ITMI20101847A1 - Apparato inseguitore per captare energia solare e relativo meccanismo di movimentazione di un asse - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal titolo;

"APPARATO INSEGUITORE PER CAPTARE ENERGIA SOLARE E RELATIVO MECCANISMO DI MOVIMENTAZIONE DI UN ASSE."

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un apparato inseguitore per captare energia solare e al relativo meccanismo di movimentazione.

L’invenzione in oggetto viene vantaggiosamente impiegata per effettuare un inseguimento del sole durante la rotazione terrestre attorno al proprio asse al fine di permettere a dei pannelli o collettori di energia di captare con massima efficacia ed ottimale orientazione l'energia solare da trasformare in energia elettrica e/o termica.

In particolare, la presente invenzione si riferisce preferibilmente ma non limitatamente ad un apparato inseguitore solare del tipo a movimentazione a due assi o gradi di libertà, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità. In particolare l’invenzione utilizza un particolare tipo di meccanismo di movimentazione impiegato in almeno uno degli assi di rotazione.

TECNICA NOTA

In generale, con il termine di inseguitore solare (in inglese solar tracker o sun tracker) si intende un apparato elettromeccanico atto ad orientare favorevolmente rispetto ai raggi del sole uno o più pannelli fotovoltaici, uno o più pannelli solari termici oppure un concentratore solare, e che pertanto viene vantaggiosamente impiegato per “inseguire” il sole durante il movimento rotatorio della terra attorno al proprio asse in modo da massimizzare la captazione di energia luminosa e/o termica.

Attualmente, esistono due tipologie di inseguitori solari, uno definito sistema a movimentazione di rotazione a singolo asse o ad un grado di libertà ed uno definito sistema a movimentazione a due assi di rotazione o a due gradi di libertà. Gli inseguitori solari a singolo asse o ad un singolo grado di libertà sono atti ad inseguire il sole nel movimento rotatorio della terra da Est a Ovest (detti anche inseguitori di tilt o beccheggio), oppure da Nord a Sud lungo la volta celeste (inseguitori di rollio), oppure rispetto all’asse detto di Zenith-Nadir (inseguitori azimutali) e fanno compiere a rispettivi collettori di energia solare un movimento di rotazione rispetto ad un unico asse.

Tali inseguitori si prestano in applicazioni come il fotovoltaico oppure per i sistemi a concentrazione lineare mediante paraboloidi ed in generale presentano strutture più semplici da un punto di vista meccanico in quanto necessitano di un sistema di movimentazione singolo che può essere basato su servomeccanismi oppure su sistemi di movimentazione di tipo idraulico.

Gli inseguitori del tipo a due assi o a due gradi di libertà invece si prefiggono di allineare perfettamente e in tempo reale i pannelli con i raggi solari permettendo di inseguire il sole nel movimento relativo della terra sia rispetto ad un piano azimutinale o orizzontale sia rispetto ad una elevazione verticale, permettendo così di avere collettori di energia sempre efficacemente disposti perpendicolari rispetto al sole. Nel caso di utilizzo di collettori a pannelli fotovoltaici, il rendimento annuale degli inseguitori a singolo asse è del 10-15% maggiore rispetto a pannelli insellati in modo fisso. Nel caso di inseguitori a due assi il rendimento rispetto ad installazioni fisse è dell’ordine del 30-40% in termini di maggiore generazione di energia elettrica.

Un vantaggioso impiego degli inseguitori a due assi o gradi di libertà è nel campo del fotovoltaico concentrato, il quale permette di utilizzare celle fotovoltaiche ad alta efficienza che ricevono il flusso radiante solare mediante una concentrazione della stessa a mezzo di lenti o altri sistemi focalizzanti. Altre applicazioni nel campo della concentrazione solare che impiegano sistemi di inseguitori a due assi è nei cosiddetti sistemi dish systems, che utilizzano una superficie concava specchiata che focalizza il flusso di luce verso un punto in cui è posta un’unità di conversione elettrica, come ad esempio i motori Stirling.

Un ulteriore campo di impiego è quello di inseguitori a due assi come gli eliostati, termine che individua appunto tali sistemi, i quali montano una superficie specchiata che focalizza la radiazione solare verso una torre ricevente che provvede a convertire per via termoelettrica l’energia solare in energia elettrica e derivati termici, come l’acqua. In sostanza, sono molteplici i campi di applicazione degli inseguitori solari che ne fanno un componente essenziale nella produzione di energia che utilizzano l’energia solare.

Lo stato della tecnica è attualmente caratterizzato da diversi modelli e soluzioni tecniche di inseguitori solari, che nel caso degli inseguitori monoasse si basano su una pluralità o file di moduli o pannelli solari (il cui insieme è detto anche “vela”), i quali pannelli vengono montati in serie e disposti sostanzialmente a matrice su una struttura la cui movimentazione è pilotata da gruppo servomotore in grado di muovere la struttura stessa lungo l’asse di movimentazione. Un inseguitore monoasse di tale tipologia, descritto ad esempio nel Brevetto Statunitense US 6.058.930, prevede di attivare con un unico movimento più file di pannelli solari. Inoltre, la società Array Technologies ha sviluppato un inseguitore molto simile ad una implementazione in particolare della stessa invenzione descritta nel citato brevetto statunitense, pur utilizzando un altro approccio meccanico. Tale inseguitore (chiamato DuraTrack) utilizza un motore il quale fa ruotare un perno al quale è agganciato un braccio che a suo volta fa ruotare una vite senza fine che fa muovere una ruota dentata all’interno della quale vi è l’albero che permette di far ruotare, lungo un asse, un array o file di pannelli: la particolarità di questo inseguitore è che il sistema di movimentazione si adatta a far muovere più array di pannelli posti in distanza dal motore. Ogni array infatti viene mosso per la trasmissione rotatoria indotta dal motore per il tramite di vite senza fine e ruota dentale. Tale inseguitore permette di pilotare numerosi array con un solo motore elettrico, necessitando però un alto livello di ingrassatura e comunque una flessibilità di implementazione limitata al solo inseguitore ad un asse. Come vedremo invece utilizzando il sistema di movimentazione qui presentato sarà possibile implementare tutta una serie di inseguitori con geometrie e caratteristiche peculiari.

Riguardo invece agli inseguitori a due assi, più efficienti dal punto di vista del rendimento della produzione energetica, lo stato dell’arte comprende fondamentalmente sistemi di movimentazione di tipo meccanico o elettromeccanico attraverso un motore che fornisce il movimento orizzontale (azimutale) ed un attuatore meccanico che agisce in combinazione al citato motore e che fa muovere la struttura di supporto dei pannelli al fine di seguire i movimenti del sole in elevazione rispetto all’orizzonte.

Un inseguitore solare a due assi del tipo sopracitato è, ad esempio, descritto nella domanda di brevetto Internazionale PCT WO 2008068369 A1.

Attualmente, gli inseguitori solari a due assi o gradi di libertà del tipo sopradescritto presentano diversi inconvenienti, il principale dei quali è rappresentato dal fatto di avere meccanismi atti alla movimentazione molto complessi e la cui manutenzione comporta laboriose e costose operazioni.

Inoltre, i motori che pilotano il movimento azimutale disposti ed operanti esternamente agli inseguitori stessi, così come gli attuatori meccanici che provvedono ad elevare le strutture di supporto dei moduli fotovoltaici definenti il pannello solare o vela, ancorate agli inseguitori, o dei collettori solare in altezza, posti ed operanti anch'essi esternamente agli inseguitori medesimi.

Ciò fa si che tali componenti meccanici di movimentazione siano costantemente esposti agli agenti atmosferici ed alle intemperie che provocano frequenti danneggiamenti ai componenti stessi, in particolare dovuti all’azione di venti, polveri e pulviscolo nonché della pioggia o neve e che a lungo andare possono creare problemi di affidabilità e che richiedono inoltre periodiche ed onerose manutenzioni. In generale poi, per poter incrementare la capacità di captare energia solare, alcuni inseguitori solari noti presenti sul mercato noti sono provvisti, ciascuno, di una “vela” di grande superficie e dimensioni, e ciò determina una elevata sensibilità ai venti, specificatamente già a partire da velocità di 60km/ora, per cui si rendono necessarie complesse operazioni di messa in posizione di stabilità e sicurezza, in particolare se tali inseguitori vengono posizionati in zone geografiche solitamente ventose.

