ITMI20102013A1 - Protezione di collettori solari con moduli individuali per ogni tubo di assorbimento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione della presente invenzione riguarda in generale il settore dei collettori solari. Più specificamente, tale soluzione riguarda la protezione dei collettori solari da agenti atmosferici.

I collettori solari sono comunemente utilizzati per generare calore dalla luce solare; ad esempio, i collettori solari possono essere usati in sistemi termici solari, in cui il calore à ̈ utilizzato direttamente (ad esempio, per produrre acqua calda per uso domestico). I collettori solari hanno un impatto ambientale estremamente limitato, in quanto utilizzano una fonte energetica completamente rinnovabile (ossia, la luce solare) e non comportano alcuna emissione inquinante.

I collettori solari possono essere realizzati con diverse strutture. In particolare, uno specifico tipo di collettori solari à ̈ basato su una batteria di tubi di assorbimento. Tali tubi assorbono la luce solare come calore, il quale à ̈ quindi utilizzato per riscaldare un fluido termo-vettore (ad esempio, acqua miscelata con antigelo). I tubi di assorbimento (comunemente realizzati sotto-vuoto) limitato le perdite di calore, e consentono di sfruttare la luce solare anche a basse temperature. Inoltre, la luce solare à ̈ sempre perpendicolare ad una superficie esterna (curva) dei tubi di assorbimento, per cui il suo assorbimento à ̈ costante durante tutto il giorno (al variare dell’angolo di incidenza della luce solare rispetto alla terra). Tali tipi di collettori solari possono anche essere dotati di riflettori curvi, i quali sono disposti sotto i tubi di assorbimento per limitare le perdite di resa causate dagli spazi vuoti tra ogni coppia di tubi di assorbimento adiacenti.

In generale, i tubi di assorbimento sono realizzati con un rivestimento esterno in vetro relativamente sottile (al fine di assicurare la massima trasparenza possibile alla luce solare). Tuttavia, ciò impatta negativamente la robustezza dei tubi di assorbimento, rendendoli facilmente soggetti a danneggiamenti; in particolare, grandine con chicchi di dimensioni sufficientemente grandi possono crepare o addirittura rompere i tubi di assorbimento. In tale caso, à ̈ necessario provvedere alla sostituzione di ogni tubo di assorbimento danneggiato accedendo al collettore solare (ad esempio, su un tetto o comunque in luoghi critici da un punto di vista della sicurezza di intervento), con costi elevati e lunghi tempi di fermo di almeno parte del sistema termico solare.

Una soluzione possibile per alleviare tale problema potrebbe essere quella di utilizzare reti anti-grandine (con maglie in grado di impedire il passaggio dei chicchi di grandine). Tuttavia, le reti-antigrandine filtrano in parte anche la luce solare; ciò limita l’intensità della luce solare che raggiunge i tubi di assorbimento, con una conseguenza riduzione della resa dei collettori solari (dell’ordine del 10-15%); inoltre, tali reti anti-grandine hanno un notevole impatto visivo sul collettore solare.

Una diversa soluzione potrebbe essere quella di utilizzare tapparelle di protezione. Le tapparelle di protezione sono normalmente arrotolate così da non interferire con il funzionamento dei collettori solari; in caso di necessità, le tapparelle sono srotolare in modo da ricoprire completamente i collettori solari (per proteggerli dalla grandine). Tuttavia, le tapparelle offrono un’elevata superficie al vento quando sono srotolate (proprio nelle condizioni atmosferiche in cui il vento à ̈ più forte); ciò aumenta notevolmente le sollecitazioni cui sono sottoposti i collettori solari. Di conseguenza, à ̈ necessario sovra-dimensionare i sistemi di ancoraggio dei collettori solari (con un corrispondente incremento del loro costo di installazione). Inoltre, le tapparelle hanno un tempo di intervento non trascurabile (dovuto al loro lento srotolamento). Pertanto, in caso di grandinate improvvise, à ̈ possibile che lo srotolamento delle tapparelle (anche se azionate prontamente) non sia completato in tempo per impedire comunque danni ai tubi di assorbimento.

