ITMI20070447A1 - Prisma fotovoltaicol orientabile illuminato dall'interno - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Prisma fotovoltaico orientabile illuminato dall’interno.

Campo di applicazione dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce al settore del fotovoltaico, e più precisamente ad un prisma fotovoltaico orientabile illuminato dall’interno.

Rassegna dell'arte nota

Il fotovoltaico per la produzione di energìa elettrica costituisce una fonte rinnovabile alternativa ail’utilizzo dei combustibili fossili, o aggiuntiva poiché non ancora competitiva per quanto riguarda i costi al chilowattora. Esistono tuttavia particolari contesti applicativi in cui i vantaggi dei generatori elettrici fotovoltaici rispetto a quelli convenzionali si possono apprezzare appieno; per citarne alcuni: l’utilizzo in luoghi impervi per l’alimentazione di apparecchiature radio, in mare per l'alimentazione di boe di segnalazione, lungo il percorso di oleodotti per alimentare i dispositivi di controllo, ma ancora tanti altri esempi possono essere fatti laddove il rifornimento dei generatori autogeni o la sostituzione di batterie elettriche diverrebbe problematico. Il silicio in wafer, rispettivamente ottenuto in forma monocristallina, policristallina, o amorfa, è il materiale più usato per la fabbricazione di celle fotovoltaiche, Un pannello fotovoltaico comprende un insieme solidale e complanare di moduli fotovoltaici variamente connessi in serie e/o parallelo e singolarmente costituiti da più celle connesse in serie. Filari di pannelli dislocati su un territorio costituiscono un campo fotovoltaico per la produzione di energia elettrica. I moduli fotovoltaici in silicio cristallino presenti in commercio hanno dimensioni variabili da 0,5 a 1,5 m<2>e forniscono energia a differenza di potenziale quasi costante comunemente 12 o 24 V, tuttavia la differenza di potenziale prodotta è solitamente almeno 4 V superiore a questi valori per permettere il caricamento di una batteria di accumulo, collegata mediante un opportuno regolatore di carica. Il rendimento di una cella fotovoltaica si ottiene valutando il rapporto tra l'energia da essa prodotta e l'energia luminosa che investe l'intera sua superficie. Valori tipici per gli esemplari in silicio cristallino si attestano attorno al 15% (valori ben più alti sono ottenibili da celle più costose ottimizzate per gli impieghi spaziali). La potenza radiante trasmessa dal Sole che investe la superficie delle celle è valutabile a partire dal valore di 1.367 W che attraversano la sezione di un metro quadrato posta suil'orbita terrestre perpendicolarmente ai raggi solari. Tale valore dovrà essere diminuito in base alla latitudine del sito d’installazione, all'attenuazione atmosferica, alia variabilità dell’intensità luminosa durante le 24 e durante le stagioni. Alle latitudini europee l’irraggiamento medio valutato come sopra è di circa 200 watt/m<2>.

Nei più comuni moduli commerciali utilizzati in condizioni di insolazione standard, la potenza a 24 V è intorno ai 150 Wp (Watt di picco), raggiunti in genere impiegando 72 celle fotovoltaiche in serie. La superficie occupata dai detti moduli si aggira intorno ai 7,5 m<2>/kWp, ovvero sono necessari circa 7,5 metri quadrati di superficie fotovoltaica per la generazione di 1.000 Watt di potenza picco. L’estesa copertura superficiale costituisce il principale inconveniente della tecnologia fotovoltaica per uso terrestre. Un parziale rimedio, valido esclusivamente per pannelli non troppo estesi, si ottiene mantenendo la superficie fotovoltaica costantemente perpendicolare alla direzione dei raggi solari, in modo da aumentare il rendimento delle celle. Esìstono realizzazioni commerciali in tal senso che utilizzano dei sostegni meccanici dei pannelli mossi secondo criteri simili a quelli delle montature equatoriali o alto-azimutali utilizzate dai telescopi astronomici fotografici con inseguimento dell’astro. Queste montature consentono la parziale rotazione del pannello fotovoltaico attorno a due assi tra loro ortogonali. Un microprocessore è appositamente programmato, in base alle coordinate geografiche del luogo d’installazione, la data e l’ora, preventivamente memorizzate, per comandare gli attuatori a variare con continuità (e cìclicamente durante ore d’illuminazione) l’angolo di elevazione sopra l’orizzonte della normale alla superficie fotovoltaica e l’angolo orizzontale (azimut). Sono anche note automazioni meno impegnative che regolano solo l’angolo di elevazione (tilt). Come detto, l'utilizzo di un inseguitore solare non è attualmente conveniente oltre una certa superfìcie di copertura, soprattutto per i costi della parte meccanica, che dovrà essere dimensionata in modo da reggere il momento flettente esercitato dall’insieme dei pannelli, via via crescente in base all area coperta, o alternativamente dovrà essere replicata per un considerevole numero di volte. Attualmente si preferisce mantenere fissi i pannelli fotovoltaici orientandoli secondo una direzione ottimale che dipende dalla latitudine, come ad esempio avviene nei campi solari, e sui tetti delle case o dei capannoni. Adottando questa strategia si è potuto constatare che, mediamente, la perdita di rendimento si aggira intorno al 20% del rendimento di picco e non aumenta significativamente oltre tale valore variando l'orientazione dei pannelli anche significativamente attorno alla normale. Il minor rendimento può essere compensato aumentando la superficie coperta. Da quanto sopra si evince che l'inseguitore solare non è attualmente conveniente nel fotovoltaico ad uso domestico.

