ITMI20081496A1 - Metodo di assemblaggio di una matrice di pannelli solari terrestri comprendente un telaio di supporto rigido. - Google Patents

Description

METODO DI ASSEMBLAGGIO DI UNA MATRICE DI PANNELLI SOLARI

TERRESTRI COMPRENDENTE UN TELAIO DI SUPPORTO RIGIDO

SETTORE TECNICO DI APPLICAZIONE

La presente descrizione ha per oggetto un metodo di assemblaggio di una matrice di pannelli solari terrestri comprendente un telaio di supporto rigido.

STATO DELL'ARTE

La presente descrizione si riferisce in generale ad un metodo di assemblaggio di una matrice di pannelli solari terrestri comprendente un telaio di supporto rigido. Una matrice di pannelli solari può essere realizzata in quanto parte di un sistema terrestre di generazione di energia solare per la conversione della luce solare in energia elettrica e può comprendere celle solari a semiconduttori di composti III-V. Le celle solari a semiconduttori, a base di composti III - V, hanno un'efficienza pari al 28% in condizioni operative normali. È altresì ben noto che la concentrazione dell'energia solare su una cella fotovoltaica a semiconduttori di composti III - V permette di incrementare l'efficienza della cella fino ad oltre il 37% . Tra gli aspetti di un sistema a celle solari vi è la definizione del numero di celle utilizzate per realizzare una matrice, nonché la forma, il rapporto di forma, e la configurazione della matrice.

Un inseguimento solare preciso è vantaggioso in quanto la quantità di energia generata da una data cella solare è correlata alla quantità di luce solare che incide su di essa. Pertanto, in una matrice risulta vantaggioso ottimizzare la quantità di luce solare incidente su ciascuna delle celle solari che la compongono. Ad esempio, un disallineamento di circa un grado può determinare una riduzione significativa dell'efficienza. Tenendo conto del fatto che le matrici sono spesso montate in esterni e sono strutture dal peso e dalle dimensioni rilevanti, ciò rappresenta un problema. Infatti, si possono verificare flessioni anche in condizioni di vento moderato, e la matrice può flettersi anche sotto il proprio peso. Questi problemi sono solitamente più evidenti nelle zone più vicine al perimetro della matrice. Di conseguenza, le celle solari poste nelle zone soggette a flessione possono perdere l'allineamento con il sole, e compromettere in tal modo la generazione di energia.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

L'invenzione ha per oggetto un metodo di assemblaggio di una matrice di pannelli solari terrestri comprendente un telaio di supporto rigido.

In alcune realizzazioni, un metodo di assemblaggio di un sistema a matrice di celle solari fotovoltaiche a concentratore atto a produrre energia dal sole prevede la posa in opera di una fondazione su una superficie e l'accoppiamento di un supporto centrale a detta fondazione. Al supporto centrale viene accoppiata una traversa, ed uno o più bracci inclinati vengono accoppiati alla traversa e al supporto centrale per realizzare, ad esempio un supporto strutturale della traversa. Alla traversa è accoppiato un telaio di supporto, comprendente un primo insieme di telaio cui sono accoppiabili una o più sottomatrici di celle solari. Una o più sottomatrici di celle solari sono accoppiate al primo insieme di telaio formando in tal modo una matrice di celle solari, in cui ciascuna sottomatrice di celle solari comprende una pluralità di ricevitori a celle solari a giunzione tripla a semiconduttori di composti III - V. Per consentire la rotazione di almeno una porzione del supporto centrale accoppiato al telaio di supporto, è installato un attuatore .

In alcune realizzazioni, un metodo di assemblaggio di un sistema a matrice di celle solari fotovoltaiche a concentratore atto a produrre energia dal sole prevede la posa in opera di una fondazione su una superficie, l'accoppiamento di un supporto centrale a detta fondazione e l'accoppiamento di un telaio di supporto all'elemento di supporto centrale. Il telaio di supporto comprende un primo insieme di telaio cui sono accoppiabili una o più sottomatrici di celle solari. È quindi previsto un secondo insieme di telaio da accoppiare al primo insieme di telaio per aumentare la rigidità del primo insieme di telaio. Al primo insieme di telaio sono accoppiate una o più sottomatrici di celle solari a formare una matrice di celle solari. Ciascuna sottomatrice comprende una pluralità di ricevitori a celle solari a giunzione tripla a semiconduttori di composti III - V. Per consentire la rotazione di almeno una porzione del supporto centrale accoppiato al telaio di supporto, è installato un attuatore.

Alcune realizzazioni permettono di ottenere una o più delle caratteristiche e dei vantaggi indicati di seguito. Ad esempio, il metodo può dar luogo ad una matrice perfezionata di celle solari in cui vengono utilizzate celle solari multi -giunzione a semiconduttori di composti III-V per applicazioni terrestri di generazione di energia.