Un altro problema dei collettori solari à ̈ causato dalla complessità delle corrispondenti operazioni di installazione. Infatti , i collettori solari sono normalmente installati durante il giorno per ovvi motivi di visibilità. Tuttavia, soprattutto in caso di giornate molto soleggiate, i tubi di assorbimento (non ancora collegati al resto del sistema termico solare) sono esposti alla luce solare per tutto il tempo richiesto al completamento dell’installazione dell’intero sistema termico solare. In tale condizione, i tubi di assorbimento si surriscaldano (in quanto il calore prodotto dalla luce solare assorbita non à ̈ dissipato in alcun modo). Ciò comporta rischi di danneggiamento dei collettori solari; inoltre, l’elevata temperatura dei tubi di assorbimento rende le operazioni di istallazione dei collettori solari difficoltose e pericolose.

I n termini generali, la soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione della presente invenzione à ̈ basata sull’idea di utilizzare moduli di protezione individuali per ogni tubo di assorbimento.

In particolare, uno o più aspetti della soluzione in accordo con specifiche forme di realizzazione dell’invenzione sono indicati nelle rivendicazioni indipendenti, con caratteristiche vantaggiose della stessa soluzione che sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui testo à ̈ incorporato nella presente alla lettera per riferimento (con qualsiasi caratteristica vantaggiosa fornita con riferimento ad uno specifico aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione che si applica mutatis mutandis ad ogni altro suo aspetto).

Più specificamente, un aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione propone un collettore solare per generare calore dalla luce solare. Il collettore solare comprende una pluralità di tubi di assorbimento per assorbire la luce solare come calore, mezzi di protezione per proteggere i tubi di assorbimento da agenti atmosferici, e mezzi di commutazione per commutare i mezzi di protezione tra una posizione attiva ed una posizione inattiva. Nella soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, i mezzi di protezione comprendono una pluralità di moduli di protezione ciascuno per un corrispondente tubo di assorbimento; il modulo di protezione si estende a semi-tubo lungo il corrispondente tubo di assorbimento. Inoltre, i mezzi di commutazione comprendono mezzi di rotazione per ruotare ogni modulo di protezione attorno al corrispondente tubo di assorbimento.

Un altro aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione propone un dispositivo di protezione per l’uso in tale collettore solare.

Un ulteriore aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione propone un sistema termico solare comprendente uno o più di tali collettori solari.

Un diverso aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione propone un metodo per installare il collettore solare.

Un altro aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione propone un corrispondente metodo per controllare il sistema termico solare.

Un ulteriore aspetto della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione propone un programma per realizzare il metodo di controllo.

La soluzione in accordo con una o più forme di realizzazione dell'invenzione, come pure ulteriori caratteristiche ed i relativi vantaggi, sarà meglio compresa con riferimento alla seguente descrizione dettagliata, data puramente a titolo indicativo e non limitativo, da leggersi congiuntamente alle figure allegate (in cui elementi corrispondenti sono indicati con riferimenti uguali o simili e la loro spiegazione non à ̈ ripetuta per brevità). A tale riguardo, à ̈ espressamente inteso che le figure non sono necessariamente in scala (con alcuni particolari che possono essere esagerati e/o semplificati) e che, a meno di indicazione contraria, esse sono semplicemente utilizzate per illustrare concettualmente le strutture e le procedure descritte. In particolare:

FIG.1 à ̈ uno schema a blocchi di principio di un sistema termico solare in cui la soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione à ̈ applicabile;

FIG.2A-FIG.2B sono viste schematiche in pianta a parti rimosse di un collettore solare in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione in diverse condizioni operative;

FIG.3A-FIG.3B sono viste in sezione di tale collettore solare nelle stesse condizioni operative, e

FIG.4 à ̈ un diagramma che descrive il flusso di attività relativo ad un’implementazione della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione.