Un altro inconveniente degli attuali inseguitori specie quelli di grande dimensione è quella di essere costituite da strutture metalliche di grande dimensioni che si prestano scarsamente per essere trasportati su container.

Scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota sopradescritta.

La presente invenzione in particolare è quello di realizzare una soluzione modulare, assemblabile sul campo, e che pertanto si presta ad essere facilmente trasportato permettendo di ridurre i costi di spedizione.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparato inseguitore solare con meccanismi di movimentazione altamente efficienti ma semplificati, la cui manutenzione risulti rapida e che grazie al proprio disegno riduce al minimo la manutenzione, aumentandone l'affidabilità.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparato inseguitore solare a struttura compatta e che integri tutta la strumentazione elettronica, i componenti di motorizzazione e la meccanica all'interno del tronco di supporto, permettendo così di avere un sistema altamente integrato, protetto da polveri e agenti atmosferici, e con inoltre forte riduzione di rischio di eventuali azioni dì sabotaggio o atti vandalici.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparato inseguitore solare che sia dotato di una struttura compatta dotata di una elevata resistenza ai venti e tale quindi da poter essere installata anche in aree o regioni solitamente ventose, come ad esempio in prossimità di mari, laghi o monti.

Un ulteriore scopo dell’invenzione in oggetto è quello di realizzare un apparato inseguitore ad elevata affidabilità e ad alta efficienza di captazione dell’energia solare, ed inoltre con costi di manutenzione ridotti.

E’ da evidenziare che dal momento che il prezzo dei pannelli fotovoltaici in silicio cristallino va attualmente calando a causa della aumentata concorrenza e una maggiore disponibilità di silicio detto solar grade, e alla comparsa di numerose tecnologie dette a thin-film di vario tipo, rende l’utilizzo degli inseguitori piuttosto sconveniente, almeno quelli dello stato dell’arte. Con questa invenzione grazie alle particolarità di impiego degli inseguitori qui presentati, si vuol portare l’utilizzo degli inseguitori ad una maggiore diffusione grazie al loro basso costo atteso e alla capacità di ottimizzare meglio gli spazi a disposizione. Al contempo la corsa per la grid parity, ovvero per la parità di costo tra energia solare e quella fossile richiede anche un maggiore ottimizzazione e produttività degli impianti solari, grazie alla maggiore capacità di generazione elettrica che permette di risparmiare in termini di superficie occupata dal 10% al 40%, a seconda del tipo di inseguitore che si utilizza, rispetto ad installazioni fisse. Inoltre gli inseguitori risultano vantaggiosi se abbinati con pannelli fotovoltaici in silicio cristallino di elevata qualità, che hanno una maggiore efficienza tale da determinare un migliore costo per watt di potenza fotovoltaica montata sull’inseguitore.

Le caratteristiche tecniche dell’invenzione, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue fatta con riferimento alle figure allegate nelle quali viene schematicamente illustrata una preferita ma non limitativa forma di attuazione dell’apparato inseguitore in oggetto, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica, con alcune parti asportate per chiarezza, di una preferita forma di attuazione dell’apparato inseguitore solare in oggetto;

- le figure 2a - 2c illustrano, in scala ingrandita, un componente dell'apparato della figura 1 , rispettivamente in pianta sezionata, in vista frontale e in vista prospettica;

- le figure 3a - 3d illustrano due viste prospettiche, una vista frontale parzialmente sezionata, ed una vista schematica laterale e parzialmente in sezione del componente principale dell’apparato della figura 1 ;

- le figure 3e e 3f illustrano delle viste dì sistema di connessione dell’apparato inseguitore solare ai lati esterni, tra pannelli solari e barre laterali di sostegno dell’apparato

- le figure da 4a a 4c rappresentano rispettivamente delle viste laterali dell’apparato Inseguitore della figura 1 in rispettive tre differenti posizioni operative.

- le figure 5,5a, 5b e 5c rappresentano un'altra forma di attuazione dell’apparato inseguitore il quale utilizza dei mini inseguitori a due assi a loro volta utilizzanti la tecnica contenuta nella presente invenzione;

- la figura 6 illustra un particolare tipo di inseguitore a due assi;

- la figura 6a è un dettaglio del meccanismo di movimentazione dell’inseguitore della figura 6;

- la figura 6b è una vista in sezione di un ulteriore dettaglio del meccanismo di movimentazione dell’inseguitore della figura 6;

- le figure 7,7b e 7c illustrano un tipo dì inseguitore a 2 assi di piccole dimensioni e adatto all’installazione su tetti piani, aventi una pianta circolare.

- la figura 8 illustra un particolare tipo di inseguitore a un asse adatto alle installazioni su tetti piani.

- la figura 8a è una vista di un dettaglio dell’inseguitore visibile nella figura 8;. - la figura 9 visualizza un inseguitore ad un asse adatto per le installazioni a terra e con una minore densità di presenza dei pannelli;

- le figure 10 e 11 rappresentano delle tabelle in cui sono visibili le inclinazioni (in gradi) dei pannelli, per semplicità indicate con IP e dell'altezza del sole (in gradi), per semplicità AS per consentire il cosiddetto backtracking agli inseguitori, rispettivamente, rappresentati nelle figg. 7 e 8, - la figura 12 illustra un grafico cartesiano rappresentante le varie inclinazioni nei casi di tracking e backtracking 2P e 3P, dove l’asse delle ascisse rappresenta l’altezza del Sole in gradi, mentre l’asse delle ordinate rappresenta l’inclinazione in gradi dei pannelli.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

L’apparato inseguitore solare realizzato in accordo con la presente invenzione è preferibilmente a due assi, oppure a singolo asse, può prevedere installazioni varie (a terra, su solaio ecc.), ed in particolare, un cinematismo innovativo che permette la trasmissione del moto in modo da muovere un asse dell’apparato inseguitore, ovvero un movimento di rollio che fa muovere dei pannelli solari in elevazione rispetto all’orizzonte attorno l’asse Nord-Sud o Est-Ovest, a seconda del luogo e dell’orientamento di installazione.

Il cinematismo alla base della presente invenzione è sostanzialmente formato da una struttura tubolare, che può essere a sezione circolare o quadrata/rettangolare o ad angoli smussati, di materiale metallico che presenta la parte apribile in modo da permettere il montaggio degli elementi di seguito indicati. Sui lati destro e sinistro di tale tubo sono presenti ad intervalli regolari dei fori di diametro adeguato, in un numero determinato pari al numero di pannelli solari che si vogliono movimentare. La vela è definita dall’insieme di una pluralità di moduli o pannelli solari disposti, secondo la presente invenzione, uno fianco all’altro a definire una pluralità di file o array di pannelli montati mobili su appositi sistemi di supporto che verranno di seguito descritti. La parte superiore rimovibile del tubo presenta a sua volta dei fori disposti in corrispondenza dei fori della parte inferiore del tubo al fine di permetterne la chiusura. Ma senza perderne efficacia si può dedurre che vi siano diverse soluzioni per costruire detto tubo in modo che sia accessibile e sigillato ovvero a prova di polveri e acqua in modo in modo da proteggere gli ingranaggi e le parti meccaniche ed elettriche.

All’estremità della sezione inferiore del tubo viene posto e fissato un attuatore lineare che può essere di tipo vario, ad esempio elettromeccanico o idraulico.

Per semplicità, nel seguito si farà riferimento all’attuatore elettromeccanico, ma ad un esperto della materia apparirà evidente che è possibile utilizzare un attuatore di tipo idraulico oppure anche pneumatico.

Il braccio di detto attuatore è collegato ad una barra a cremagliera, che può essere un’unica barra oppure essere costituita da un’unione di più barre cremagliere, unite tra loro da appositi giunti o altri sistemi di collegamento, atte però ad avere il risultato di un'unica barra solidale che si muove spinta da un unico attuatore. Tale barra cremagliera può essere fissata alla struttura inferiore o di fondo del tubo secondo diversi sistemi, atti a permettere sia il fissaggio solidale alla barra e sia a permettere alla barra di scorrere in maniera lineare spinta dal braccio dell’attuatore.