Scopo dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di superare la limitazione all’uso del fotovoltaico posta dall'estesa area territoriale che occorre ricoprire con pannelli onde ottenere una potenza elettrica significativa. Infatti, mentre per le centrali elettriche fotovoltaiche è possibile pianificare la destinazione di una zona geografica di area adeguata, per quanto invece riguarda la generazione di potenze elettriche di minor entità, come quelle in grado di alimentare una o alcune abitazioni domestiche, non sempre sono disponibili superfici da destinare a tale uso, specialmente se la domanda nasce in zone residenziali. In altri contesi applicativi, ad esempio in zone impervie, la superficie disponìbile per il dispiegamento dei pannelli potrebbe essere veramente esigua.

Sommario dell’invenzione

Per conseguire tali scopi la presente invenzione ha per oggetto un generatore elettrico fotovoltaico, come descritto nella rivendicazione 1.

Il generatore della presente invenzione, nella sua maggior generalità, comprende:

- almeno un corpo cavo di forma prevalentemente allungata nella direzione di un asse, aperto ad una prima estremità per consentire l'ingresso della radiazione solare;

- mezzi riflettenti la luce solare posti ad una seconda estremità del corpo cavo contrapposta alla prima;

- mezzi trasduttori fotovoltaici posti a rivestimento della superficie interna del corpo cavo;

- mezzi meccanici di sostegno dell'insieme dei componenti detti sopra, comprendenti attuatori di rotazione atti a mantenere il detto asse costantemente parallelo alla direzione di provenienza dei raggi solari.

Ulteriori caratteristiche della presente invenzione ritenute innovative sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

In una forma preferita di realizzazione dell'invenzione, i detti mezzi riflettenti la luce solare sono costituiti da un fondo piatto di colore essenzialmente bianco. Vantaggiosamente, il fondo riflettente è realizzato in materiale impermeabile all’acqua e resistente alla grandine, unitamente al fatto che lungo il bordo inferiore del corpo cavo sono ricavati degli scarichi per l’acqua piovana in una striscia perimetrale priva di materiale fotovoltaico.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, i moduli fotovoltaici sono assemblati a formare prismi poligonali di N lati, preferibilmente con N ≥ 4, formati da singoli moduli o pannelli fotovoltaici rettangolari uniti tra loro sui lati più lunghi. Particolarmente vantaggioso per l’invenzione è il prisma è esagonale. Senza alcuna limitazione, il materiale preferito per la fabbricazione dei pannelli utilizzabili nell'invenzione è il silicio cristallino.

A scapito di una minore efficienza nella conversione ottico-elettrica, i detti mezzi riflettenti possono essere costituiti da una piramide specchiante a N facce, ciascuna contrapposta ad una faccia del corrispondente prisma poligonale a N facce. Una variante prevede l'utilizzo di una cupoletta sferica specchiante invece della piramide.

In una forma alternativa di realizzazione dell’invenzione il detto corpo cavo è un cilindro, ed il materiale fotovoltaico che riveste la parete è costituito da celie flessibiii elettricamente interconnesse.