Un secondo insieme di telaio è accoppiabile ortogonalmente al primo insieme di telaio, al fine di aumentare la rigidità del primo insieme di telaio. Il secondo insieme di telaio può comprendere una travatura. Le sottomatrici di celle solari possono essere accoppiate al primo insieme di telaio in modo tale che il secondo insieme di telaio risulti montato al di sopra del centro verticale della matrice di celle solari. L'accoppiamento della traversa al supporto centrale può avvenire prima dell'accoppiamento della traversa al supporto centrale. Il telaio di supporto può essere realizzato in due metà che vengono assemblate tra loro. Potrà quindi essere installato un martinetto a vite, in cui l'installazione del martinetto a vite prevede l'accoppiamento del martinetto a vite alla traversa e al telaio di supporto. Il primo insieme di telaio è accoppiabile in modo da trovarsi disposto lungo la dimensione perpendicolare maggiore della matrice di celle solari. Il secondo insieme di telaio è accoppiabile in modo da trovarsi disposto lungo la dimensione perpendicolare maggiore della matrice di celle solari. Il primo insieme di telaio può comprendere dieci posizioni di montaggio, ciascuna atta ad alloggiare una sottomatrice di celle solari. Le dieci posizioni di montaggio possono essere ordinate in sequenza da una estremità del primo insieme di telaio all'estremità opposta del primo insieme di telaio, e l'accoppiamento delle sottomatrici di celle solari al primo insieme di telaio può prevedere, nell'ordine, l'installazione di una prima sottomatrice di celle solari in una quinta posizione di montaggio, l'installazione di una seconda sottomatrice di celle solari in una sesta posizione di montaggio, l'installazione di una terza sottomatrice di celle solari in una quarta posizione di montaggio; l'installazione di una quarta sottomatrice di celle solari in una settima posizione di montaggio; l'installazione di una quinta sottomatrice di celle solari in una terza posizione di montaggio; l'installazione di una sesta sottomatrice di celle solari in un'ottava posizione di montaggio; l'installazione di una settima sottomatrice di celle solari in una seconda posizione di montaggio; l'installazione di una nona sottomatrice di celle solari in una prima posizione di montaggio; e l'installazione di una decima sottomatrice di celle solari in una decima posizione di montaggio. L'incremento della rigidità del primo insieme di telaio può prevedere che venga impedita una deflessone maggiore di 1 grado in prossimità del perimetro della matrice di celle solari. L'accoppiamento del telaio di supporto al supporto centrale può prevedere l'accoppiamento di una traversa al supporto centrale e l'accoppiamento del telaio di supporto alla traversa.

Altri vantaggi e caratteristiche risulteranno evidenti dalla descrizione dettagliata, dalle annesse tavole di disegno e dalle rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1A illustra una vista prospettica di una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari.

La figura 1B illustra una seconda vista prospettica della realizzazione della FIG. 1A.

La figura 1C illustra una vista prospettica di una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari.

La figura 1D illustra una vista prospettica di una realizzazione di un telaio di supporto utilizzabile con il sistema terrestre a celle solari di cui alla figura 1C.

La figura 1E illustra una vista laterale semplificata di una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari .

La figura 1F illustra una vista laterale di una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari.

La figura 2 illustra una vista prospettica della realizzazione del sistema a celle solari secondo la figura 1A visto dal lato opposto dello stesso.

La figura 3 illustra una vista prospettica di una porzione di una realizzazione di sottomatrice di celle solari utilizzata in un sistema terrestre a celle solari.

La figura 4 illustra una vista prospettica di una realizzazione di un ricevitore a cella solare utilizzato in una sottomatrice di celle solari.

La figura 5 illustra una vista in pianta dall'alto di una singola sottomatrice di celle solari.

La figura 6A illustra una realizzazione di un metodo di assemblaggio di una matrice di pannelli solari terrestri comprendente un telaio di supporto rigido.

Le figure 6B-6H illustrano ulteriori dettagli della realizzazione secondo la FIG. 6A.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche risulteranno evidenti al tecnico del ramo alla lettura della presente descrizione, comprendente la seguente descrizione dettagliata. Sebbene l'invenzione sia di seguito descritta con riferimento alle realizzazioni della stessa, l'invenzione non si intende limitata a tali realizzazioni. Un tecnico del ramo che possa avere accesso agli insegnamenti della presente invenzione vi riconoscerà la possibilità di ulteriori applicazioni, modifiche e realizzazioni, entro l'ambito di tutela dell'invenzione qui descritto e rivendicato e rispetto alle quali l'invenzione possa rivelarsi utile.

MODALITÀ DI REALIZZAZIONE DELL'INVENZIONE

Introduzione

Un sistema terrestre di generazione di energia solare converte la luce solare in energia elettrica, ad esempio attraverso l'uso di più matrici montate in posizioni distanziate tra loro in una griglia posta sul terreno. La matrice di celle solari ha una dimensione ottica ed un rapporto di forma particolari (ad esempio compreso tra 1:3 e 1:5), ed è montata in modo da prestarsi ad un movimento unitario su un braccio trasversale di un supporto verticale di inseguimento solare. La matrice può comprendere sottomatrici, sezioni, moduli e/o pannelli.

Il meccanismo di inseguimento solare fa sì che il piano delle celle solari si trovi costantemente di fronte al sole lungo l'intera escursione solare nel corso della giornata, ottimizzando la quantità di luce solare che incide sulle celle. La quantità di energia generata dalla matrice è direttamente correlata alla quantità di luce solare incidente sulle celle solari che la compongono. Poiché una data matrice può comprendere molte (ad esempio mille o più) celle solari, risulta vantaggioso garantire il costante allineamento solare dell'intera matrice. Questo risulta tuttavia difficile in pratica, non essendo infrequente il caso di matrici di dimensioni maggiori di 18 metri (circa 59 piedi) di larghezza e 7,5 metri (circa 25 piedi) di altezza. Considerate le dimensioni della matrice, le celle solari poste in prossimità del perimetro possono trovarsi in condizioni di disallineamento a causa della flessione o del piegamento della matrice stessa. La flessione o il piegamento possono essere dovuti, ad esempio, all'effetto del vento o del peso della matrice che determina la flessione della struttura. Essendo sufficiente un disallineamento di un solo grado o anche meno per pregiudicare l'efficienza in alcune realizzazioni, è auspicabile fare in modo di ridurre al minimo la flessione o il piegamento della matrice.