In alternativa ad una metodologia nota che fa uso di cuscinetti lineari assiali, viene vantaggiosamente utilizzata una guida di scorrimento sulla quale, con apposito profilo, è inserita la barra cremagliera o i segmenti di cui è composto, e detta barra essendo spinta dall’attuatore.

Tale guida di scorrimento è fissato per mezzo di viti o bulloni o altro meccanismo idoneo alla base inferiore del tubo.

Tale barra, o i segmenti di cui essa è costituita, può presentare dei denti lungo tutta la sua lunghezza oppure presentare dei denti in corrispondenza di determinati punti.

Tali punti o aree di ingranaggio sono in un numero variabile, e si trovano in corrispondenza di fori praticati lungo il tubo cui corrispondono le vele dei pannelli solari o array.

Su detta cremagliera intera o a segmenti e in corrispondenza di ogni area ove presente la dentatura viene posto un pignone di adeguata dimensione, il cui albero è una barra cilindrica che si estende da entrambi i lati del pignone e viene appoggiata su entrambi i fori, del tubo di sostegno.

Ad ogni lato dell’albero viene inserito una boccola (o cuscinetto a sfera), il cui interno è a contatto con l’albero mentre la parte esterna è a contatto con il bordo del foro sul tubo, una rimanente parte dell’albero per ogni Iato rimane sporgente al quale verrà inserito la barra di supporto della struttura di sostegno dei pannelli solari che formano la vela.

La finalità di tale assieme, definito tubo di movimentazione, è che grazie all’attuatore, il cui braccio su istruzione di un sistema di controllo elettronico dell’inseguitore, spinge in avanti o indietro la barra cremagliera e questa attraverso la dentatura fa muovere gli ingranaggi lungo l’asse est-ovest (ma anche sud-nord a secondo dell’implementazione in cui viene impiegato) permettendo così di muovere l’albero nello stesso senso che trasmetterà tale moto alle vele di pannelli. In questo modo con un solo movimento dell'attuatore è possibile movimentare o pilotare più pannelli solari.

Entrando ora in dettaglio, facendo specifico riferimento alle figure allegate 1,2a-2c, 3a-3f,4a-4c, con 100 viene globalmente indicato un apparato inseguitore solare, preferibilmente a due gradi di libertà, atto ad effettuare un inseguimento del sole durante la rotazione terrestre attorno al proprio asse al fine di permettere a dei pannelli o collettori di energia di captare con massima efficacia ed ottimale orientazione l’energia solare da trasformare in energia elettrica e/o termica.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1 e da 4a a 4c, l'apparato 100 comprende una struttura di supporto 1 , la quale posa su un plinto 2 preferibilmente di acciaio ancorato in un blocco di cemento armato 3, immerso a giusta profondità nel terreno oppure superficiale di dimensioni idonee atto a garantire un ottimale fissaggio e stabilità al terreno.

Tale struttura 1 di supporto comprende un tubo 1a cavo e sufficientemente robusto, il quale può essere o a blocco unico chiuso oppure con una sezione aperta per consentire l’accesso all’interno del tubo 1a medesimo in modo tale da permettere l'inserimento di sistemi quali, come si può osservare meglio nella figura 2c, un gruppo del motore elettrico 4, e un motore servoassistito di tipo noto oltre ad eventuali ulteriori componenti elettronici anch’essi noti ed indicati schematicamente ed in linea tratteggiata con il blocco CE nella figura 2c, quali ad esempio una scheda elettronica di controllo, e uno o più inverter di conversione da corrente continua a corrente alternata.

Pertanto, il motore 4 ed i componenti CE vengono disposti all’interno del tubo 1a, e in particolar modo il motore elettrico 4, il cui albero 8 ad asse verticale è inserito in un uno o più ingranaggi 9 che a loro volta fanno muovere una ralla 10 di rotazione a dentatura interna (figure 2a e 2c).

Sulla ralla 10 di rotazione, ancorata alla struttura di supporto 1, viene montata una testata 11 sulla quale viene fissata un assieme 101 di più moduli o pannelli solari 31, disposti in più file a definire una matrice, l’assieme 101 definente la vela V (figure 1 , 4a-4c) atta a captare l'energia emessa dal Sole.

Secondo quanto illustrato nelle figure 1, 3a, 3b e da 4a a 4c,tale assieme 101 è atto a ruotare per mezzo del motore elettrico 4 rispetto all’asse dell’albero 8 permettendo all’apparato 100 di seguire il movimento da Est a Ovest della Terra rispetto al Sole.

Sulla testata 11 viene ancorato un elemento 12 scatolare di supporto per un cinematismo di movimentazione verticale, ovvero in elevazione rispetto all’orizzonte da Nord a Sud nel senso della volta celeste, dei pannelli 31, detto elemento 12 è definito preferibilmente da un tubo cavo 12 a sezione rettangolare realizzato di materiale idoneo, come per esempio acciaio altro metallo equivalente resistente alla corrosione dagli agenti atmosferici.

L’elemento 12 viene fissato sulla testata 11, in modo da assumere un’inclinazione fissa sostanzialmente di 45° rispetto alla verticale (ved. Figure 4a-4c) e disposto in modo che i due estremità opposte del tubo 12 stesso risultino equidistanti dal punto di ancoraggio con la testata 11 della struttura 1 per garantire una stabilità ottimale all’intero apparato 100, ed anche all’insieme, indicato con 101, dei pannelli 31. Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 1 e da 3a a 3d, l'elemento 12 presenta su propri lati A e C opposti una pluralità di fori 21 (ad esempio quattro fori come illustrato nelle figure 4a-4c) di diametro idoneo, i quali fori 21 vengono disposti tra loro ad una distanza lungo i lati A e C dell’elemento 12 predefinita secondo la seguente relazione:

D = Lp Lp/2

dove D è la distanza tra un foro 12 e il successivo, e dove con Lp si indica la lunghezza massima del singolo pannello fotovoltaico 31, in sostanza la distanza D tra i due fori 21 è circa il 50% maggiore della lunghezza Lp del pannello.

La distanza D tra un foro 21 e l'altro definita secondo la citata relazione permette di poter installare più file F di pannelli 31 disposti sostanzialmente a gradoni senza che una singola fila di pannelli 31 possa fare ombra alla fila adiacente (sia in posizione orizzontale che in quella verticale dei pannelli).

Sempre secondo quanto illustrato nelle figure da 3a a 3d, l’elemento 12 scatolare è provvisto di una porzione 12a superiore rimovibile atta a chiudere l’elemento 12 stesso, e porta montati al suo interno per mezzo di appositi mezzi 50 di supporto a staffa, e liberi di ruotare in rispettive coppie di citati fori 21, tramite mezzi 40 a cuscinetto e sotto la spinta di mezzi attuatori della trasmissione MAC del tipo a cremagliera, degli alberi o barre 42 di sostegno e fissaggio dei pannelli 31 formanti le file o array F.

I mezzi MAC attuatori di trasmissione comprendono un ingranaggio o pignone 43 dentato opportunamente calettato su ciascuna barra 42, in posizione mediana opportuna, ed atto ad ingranare con una cremagliera 44 (Figure 3a e 3b) di un’asta 45, una cui estremità 46 è collegata ad un organo 47 attuatore lineare fissato su una superficie di fondo dell’elemento 12 (Figura 3d).

L’asta 45 è atta a scorrere, avanti e indietro (Figura 3d) in una direzione Z parallela alla dimensione longitudinale del tubo scatolare 12, disposta all'interno di mezzi 48 di guida, a loro volta disposti all’interno del tubo 12 medesimo, sotto la spinta dell’organo 47 attuatore lineare: in tal modo pertanto, attraverso il movimento alternativo nella direzione Z della cremagliera 46 che ingrana con il pignone 43 dentato innestato nella barra 42, si determina la rotazione della barra 42 stessa modificando l’inclinazione dei pannelli 31 di ciascuna fila F fissati alla barra 42 (Figura 3b), ovvero un movimento di rollio che fa muovere dei pannelli solari in elevazione rispetto all’orizzonte attorno l’asse Nord-Sud.