Al’aumentare della massima potenza elettrica richiesta dall’utilizzatore, è possibile assemblare più prismi, o cilindri, tra loro a formare una struttura orientabile mediante un unico inseguitore solare. Vantaggiosamente, il prisma esagonale consente di ottenere una struttura ad alveare che ricopre completamente l’area di base.

Così come avveniva per l’utilizzo dei pannelli fotovoltaici ad orientazione fissa, anche nella presente invenzione si rinuncia espressamente all’ottenimento del picco di potenza teoricamente possibile; tuttavia, a differenza dell’arte nota, lo scopo non è quello di evitare l’utilizzo degli inseguitori solari ma piuttosto di favorire una netta riduzione degli ingombri areali sul piano orizzontale. Per questo motivo l’invenzione ricorre ad una disposizione che privilegia l’assetto prevalentemente verticale dei moduli o pannelli, congiuntamente all’utiiizzo di un inseguitore solare che risulta essenziale per garantire costantemente il trasferimento del massimo flusso luminoso entro la cavità del prisma fotovoltaico perpendicolarmente al fondo riflettente e parallelamente alla superficie fotovoltaica dei moduli (quest’ultima caratteristica costituisce davvero una novità). Sorprendentemente, a fronte di numerose sperimentazioni su prototipi dotati di varie tipologie di elementi riflettenti, è risultato che un fondo riflettente piatto di colore chiaro essenzialmente bianco è quello che consente il maggior rendimento elettrico ai morsetti. La spiegazione teorica di un tale risultato potrebbe non essere affatto semplice. Come tentativo di spiegazione, si potrebbe osservare che la riflessione della luce solare da parte del fondo chiaro avviene prevalentemente per diffusione in tutte le direzioni dei raggi incidenti sulle microscopiche asperità delia superficie non perfettamente levigata, contrariamente a quanto avviene negli specchi per i quali vale la legge di Snell. Grazie alla diffusione, ed assumendo la direzione di riflessione alla stregua di una variabile casuale, si potrebbe calcolare la percentuale media del flusso luminoso entrante dalla bocca di un prisma esagonale che viene riflessa dal fondo bianco verso la superficie fotovoltaica secondo delle direzioni ancora sfruttabili ai fini della conversione ottico-elettrica. Ovviamente i calcoli sono solo indiziali perché non si conosce l’effettiva distribuzione statistica delle direzioni diffuse; approssimativamente si potrebbe ipotizzare una distribuzione uniforme che non privilegia alcuna direzione particolare. Adottando un rapporto di 1 a 3 tra lato minore e lato maggiore del modulo fotovoltaico, si può calcolare l’apertura del cono con vertice nel punto di mezzo del fondo bianco che risulta tangente al'apertura superiore. Questo cono include la frazione dì radiazione mediamente re-irradiata verso l’esterno e quindi persa. Rapidi calcoli mostrano che l’apertura del cono è all’incirca di 16°, per cui resterebbero liberi i restanti 164° (su 180°) a disposizione del fotovoltaico. Si può attuare una riduzione empìrica del 20% per restare in linea con quanto si era detto in precedenza ai fini della compensazione della mancata incidenza perpendicolare alla superficie dei moduli, ottenendo all’incirca 131° effettivamente sfruttabili con la maggiore efficienza. Ciò significa che circa il 73% del flusso al picco di potenza entrante parallelamente alle pareti de! modulo è ancora utilizzabile ai fini fotovoltaici. Un aiuto ulteriore al miglior sfruttamento del flusso luminoso entrante, è ottenuto chiudendo l’apertura del prisma fotovoltaico mediante un coperchio fatto dì materiale completamente trasparente alla luce, preferibilmente plastico, con indice di rifrazione maggiore di quello dell’aria, lavorato nello spessore in modo da ottenere una lente leggermente divergente la radiazione incidente verso la parte superiore del prisma. Quanto detto giustifica appieno le misure effettuate ed il vantaggio in termini di area risparmiata sul piano orizzontale (a parità di superficie fotovoltaica utilizzata).