Con riferimento in particolare alla FIG.1, à ̈ mostrato uno schema a blocchi di principio di un sistema termico solare 100 in cui la soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione à ̈ applicabile. Il sistema termico solare 100 à ̈ basato su un o più collettori solari 105 (uno solo mostrato in figura); il collettore solare 105 (ad esempio, un pannello solare installato sul tetto di un’abitazione tramite un apposito sistema di ancoraggio, non mostrato in figura) genera calore dalla luce solare – indicata schematicamente con il riferimento 110. Il collettore solare 105 à ̈ inserito in un circuito termo-vettore chiuso 115, in cui circola un fluido termo-vettore - ad esempio, una miscela di acqua e antigelo (come glicole di propilene). Una pompa 120 forza il passaggio del fluido termo-vettore nel collettore solare 105, in modo da provocare il suo riscaldamento.

Il circuito 115 comprende una serpentina di scambio termico 125, la quale à ̈ inserita in un serbatoio di accumulo d’acqua 130. Il serbatoio 130 à ̈ dotato di una porta di ingresso 135i (in basso) e di una porta di uscita 135o (in alto). La porta di ingresso 130i à ̈ collegata ad un circuito idraulico di ingresso 140 che fornisce acqua fredda al serbatoio 130 per mantenerlo pieno. Di conseguenza, la serpentina 125 à ̈ immersa nell’acqua del serbatoio 130 in modo da riscaldarla (con l’acqua calda così ottenuta che sale verso l’alto del serbatoio 130 per convezione). La porta d’uscita 135o à ̈ invece collegata ad un circuito idraulico di uscita 145 che preleva l’acqua calda dal serbatoio 130. Una serie di utenze domestiche 150 (rappresentate schematicamente con un lavandino in figura) à ̈ collegata al circuito 140 (per ricevere l’acqua fredda) ed al circuito 145 (per ricevere l’acqua calda). Un circuito di ricircolo 155 à ̈ inoltre collegato tra il circuito 145 ed il serbatoio 130, in modo da reimmettere nello stesso l’acqua calda non utilizzata dalle utenze 150. Ulteriori utenze 160 (rappresentate schematicamente con un radiatore) possono essere inserite nel circuito 140 (a valle del collettore solare 105 ed a monte nella serpentina 125 lungo una direzione di circolazione del fluido termo-vettore) in modo da sfruttare direttamente il calore del fluido termo-vettore.

Un control lore 165 (ad esempio, a micro-processore) gestisce il funzionamento dell’intero sistema termico solare 100. A tale scopo, il controllore 165 si interfaccia con un sensore di temperatura 170, il quale misura la temperatura del fluido termo-vettore all’uscita del collettore solare 105; il controllore 165 si interfaccia anche con un sensore di temperatura all’interno della porta d’ingresso 135i (per misurare la temperatura dell’acqua fredda fornita al serbatoio 130), e con un sensore di temperatura all’interno della porta d’uscita 135o (per misurare la temperatura dell’acqua calda prelevata dal serbatoio 130). Inoltre, il controllore 165 si interfaccia con un sensore luminoso 175, il quale misura un illuminamento del collettore solare 105 (definito dall’intensità della luce solare 110 che raggiunge lo stesso).

Una vista schematica in pianta, a parti rimosse, del collettore solare 105 in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione (in diverse condizioni operative) à ̈ mostrata in FIG.2A-FIG.2B.

Con riferimento in particolare a FGI.2A, il collettore solare 105 include una batteria di tubi di assorbimento 210 (ad esempio, in numero N=10-50); ogni tubo 210 à ̈ formato da un’ampolla in vetro sotto-vuoto, la quale contiene acqua distillata. Il collettore solare 105 inoltre include un condotto 215 (tipicamente in rame) per far attraversare il collettore solare 105 da parte del fluido termo-vettore (da riscaldare). Nell’esempio in questione, il collettore solare 105 ha una struttura “Heat-pipe†, in cui ogni tubo 210 ha un’estremità interna annegata nel condotto 215, in modo da essere lambita dal fluido termo-vettore; una porzione prevalente del tubo 210 sporge invece liberamente dal condotto 215, trasversalmente ad esso (con tutti i tubi 210 che sono affiancati tra loro da uno stesso lato del condotto 215).