Secondo quanto illustrato nelle figure da 4a a 4c, in uso la disposizione dei componenti dell’apparato 100 sopra descritto è tale che, per mezzo del cinematismo MAC innovativo sopradescritto disposto coperto all’interno dell’elemento 12, sono possibili due posizioni operative limite, minima e massima, ovvero con inclinazione dei pannelli 31 delle file F di 90° rispetto alla linea di orizzonte (Figura 4a) nelle ore del giorno in cui il Sole è bassissimo sull’orizzonte (quindi all’alba e al tramonto), e con un inclinazione di 0° (Figura 4c) per captare le radiazioni solari nei momenti di massima altezza del Sole (che avviene solo per latitudini prossime all’equatore) (fig. 4c), passando attraverso una inclinazione intermedia in cui i pannelli 31 presentano una inclinazione di 45° rispetto all’orizzonte, ovvero allineati all’elemento 12 scatolare (Figura 4b).

Per avere un migliore profilo aerodinamico, è poi possibile prevedere di coprire il retro dei pannelli 31 attraverso una copertura in plastica, ovvero un guscio (non illustrato) con un profilo curvato sufficientemente da nascondere il retro di ciascun pannello 31 medesimo, conferendo anche una protezione esterna addizionale. Tali coperture possono essere fatte in plastica o altro materiale leggero e resistente e sono ancorate mediante un sistema di fissaggio a viti o ad incastro alle staffe o al pannello.

Inoltre, un apposito anemometro (non illustrato) posto in corrispondenza della parte in cima dell’elemento scatolare 12 permette di rilevare la velocità e la direzione del vento e fornisce dati per quanto riguarda la messa in sicurezza dell’intero apparato 100 in caso di venti di forte intensità.

Tale proposito è importante segnalare che quando la velocità del vento è superiore ad una certa velocità limite, al fine di preservare l’intera struttura, l’apparato 100 in oggetto è in grado di mettersi in sicurezza, ovvero è in grado di mettere le singole file di pannelli 31 in posizione perfettamente orizzontale ovvero parallelamente al terreno (Figura 4c).

I venti che spirano frontalmente o lateralmente o posteriormente all’apparato inseguitore vengono deflussi dal basso profilo aerodinamico delle varie file di pannelli, a differenze dei sistemi a vela singola che presentano un profilo meno basso e una superficie continua maggiore la quale oppone maggiore resistenza ai venti e specie alle turbolenze e alle raffiche trasversali e provenienti dal basso. In tal caso grazie ai profili di copertura dei singoli pannelli 31 si ha una minore impatto aerodinamico per raffiche che colpiscono le file F.

L'elemento 12 può essere altresì vantaggiosamente coperto con dei pannelli fotovoltaici 31 di dimensioni adeguate, che sono posti lungo tutta la lunghezza dell'elemento 12. Detti pannelli inseguono il sole solo sul piano Est-Ovest essendo solidali con la struttura 101 dell’inseguitore.

Inoltre la discontinuità della superficie captante grazie all’ingegnosa soluzione qui presentata permette di offrire una minore resistenza ai venti grazie al posizione lungo un inclinazione a 45° della struttura scheletrica dell’apparato o meglio della struttura captante, che permette di far scivolare il vento sui vari bordi.

Tale inclinazione oltre che essere vantaggiosa sul profilo aerodinamico, ed è questo un elemento di innovazione, è stata principalmente concepita per risolvere il problema deH'ombreggiamento dei pannelli nel tentativo di impiegare il meccanismo di trasmissione interna basata su attuatore e barra di trasmissione, ottenendo un inseguitore a vele multiple.

Nelle figure da 4a a 4c vengono mostrate le condizioni teoriche in cui il Sole è a circa 0° sull’orizzonte (fig. 4a) e quando si trova ad un altezza di 90° (fig. 4c), condizione questa riscontrabile man mano che il luogo di installazione è prossimo all’equatore, senza che venga generato nessuno effetto di ombreggiamento reciproco in tutte e due le estreme condizioni.

In realtà è possibile contemplare livelli di inclinazioni meno teorici (ad esempio inclinazione di 85% e di 5%) e recuperare spazio in termini di minori altezza dell’apparato inseguitore e minore lunghezza dell'elemento scatolare a tubo, con un citato valore D (distanza tra i fori) inferiore a quello teorico massimo di non ombreggiamento in alcun caso. In questo modo l'ombreggiamento tra i panelli è limitato solo a periodi come al sorgere e al tramonto del sole, ma come detto è relativamente influente.

Grazie alle disposizione deH’elemento scatolare e dell’intera struttura portante e disposta inclinata a 45° è possibile disporre di una superficie captante vasta ma frazionata su una pluralità di vele di piccole dimensioni. Qualora si utilizzino inverter dimensionati per ogni fila o array di pannelli è possibile anche aumentare l’efficienza di produzione energetica in quanto la perdita di produzione di singoli pannelli per ombreggiamenti temporanei (ad opera di un altro inseguitore) è limitato ai singoli pannelli ombreggiati, e non a tutta la vela come nel caso di un inseguitore con una unica grande vela ed un unico inverter.

Il risultato ottenuto dall’impiego dell’attuatore lineare associata ad una barra di trasmissione, secondo al presente invenzione, al quale sono collegati gli array di pannelli, più la forma fissa a 45° permette di avere un dispositivo di inseguitore solare innovativo e che presenta tutta una serie di vantaggi, come i già visti di maggiore resistenza al vento, e ad altri agenti atmosferici (quali grandine, o carichi di neve) grazie alla possibilità di inclinare a 90° le file o array evitando che la grandine colpisca la superficie dei pannelli o che la neve possa depositarsi.

Altri vantaggi sono il minor impiego di componenti materiali grazie alla leggerezza della struttura e soprattutto una maggiore affidabilità in termini di manutenzione e riduzione dei rischi di rotture di motori, che sovente capita quanto i componenti di movimentazione sono esterni, come avviene con i classici inseguitori a due assi che utilizzano per il movimento Nord-Sud un attuatore lineare esterno, sottoposto ad un notevole stress meccanico ed ambientale. Inoltre non richiedendo saldature tra le parti risulta più economico la sua produzione, essendo le singole parti collegabili tra loro direttamente mediante viti, bulloni e sistemi di ancoraggio meccanico.

In particolare, nella fig. 1 le barri strutturali esterne 51, 52, 53, 54 sono collegate tra loro ad incastro e poggiano le barre 51 e 53 sul tubo 12 oppure sono inserite all’interno di un foro (non illustrato) che ne permette il sostegno. Possono essere previsti vari sistemi di aggancio noti di per sé noti e pertanto non descritti nei dettagli.

Nelle figure 3e e 3f viene raffigurato un esempio di ancoraggio delle barre 42 di sostegno all’interno del tubo strutturale 52 e 54. Queste barre 42, di metallo idoneo per evitare la corrosione, presenta dei fori su entrambe le estremità nella quale è inserita la barre per mezzo di un cuscinetto 55 a bloccaggio con la flangia in modo da sigillarne l'estremità sinistra. Ma altresì è impossibile individuare altri sistemi di connessione che permettono alla barra di sostegno di ruotare e al contempo di essere sostenuti dalla barre strutturali di supporto laterali 52 e 54. Inoltre essendo l’apparato inseguitore in oggetto assemblabile sul campo di installazione permette di spedire il tutto in container standard ovvero di inserire più apparati inseguitori in un container facendone diminuire notevolmente i costi di trasporto.

La movimentazione e il controllo dell’apparato inseguitore sono effettuate attraverso un’unità di controllo elettronica (non illustrata) la quale tramite una CPU pilota i motori o i gruppi di controllo di questo, in funzione della posizione del Sole nel cielo.

Tale posizione viene determinata, in modo da fare in modo che i pannelli possono essere perpendicolari al sole durante tutto l’anno, utilizzando o tavole astronomiche associate ad un controllo via GPS della posizione dell’inseguitore, oppure viene determinata con altri sistemi quali cellule fotoelettriche o altre tecniche note nella materia.