Questo risultato consente di poter confrontare pariteticamente tra loro le aree occupate sul piano di base, rispettivamente, dalla disposizione dei moduli fotovoltaici a prisma o ad alveare della presente invenzione e da una disposizione completamente planare secondo l’arte nota. In pratica risulta che il prisma esagonale dell'invenzione, e di conseguenza la configurazione ad alveare, occupano una superfìcie d’appoggio circa quattro volte più piccola di quella di una configurazione planare che utilizza gli stessi moduli. A titolo di esempio, per soddisfare il fabbisogno di una singola utenza domestica (3 kW) la presente invenzione invece dei 25 m<2>della configurazione planare utilizza un alveare formato da 7 prismi dove la base dell'alveare occupa una superficie di soli 6 m<2>.

A parità di superficie fotovoltaica dispiegata, la nuova struttura ad alveare risulta più compatta di quella planare, con le masse poste più vicine al centro di gravità e quindi con un minore momento flettente, per cui l’inseguitore solare risulta molto più economico ed in definitiva conveniente.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

- in figura 1A è indicata una vista assonometrica di un singolo prisma fotovoltaico (o torre) della presente invenzione;

- in figura 1B è indicata ad una configurazione di più elementi prismatici di figura 1 assemblati tra loro in modo da costituire un complesso a forma di alveare;

- nelle figure 2A e 2B sono indicate due viste prospettiche dall’alto del prisma fotovoltaico di figura 1, rispettivamente in accordo ad una forma preferita di realizzazione dell'invenzione (figura 2A) e di una sua variante dotata di minor rendimento (figura 2B);

- in figura 3 è indicata una vista prospettica del prisma fotovoltaico di figura 1 completo e montato su di un supporto;

- in figura 4 è indicata una vista prospettica della configurazione ad alveare di figura 1 montata su un supporto comandato da un dispositivo inseguitore solare.

Descrizione dettagliata di alcune forme preferite di realizzazione dell’invenzione

Facendo riferimento alla figura 1A, si può notare un elemento 1 a forma di prisma esagonale costituito da 6 moduli fotovoltaici 2, assemblati tra loro in modo da presentare la superficie delle celle fotovoltaiche rivolta verso l'interno del prisma 1. Per il completamento dell’invenzione occorre orientare il prisma fotovoltaico 1 mediante un inseguitore solare. La figura 1B mostra un insieme di 7 prismi del tipo 1 assemblati in modo da risultare adiacenti tra loro in una struttura ad alveare 3, che verranno orientati da un inseguitore solare. I moduli 1 sono scelti tra quelli comunemente reperibili in commercio, ad esempio in silicio cristallino funzionanti a 12 o 24 V con dimensioni di 30x90 cm della superficie fotovoltaica. Con riferimento alla figura 2A, si nota il prisma 1 con la bocca superiore d’ingresso della radiazione solare rivolta verso l'alto in modo da mostrare un fondo piatto 4 posto a chiusura della base esagonale. Il fondo 4 può essere realizzato con materiali di diversa natura, purché presenti un colore bianco o biancastro e risulti impermeabile all’acqua e resistente alla grandine. I più comuni materiali plastici sono economici ed idonei allo scopo. Tuttavia, specie per l’impiego in siti particolarmente soleggiati, occorre evitare che i moduli fotovoltaici subiscano un surriscaldamento eccessivo causato dal contatto con l’aria convettiva riscaldata dal fondo piatto. Sarebbe quindi vantaggioso utilizzare un materiale buon conduttore in grado di disperdere rapidamente il calore senza causare un aumento della temperatura oltre quella di buon funzionamento dei moduli. Si potrebbe ricorrere ad una sottile lastra di alluminio, verniciata superiormente di bianco dotata in via opzionale di alette scambiatrici sulta faccia inferiore perpendicolarmente ad essa, i moduli 2 sono quelli in silicio cristallino (il policristallina è più economico) comunemente reperibili in commercio nelle dimensioni volute. Qualora dovesse in futuro risultare conveniente, il prisma 1 potrebbe essere sostituito da un cilindro cavo rivestito da materiale fotovoltaico flessìbile, in tal caso il fondo piatto 4 sarebbe di forma circolare. La figura 2B mostra una variante in cui il fondo riflettente è costituito da una piramide esagonale 5 le cui facce triangolari sono costituite da specchi, ciascuno di essi rivolto verso la faccia corrispondente dei prisma esagonale 1. Il fondo specchiante 5 è risultato però meno efficiente del fondo riflettente bianco 4 nel trasferimento del flusso luminoso verso i moduli fotovoltaici 2.