Quando il collettore solare 105 à ̈ esposto alla luce solare, le porzioni sporgenti dei tubi 210 assorbono tale luce solare, in modo da riscaldare il fluido vettore che lambisce le estremità interne dei tubi 210 nel condotto 215 (ad esempio, incrementando la sua temperatura di 10-30°C dall’ingresso nel collettore solare 105 alla sua uscita dallo stesso, sino a raggiungere temperature dell’ordine di 120°-200°C).

Il collettore solare 105 à ̈ inoltre dotato di un dispositivo di protezione 220, il quale à ̈ utilizzato per proteggere i tubi 210 (ossia, le loro porzioni sporgenti) dalla grandine.

Nella soluzione in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, il dispositivo di protezione 220 include una batteria di moduli di protezione 225 (ciascuno per un corrispondente tubo 210). Ogni modulo di protezione 225 (ad esempio, realizzato con una lamina in alluminio) Ã ̈ conformato a semi-tubo, e si estende lungo il corrispondente tubo 210 - con un raggio leggermente superiore a quello del tubo 210 ed una lunghezza leggermente inferiore a quella del tubo 210. Un gruppo di pilotaggio 230 comanda la rotazione delle lamine 225 attorno ai corrispondenti tubi 210.

In particolare, come mostrato in figura, in condizioni normali ogni lamina 225 si trova in una posizione inattiva sotto il corrispondente tubo 210. In tale modo, il dispositivo di protezione 220 non interferisce con il funzionamento del collettore solare 105; infatti, le lamine 225 nella posizione inattiva non filtrano in alcun modo la luce solare, la quale può quindi raggiungere i tubi 210 liberamente (come nei collettori solari privi di qualsiasi dispositivo di protezione).

Passando a FIG.2B, in caso di necessità (ossia, in presenza di grandine), ogni lamina 225 à ̈ portata in una posizione attiva sopra il corrispondente tubo 210. In tale posizione, le lamine 225 proteggono invece efficacemente i tubi 210 dalla grandine (sostanzialmente evitando qualsiasi loro danneggiamento).

Di conseguenza, il risultato desiderato à ̈ ottenuto senza alcuna riduzione della resa del collettore solare 105. Inoltre, la conformazione di ogni lamina 225 (a semitubo), e la sua dimensione contenuta (corrispondente a quella di un singolo tubo 210) non creano particolari problemi di sollecitazioni sul collettore solare 105 in condizioni di vento forte. Pertanto, à ̈ possibile utilizzare un sistema di ancoraggio del collettore solare 105 standard (con un effetto benefico sul suo costo di installazione). Inoltre, le lamine 225 hanno un tempo di intervento (per commutare dalla pozione inattiva alla posizione attiva) molto breve, grazie alla loro ridotta inerzia. Pertanto, à ̈ possibile ridurre significativamente i rischi di danni ai tubi 210 anche in caso di grandinate improvvise.

In una forma di realizzazione specifica dell’invenzione, le lamine 225 sono opache alla luce solare, per cui fanno ombra ai tubi 210 quando sono nella posizione attiva. Ciò consente di disabilitare il funzionamento del collettore solare 105 semplicemente spostando le lamine 225 nella posizione attiva (in modo da impedire alla luce solare di raggiungere direttamente i tubi 210).

Tale caratteristica facilita anche le operazioni di installazione del collettore solare 105. Infatti, durante l’installazione del collettore solare 105 à ̈ sufficiente spostare le lamine 225 nella posizione attiva. In tale modo, si evita di surriscaldare i tubi 210 non ancora collegati al resto del sistema termico solare (in quanto essi non sono esposti alla luce solare). Una volta terminata l’installazione del collettore solare 105, à ̈ quindi possibile spostare le lamine 225 nella posizione inattiva per consentire il suo funzionamento normale.

