ITMI20100222U1 - Sistema fotovoltaico con mezzi di raffreddamento - Google Patents

Description

SISTEMA FOTOVOLTAICO CON MEZZI DI RAFFREDDAMENTO

Il presente trovato riguarda un sistema fotovoltaico, tipicamente per coperture di tetti di edifici civili o industriali, ed in particolare un sistema fotovoltaico provvisto di mezzi attivi di raffreddamento.

E noto che l'energia solare può essere raccolta e trasformata in altre forme di energia, in particolare energia termica ed energia elettrica. Nel caso della conversione in energia elettrica, è sempre più diffuso l'impiego di pannelli fotovoltaici, che consentono una conversione diretta dell'energia solare.

I pannelli fotovoltaici tendono a surriscaldarsi durante il loro funzionamento, sia per effetto dell'irraggiamento che a causa dei componenti elettrici in essi installati, e ciò è dannoso per il loro funzionamento poiché, come noto, il rendimento di conversione dei pannelli fotovoltaici diminuisce all'aumentare della temperatura.

Per risolvere questo problema sono stati sviluppati nel tempo sistemi fotovoltaici provvisti di mezzi di raffreddamento sia di tipo attivo che passivo.

Il brevetto US 6750392 descrive, ad esempio, un sistema fotovoltaico comprendente una pluralità di pannelli disposti in una relazione distanziata con la copertura alla quale sono applicati in modo da formare con essa un'intercapedine. Nell'intercapedine sono disposti dei profili aerodinamici atti ad incanalare un flusso d'aria ambiente verso le superfici inferiori dei pannelli fotovoltaici, consentendo così di ottenere il loro raffreddamento per scambio convettivo e conseguentemente un aumento dell'efficienza di conversione dell'energia solare.

Un raffreddamento di tipo attivo prevede invece una ventilazione forzata dell'intercapedine presente tra i pannelli fotovoltaici e la copertura alla quale essi sono applicati. La ventilazione forzata aumenta lo scambio termico convettivo in corrispondenza delle superfici inferiori dei pannelli fotovoltaici, e dunque la loro efficienza di conversione dell'energia solare.

Esempi di sistemi fotovoltaici provvisti di mezzi attivi di raffreddamento sono noti, ad esempio, dalle pubblicazioni brevettuali JP 2001059655 A2 e JP 09235845 A2, che descrivono edifici comprendenti sistemi di ventilazione centralizzati atti a far circolare flussi d'aria fresca nell'intercapedine presente tra i pannelli e la copertura alla quale essi sono applicati. L'aria calda estratta dall'intercapedine può essere liberamente scaricata nell'ambiente, oppure essere riutilizzata previo passaggio attraverso scambiatori di calore, consentendo così il riscaldamento degli ambienti interni dell'edificio.

I sistemi fotovoltaici provvisti di mezzi attivi di raffreddamento di tipo centralizzato sono estremamente complessi e costosi in quanto richiedono l'installazione di lunghe tubazioni ed unità di ventilazione di grandi dimensioni, necessarie per compensare le perdite di carico lungo il percorso dell'aria. Inoltre, i mezzi attivi di raffreddamento di tipo centralizzato sono difficilmente adattabili a sistemi fotovoltaici già esistenti, in quanto prevedono la realizzazione di uno o più circuiti chiusi comprendenti almeno un'unità di ventilazione centralizzata, tubazioni ed una pluralità di aperture di ingresso e uscita per il collegamento delle tubazioni all'intercapedine tra i pannelli fotovoltaici e la copertura. Questo richiede spazi dedicati e notevoli interventi di sigillatura e coibentazione lungo il perimetro dell'intercapedine.

Scopo del presente trovato è pertanto quello di fornire un sistema fotovoltaico provvisto di mezzi attivi di raffreddamento esente da tali inconvenienti. Detto scopo viene conseguito con un sistema fotovoltaico le cui caratteristiche principali sono specificate nella prima rivendicazione, mentre altre caratteristiche sono specificate nelle restanti rivendicazioni.