Facendo riferimento alla figura 3, sono visibili due cavi elettrici 7 e 8 che dipartono da rispettive scatolette 9 e 10 poste in prossimità dei bordo superiore di due moduli adiacenti 2 del prisma fotovoltaico 1. Più in generale, ciascuno dei sei moduli del tipo 2 ha una propria scatoletta contatti da cui fuoriesce il proprio cavo elettrico di connessione. I sei cavi del tipo 7 e 8 sono diretti verso una seconda scatoletta 11 ancorata ad un supporto 6 su cui poggia il fondo 4 del prisma 1. Nella scatoletta 11 i singoli cavi vengono connessi in parallelo ed un cavo 12 di sezione maggiore viene fatto uscire verso l’utilizzatore. Lungo il bordo inferiore delia parete di ciascun modulo sono presenti delle fenditure 13, 14 e 15, 16 ricavate in una zona priva di celle fotovoltaiche; il loro scopo primario è quello di consentire lo scarico dell’acqua piovana raccolta dal fondo 4, ed in subordine di favorire la circolazione verso l’esterno del’aria riscaldata. La configurazione del prisma 1 è ottenuta connettendo fianco a fianco i singoli moduli 2 mediante i metodi della comune progettazione meccanica.

Con riferimento alla figura 4, si vede la configurazione ad alveare 3 dei prismi fotovoltaici 1 (figura 1B) con la base ancorata ai sostegno esteso 6, a sua volta connesso ad un meccanismo inseguitore solare 23 il cui scopo è quello di mantenere l’asse PS dei prismi tipo 1 costantemente orientato nella direzione del sole. Nella configurazione ad alveare 3 vengono preservate le funzionalità delle fessure 13, 14, ecc. per quanto concerne lo scarico dell’acqua piovana e la circolazione dell’ari riscaldata, poiché tra i prismi assemblati sussistono comunque delle intercapedini create dalle costolature sui lati più lunghi e dai bordi superiori sporgenti verso l'esterno.

L’inseguitore solare 23 è costituito da un basamento 24 che include un primo motore 25a per la rotazione diurna di un albero 25 lungo un asse verticale Al La base di una robusta forcella 26 è solidale con l’estremità dell’albero 25. Tra i bracci della forcella 26 è imperniato un secondo albero 27 disposto lungo un asse orizzontale A2, ia cui rotazione è controllata da un secondo motore 28. Il motore 25a è del tipo “DC brushless” accoppiato ad un riduttore di giri ad alto rapporto di riduzione. A seconda della strategia d’implementazione, il motore 28 può essere anch’esso “DC brushless” oppure del tipo passo-passo. La perfetta orizzontalità dell'albero 27 è regolabile mediante una livella a bolla disposta lungo l’albero stesso e delle viti di regolazione del piano d’appoggio della base 24. La perfetta ortogonalità tra gli assi A1 e A2 è garantita dalle tolleranze di fabbricazione. Sull’albero 27 sono innestati due bracci 29 e 30 disposti a V e connessi alla faccia posteriore del supporto piano 6 dell’alveare 3. Il supporto 6 è di forma quadrata e presenta delle cave passanti 6a allineate tra loro sulla superficie posta fuori del perimetro dell alveare. Il loro scopo è quello di alleggerire il supporto 6 rendendolo nel contempo più rigido, e quindi meno deformabile sotto l’azione dei momenti di flessione e di torsione. Un altro scopo delle cave 6a è quello di far sì che il supporto 6 presenti una minore superficie d’assorbimento della radiazione solare favorendo allo stesso tempo l’attraversamento dellaria riscaldata che può in tal modo smaltire il calore. Una metallizzazione riflettente sulla faccia superiore del supporto 6 ne diminuirebbe il riscaldamento. Il supporto 6 potrebbe anche essere limitato alla sola area di base dell’alveare 3, oppure essere una struttura a telaio. il cavo elettrico 12 che raccoglie la corrente generata dall’intero alveare fotovoltaico 3 è connesso ad una cassetta 31 ancorata ad un braccio della forcella 26. Dalla cassetta 31 fuoriesce un secondo cavo 32 diretto entro il basamento 24; da qui la connessione elettrica prosegue attraverso un cavo 33 diretto ad un armadietto 34 degli apparati di controllo, da cui fuoriesce un cavo 35 diretto verso l'utilizzatore (non indicato). L’armadietto 34 contiene: una batteria di accumulo della carica generata dall’alveare 3, un regolatore di carica per il controllo della batteria, un inverter per la trasformazione della potenza continua a 24 V in potenza alternata a 220 V, un microprocessore appositamente programmato per il controllo delle rotazioni dei due motori dell’inseguitore solare 23, nonché per la supervisione dell’intero apparato e la gestione dell’interfaccia verso l'operatore. A questo scopo l’armadietto incorpora un display, una tastierina con tasti a sfioramento, un indicatore voltmetrico ed uno amperometrico. Tutti gli apparati visibili in figura sono accuratamente impermeabilizzati. Per quanto concerne la libertà di movimento dell alveare 3, il cavo elettrico 12 dovrà essere abbastanza lungo da assecondare la parziale rotazione (max. ±90°) nei due sensi attorno all’asse orizzontale A2; analoghe considerazioni valgono per il cavo 32 che dovrà invece assecondare la parziale rotazione (max. ±90°) nei due sensi attorno all'asse verticale A1. La connessione tra la cassetta 31 ed il motore 28 (interna alla forcella 26) rimane di lunghezza costante.