Vantaggiosamente, una superficie esterna di ogni lamina 225 (opposta al corrispondente tubo 210) à ̈ colorata come il tetto dell’abitazione su cui il collettore solare 105 à ̈ installato (ad esempio, uguale al colore delle sue tegole). In tale modo, quando le lamine 225 sono nella posizione attiva sopra i tubi 210 (vedi FIG.2B), esse si confondono con il tetto rendendo l’intero collettore solare 105 praticamente invisibile.

In aggiunta o in alternativa, una superficie interna di ogni lamina 225 (affacciata al corrispondente tubo 210) à ̈ riflettente; ad esempio, tale risultato può essere ottenuto ricoprendo la superficie interna con uno specchio. Di conseguenza, quando le lamine 225 sono nella posizione inattiva sotto i tubi 210 (vedi FIG.2A), ciascuna di esse concentra la luce solare verso il corrispondente tubo 210, in modo da aumentare la resa del collettore solare 105.

Inoltre, in una forma di realizzazione specifica dell’invenzione, le lamine 225 sporgono liberamente dal gruppo di pilotaggio 230 (trasversalmente ad esso). In tale modo, le lamine 225 possono essere infilate sulle estremità libere dei corrispondenti tubi 210 (sporgenti liberamente dal condotto 215). Ciò consente di montare il dispositivo di protezione 220 in modo semplice e veloce, anche su un collettore solare standard.

Più in dettaglio, viste in sezione (lungo la direttrice A-A di FIG.2A-FIG.2B) del collettore solare 105 in diverse condizioni operative sono mostrate in FIG.3A-FIG.3B.

Con riferimento in particolare a FIG.3A, il gruppo di pilotaggio 230 include una ruota dentata 305 per la lamina 225 associata ad ogni tubo 210 (nel seguito, gli specifici tubi, lamine, e ruote dentate sono differenziati con l’aggiunta di un pedice i, con i=1…N – ossia, 210i, 225ie 305i, rispettivamente). La ruota dentata 305ià ̈ solidale alla lamina 225i, essendo fissata ad essa ad una sua estremità opposta al condotto termo-vettore (non mostrato in figura); la ruota dentata 305ià ̈ coassiale alla lamina 225i, ed ha un diametro leggermente maggiore in modo da sporgere lateralmente da essa. Ogni ruota dentata 305ià ̈ accoppiata ad una ruota dentata precedente 305i-1(ad eccezione di una prima ruota dentata 3051) e ad una ruota dentata successiva 305i+1(ad eccezione di un’ultima ruota dentata 305N). Il gruppo di pilotaggio 230 include inoltre una cremagliera 310, la quale à ̈ accoppiata alla prima ruota dentata 3051. Un relà ̈ 315 muove selettivamente la cremagliera 310 verso l’alto o verso il basso (in risposta a corrispondenti comandi ricevuti dal controllore del sistema termico solare, non mostrato in figura). Una copertura (carter) 320 racchiude tutte le ruote dentate 305i, la cremagliera 310 ed il relà ̈ 315.

Nella condizione mostrata in figura, le lamine 225isono nella posizione inattiva sotto i tubi 210i(in modo da non ostacolare il loro assorbimento della luce solare proveniente dall’alto). Quando il controllore del sistema termico solare invia un comando di attivazione al dispositivo di protezione 230, il relà ̈ 315 muove la cremagliera 310 verso l’alto. L’estensione del movimento della cremagliera 310 à ̈ tale da provocare una rotazione di 180° in senso orario della (prima) ruota dentata 3051; in tale modo, la lamina 2251à ̈ portata nella posizione attiva sopra il tubo 2101(in modo da proteggerlo dalla grandine, ed eventualmente di impedire alla luce solare di raggiungerlo). Allo stesso tempo, la ruota dentata 3051provoca una rotazione di 180° in senso contrario (ossia, anti-orario) della ruota dentata (successiva) 3052; la lamina 2252à ̈ quindi portata anche essa nella posizione attiva sopra il tubo 2102. Analogamente, la ruota dentata 3052provoca una rotazione di 180° in senso contrario (ossia, orario) della ruota dentata (successiva) 3053, così da portare anche la lamina 2253nella posizione attiva sopra il tubo 2103. Lo stesso processo continua fino all’ultima ruota dentata 305N.