Realizzazioni di un sistema terrestre a celle solari

Una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari è illustrato nella figura 1A. In linea generale, il sistema comprende tre componenti principali. Il primo componente principale è il supporto centrale (Ila e llb). Il supporto centrale è montato su una superficie ed è girevole attorno al proprio asse longitudinale. A seconda della realizzazione, la superficie può essere, ad esempio, il terreno o una fondazione in cemento formata nel terreno. Appoggiato sulla superficie o in posizione adiacente alla stessa è previsto un meccanismo di azionamento 100 (ad esempio una scatola di ingranaggi) accoppiato al supporto centrale. Il meccanismo di azionamento 100 determina la rotazione dell'elemento interno llb rispetto all'elemento esterno Ila, ad esempio per consentire alla matrice di celle solari di inseguire il sole.

Il secondo componente principale è il telaio di supporto 15. Il telaio di supporto 15 è accoppiato al supporto centrale ed è atto a supportare una matrice di celle solari (ad esempio la matrice 10) . Il terzo componente principale è la matrice di celle solari 10. La matrice di celle solari 10 comprende più sottomatrici o pannelli 16 ed è accoppiata al e supportata dal telaio di supporto 15. La matrice di celle solari 10 converte la luce solare in elettricità e viene normalmente mantenuta in posizione affacciata a detta luce solare mediante la rotazione del supporto centrale. In questa realizzazione, ciascuna delle sottomatrici di celle solari 16 è suddivisa in tredici sezioni 17. Ciascuna sezione 17 comprende un pannello 2 x 7 di lenti concentratrici (come ad esempio l'elemento 320 della figura 3), ciascuna delle lenti essendo disposta su un unico ricevitore (ad esempio l'elemento 19b delle figure 3 e 4). Il ricevitore, una scheda o un sottomatrice a circuito stampato, comprende un'unica cella solare a semiconduttori composti III - V, oltre a circuiti aggiuntivi, come un diodo di by-pass (non illustrato) . In alcune realizzazioni, ciascuna sezione 17 è un modulo, ad esempio un insieme indiscreto. In alcune realizzazioni, le sezioni 17 sono separate tra loro da divisori perforati .

Nella realizzazione illustrata, il supporto centrale comprende un elemento esterno Ila ed un elemento interno llb. L'elemento esterno Ila è collegabile ad un supporto montato sulla superficie con bulloni. L'elemento interno llb è montato girevolmente all'interno dell'elemento Ila, e regge una traversa 14 che è collegata ad un telaio di supporto 15. Anche il telaio di supporto 15 è supportato sull'elemento interno llb da una coppia di bracci inclinati 14a che si estendono rispettivamente da due dei puntoni di supporto 15Ob (visibili nella figura 1B) fino alla base dell'elemento interno llb. I bracci inclinati 14a sono accoppiati tra loro da una traversa 14b (vedi anche figura 1B) che ne potenzia l'integrità strutturale. Il suddetto montaggio del telaio di supporto 15 garantisce che questo sia fissato all'elemento interno llb del supporto centrale in modo da essere girevole attorno al proprio asse centrale longitudinale attraverso gli elementi Ila e llb.

II telaio di supporto 15 comprende una cornice rettangolare 15a -ed una travatura 15b. La cornice rettangolare 15 comprende due elementi di lato minore (vedi elementi 15a3 e 15a4 della figura 1B) orientati in direzione parallela all'altezza (vedi dimensione "C" della figura 1B) della matrice di celle solari 10 e due elementi di lato maggiore (vedi elementi 15al e 15a2 della figura 1B} orientati in direzione parallela alla larghezza (vedi dimensione "A" della figura 1B) della matrice di celle solari 10. In questa realizzazione, la larghezza della cornice rettangolare 15a è approssimativamente pari alla larghezza della matrice di celle solari 10, Sebbene tale configurazione consenta di ottenere una maggiore rigidità (ad esempio una minore flessione della matrice di celle solari in prossimità del perimetro della stessa}, essa non è vincolante. Ad esempio, in vista di una riduzione dei costi di materiali, è possibile ridurre la larghezza della cornice rettangolare I5a.

La travatura 15b è accoppiata alla cornice rettangolare 15a in modo da aumentare la rigidità della cornice rettangolare 15a, e quindi la rigidità dell'intera matrice di celle solari 10. La travatura consente quindi di migliorare l'allineamento delle celle solari che compongono la matrice (in particolare quelle in prossimità del perimetro) in modo da incrementare in misura sostanziale la generazione di energia. La travatura 15b può avere la funzione di impedire flessioni maggiori di 1 grado in prossimità del perimetro della matrice di celle solari 10.

In questa realizzazione, la travatura 15b comprende una corda di travatura inferiore 152d, una corda di travatura superiore 152c, corde parallele di irrigidimento travatura 152b e corde diagonali di travatura 152a. Le corde parallele di irrigidimento di travatura 152b e le corde diagonali di travatura 152a sono accoppiate tra le corde di travatura superiore ed inferiore 152c e 152d. Le corde parallele di irrigidimento di travatura 152b sono sostanzialmente parallele tra loro e perpendicolari alle corde di travatura superiore ed inferiore 152c e 152d. La particolare configurazione delle corde 152a-d può variare a seconda della realizzazione. Ad esempio, la travatura 15b può non comprendere corde diagonali di travatura (come ad esempio in una trave Vierendeel) , corde parallele di irrigidimento travatura (come ad esempio in una trave reticolare) , o può presentare un orientamento relativo variabile delle corde diagonali di travatura (come ad esempio in una trave Pratt o in una trave Howe).