Il calcolo delle due rotazioni è largamente conosciuto nella tecnica degli inseguitori solari, tuttavia per completezza di descrizione esso viene mostrato nell’Appendice intitolata: iL CONTROLLO DELL’INSEGUITORE SOLA-RE. Le formule possono essere agevolmente calcolate dal microprocessore, ottenendo l’elevazione del sole sull’orizzonte (attorno all’asse A2). Per il corretto funzionamento dovranno essere preventivamente impostate ie coordinate geografiche del luogo d’installazione dei prismi fotovoltaici, la data ed il riferimento temporale in ore, minuti primi, e secondi dell’istante di start. Dopodiché, il motore azimutale 25a ruoterà attorno all’asse A1 alla velocità angolare costante di un giro completo ogni 24 h, mentre il microprocessore calcolerà ad intervalli di tempo prestabiliti l’aggiornamento angolare da impartire all’angolo di elevazione mediante il motore 28. Per le applicazioni fotovoltaiche non occorre la precisione dei telescopi astronomici fotografici, per cui la regolazione in elevazione può essere eseguita ad intervalli di tempo dell’ordine di uno o più minuti primi, rendendo con ciò meno stringenti i requisiti tecnici del motore 28 (una correzione ogni 60 secondi comporta un errore massimo di 0,25°, che è alla portata di un motore non eccessivamente costoso). L’errore compiuto è trascurabile rispetto alle imprecisioni nel calcolo dell’insolazione locale dovuti alle variazioni statistiche. Ovviamente, è del tutto controproducente oltre che inutile, mantenere attivo l’inseguitore in mancanza di luce, cosicché il processore sfruttando le formule che verranno date dovrà calcolare gli istanti di alba e tramonto per ogni nuovo intervallo di 24 h, onde attivare e disattivare l'inseguitore. Prima di ogni nuova attivazione diurna verranno comandate le rotazioni in senso opposto che riportano l’alveare fotovoltaico 3 nella posizione di “alba"; essendo gli angoli di ritorno minori di 180°, i cavi 12 e 32 non vengono tirati. Come detto nell’introduzione, la bocca d’ingresso di ciascun prisma fotovoltaico 1 costituente l’alveare 3 può, in via opzionale, essere chiusa da un coperchio di materiale plastico completamente trasparente, con indice di rifrazione maggiore di quello del'arìa, lavorate nello spessore per l'ottenimento di una iente leggermente divergente. In tal modo viene aumentata l'illuminazione della parte superiore dei pannelli costituenti il prisma 1 rispetto alla parte restante, onde compensare il minor apporto di flusso luminoso causato dalla maggior distanza dal fondo bianco 4. Il coperchio plastico è simile ad una lente piano-concava con la superficie leggermente concava rivolta verso l'interno del prisma fotovoltaico 1.

Sulla base della descrizione fornita per un esempio di realizzazione preferito, è ovvio che alcuni cambiamenti possono essere introdotti dal tecnico del ramo senza con ciò uscire dall'ambito dell’invenzione come risulta dalle seguenti rivendicazioni.