II sistema fotovoltaico secondo il trovato prevede il posizionamento dei mezzi attivi di raffreddamento direttamente nell'intercapedine presente tra i pannelli fotovoltaici e la copertura di un tetto alla quale essi sono applicati. Questa disposizione consente una notevole riduzione delle dimensioni e dei costi dei mezzi attivi di raffreddamento, in quanto non è necessario installare lunghe tubazioni e le perdite di carico nel percorso di flusso dell'aria sono sostanzialmente nulle. Inoltre, i mezzi di raffreddamento risultano fortemente semplificati, riducendosi in pratica ad una o più ventole che richiedono unicamente una serie di collegamenti elettrici e meccanici.

La disposizione delle ventole rispetto ai pannelli fotovoltaici può essere studiata in funzione del tipo di copertura alla quale i pannelli sono applicati. Ad esempio, nel caso in cui la copertura sia costituita da una pluralità di pannelli modulari, essa presenta tipicamente una pluralità di rilievi longitudinali che suddividono l'intercapedine in una pluralità di canali tra loro sostanzialmente paralleli. In questo caso è molto vantaggioso disporre almeno una ventola in ogni canale, consentendo così di sfruttare al meglio la disposizione degli spazi di ventilazione.

Un altro vantaggio offerto dal trovato è che le ventole possono essere utilizzate in combinazione con mezzi di intercettazione del flusso che consentono di regolare il flusso d'aria generato dalle ventole.

Il sistema fotovoltaico secondo il trovato può inoltre comprendere uno o più sensori di temperatura, umidità e/o flusso, rendendo così possibile il controllo delle ventole e/o dei mezzi di intercettazione in funzione dei parametri che maggiormente influenzano il rendimento di conversione dei pannelli fotovoltaici.

Ancora un altro vantaggio offerto dal trovato è che la ventilazione dell'intercapedine avviene in un sistema aperto, ovvero l'intercapedine tra i pannelli e la copertura non è sigillata come nel caso dei sistemi di ventilazione centralizzati, ma è aperta lungo il perimetro consentendo di sfruttare contemporaneamente i vantaggi della ventilazione forzata e quelli della ventilazione naturale.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del sistema fotovoltaico secondo il presente trovato risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di alcune sue forme realizzative con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica schematica che mostra un sistema fotovoltaico secondo il trovato;

la figura 2 mostra una sezione longitudinale presa lungo la linea Π-Π di figura 1; e la figura 3 è una vista in dettaglio che mostra una forma realizzativa del trovato nella quale una ventola è combinata con i mezzi di intercettazione del flusso d'aria.

Facendo riferimento alle figure 1 e 2, il sistema fotovoltaico 1 secondo il trovato comprende una pluralità di pannelli fotovoltaici 2 installati sulla copertura 3, ad esempio di un tetto di un edificio (non mostrato). La copertura 3 può, ad esempio, comprendere una pluralità di elementi modulari 4 eventualmente provvisti di uno strato coibentato.

Come mostrato in particolare in figura 2, i pannelli fotovoltaici 2 possono essere applicati alla copertura 3, ad esempio, mediante un telaio 5 comprendente una pluralità di elementi longitudinali 5a e trasversali 5b fissati alla copertura 3, definendo così con essa un'intercapedine 6 che può essere sfruttata per ventilare in modo naturale o forzato le superfici inferiori dei pannelli fotovoltaici 2. In alternativa, i pannelli fotovoltaici 2 potrebbero essere singolarmente fissati alla copertura 3 mediante una pluralità di piedini atti a mantenerli ad una distanza prestabilita da essa.

Più in generale, i pannelli fotovoltaici 2 sono montati sulla copertura 3 in una relazione distanziata da essa, in modo da definire con essa l'intercapedine 6 di ventilazione.

II sistema fotovoltaico 1 comprende inoltre mezzi attivi di raffreddamento atti a consentire la circolazione forzata di un flusso d'aria nell'intercapedine 6. I mezzi attivi di raffreddamento comprendono una o più ventole 7 direttamente disposte nell'intercapedine 6. Questa disposizione consente una notevole riduzione delle dimensioni e dei costi dei mezzi attivi di raffreddamento, in quanto a differenza dei mezzi di raffreddamento centralizzati non è necessario installare lunghe tubazioni e le perdite di carico nel percorso di flusso dell'aria attraverso l'intercapedine sono sostanzialmente trascurabili. Inoltre, i mezzi di raffreddamento risultano fortemente semplificati, riducendosi in pratica alle sole ventole 7 che richiedono unicamente una serie di collegamenti elettrici e meccanici (non mostrati).