In questa realizzazione, la travatura 15b è accoppiata alla cornice rettangolare 15a per mezzo di elementi di supporto travatura 151a. Ancora, in questa realizzazione, la cornice rettangolare 15a e la travatura 15b sono solidali tra loro, vale a dire la corda di travatura inferiore 152d comprende uno degli elementi di lato maggiore della cornice rettangolare 15a. In questa realizzazione, la larghezza della travatura 15b (ad esempio la larghezza della corda inferiore 152d) è approssimativamente pari alla larghezza della matrice di celle solari 10 e della cornice rettangolare 15a. Sebbene tale configurazione consenta dì ottenere una maggiore rigidità (ad esempio una minore flessione della matrice di celle solari in prossimità del perimetro della stessa) , essa non è vincolante. Ad esempio, in vista di una riduzione dei costi di materiali, è possibile ridurre la larghezza della travatura 15b.

In questa realizzazione, la travatura 15b è orientata in modo tale che la direzione della sua altezza (ovvero la direzione perpendicolare tra la corda di travatura inferiore 152d e la corda di travatura superiore 152c) sia sostanzialmente ortogonale al piano definito dall'altezza e dalla larghezza della matrice di celle solari 10. Pur consentendo di ottenere una maggiore rigidità, questa configurazione non è vincolante. Ad esempio, in risposta ad esigenze di imballaggio, la travatura 15b potrà essere accoppiata on modo che la direzione della sua altezza non sia sostanzialmente ortogonale al piano definito dall'altezza e dalla larghezza della matrice di celle solari 10.

Nella realizzazione illustrata, la travatura 15b non è disposta nel centro verticale (ovvero lungo la dimensione "C" della figura 1B) della matrice di celle solari 10. Gli inventori hanno scoperto come disporre la travatura 15b sopra la linea mediana verticale della matrice di celle solari 10 possa consentire di ottenere una maggiore manovrabilità rispetto al supporto centrale. In questo modo, il supporto centrale può movimentare la matrice di celle solari 10 perché questa possa inseguire la luce del sole senza alcuna interferenza dovuta alla presenza della travatura 15b.

Sebbene la realizzazione illustrata faccia uso di una travatura 15b per aumentare la rigidità della cornice rettangolare 15a, è possibile ricorrere ad altre strutture. Ad esempio, è possibile utilizzare una piastra di struttura piena. In un altro esempio, è prevista la possibilità di utilizzare una piastra provvista di una o più aperture. È possibile utilizzare una travatura estremamente semplice priva delle corde 152a e I52b, accoppiando semplicemente la corda di travatura superiore 152c alla corda di travatura inferiore 152d. Tale travatura può comprendere uno o più ulteriori elementi orientati parallelamente alla corda di travatura superiore 152c.

La figura 1B illustra una vista sul retro del sistema terrestre a celle solari secondo la figura 1A, con la matrice di celle solari 10 orientata ortogonalmente alla superficie sulla quale è montato il supporto centrale (ad esempio il terreno) . Come illustrato in figura, la travatura 15b è allineata lungo la dimensione perpendicolare maggiore (ossia lungo la dimensione "A") della matrice 10. Questa configurazione risulta vantaggiosa perché la matrice è generalmente più soggetta a flessione lungo l'asse maggiore che non lungo l'asse minore (ad esempio lungo la dimensione "C"). In questa realizzazione, la dimensione "A", ossia la larghezza della matrice di celle solari 10, misura all'incirca 18,1 metri (59,4 piedi circa), la dimensione "B", ossia la larghezza della sottomatrice 16, misura all' circa 1,8 metri (5,9 piedi circa) e la dimensione "C", ossia l'altezza della matrice di celle solari 16, misura all'incirca 7,5 metri (24,6 piedi circa) . Tale realizzazione presenta pertanto una superficie di captazione dell'energia solare pari a circa 98,95 metri quadrati (circa 1065,1 piedi quadrati) ed un peso di circa 10.191 chilogrammi (circa 10,03 tonnellate).

Tale realizzazione, se messa in opera conformemente a quanto specificato nella presente descrizione, è in grado di resistere ad un vento di 145 chilometri orari (circa 90,1 miglia orarie).

Nella figura 1B, la vista della travatura 15b è in larga parte oscurata, perché disposta ortogonalmente al piano definito dall'altezza e dalla larghezza della matrice di celle solari. La vista illustra tuttavia gli elementi di supporto della travatura 151a, che accoppiano la travatura 15b alla cornice rettangolare 15a. In particolare, gli elementi di supporto travatura 151 si accoppiano ad un elemento di lato maggiore 15al o 15a2 della cornice rettangolare 15a (in questa realizzazione, l'elemento di lato maggiore inferiore 15a2) e alla corda di travatura superiore 152c (vedi FIGURA 1A). In questa realizzazione sono illustrati quattro elementi dì supporto travatura 151a disposti diagonalmente. La disposizione diagonale degli elementi di supporto travatura 151 presenta il vantaggio di garantire resistenza alle sollecitazioni di tensione e compressione, ma non è vincolante. È inoltre possibile prevedere un numero maggiore o minore di elementi di supporto travatura 151a a seconda della realizzazione.