In tale modo, come mostrato in FIG.3B, tutte le lamine 225isono portate contemporaneamente nella posizione attiva. Al contrario, quando il controllore del sistema termico solare invia un comando di disattivazione al dispositivo di protezione 230, il relà ̈ 315 muove la cremagliera 310 verso il basso, così da provocare una rotazione uguale e contraria (di 180° in senso anti-orario) della ruota dentata 3051; in tale modo, la lamina 2251à ̈ portata nella posizione inattiva sotto il tubo 2101(in modo da consentire alla luce solare di raggiungerlo). Allo stesso tempo, la ruota dentata 3051provoca una rotazione di 180° in senso orario della ruota dentata 3052; la lamina 2252à ̈ quindi portata anche essa nella posizione inattiva sotto il tubo 2102. Analogamente, la ruota dentata 3052provoca una rotazione di 180° in senso anti-orario della ruota dentata 3053, così da portare anche la lamina 2253nella posizione inattiva sotto il tubo 2103. Lo stesso processo continua fino all’ultima ruota dentata 305N. In tale modo, tutte le lamine 225isono portate contemporaneamente nella posizione inattiva (ritornando alla condizione di FIG.3A).

La struttura sopra descritta à ̈ molto semplice ed efficace. In particolare, ciò consente di commutare le lamine 225itra le loro posizioni attiva ed inattiva con una singola azione sulla ruota dentata 3051.

Con riferimento ora a FIG.4, à ̈ mostrato un diagramma 400 che descrive il flusso di attività relativo ad un’implementazione della soluzione in accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione. In particolare, il diagramma 400 rappresenta un processo di gestione del funzionamento del sistema termico solare, il quale à ̈ implementato da un programma eseguito dal suo controllore. Tale programma con i relativi dati à ̈ tipicamente memorizzato su una memoria di massa del controllore e caricato (almeno in parte) in una sua memoria di lavoro quando il programma à ̈ in esecuzione.

Il metodo inizia al cerchio nero di partenza 403, ed entra quindi in un ciclo continuo al blocco 406. In tale fase, à ̈ verificato se una richiesta di attivazione del dispositivo di protezione à ̈ stata inserita manualmente (ad esempio, tramite un corrispondente pulsante del controllore). In caso affermativo, le lamine del dispositivo di protezione sono commutate alla posizione attiva al blocco 409, ruotando la prima ruota dentata, e quindi tutte quelle successive, in modo da portare le lamine sopra i corrispondenti i tubi (se non si trovano già in tale posizione). Continuando al blocco 412, la pompa del sistema termico solare à ̈ spenta (se non si trova già in tale condizione). In questo modo, à ̈ possibile proteggere i tubi quando à ̈ rilevata una condizione di pericolo (ad esempio, all’avvicinarsi di un temporale). Inoltre, à ̈ anche possibile bloccare completamente il sistema termico solare (ad esempio, quando l’abitazione à ̈ disabitata durante un periodo di vacanza), evitando qualsiasi rischio di surriscaldamento dei tubi, il quale potrebbe causare cambiamenti di stato del fluido vettore. Il flusso di attività ritorna quindi al blocco 406.

Al contrario, se nessuna richiesta di attivazione del dispositivo di protezione à ̈ stata inserita manualmente, il metodo passa dal blocco 406 al blocco 415; in tale fase, à ̈ invece verificato se una richiesta di disattivazione del dispositivo di protezione à ̈ stata inserita manualmente (ad esempio, tramite un altro pulsante del controllore). In caso affermativo, le lamine sono commutate alla posizione inattiva al blocco 418, ruotando la prima ruota dentata, e quindi tutte quelle successive, in modo da portare le lamine sotto i corrispondenti i tubi (se non si trovano già in tale posizione). Continuando al blocco 421, la pompa del sistema termico solare à ̈ accesa (se non si trova già in tale condizione). Ciò consente di riattivare il sistema termico solare dopo un temporale o al rientro da un periodo di vacanza. Il flusso di attività ritorna quindi al blocco 406.