II flusso d'aria generato dalla o dalle ventole 6, indicato nelle figure dalle frecce A, attraversa l'intercapedine 6, favorendo lo scambio convettivo in corrispondenza delle superfici inferiori dei pannelli fotovoltaici 2 e consentendo così di mantenere la loro temperatura di funzionamento entro valori prestabiliti per massimizzarne il rendimento.

Nella forma realizzativa mostrata nelle figure 1 e 2, gli elementi modulari 4 che formano la copertura 3 comprendono una pluralità di rilievi 4a che si sviluppano in una direzione longitudinale, suddividendo così l'intercapedine 6 in una pluralità di canali longitudinali 6a tra loro sostanzialmente paralleli.

Il sistema fotovoltaico 1 comprende in questo caso preferibilmente una pluralità di ventole 7, disposte ciascuna in corrispondenza di un canale 6a. In questo modo è possibile massimizzare il flusso d'aria che lambisce le superfici inferiori dei pannelli fotovoltaici 2 sfruttando i percorsi naturali di flusso definiti dai canali 6a.

Come mostrato nella forma realizzativa illustrata nelle figure 1 e 2, le ventole 7 sono preferibilmente disposte in corrispondenza di un'estremità dei canali 6a. Questa disposizione agevola notevolmente il montaggio delle ventole 7 e ne consente l'installazione anche nel caso di un sistema fotovoltaico già esistente.

Più in generale, le ventole 7 sono preferibilmente disposte lungo il perimetro dell'intercapedine 6 ed orientate in modo da estrarre l'aria calda presente in essa, creando così una depressione sostanzialmente uniforme che consente allo stesso tempo di richiamare un flusso d'aria fresca dall'ambiente circostante.

La posizione delle ventole 7 lungo il perimetro dell'intercapedine 6 viene definita in funzione del tipo di copertura 3 e della disposizione dei pannelli fotovoltaici 2 rispetto ad essa.

Ad esempio, con particolare riferimento alla forma realizzativa mostrata nelle figure 1 e 2, si nota che l'intercapedine 6 comprende non solo una pluralità di canali longitudinali 6a definiti dai rilievi 4a dagli elementi modulari 4, ma anche una pluralità di canali longitudinali 6b e trasversali 6c definiti dagli elementi longitudinali 5a e trasversali 5b del telaio 5. Si può dunque prevedere il montaggio delle ventole 7 non solo a livello della copertura 3 alle estremità dei canali 6a, ma anche a livello del telaio 5 in corrispondenza dei canali longitudinali 6b e trasversali 6c da esso definiti.

Anche in questo caso, per i motivi sopra esposti, è preferibile disporre le ventole 7 in corrispondenza delle estremità dei canali longitudinali 6b e trasversali 6c.

La posizione delle ventole 7 lungo il perimetro dell'intercapedine 6 può inoltre essere definita in funzione della pendenza del tetto e quindi della copertura 3. In questo caso infatti può essere vantaggioso disporre le ventole 7 del sistema fotovoltaico 1 in corrispondenza della sommità della copertura 3, sfruttando così la naturale tendenza a salire dell'aria calda presente nell'intercapedine 6.

Il sistema fotovoltaico 1 secondo il trovato può inoltre comprendere mezzi 8 atti ad intercettare e regolare il flusso d'aria movimentato dalle ventole 7 nell'intercapedine 6. I mezzi di intercettazione 8 possono ad esempio comprendere una pluralità di alette 8a mobili da una posizione di apertura ad una posizione di chiusura.