Questa vista evidenzia inoltre ulteriori caratteristiche della cornice rettangolare 15a. Per migliorare 1'integrità strutturale della cornice rettangolare, sono previste più traverse 150a che accoppiano l'elemento di lato maggiore superiore 15al all'elemento di lato maggiore inferiore 15a2. Le traverse 150a cooperano con elementi paralleli 150b {che in questa realizzazione sono sostanzialmente paralleli agli elementi di lato minore 15a3 e 15a4). Due degli elementi paralleli 150b fungono ulteriormente da punto di montaggio cui si accoppia la traversa 14.

Questa vista evidenzia come anche in questo caso la larghezza della cornice rettangolare 15a sia approssimativamente pari alla larghezza della matrice di celle solari 10 (ossia circa 18,1 metri). La vista illustra inoltre come la travatura 15b sia posta sopra la linea mediana della dimensione C.

La figura 1C illustra una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari, in cui il piano definito dall'altezza e dalla larghezza della matrice di celle solari 10 è orientato parallelamente alla superficie sulla quale è montato il supporto centrale (ad esempio il terreno) . In questa realizzazione viene utilizzata una travatura 15b' di configurazione leggermente diversa da quella della 15b. In questa travatura 15b' non sono previste le corde parallele di irrigidimento travatura 152b, ma tutte le corde diagonali di travatura 152a. La figura 1D illustra una vista prospettica di un telaio di supporto 15 comprendente la travatura 15b'.

La figura 1E illustra una vista semplificata di un sistema terrestre a celle solari, in direzione ortogonale al piano definito dall'altezza e dalla larghezza della matrice di celle solari 10. Come illustrato in figura, la travatura (15b o 15b' a seconda della realizzazione) è posta sopra la linea mediana della dimensione C. Inoltre, la travatura (15b o 15b') in questa realizzazione è orientata ad angolo retto {e) rispetto alla matrice di celle solari 10.

La figura 1F illustra una vista laterale di una realizzazione di un sistema terrestre a celle solari, in direzione ortogonale al piano definito dall'altezza e dalla larghezza della matrice di celle solari 10. Come illustrato in figura, la travatura {15b o 15b' a seconda della realizzazione) è posta sopra la linea mediana della dimensione C. Posizionando la travatura sopra il centro verticale della matrice di celle solari, detta travatura non ostacola il movimento della matrice rispetto al supporto centrale (Ila, llb). Il martinetto a vite 111 e l'accoppiata asta filettata 112 in combinazione tra loro permettono di regolare l'angolo (o l'inclinazione) della matrice 10 su almeno una porzione dell'intervallo indicato dalla traiettoria 113. In questo modo, il martinetto a vite 111 (ad esempio, in combinazione con un meccanismo di azionamento come l'elemento 100 della figura 1A) permette di ruotare il telaio di supporto 15, e quindi la matrice 10, in modo da regolarne l'inclinazione rispetto alla superficie della terra.

La figura 2 illustra una vista prospettica della realizzazione del sistema a celle solari secondo la figura 1A visto dal lato opposto dello stesso. Questa prospettiva evidenzia come ogni sottomatrice 16 sia suddivisa in sezioni 17. Ogni sezione 17 comprende una base 18, che costituisce una fondazione strutturale per ciascun ricevitore 19 (vedi figure 3 e 4). In alcune realizzazioni, è prevista un'unica base 18 per sottomatrice 16, condivisa da tutte le sezioni 17 che compongono quest 'ultima. In alcune realizzazioni, la base 18 è strutturalmente distinta per ogni sezione 17.

La figura 3 illustra una vista sezionata di una sottomatrice a celle solari 16 che illustra una sezione 17 sulla base 18. In questa realizzazione, la sezione 17 comprende una lastra 320 con una matrice 2 x 7 di lenti di Fresnel (20a-20j illustrate in figura), una matrice 2 x 7 di elementi ottici secondari ("SOE", dei quali è illustrato un esempio, come elemento 201) ed una matrice 2 x 7 di ricevitori a cella solare 19 (quattordici dei quali sono illustrati in figura, compresi gli elementi 19a~19j) . In alcune realizzazioni, la lastra 320 è un pannello di plastica integrale e ciascuna lente di Fresnel (ad esempio gli elementi 20a-20j) definisce un quadrato di circa 22,86 centimetri {9 pollici) di lato. Nella realizzazione illustrata, ciascuna lente di Fresnel (ad esempio 20b) ed il ricevitore (ad esempio 19b) e il SOE (ad esempio 201) associati, sono allineati in modo che la luce concentrata dalla lente venga captata in modo ottimale dalla cella solare dell'associato ricevitore. Nella realizzazione illustrata, la sezione 17 è distinta dalle altre della base 18 per mezzo di un divisorio 301 (eventualmente perforato). La base 18 ha l'ulteriore funzione di dissipare il calore proveniente dai ricevitori, e più in particolare dalle singole celle solari.

La figura 4 illustra in maggior dettaglio un ricevitore 19b. Il ricevitore 19b comprende una piastra 203, una scheda a circuito stampato ("PCB") 204, un SOE 201 ed un elemento di sostegno 202. La piastra 203 accoppia il ricevitore 19b alla base 18 (vedi figure 2 e 3). In alcune realizzazioni, la piastra 203 è realizzata con un materiale ad alta conducibilità termica, così che il calore proveniente dalla PCB 205 (comprendente, ad esempio, una cella solare ed un diodo di bypass) possa disperdersi in modo efficiente. In alcune realizzazioni, la piastra 203 è realizzata in alluminio. In alcune realizzazioni, la PCB 204 è costituita da una scheda in materiale ceramico con tracce elettriche stampate.

