position with respect to the Sun of midday in winter.

Claims

CLAIMS 1) - Autonomous solar panel for heating water or other fluid, characterized by a good cost / investment ratio. 2) - Solar panel according to point 1, characterized by the fact that the circulation of the heat-carrying fluid takes place in compliance with the principle according to which the fluid expands, therefore it lightens, with the rise in temperature. 3) - Solar panel according to points 1 and 2, characterized by the fact that the circulation of the fluid of use occurs by means of a suitable direct current electric pump, powered by a panel of photovoltaic cells. 4) - Solar panel according to points 1-3, characterized by the fact that the main body and the absorbing plate are made by means of a sandwich consisting of 3 sheets of alveolar polycarbonate, co-extruded with protection in polymethylmethacrylate, of thicknesses respecting the ratio of 1: 1/2: 1/4, according to the positioning of use, as per drawings. 5) -Solar panel according to points 1-4, characterized by the use of stainless steel for all metal parts, including the heat exchanger and assembly bolts and connections. 6) - Solar panel according to points 1-5, characterized by the use of Teflon in blocks, milled and drilled, for the realization of all the connection parts to the exchanger. 7) -Solar panel according to points 1-6, characterized by the compactness of the invention, establishing a ratio of about 100 dm3 / m2 of net absorbing surface. 8) - Solar panel according to points 1-7, characterized by the lightness of the invention, establishing a ratio of about 17 kg / m2 of net absorbing surface. 9) - Solar panel according to points 1-8, characterized by the absence of any control unit with relative probes for regulating its operation. 10) - Solar panel according to points 1-9, characterized by the absence of any external energy supply for its operation. 11) - Solar panel according to points 1-10, characterized by the simplicity of construction, storage, transport and installation on site, given the technical and mechanical characteristics of the invention. 12) - Autonomous solar panel for the conversion of radiant solar energy into thermal energy, with autonomous and automatic operation, as per previous claims and substantially as described and illustrated in the attached drawings, summarized in summary also acting as a legend, and accompanied by a sheet of theoretical calculation of performance and characteristic data.