APPENDICE

IL CONTROLLO DELL’INSEGUITORE SOLARE

L'angolo di azimut e l'angolo di elevazione solare sono ì due angoli usati per orientare i moduli fotovoltaici durante il periodo d’insolazione compreso tra l albe e il tramonto. Questi angoli sono calcolati a partire dal "tempo solare locale" LST (Local Solar Time), che differisce dal “tempo locale” LT (Local Time) a causa dell'eccentricità dell'orbita terrestre e dei ricorso all’ora legale. Fin dall’antichità il fluire del tempo era misurato osservando il moto del sole il quale compie una rotazione completa attorno al proprio asse al’incirca ogni 24 h (23 h, 56’, e 4") e proprio per questo il globo terrestre è stato idealmente suddiviso in 24 cerchi meridiani che sottendono angoli di 15° corrispondenti ad 1 h. Per una particolàre “zona oraria” viene usato il “meridiano del tempo standard locale” LSTM (Local Standard Time Meridian) calcolato come segue: LSTM = 15<0>xΔTGMT, dove ΔTGMTè la differenza in ore tra il tempo locale LT e l'origine dei tempi posta convenzionalmente in corrispondenza del “meridiano fondamentale” di Greenwich.

Il tempo LST può essere calcolato portando due correzioni al tempo LT conglobate in un termine TC (Time Correction), e cioè: LST = LT TC . Una prima correzione è calcolata mediante un’equazione empirica del tempo detta EoT (Equation of Time) (espressa in minuti primi) che corregge l’eccentricità dell’orbita terrestre e l'inclinazione dell'asse terrestre ne! modo seguente:

è espresso in gradi e d è il numero di giorni dall'inìzio dell'anno (1 Gennaio).

Un secondo fattore di correzione temporale (espresso in minuti primi) tiene conto delia variazione di LST entro una data zona oraria a causa delle variazioni di longitudine all’interno della zona oraria stessa, il secondo fattore ingloba anche il primo nell’ espressione: TC = 4(LSTM - Longitudine) EoT, Il fattore 4 tiene conto che la Terra ruota di 1° ogni quattro minuti primi. L’angolo orario HRA (Hour Angle) converte il tempo LST nel numero di gradi spazzati dal sole attraverso il cielo. Per definizione HRA = 0° al mezzogiorno solare (al meridiano) ed aumenta di 15° ad ogni ora. Per l’angolo orario vale l’espressione: HRA= 15° (LST - 12). Al mattino l’angolo orario AM (antemeridiano) è negativo, mentre a! pomeriggio PM (postmeridiano) è positivo.

La declinazione del soie è l’angolo tra il piano dell'equatore ed una linea tirata tra il centro della terra ed il centro del sole. Quest’angolo varia stagionalmente a causa dell’inclinazione di 23,45° dell’asse dì rotazione della Terra su se stessa rispetto al piano dell’orbita che essa percorre annualmente attorno al soie. La declinazione δ può essere calcolata tramite l'equazione:

La declinazione è zero agli equino-

zi (22 Marzo e 22 Settembre), è positiva nell’emisfero nord durante l’estate e negativa durante l'inverno; essa raggiunge un massimo di 23,45° al solstizio d’estate (22 Giugno) ed un minimo do -23,45° al solstizio d’inverno (22 Dicembre),

L’angolo di elevazione a è l'altezza angolare dei soie nei cielo misurata dall'orizzonte. L’angolo a è uguale a 0° all’alba e 90° quando il sole è perpendicolare al suolo, cosa che capita solo all’equatore a mezzodì dei giorni di equinozio. L’angolo di Zenit è complementare a quello di elevazione (90° - elevazione). L’angolo α(t) varia durante il giorno, dipendendo inoltre dalla latitudine del posto e dal giorno dell’anno. L’elevazione può essere calcolata usando la formula seguente:

dove φ è la latitudine del luogo d’interesse. Come si può notare dall’equazione, l’angolo di elevazione a(t) non è una funzione lineare del tempo e quindi il controllo del motore 28 è pienamente giustificato. Una strategia dì controllo preferita si avvale di un motore passo-passo che, come è noto, è un attuatore il quaie consente di variare a passi discreti e con buona precisione la posizione angolare del rotore. Usando in alternativa un motore del tipo DC, occorrerebbe pilotarlo con una corrente ad andamento variabile come la funzione che lega la stessa ad a(t) , verosimilmente un arco d’ellisse. Per approssimare la curva il valore di corrente dovrà essere aggiornato dal microprocessore ad intervalli di tempo discreti.