L'elemento di sostegno 202, che è accoppiato alla piastra 203 in due punti, forma un ponte di allineamento del SOE 201 con la cella solare del PCS 204. Il SOE 201 raccoglie la luce proveniente dalla lente associata 20 e la concentra nella cella solare posta sulla PCB 204. In alcune realizzazioni, ciascun ricevitore a cella solare 19 è provvisto di un corrispondente SOE 201. Il SOE 201 presenta un ingresso ottico 201a ed un'uscita ottica {affacciata alla PCB 204) ed un corpo 201b. Il SOE 201 è montato in posizione tale che l'uscita ottica sia posta sopra la cella solare della PCB 204. In alcune realizzazioni, il SOE 201 presenta una sezione sostanzialmente quadrata, ed è rastremato dall'ingresso 201a all'uscita. La superficie interna 20lc del SOE riflette la luce verso il basso in direzione dell'uscita. In alcune realizzazioni, la superficie interna 201c è rivestita d'argento o di altro materiale ad alto potere riflettente. Il percorso dall'ingresso ottico 201a all'uscita ottica forma un canale ottico rastremato atto a captare l'energia solare proveniente dalla lente 20 corrispondente e a guidarla fino alla cella solare.

In una realizzazione particolare, illustrata nella vista in pianta della figura 5, la sottomatrice 16 presenta un'altezza di circa 7,5 m (direzione y) ed una larghezza di 1,8 m (direzione x) e comprende sezioni 17 provviste ciascuna di una matrice 2 x 7 di lenti di Fresnel 20 e ricevitori 19 (vedi figure 3 e 4). Ogni ricevitore 19 produce oltre 13 watt di corrente continua in condizione di completo irraggiamento solare con spettro solare pari a AM 1.5. I ricevitori sono collegati tra loro mediante cavi elettrici in parallelo o in serie, così che il totale dei 182 ricevitori di un'intera sottomatrice 16 possa produrre oltre 2500 watt di corrente continua di picco. Le singole sottomatrici sono a loro volta collegate in serie, in modo che una tipica matrice (ad esempio l'elemento 10) possa produrre oltre 25 kW di potenza.

Un motore fornisce l'azionamento per ruotare l'elemento llb rispetto all'elemento Ila, ed un altro motore fornisce l'azionamento per ruotare la traversa 14 (e quindi il telaio di supporto 15) rispetto al supporto centrale 11 attorno al proprio asse longitudinale. Sono altresì previsti mezzi di controllo (ad esempio disposti nel meccanismo di azionamento 100 di cui alla figura 1) per controllare la rotazione dell'elemento llb rispetto all'elemento Ila, e per controllare la rotazione della traversa 14 (e del telaio di supporto 15) attorno al proprio asse in modo da garantire che la superficie esterna piana di ciascuna delle sezioni 17 comprendenti le lenti di Fresnel 20 sia ortogonale ai raggi del sole. In alcune realizzazioni , il mezzo di controllo è una macchina gestita da computer, mediante un software che controlla i motori in funzione dell'azimut e dell'altezza del sole rispetto al sistema. In alcune realizzazioni, ciascuna delle lenti di Fresnel 20 concentra i raggi solari in entrata sulla cella solare in un associato ricevitore (ad esempio indicato con I9b) con un fattore di oltre 500X, favorendo così la conversione della luce solare in elettricità con un'efficienza di conversione superiore al 37%. In alcune realizzazioni, la concentrazione è pari a 520X .

In alcune realizzazioni, il sistema ottico è rifrattivo e utilizza una lente di Fresnel acrilica per ottenere una concentrazione 520X con un f# di circa 2. Un angolo di accettazione per una singola cella/sistema ottico è -1,0 gradi. L'efficienza del sistema ottico in condizioni di irraggiamento solare è pari al 90% con l'angolo di accettazione definito in un punto in cui l'efficienza del sistema si riduce di non oltre il 10% rispetto al proprio valore massimo. Alcune realizzazioni, invece, possono definire un diverso angolo di accettazione, ad esempio /- 0,1 gradi. In alcune realizzazioni, ogni cella solare è assemblata in un package ceramico che comprende un diodo di bypass ed un connettore a due poli distanziati. In alcune realizzazioni, 182 celle sono configurate in una sottomatrice. Il numero di celle in una sottomatrice è specificato affinché, in condizioni di massima illuminazione, l'insieme delle tensioni non superi le specifiche di esercizio dell'inverter.

Ulteriori dettagli di un esempio di realizzazione del ricevitore sono descritti nella domanda di brevetto US 11/849,033 depositata il 31 agosto 2007, qui integrata a titolo di riferimento.

Ulteriori dettagli di un esempio di realizzazione della struttura a semiconduttori del ricevitore a cella solare a giunzione tripla a semiconduttori di composti III-V (ad esempio indicato con 19) sono descritti nella domanda di brevetto US 12/020,283 depositata il 25 gennaio 2008, qui integrata a titolo di riferimento.

Realizzazioni di un metodo di assemblaggio di una matrice terrestre di celle solari

La figura 6A illustra una realizzazione di un metodo di assemblaggio di una matrice terrestre di celle solari (ad esempio la realizzazione della figura 1C). Prima di dare inizio all'assemblaggio, viene scelto il sito di installazione della matrice (600). Nel processo di selezione del sito possono essere utili vari fattori, come l'esposizione alla luce e all'ombra.