Tale elettronica di controllo, prowederà a mettere in posizione di sicurezza automaticamente l’apparato in caso la velocità misurata dall’anemometro sia uguale o maggiore a quella di sicurezza. Inoltre può avere un sistema di telecontrollo remoto via rete mobile in grado di rilevare i parametri di funzionamento, la produzione elettrica e di segnalare eventuali anomalie e malfunzionamenti ad un centro di controllo remoto.

Secondo la forma di realizzazione illustrata nella Fig. 5, viene rappresentato un inseguitore a due assi indicato con 200 caratterizzato dall’avere un basso profilo e un’altezza minore, che ne permette l’installazione laddove vi sono determinati vincoli locali di installazione, e permette di avere dei mini inseguitori 206 che utilizzano per il movimento di sistema di movimentazione 201 per il movimento Nord-Sud mentre per il movimento Est-Ovest utilizza il sistema di movimentazione a tubo 205, simile al tubo 12 della Fig. 1.

Ogni inseguitore 206 ha un insieme di pannelli 31 che poggiano su una struttura di supporto 202 fatta in metallo o altro materiale equivalente resistente alla corrosione. Tale struttura ha un albero di supporto 203 il quale viene inserito all'interno del tubo 205 che definisce il cinematismo. Il tubo 205 monta su dei plinti in cemento o altra piedistallo indicati con i numeri 204, in modo da ancorarsi al terreno o al pavimento. Nella figura 5a viene mostrato il sistema 201 di movimentazione Nord-Sud che è definito da un involucro 202 apribile al cui interno vi è un cinematismo che permette di muovere gli assieme di pannelli 31 tramite la barra di supporto 214 in funzione della posizione del sole sull’asse Nord-Sud. Il sistema 201 poggia sulla barra 203 di supporto dell’inseguitore.

La barra di supporto 214 è inserita attraverso sistema di sostegno 215, e utilizzando un cuscinetto 213 permette di ridurre l’attrito conseguente alla rotazione, mentre è collegata all’albero 217 il quale a sua volta è inserito in posizione mediana alla ruota dentata 212. Detta ruota dentata si ingrana con una vite senza fine 218 che è solida con un albero 216 di un motore elettrico 212 che muovendo permette di ruotare la vite 218 che a sua volta muove la ruota dentata e quindi l’albero, definendo un movimento rotatorio in grado di realizzare un inseguimento del sole in elevazione. Nell'ingrandimento della fig. 5 è visibile un sistema di connessione dell’albero 214 alla barra di supporto 220 della struttura di sostegno 202. L’elemento 219 è una struttura di supporto con all'interno una boccola che permette all’albero 217 di ruotare al proprio interno. Nella fig. 5b è raffigurato lo stesso assieme 201 visto in sezione laterale. Il motore 211 è fissato solidalmente alla barra 203.

Nella figura 5c è raffigurato il sistema di movimentazione 205 (simile ed analogo al tubo 12 della fig. 1) che però è disposto con il meccanismo di trasmissione MAC disposto su uno dei Iati laterali del tubo, in sostanza è posto in modo che la barra 203 di sostegno dell’inseguitore possa ruotare sulla spinta che la cremagliera 219 mossa dall’attuatore ingrana sulla ruota dentata 220.

In questo modo risulta vantaggioso che con un solo movimento dell’attuatore e quindi con un solo motore è possibile dare movimento Est-Ovest agli inseguitori 206, che qui sono illustrati in un numero di tre a possono essere da due o superiore. Un altro vantaggio è legato al fatto che il tubo 205 ancorato sui plinti 204 diventa allo stesso tempo un sistema di staticità dell’intero inseguitore 200, non richiedendo ulteriori piedistalli o fondazioni. La distanza tra un inseguitore 206 determinato come la distanza di un foro della barra 203 è determinata in modo da limitare l’ombreggiamento reciproco degli inseguitori sul piano Est-Ovest.

Secondo quanto illustrato nelle Figure 6, 6a e 6b, viene raffigurato un’altra forma di realizzazione o implementazione ottenibile utilizzando il meccanismo di movimentazione alla base della presente invenzione. In questa particolare forma di realizzazione, si ha un inseguitore 300 a due assi innovativo che permette di avere un inseguitore monoblocco (di medie dimensioni) che non utilizza una ralla 10 come nel caso dell'inseguitore 100, ma bensì utilizza come movimentazione Est-Ovest una variante del meccanismo di movimentazione sopra descritto.

Più specificatamente, l’inseguitore 300 è costituito da due tubi di supporto 301, ancorato al terreno o su plinti di cemento o su altre fondazioni idonee mediante una flangia 307. Su questi tubi di materiale e spessore idonei agli scopi di un inseguitore solare, poggia il tubo di movimentazione 304, il quale è ancorato su supporti 302 ad una sua estremità, il quale è dotata al suo interno di un cuscinetto o boccola atta a far ruotare un albero che è ancorato al tubo 304, ad una delle sue estremità, per mezzo di una flangia (non illustrata nella figura 6).

Secondo quanto illustrato nella figura 6a, su uno dei tubi 301, ovvero su di un lato (parte destra della figura 6) dell’inseguitore 300, è invece ancorato ad un sistema 310 di supporto e movimentazione, il quale permette di eseguire il movimento in altezza Nord-Sud facendo ruotare il tubo di movimentazione 301 sul quale sono posti per mezzo di una struttura di supporto 305 idonea un numero di pannelli solari 31 disposti su più file.

Seguendo in dettaglio quanto illustrato nella figura 6a, il movimento Nord-Sud è realizzato per mezzo del sistema 310, il quale sostiene una delle estremità del tubo di movimentazione 304 per mezzo di una flangia 311 ancorata ad un albero 313. Tal albero 313 è inserito all'interno di un supporto 312, che poggia su uno dei due pali 301 (quello di destra nella figura 6) al cui interno per mezzo di un cuscinetto è inserito un’estremità dell’albero 313 a sua volta in solido con un ingranaggio dentato 315 a ruota mosso da una vite senza fine, non visibile nella figura 6a in quanto nascosta dall’ingranaggio 315, con un sistema analogo al sistema di movimentazione dell’inseguitore 200 sopra descritto (vite 218 su ruota 212).

In sostanza, tale vite senza fine, tramite la connessione con un motore 314 elettrico noto, è atta a permettere il moto rotatorio dell’albero 313 ancorato alla flangia 317 trasmettendo detto movimento al tubo 304 che quindi muove tutta la struttura 305 di supporto dei pannelli lungo un asse Nord-Sud (Figura 6).

La particolarità di questo inseguitore a due assi è quello di non fornire un esatta perpendicolarità dei raggi sui pannelli nel suo movimento diurno in quanto su consideriamo il movimento Est-Ovest non ha una libertà che invece hanno gli inseguitori 100 e 200 fin’ora visti che possono ruotare in senso circolare sul piano orizzontale. Al contempo permette di essere più efficace di un inseguitore a singolo asse 500 (fig. 8) che è simile nella forma. Di fatto il sistema 310 che fa ruotare il tubo 304, fa si che si generi un movimento Nord-Sud, mentre il movimento 330 interno al tubo 304 permette di far ruotare le file F di pannelli 31 lungo l'asse Est-Ovest Anche questo come quello relativo all’inseguitore 200 è posto differente (in maniera orizzontale e parallela al terreno) rispetto alla posizione dell'inseguitore 100, inclinato a 45°.

La caratteristica di questa forma di realizzazione alternativa è quella di utilizzare i tubi di sostegno delle vele 306 inserite nell’albero della ruota dentata che viene ingranata dal meccanismo-cremagliera e attuatore alla base della presente invenzione. In questo modo la rotazione, combinata con il movimento 310 permette di avere un’accuratezza di inseguimento a doppia asse inferiore agli inseguitori 100 e 200 ma maggiore di un inseguitore ad un asse 500 (Figura 8). Anzi agli occhi di un esperto della tecnica sarà anche possibile dedurre che l’inseguitore 300 privo di una struttura di movimentazione 304 e tutti i suoi apparati ovvero se utilizzasse una struttura di pannelli priva del movimento indotto dal sistema 304, avremmo un inseguitore ad un asse che per ruotare sul piano Nord-Sud o Est-Ovest (a seconda del luogo di installazione) utilizza il sistema 310 anziché utilizzare il classico attuatore lineare che di norma viene utilizzati per gli inseguitori ad un asse.