Facendo ora riferimento alla figura 3, i mezzi di intercettazione 8 possono essere vantaggiosamente combinati con le ventole 7 in modo da formare unità modulari che consentono allo stesso tempo di movimentare un flusso d'aria e di regolarne la portata. Sempre con riferimento alla figura 3, in una forma realizzativa del trovato i mezzi di intercettazione 8 possono inoltre vantaggiosamente comprendere un elemento convergente 8b atto ad accelerare il flusso d'aria in uscita dall'intercapedine 6. In questo caso la ventola 7 è disposta nella porzione di collo dell'elemento convergente 8b, ovvero in corrispondenza della sezione di massima velocità del flusso d'aria.

E chiaro che le forme realizzative del sistema fotovoltaico secondo il presente trovato costituiscono solo esempi suscettibili di numerose varianti. Ad esempio, il sistema fotovoltaico può comprendere uno o più sensori di temperatura, umidità e/o flusso 9 disposti nell'intercapedine 6 e collegati ad un'unità remota di controllo (non mostrata), consentendo così la regolazione del funzionamento delle ventole 7 e/o dei mezzi di intercettazione 8 in funzione dei parametri che maggiormente influenzano l'efficienza di conversione dell'energia dei pannelli fotovoltaici 2.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema fotovoltaico (1) comprendente una pluralità di pannelli fotovoltaici (2) atti ad essere montati su una copertura (3) in una relazione distanziata da essa, definendo così un'intercapedine (6), e mezzi attivi di raffreddamento (7) atti a far circolare un flusso d'aria (A) attraverso detta intercapedine (6), caratterizzato dal fatto che detti mezzi attivi di raffreddamento (7) comprendono una o più ventole (7) disposte al di sotto di detti pannelli fotovoltaici (2) direttamente nell'intercapedine (6).
2. 2. Sistema fotovoltaico secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette una o più ventole (7) sono disposte lungo il perimetro dell'intercapedine (6) e sono orientate in modo da estrarre l'aria calda presente in essa.
3. 3. Sistema fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che quando la copertura (3) è costituita da una pluralità di elementi modulari (4) comprendenti una pluralità di rilievi (4a) che si sviluppano in una direzione longitudinale, detti rilievi (4a) suddividendo l'intercapedine (6) in una pluralità di canali longitudinali (6a), le ventole (7) sono disposte in detti canali longitudinali (6a).
4. 4. Sistema fotovoltaico secondo le rivendicazioni 2 e 3, caratterizzato dal fatto che le ventole (7) sono disposte ad un'estremità dei canali longitudinali (6a).
5. 5. Sistema fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i pannelli fotovoltaici (2) sono provvisti di un telaio (5) per l'applicazione alla copertura (3) comprendente una pluralità di elementi longitudinali (5a) e trasversali (5b), detti elementi longitudinali (5a) e trasversali (5b) rispettivamente definendo nell'intercapedine (6) una pluralità di canali longitudinali (6b) e trasversali (6c), e dal fatto che le ventole (7) sono disposte in detti canali longitudinali e trasversali (6b, 6c).
6. 6. Sistema fotovoltaico secondo le rivendicazioni 2 e 5, caratterizzato dal fatto che le ventole (7) sono disposte ad un'estremità dei canali longitudinali e trasversali (6b, 6c).
7. 7. Sistema fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi (8) di intercettazione del flusso atti ad intercettare e regolare il flusso d'aria (A) movimentato dalle ventole (7) neH'intercapedine (6).
8. 8. Sistema fotovoltaico secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di intercettazione (8) sono combinati con le ventole (7) in modo da formare unità modulari atte a movimentare un flusso d'aria (A) ed a regolarne la portata.
9. 9. Sistema fotovoltaico secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che i mezzi di intercettazione (8) comprendono una pluralità di alette (8a) mobili da una posizione di apertura ad una posizione di chiusura.
10. 10. Sistema fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che i mezzi di intercettazione (8) comprendono inoltre un elemento convergente (8b) atto ad accelerare il flusso d'aria in uscita dall'intercapedine (6)·
11. 11. Sistema fotovoltaico secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre uno o più sensori (9) di temperatura, umidità e/o flusso, detti sensori (9) essendo disposti neH'intercapedine (6) e collegati ad un'unità remota di controllo atta a controllare il funzionamento delle ventole (7) e/o dei mezzi di intercettazione (8) in funzione dei parametri rilevati dai sensori (9).