Una volta scelto un sito opportuno, viene posta in opera una fondazione per la matrice (601). La fondazione può essere progettata e realizzata in modo opportuno per ciascun sito. A seconda delle condizioni del sitorsi può rendere necessario un ulteriore rinforzo, ad esempio in risposta a specifiche condizioni topografiche e di composizione del terreno. Le figure 6B e 6C illustrano una realizzazione di una fondazione 6Ola. In questa realizzazione, la fondazione 601a è dimensionata in modo da definire un quadrato dal lato di circa 4.26 metri {14 piedi) .

Nella realizzazione illustrata nelle figure 6B e 6C, la fondazione 601a è realizzata in cemento gettato in opera, avente una resistenza alla compressione pari ad almeno circa 2.7 x IO<4>kPa (4000 PSI) dopo 28 giorni di maturazione. In questa realizzazione, i bordi scoperti di cemento presentano uno smusso di 1,9 cm (3/4 di pollice). La fondazione 601a può comprendere acciaio d'armatura realizzato e posto in opera conformemente ai requisiti del Regolamento Edilizio Internazionale e del Manuale delle Normative (ad esempio, ACI 31 5-99) . I bulloni di ancoraggio 601b incassati nella fondazione 601a possono essere ASTM F1554 di qualità 55 (o equivalenti) con dadi esagonali ASTM A563 e rondelle ASTM A436.

Come illustrato nella figura 6A, il blocco successivo (602) si riferisce al montaggio della traversa 14 sul supporto centrale (Ila, llb) e al fissaggio dei bracci inclinati 14a. Come illustrato nella figura 6D, la traversa 14 è fissata all'elemento interno llb con bulloni 602d. I bracci inclinati 14a vengono fissati con un'estremità alle estremità opposte della traversa 14 presso i punti di fissaggio 602a e 602c. I punti di fissaggio 602a e 602c possono comprendere, ad esempio, una combinazione di dadi e bulloni. L'altra estremità di ciascun braccio inclinato 14 si fissa all'elemento interno llb presso i punti di fissaggio 602b (uno solo dei quali è visibile in questa prospettiva).

A questo punto, sulla fondazione 601a viene installato il supporto centrale (Ila, llb) (blocco 603). Il supporto centrale (Ila, llb) è illustrato in condizione installata sulla fondazione 6Ola nella figura 6E. In alcune realizzazioni, il supporto centrale (Ila, llb) presenta degli indicatori di allineamento che vanno allineati con gli indicatori di allineamenti posti sulla fondazione 601a per indicare la direzione sud. In alcune realizzazioni, il supporto centrale (Ila, llb) è livellato e messo a piombo, nonché fissato ai bulloni strutturali (601b nella figura 6C) con rondelle piane e dadi strutturali.

A questo punto, per consentire la rotazione dell'elemento interno llb rispetto all'elemento esterno Ila, viene allineata ed installata la scatola degli ingranaggi 604a (blocco 604).

In alcune realizzazioni, il telaio di supporto 15 è realizzato in due parti. In tali realizzazioni, dette due parti vanno assemblate tra loro (blocco 605). La figura 6F illustra un telaio di supporto 15 costituito da due parti (605a e 605b) assemblate.

Ora, il telaio di supporto 15 viene montato sulla traversa 14 (blocco 606). Come illustrato nella figura 6G, la traversa viene accoppiata agli elementi paralleli 150b (vedi figura 1B) del telaio di supporto 15 in corrispondenza dei punti di montaggio 606a e 606c. I punti di montaggio possono comprendere, ad esempio, una combinazione di dadi e bulloni.

Per una più agevole inclinazione della matrice di celle solari con varie angolazioni, viene poi installato un martinetto a vite (blocco 607) . Come illustrato nella figura 6G, il martinetto a vite 607a viene accoppiato alla traversa 14 e al telaio di supporto 15. Il martinetto a vite 607a si accoppia a telaio di supporto 15 presso il punto di fissaggio 607b. In questa realizzazione, il punto di fissaggio 607b comprende un elemento sostanzialmente cilindrico che consente di variare l'angolazione del telaio di supporto 15 in risposta ad una traslazione del martinetto a vite 607a in direzione sostanzialmente verticale .

A questo punto, sul telaio di supporto 15 vengono installate le sottomatrici (ad esempio indicate con 16) (blocco 608). Per l'installazione si possono utilizzare, ad esempio, bulloni strutturali passanti per il telaio di supporto e destinati ad accoppiarsi con le singole sottomatrici 16. In alcune realizzazioni, per una più agevole installazione delle sottomatrici, il martinetto a vite 607a è regolato in modo che il telaio 15 sia allineato in direzione sostanzialmente orizzontale (ad esempio entro /- 5 gradi) con la superficie di montaggio della fondazione 601a. la figura 6H illustra una vista schematica della matrice 10 comprendente le sottomatrici 16, a ciascuna delle quali è assegnato un numero identificativo, da uno a dieci. La tabella della figura 6H illustra una realizzazione di un possibile ordine di installazione delle matrici 16, tale da garantire il mantenimento dell'equilibrio della struttura. Come illustrato in figura, l'installazione ha inizio con la matrice cinque, e prosegue in sequenza con la matrice sei, la matrice quattro, la matrice sette, la matrice tre, la matrice otto, la matrice due, la matrice nove, la matrice uno e la matrice dieci. In un'ulteriore realizzazione, l'installazione ha inizio con la matrice sei, e prosegue in sequenza con la cinque, la sette, la quattro, la otto, la tre, la nove, la due, la dieci e la uno.