I vantaggi di questo inseguitore, in una fascia di rendimento rispetto ad un installazione fissa, è a metà tra un inseguitore a due assi ed uno ad un asse, e risultando ulteriormente economico perché può muovere un numero maggiore di pannelli (rispetto a quelli rappresentati in figura 8) senza utilizzare una costosa ralla di rotazione, richiedendo al contempo un’altezza più contenuta permettendone quindi l’installazione laddove è richiesto un basso impatto ambientale. Inoltre l’utilizzo dei pali 301 permettono la creazione di fondamenta secondo moderni tecniche che utilizzano automazioni per creare fondazioni perpali ovvero a colonna, richiedendo pertanto le stesse fondazioni necessarie di un’installazione fissa senza inseguimento

Lo spazio tra una fila F di pannelli 31 ed un’altra può essere dimensionato in funzione deH’ombreggiamento che si vuole evitare per le posizioni basse sull’orizzonte dee sole. Nella figura è mostrato un rapporto di 2 volte la larghezza del pannello 31 , tra un staffa di supporto 306 e l’altra.

L’inseguitore si può mettere in sicurezza sul piano dei venti sia mettendo in posizione orizzontale e parallela al terreno l’assieme delle vele sostenuto del tubo 304 che sia tenendo perpendicolare detto assieme e facendo ruotare le vele di 90° in modo da avere un basso profilo (dato dallo spessore dei pannelli) per i venti che provengono in maniera frontale o da dietro (non disegnato). Il sistema computerizzato permettere in funzione della direzione e la forza del vento di ottimizzare meglio quale dei due sistemi offre una maggiore resistenza ai venti, azionando conseguentemente i relativi sistemi di movimentazione. Risulta evidente altresì come possa essere immune facilmente da neve e grandine e vento combinando tra di loro i due movimenti, facendo in modo che il tubo di movimentazione 304 si ponga parallelo al terreno e le vele vengano ruotate per il tramite del sistema 330 di 90° risultando perpendicolari al terreno: in questo modo né la grandine, né la neve colpiscono la superficie dei pannelli, e al contempo la resistenza ai venti aumenta in quanto si hanno bassi profili che posso resistere a venti di differenti direzioni, raffiche e turbolenze in quanto le correnti o turbolenze che soffiano sull’inseguitore.

Secondo quanto illustrato nella fig. 7, viene mostrato un innovativo inseguitore a due assi 400 che permette l’installazione su tetti piani (terrazze, solai, superficie quali parcheggi, chioschi) e su superficie sopraelevate esistenti in cui è necessario un basso profilo estetico e un basso profilo aerodinamico che riduce gli effetti del vento sulla struttura.

L’altezza di tale inseguitore è teoricamente di circa 25-30 centimetri permettendo l’installazione in strutture industriali come civili senza che venga percepito disagio visivo come avviene nelle installazione inclinate di tipo fisse, e permettendone grazie al fatto che è una struttura ad inseguimento di aumenterà la produzione energetica fino al 40%. Risultando di circa il 60% più efficace qualora le installazioni fossero fatte in piano, in maniera fissa, come talvolta avviene per le installazione di pannelli su tetti piani.

La particolarità di questo inseguitore è che utilizza dei moduli di piccole dimensioni che hanno la larghezza poco superiore ad una cella e una lunghezza variabile pari a 6 celle (es. da 15,6 cm), ma possono anche essere due file di celle per un totale di 12 celle per ogni elemento 410. In questo modo però aumenta l’altezza della struttura in proporzione.

Detti moduli possono essere di materiale plastico avendo una forma arrotondata oppure possono essere dei pannelli di alluminio sui quali vengono montate le celle in silicio cristallino, secondo sistemi tradizionali di incapsulamento e laminazione, ricoperti medianti appositi sistemi di raccordo e di un vetro per proteggere le celle dagli agenti atmosferici. In questo caso non essendo particolarmente grandi si possono fare a meno delle costose e pesanti cornici di alluminio che utilizzano di solito i pannelli in silicio cristallino.

In questo modo si ottiene un pannello più leggero e con un profilo più contenuto e tale che possa utilizzare materiali anche alternativi come appunto plastiche e come coperture anche utilizzare dei fogli di plexiglass, che presentano uno stesso indice di trasmissione termica del vetro.

Detti moduli vengono inseriti in apposite barre di supporto le quali a loro sono agganciate ai moduli fotovoltaici e vengono inseriti agli alberi del sistema di movimentazione 401 , che utilizza, in misura ridotta e anche con altri materiali (gli ingranaggi possono essere realizzati anche in plastica anziché metallo, non richiedendo pertanto nessuna lubrificazione) la stessa logica di funzionamento del sistema di movimentazione del sistema 12 dell’inseguitore 100, visto fin’ora. Il tubo scatolare 401 è posto parallelo alla superficie, ed è posto su un sistema di sostegno e movimentazione basato su un motore elettrico 416 (Fig. 7c) posto esternamente, che è analogo a quelli visti nelle figure 2a, 2b, 2c, ma in dimensioni ridotte e proporzionato alle dimensioni dell’inseguitore 400. Su detto sistema di supporto 414, per il tramite di una ralla o tavolo di rotazione 415 vi è un supporto 412 sul quale è fissato il tubo di movimentazione 411, il cui sistema di trasmissione all’interno provvede a realizzare il movimento Nord-Sud ai pannelli 410. Detto tubo utilizzando il sistema di movimentazione basato su cremagliera, ruota dentata, albero e attuatore permette di ruotare all’unisono i pannelli 410 in un movimento circolare lungo l’asse Nord-Sud per quanto riguarda il sole.

Tra un pannello e l’altro la distanza è data da una relazione di ottimizzazione che è di 1,5 volte la larghezza del pannello 31. Tale rapporto fa si che diminuendo la distanza tra un pannello e l’altro vi siano effetti legati all’ombreggiamento, ma al contempo una densità di installazione maggiore. Per evitare l’effetto di ombreggiamento si può implementare sull’unità di controllo elettronica CPU un algoritmo di backtracking il cui scopo è quello di evitare l’ombreggiamento reciproco di un pannello con quello posteriore o frontale, facendo ruotare i pannelli, mediante il sistema di movimentazione 401 in modo che l'angolo di inclinazione ottimale affinché non ci sia ombreggiamento tenendo non allineati perpendicolarmente i pannelli al sole, ma con un inclinazione tale che ne permetta comunque l’irraggiamento anche per posizioni del sole basse (al mattino e al tramonto) senza che vi sia ombra per il pannello successivo (posteriore).

Completa l’inseguitore una struttura di sostegno esterna indicati dai numeri 406, 407, 408 e 409. Detti tubi hanno un compito di dare robustezza e di reggere i pannelli e sono i tubi 407, 406 che dispongono di fori in corrispondenza delle barre di supporto dei pannelli all’interno dei quali sono poste dei cuscinetti flangiati o boccole che servono a far scorrere le barre di supporto secondo il movimento di rotazione indotto dal sistema 401. Tali cuscinetti possono essere in materiale plastico e non necessitanti di lubrificazione durante la vita di funzionamento dell’inseguitore. Le barre 408 e 409 servono ad unire le barre 406, 407 e il tubo 401 tra di loro e possono implementare sistemi di aggancio e viti che non necessitano di saldature, rendendo facilmente trasportabile il sistema e totalmente montabile sul sito.

Su ogni lato dell’inseguitore è posto un pannello avente forma di arco 402, 403, 404, 405 che completa la figura a base quadrata dell’inseguitore donando all’assieme un aspetto circolare, se visto dall’alto come in fig. 7. Con questa vantaggiosa intuizione si vanno ad utilizzare le aree non utilizzante esterne alla struttura quadrata che comunque richiede una superficie di impiego di spazio per ruotare che è quella di una superficie di un cerchio circoscritto al quadrato.