Gii istanti che segnano il sorgere ed il calare del sole ail’orizzonte sono calcolati azzerando la precedente equazione per l'elevazione, ottenendo;

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1<,>Generatore elettrico fotovoltaico comprendente: - almeno un corpo cavo (1) di forma prevalentemente allungata nella direzione di un asse (PS), aperto ad una prima estremità per consentire l’ingresso della radiazione solare; - mezzi riflettenti la luce solare (4, 5) posti ad una seconda estremità del corpo cavo (1) contrapposta alla prima; - mezzi trasduttori fotovoltaici (2) posti a rivestimento della superficie interna del corpo cavo; - mezzi meccanici di sostegno (23) dell’insieme dei componenti detti sopra, comprendenti mezzi attuatori di rotazione (25, 25a; 27, 28) atti a mantenere il detto asse (PS) costantemente parallelo alia direzione di provenienza dei raggi solari.
2. 2. Il generatore della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi riflettenti la luce solare sono costituiti da un fondo piatto (4) di colore essenzialmente bianco.
3. 3. Il generatore della rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto fondo piatto (4) è costituito da un materiale impermeabile all’acqua e resistente alla grandine.
4. 4. Il generatore della rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il detto fondo piatto (4) è costituito da una sottile lastra di alluminio dotata di alette sostanzialmente perpendicolari alla faccia opposta a quella irradiata dal sole.
5. 5. Il generatore di una qualunque rivendicazione da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che il detto corpo cavo di forma allungata (1) è un prisma for mato da singoli moduli o pannelli fotovoltaici (2) rettangolari uniti tra loro sui lati più lunghi.
6. 6<.>Il generatore della rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto prisma (1) ha una sezione trasversale di forma uguale a quella di un poligono di N lati, con N preferibilmente uguale a 6.
7. 7. Il generatore della rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi riflettenti (5) sono costituiti da una piramide a N facce specchianti la luce, ciascuna faccia essendo contrapposta ad una faccia del prisma poligonale.
8. 8. Il generatore della rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi riflettenti (5) sono costituiti da una cupoietta sferica specchiante. S.
9. Il generatore di una qualunque rivendicazione da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che più prismi (1) sono assemblati tra loro a formare una struttura (3) orientabile.
10. 10. Il generatore della rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i prismi sono esagonali (1) e la struttura assemblata è a forma di alveare (3).
11. 11. Il generatore di una qualunque rivendicazione da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che il detto corpo cavo di forma allungata (1) è un cilindro, ed il detto materiale fotovoltaico è costituito da celle flessibili elettricamente interconnesse.
12. 12. Il generatore della rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che più cilindri sono assemblati tra loro a formare una struttura orientabile.
13. 13. Il generatore di una qualunque rivendicazione da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che il detto corpo cavo di forma allungata (1) include un coperchio costituito da materiale trasparente con indice di rifrazione maggiore lì quello dell’aria, preferibilmente plastico, di forma piano-concava con la concavità rivolta verso l'interno del detto corpo cavo (1) a costituire una lente leggermente divergente.
14. 14. Il generatore di una qualunque rivendicazione da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che il detto corpo cavo di forma allungata (1) include delle fessure (13-16) in una zona perimetrale alfa seconda estremità priva di materiale fotovoltaico per consentire lo scarico dell’acqua piovana.
15. 15. il generatore della rivendicazione 9 o 12, caratterizzato dal fatto che include un supporto piano (6) connesso da un lato alla detta struttura (3) orientabile e dall’altro lato a degli elementi di connessione (29, 30) ai detti mezzi attuatori di rotazione (27).
16. 16. Il generatore delia rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto supporto piano (6) include delle cave passanti (6a) poste fuori del perimetro di base della struttura.
17. 17. Il generatore della rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto supporto piano (6) è limitato alla sola area di base della detta struttura (3) singolarmente orientabile,
18. 18. Il generatore della rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto supporto piano (6) è una struttura a telaio