Qualora nessuna richiesta (né di attivazione né di disattivazione) del dispositivo di protezione sia stata inserita manualmente, il metodo passa dal blocco 415 al blocco 424. A questo punto, à ̈ rilevata la temperatura dell’acqua calda (Tw) alla porta d’uscita del serbatoio (tramite il corrispondente sensore). Continuando al blocco 427, se la temperatura dell’acqua calda Tw à ̈ maggiore di un valore di soglia superiore Th (ad esempio, 65°C-75°C – come Th=70°C), il flusso di attività passa al blocco 409 (per commutare le lamine alla posizione attiva) e quindi al blocco 412 (per spegnere la pompa), ritornando di nuovo al blocco 406. In questo modo, à ̈ possibile evitare di sprecare inutilmente energia per il funzionamento della pompa quando l’acqua calda à ̈ già alla temperatura desiderata; inoltre, ciò mantiene limitata la temperatura dell’acqua, riducendo la corrispondente dissipazione di energia (molto alta quando la temperatura dell’acqua raggiunge temperature troppo elevate – ad esempio, oltre 90°C). La caratteristica proposta previene anche il rischio di surriscaldamento dei tubi (e quindi di cambiamento di stato del fluido vettore).

Al contrario (se la temperatura dell’acqua calda Tw non supera il valore di soglia Th), il metodo passa dal blocco 427 al blocco 430; in tale fase, à ̈ invece verificato se la temperatura dell’acqua calda Tw à ̈ minore di un valore di soglia inferiore Tl<Th (ad esempio, 55°C-65°C – come Tl=60°C). In caso affermativo, il flusso di attività passa al blocco 418 (per commutare le lamine alla posizione inattiva) e quindi al blocco 421 (per accendere la pompa), ritornando nuovamente al blocco 406. Ciò consente di riattivare il sistema termico solare quando necessario (in quanto l’acqua calda non à ̈ più alla temperatura desiderata).

Qualora la temperatura dell’acqua calda Tw sia compresa tra i valori di soglia Tl e Th, il metodo passa dal blocco 430 al blocco 433. A questo punto, à ̈ rilevato l’illuminamento (Lx) del collettore solare (tramite il corrispondente sensore). Continuando al blocco 436, se l’illuminamento Lx à ̈ minore di un valore di soglia inferiore Ll, il flusso di attività passa al blocco 409 (per commutare le lamine alla posizione attiva) e quindi al blocco 412 (per spegnere la pompa), ritornando di nuovo al blocco 406. In questo modo, se il valore di soglia Ll à ̈ selezionato relativamente elevato (ad esempio, 10<2>-10<3>lx, come Ll=5·10<2>lx), à ̈ possibile proteggere automaticamente i tubi quando il cielo si oscura (ad esempio, per un temporale). In ogni caso (per qualsiasi valore di soglia Ll oltre 0,1-1lx, come Ll=0,5lx), à ̈ possibile coprire i tubi durante la notte, in modo da evitare la formazione di brina su di essi (la quale riduce il rendimento del sistema termico solare nelle prime ore del mattino, soprattutto nei periodi invernali).

Al contrario (se l’illuminamento Lx non scende sotto il valore di soglia Ll), il metodo passa dal blocco 436 al blocco 439; in tale fase, à ̈ invece verificato se l’illuminamento Lx à ̈ maggiore di un valore di soglia superiore Lh>Ll (ad esempio, 1,5-3 volte il valore di soglia Ll, come Lh=2·Ll). In caso affermativo, il flusso di attività passa al blocco 418 (per commutare le lamine alla posizione inattiva) e quindi al blocco 421 (per accendere la pompa), ritornando nuovamente al blocco 406. Ciò consente di riattivare il sistema termico solare quando necessario (eventualmente al termine di un temporale, ed in ogni caso durante il giorno).