Sebbene i blocchi della figura 6A siano presentati in un ordine particolare, tale ordine non è essenziale. Potrà inoltre essere prevista l'aggiunta di ulteriori blocchi interposti tra i blocchi presentati, o antecedenti o successivi agli stessi. Ad esempio, in alcune implementazioni, i blocchi potranno essere ordinati in uno dei seguenti modi:

(a) 600 601, 603, 602, 604, 605, 606, 607, 608

(b) 600, 601, 602, 604, 603, 605, 606, 607, 608

(c) 605, 600, 601, 602, 603, 604, 606, 607, 608

(d) 600, 605, 601, 602, 603, 604, 606, 607, 608

(e) 600, 601, 603, 604, 602, 605, 606, 607, 608.

Altre realizzazioni si intenderanno pertanto incluse nell'ambito definito dalle rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di assemblaggio di un sistema a matrice di celle solari fotovoltaiche a concentratore atto a produrre energia dal sole, il sistema comprendendo un supporto centrale avente un primo elemento stazionario ed un secondo elemento, ed una prima estremità di base del secondo elemento essendo montata all'interno del primo elemento, il secondo elemento estendendosi dal primo elemento, montabile al suolo, il sistema comprendendo altresì una coppia di bracci inclinati che si dipartono rispettivamente dall'estremità di base del secondo elemento, un telaio di supporto portato dalla coppia di bracci inclinati ed una traversa accoppiata ad una seconda estremità opposta del secondo elemento, essendo il telaio di supporto girevole rispetto al supporto centrale; il sistema comprendendo inoltre un martinetto a vite accoppiato alla traversa e al telaio di supporto, un primo attuatore atto a ruotare il martinetto a vite, ed una matrice piana sostanzialmente rettangolare di celle solari comprendente una pluralità di sottomatrici di celle solari concentratrici a giunzione tripla a semiconduttori di composti III - V montati sul telaio di supporto ed un secondo attuatore atto a ruotare il supporto centrale e il telaio di supporto, il metodo comprendente le seguenti fasi: posa in opera di una fondazione in cemento su una superficie del terreno; installazione del supporto centrale con il montaggio del primo elemento con orientamento sostanzialmente perpendicolare alla fondazione di cemento ed installazione del secondo attuatore al fine di agevolare la rotazione del secondo elemento rispetto al primo elemento e di consentire l'inseguimento solare da parte della matrice di celle solari ; accoppiamento della traversa al supporto centrale; accoppiamento della coppia di bracci inclinati alla traversa e al supporto centrale per garantire il supporto strutturale della traversa; accoppiamento del telaio di supporto alla traversa, il telaio di supporto comprendendo un primo insieme di telaio cui sono accoppiabili una o più sottomatrici di celle solari ; accoppiamento di una o più sottomatrici di celle solari a formare una matrice di celle solari; e installazione del martinetto a vite e del primo attuatore per agevolare la regolazione dell’inclinazione della matrice di celle solari rispetto alla superficie del terreno e realizzare l'inseguimento solare.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la predisposizione di un secondo insieme di telaio accoppiato ortogonalmente al primo insieme di telaio, essendo il secondo insieme di telaio atto ad aumentare la rigidità del primo insieme di telaio.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui il secondo insieme di telaio comprende una travatura.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui le sottomatrici di celle solari sono accoppiate al primo insieme di telaio in modo tale che il secondo insieme di telaio risulti montato al di sopra del centro verticale della matrice di celle solari.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui l'accoppiamento della traversa al supporto centrale avviene prima dell'accoppiamento della traversa al supporto centrale .
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il telaio di supporto è realizzato in due metà, detto metodo comprendendo la seguente fase: assemblaggio delle due metà del telaio di supporto.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo insieme di telaio viene accoppiato in modo da trovarsi disposto lungo la dimensione perpendicolare maggiore della matrice di celle solari.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui il secondo insieme di telaio viene accoppiato in modo da trovarsi disposto lungo la dimensione perpendicolare maggiore della matrice di celle solari.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo insieme dì telaio comprende dieci posizioni di montaggio, ciascuna atta ad alloggiare una sottomatrice di celle solari .
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui le dieci posizioni di montaggio sono ordinate in sequenza da un'estremità del primo insieme di telaio all'estremità opposta del primo insieme di telaio, ed in cui l'accoppiamento delle sottomatricì di celle solari al primo insieme di telaio comprende le seguenti fasi: installazione di un primo sottoinsieme di celle solari in corrispondenza di una quinta posizione di montaggio e installazione di un secondo sottoinsieme di celle solari in corrispondenza di una sesta posizione di montaggio; e successivamente, installazione di una terza sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una quarta posizione di montaggio ed installazione di una quarta sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una settima posizione di montaggio; e successivamente, installazione di una quinta sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una terza posizione di montaggio ed installazione di una sesta sottomatrice di celle solari in corrispondenza di un'ottava posizione di montaggio; e successivamente, installazione di una settima sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una seconda posizione di montaggio ed installazione di un'ottava sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una nona posizione di montaggio; e successivamente, installazione di una nona sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una prima posizione di montaggio ed installazione di una decima sottomatrice di celle solari in corrispondenza di una decima posizione di montaggio.