Al tempo stesso i pannelli ad arco 402, 403, 404, 405 non sono ruotati lungo l’asse Nord-Sud, ma hanno un inclinazione fissa, muovendosi solidalmente con l’inseguitore lungo l’asse Est-Ovest. Inoltre al fine di ottimizzare la resa fotovoltaica i pannelli sono inclinati. Il pannello 405 è inclinato di 30° (ma anche altra inclinazione arbitraria) sotto il piano dell’inseguitore, visto di profilo (fig. 7c). Mentre il pannello 404 è inclinato di un angolo uguale a quello di 405, ma sopra il piano, visto di profilo. I pannelli 402 e 403 sono invece montati su supporti che si intersecano con le barre 407 e 406, e vengono sorretti per apposite staffe metalliche 417, in modo da conferire ai pannelli 402 e 403 un'inclinazione di 10°. I pannelli ad arco sono realizzati o con un supporto di plastica o in maniera tradizionale o altresì possono essere in film sottile, per tutta la superficie del pannello. L'assieme così composto ha un design innovativo e ha un’altra densità di installazione potendo in teoria con la tecnica attuale ospitare anche fino ad 1kw di celle fotovoltaiche. Tra gli altri vantaggi è l’assenza di manutenzione dovuta al fatto di poter utilizzare componenti e ingranaggi plastici che richiedono meno manutenzione e costo, anche grazie alla leggerezza dei pannelli, della struttura e ai minori carichi di vento a cui è sottoposto. Disponendo di un profilo basso ed essendo posizionato sui tetti orizzontali (i quali di norma hanno un bordo o una struttura sopraelevata che permette una riduzione dei venti, inoltre l’altezza bassa che raggiunge il dispositivo aggiunge ulteriore capacità di resistenza ai venti direttamente grazie alla sua progettazione, senza richiedere anemometri e meccanismi di controllo del vento. Il tubo di movimentazione può avere un estremità inserita sotto il pannello 404 oppure sopra il pannello 405 ovvero presentare doppie estremità per dare staticità aH’assieme che ruota sulla ralla 415, per il tramite del supporto 412. In una di queste estremità all’interno è presente l’attuatore che per il consueto sistema di movimentazione 12 dell’inseguitore 100 permette di effettuare un movimento tale da far ruotare i vari pannelli 410.

Secondo la forma di realizzazione della fig. 8, viene rappresentato un altro modello di inseguitore solare 500, che utilizza il sistema di movimentazione qui presentato, caratterizzato dall’essere un inseguitore ad un asse (Nord-Sud o Est-Ovest). Nella figura è rappresentata l’inseguitore in un’installazione su tetto piano di un edificio 501.

Infatti trattandosi di un inseguitore ad un asse e utilizzando il sistema di movimentazione alla base del presente brevetto è stato possibile concepire detto inseguitore che oltre ad essere installato su campo (Fig. 9), può essere altresì installato su tetti e coperture piane o leggermente inclinate grazie al basso profilo che determina. Nell’inseguitore 500 i pannelli montati su vele 505 sono montati lungo l’asse orizzontale ovvero sul lato lungo permettendo così di avere come altezza dell’inseguitore quella uguale alla larghezza (lato minore) del pannello utilizzato, andando a diminuire l’impatto visivo e aumentando la resistenza ai venti, rendendolo ottimale per aumentare la produzione energetica per tutte quegli impianti montati su tetto, laddove esso è preferibilmente piano.

L’inseguitore permette di movimentare le singole vele sull’asse Nord-Sud o Est-Ovest a secondo del luogo di installazione e deH’orientamento dell’edificio.

11 movimento su tale asse è reso possibile utilizzando il sistema di movimentazione 12 dell’inseguitore 100, che qui è indicato con il numero 502. Le singole vele montano i pannelli solari e hanno una barra di supporto che si innesta negli alberi uscenti del lato del tubo di movimentazione 502, simile al sistema 12 dell’inseguitore 100 della Fig. 1.In questo modo è possibile con un solo movimento muovere un numero considerevole di vele disposte permettendo di muovere le vele lungo un movimento avanti-indietro che quindi trasmette il movimento agli array di pannelli solari. Ogni vela viene montato su un supporto a cuscinetto o boccola 504 che a sua volta è posto su un palo di supporto 503. In fig. 8b è visibile un dettaglio di tetto sistema di supporto, che è caratterizzato da un un supporto 506 al cui interno è presente una boccola 507, all’Interno del quale ruota le barre di supporto 508 degli array 505. Detta barra di supporto ruota all’interno della boccola a seconda del movimento che subisce la sezione della barra innestata con il tubo di movimentazione 502.

Nell’implementazione dell’inseguitore 500 si è utilizzato un particolare rapporto di densità di pannelli solari in modo da massimizzare la superficie occupata. In particolare la distanza tra una fila di vele ed un'altra è circa 2 volte la larghezza del pannello solare, distanza misurata da una barra 508 a quella posteriore o anteriore.

Tale distanza se da una parte aumenta vantaggiosamente la densità di installazione dall’altra pone problemi di ombreggiamenti reciprochi di una fila di vele su quella posteriore. Per evitare questo è possibile utilizzare un sistema di backtracking che annulla ogni ombreggiamento reciproco, aumentandone la capacità di produzione elettrica. Tale ombreggiamento si avrebbe nelle ore di mattina e prima del tramonto quando il sole è basso sull’orizzonte. Dalle posizioni le posizioni illustrate nella Fig. 10 e secondo i valori indicati nella seguente accoppiata tabella:

dove, come già anticipato, con AS viene indicata l’altezza del Sole (espressa in gradi) e con IP l'inclinazione dei pannelli (espressa in gradi), si deduce come il sistema di backtracking è necessario fino a quando il sole è sotto i 30° di altezza, dal 31° in su il sistema torna ad inclinare i pannelli in maniera tale che i raggi siano incidenti perpendicolarmente sul sole rispetto all’altezza del sole medesimo (si tratta di un inseguitore ad un asse e quindi tranne qualche istante i raggi non sono mai perpendicolari perfettamente come in quelli a due assi). Il servomeccanismo dell'attuatore prowederà quindi a spostare l'attuatore in modo da definire il sistema di backtracking.

Secondo la forma di realizzazione illustrata nella fig. 9, viene raffigurato un’altra implementazione di inseguitore 600 ad un asse, in un’installazione su campo che utilizza lo stesso principio di funzionamento del sistema 500. La differenza è che la distanza tra una fila e l’altra di array è data da circa 3 volte la larghezza della vela (in questo caso sono visibili i pannelli montati in senso verticale).

Anche in questo caso si utilizza un sistema di backtracking, specificatamente secondo le posizioni illustrate nella Fig. 11 e secondo i valori indicati nella seguente accoppiata tabella:

dove analogamente, con AS viene indicata l’altezza del Sole (espressa in gradi) e con IP l’inclinazione dei pannelli (espressa in gradi).

Secondo quanto illustrato nelle figure 10 e 11, viene mostrato, in maniera schematica, per ogni posizione, i due profili di pannelli (indicati in nero marcato), mentre la distanza è indicata dalla linea grigia orizzontale. In grigio è indicato l’effetto dell’irraggiamento e dell'ombra sul primo pannello (quello di destra) su quello successivo (quello di destra). In particolare l’area grigia sopra la superficie del primo pannello corrisponde all’irraggiamento solare, mentre l’area grigia sotto il pannello è l’ombra proiettata dal pannello, in funzione dell’inclinazione del pannello IP a seconda dell’altezza del sole AS. Il sistema di backtracking secondo la figura 11 viene definito dall’apposita centralina di controllo che pilota l’attuatore all’Interno del tubo di movimentazione 601 fino a quando il sole è sotto i 20° di altezza, dal 20° in poi viene realizzato il tracking normale che permette la massima perpendicolarità dei raggi del sole rispetto ai pannelli. Nella figura 12 è visibile un grafico cartesiano in cui è possibile visualizzare le varie inclinazioni dei pannelli lungo l’asse delle X (ascisse) e dell’altezza del sole lungo l’asse Y (ordinate), contemplando i casi in cui sono poste le file di pannelli per tutti gli inseguitori con almeno un asse posso su un piano orizzontale, tra una fila e l’altra.

La distanza è calcolata tenendo presente la parte centrale delle file di pannelli che corrisponde alla barra di supporto dei pannelli. Le ipotesi contemplate nel grafico sono 2P = 2 volte la larghezza del pannello, e 3P ovvero 3 volte la larghezza del pannello. Nella parte alta della figura 12 (in linea scura, indicata in legenda con "Tracking") è visibile la curva di tracking normale, e laddove le linee 2P e 3P sì intersecano con la curva del tracking normale sta ad indicare il punto di inizio del tracking perpendicolare.

L’invenzione così concepita può essere oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti neH'ambito del concetto inventivo; tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato (100;200;300;400;500;600) inseguitore per captare energia solare, comprendente una pluralità di pannelli (31) solari atti a captare l’energia emessa dal Sole, e mezzi (12, MAC) di movimentazione atti a muovere i detti pannelli (31) solari per permettere l'inseguimento del Sole durante la rotazione terrestre; i detti mezzi di movimentazione ((12, MAC) comprendendo mezzi ad ingranaggi dentati definiti da mezzi a cremagliera (43,44) e mezzi attuatori (45) lineari, entrambi disposti all’interno di un elemento a struttura scatolare (12); detto elemento (12) essendo provvisto di mezzi (12a) a coperchio apribili per permettere l’accesso ai detti mezzi a cremagliera e attuatori (43,44,45).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi a cremagliera comprendono mezzi a pignone (43) fissati a mezzi (42) ad albero rotante atti a supportare almeno una fila (F) di detti pannelli (31); i detti mezzi (43) a pignone essendo atti ad ingranare con rispettivi mezzi (44) a cremagliera portati da mezzi (45) ad asta connessi a detti mezzi (45) attuatori lineari; i detti mezzi (45) attuatori essendo atti a determinare la rotazione attorno ad un asse orizzontale dei detti pannelli (31) per permettere di inseguire il Sole durante la rotazione terrestre su di un piano Nord-Sud. o Est-Ovest
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2 , caratterizzato dal fatto che il detto elemento (12) è atto a supportare uno o più detti mezzi (42) ad albero, ciascuno dei quali è libero di ruotare in una coppia di fori (21), i detti fori (21) della detta coppia essendo disposti su lati (A,C) opposti del detto elemento (12), oppure possono essere disposti solo su un lato (A o C).
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la detta rotazione dei detti pannelli (31) è atta a variare fra due posizioni limite, corrispondenti ad una inclinazione assunta dai detti pannelli (31) rispetto all’orizzonte, di 0° e 90° gradi rispettivamente.
5. 5. Apparato secondo la rivendicazione la rivendicazione da 1 a 4, caratterizzato dal fatto di comprendere un inseguitore (100) a due assi, in cui mezzi di movimentazione (12, MAC) poggiano su una struttura (1) di supporto definita da mezzi di rotazione (4,8,9,10) atti determinare la rotazione della detta struttura (1) rispetto ad un asse verticale per permettere di inseguire il Sole durante la rotazione terrestre in direzione Est-Ovest; detti mezzi di rotazione (4,8,9,10) comprendendo un elemento (4) tubolare cilindrica al cui interno sono disposti mezzi (CE) componenti ed un albero (8) motore ancorato ad una ruota dentata (9) a sua volta ingranata con la dentatura di una ralla (10) di rotazione, sulla detta ralla viene posta la testata (11) sulla quale sono posti i mezzi di movimentazione (12, MAC). Detti mezzi di movimentazione (12, MAC) imprimono un movimento ai pannelli (31) lungo l’asse Nord-Sud.
6. 6. Apparato (100) secondo le rivendicazioni da 1 a 5, in cui il detto elemento (12) è posto a 45° rispetto all'orizzonte e in cui la distanza tra una coppia di fori (21) e l'altra su lati opposti (A, C) del detto elemento (12) è pari ad 1,5 volte la lunghezza del lato minore del detto pannello (31).
7. 7. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 6, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi di gestione e controllo dell’operatività dell’apparato (100,200,300,400,500,600) inseguitore.
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di controllo comprendono mezzi di rilevamento dei venti in prossimità dell'apparato (100;200;300;400;500;600) inseguitore.
9. 9. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto di comprendere inseguitore (200) a due assi con profilo ribassato; detto inseguitore (200) comprendendo inseguitori (206) ridotti che utilizzano un sistema (201 ) di movimentazione per il movimento Est-Ovest, ed un sistema di movimentazione (205) a tubo analogo ai detti mezzi (12) di movimentazione per la movimentazione Nord-Sud.
10. 10. Apparato inseguitore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che ciascun detto inseguitore (206) ridotto comprende un insieme di pannelli (31) che poggiano su una struttura (202) di supporto in metallo; detta struttura (202) presenta un albero (203) di supporto il quale viene inserito all’interno di mezzi di movimentazione (205) a tubo.
11. 11. Apparato inseguitore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un inseguitore (300) a due assi definito da due tubi (301) di supporto, ancorati al terreno o su plinti di cemento o su altre fondazioni idonee e dotati di mezzi (304) di movimentazione per imprimere un moto di rotazione a più file di pannelli (31 ).
12. 12. Apparato inseguitore secondo una delle rivendicazioni da 9 a 1 , caratterizzato dal fatto che di utilizzare un sistema di movimentazione (201 ;310) comprendente mezzi ingranaggi del tipo a vite senza fine, la quale ruotando per mezzo di un motore (211 , 314) muove una ruota dentata (212, 315) ancorata a mezzi ad albero (214, 313) che muovono dei pannelli, lungo l’asse Nord-Sud.
13. 13. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 3, caratterizzato dal fatto di comprendere un inseguitore (400) a due assi atto ad essere installato su una superficie piana di un edificio, e presentante un basso profilo aerodinamico che riduce gli effetti dei vento sulla struttura deH’edificio e sull’inseguitore (400) medesimo; il detto inseguitore (400) presentando i detti pannelli a formare una struttura in pianta quadrata, e con il detto sistema di movimentazione (411 ) disposto su di un piano orizzontale.
14. 14. Apparato secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che la detta struttura in pianta quadrata risulta inscritta in una circonferenza definita da ulteriori pannelli disposti ai lati di detta struttura quadrata; detti ulteriori pannelli essendo inclinati rispetto a detta struttura per mezzo di mezzi di (417) sostegno a staffa.
15. 15. Apparato inseguitore secondo le rivendicazioni precedenti 1 e 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un inseguitore (500;600) a singolo asse atto ad essere installato su una superficie piana di un edificio o sul terreno; mezzi (502,601 ) di movimentazione essendo disposti lateralmente ai detti pannelli (31 ).
16. 16. Apparato inseguitore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (504) a cuscinetto provvisti di mezzi (507) a boccola al cui interno viene inserito girevole un albero (508) solidale con una struttura (505) dei detti pannelli.
17. 17. Meccanismo per la movimentazione di un’asse di un inseguitore (100;200;300;400;500;600) solare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 16, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di trasmissione ad ingranaggi dentati, mezzi a cremagliera e mezzi attuatori contenuti all’interno di un elemento scatolare (12, 205, 304, 411 , 502, 601).
18. 18. Meccanismo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto i detti mezzi di trasmissione comprendono un elemento (12, 205, 304, 411 , 502, 601 ) scatolare prowisto di una porzione (12a) superiore rimovibile atta a chiudere l’elemento (12) scatolare stesso, e porta montati al suo interno degli alberi o barre (42) di sostegno e fissaggio di pannelli (31) solari del detto inseguitore (100;200;300;400;500;600), per mezzo di appositi mezzi (50) di supporto a staffa, e mezzi attuatori (MAC) deila trasmissione del tipo a cremagliera applicati sulle dette barre (42) per muovere i detti pannelli (31) lungo un asse.
19. 19. Meccanismo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che i mezzi (MAC) attuatori comprendono un ingranaggio o pignone (43) dentato opportunamente calettato su ciascuna detta barra (42) ed atto ad ingranare con una cremagliera (44) di un’asta (45), una cui estremità (46) è collegata ad un organo (47) attuatore lineare fissato su una superficie di fondo dell’elemento (12, 205, 304, 411, 502, 601 ) scatolare. (LAG/Pa)