Qualora l’illuminamento Lx sia compresa tra i valori di soglia Ll ed Lh, il metodo passa dal blocco 439 al blocco 442. A questo punto, à ̈ rilevata la temperatura del fluido termo-vettore (Tv) all’uscita del collettore solare e la temperatura dell’acqua fredda (Tc) alla porta d’ingresso del serbatoio (tramite i corrispondenti sensori); à ̈ quindi calcolata la differenza di temperatura tra il fluido termo-vettore e l’acqua fredda Tv-Tc. Continuando al blocco 445, se la differenza di temperatura Tv-Tc à ̈ minore di un valore di soglia inferiore Dl (ad esempio, 2°C-5°C – come Dl=3°C), il flusso di attività passa al blocco 412 (per spegnere la pompa del sistema termico solare), ritornando di nuovo al blocco 406. In questo modo, à ̈ possibile evitare di sprecare inutilmente energia per il funzionamento della pompa quando il collettore solare non sarebbe comunque in grado di riscaldare l’acqua (in quanto la temperatura del fluido termo-vettore Tv à ̈ insufficiente).

Al contrario (se la differenza di temperatura Tv-Tc non scende sotto il valore di soglia Dl), il metodo passa dal blocco 445 al blocco 448; in tale fase, à ̈ invece verificato se la differenza di temperatura Tv-Tc à ̈ maggiore di un valore di soglia superiore Dh>Dl (ad esempio, 5°C-9°C – come Dh=7°C). In caso affermativo, il flusso di attività passa al blocco 421 (per accendere la pompa del sistema termico solare), ritornando nuovamente al blocco 406. Ciò consente di riattivare il funzionamento della pompa appena la temperatura del fluido termo-vettore Tv à ̈ sufficiente a riscaldare l’acqua.

Qualora la differenza di temperatura Tv-Tc sia compresa tra i valori di soglia Dl e Dh, il metodo ritorna direttamente dal blocco 448 al blocco 406 senza eseguire alcuna operazione (in modo da lasciare il sistema termico solare nella stessa condizione).

Naturalmente, al fine di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, un tecnico del ramo potrà apportare alla soluzione sopra descritta numerose modifiche e varianti logiche e/o fisiche. Più specificamente, sebbene tale soluzione sia stata descritta con un certo livello di dettaglio con riferimento ad una o più sue forme di realizzazione preferite, à ̈ chiaro che varie omissioni, sostituzioni e cambiamenti nella forma e nei dettagli così come altre forme di realizzazione sono possibili. In particolare, la stessa soluzione può essere messa in pratica anche senza gli specifici dettagli (come gli esempi numerici) esposti nella precedente descrizione per fornire una sua più completa comprensione; al contrario, caratteristiche ben note possono essere state omesse o semplificate al fine di non oscurare la descrizione con particolari non necessari. Inoltre, à ̈ espressamente inteso che specifici elementi e/o passi di metodo descritti in relazione ad ogni forma di realizzazione della soluzione esposta possono essere incorporati in qualsiasi altra forma di realizzazione come una normale scelta di disegno.

Ad esempio, considerazioni analoghe si applicano se il collettore solare ha una diversa struttura o include componenti equivalenti (sia separati tra loro sia combinati insieme, in tutto o in parte); inoltre, il collettore solare può avere altre caratteristiche di funzionamento. In particolare, i tubi possono essere in numero diverso, avere forma diversa, oppure contenere una sostanza diversa; analogamente, à ̈ possibile utilizzare un qualsiasi altro fluido termo-vettore. Ad esempio, in un collettore solare con una struttura “U-tube†, il condotto del fluido vettore (tipicamente glicole) attraversa i tubi di assorbimento seguendone l’andamento. Inoltre, le lamine del dispositivo di protezione possono essere realizzate in diverso materiale e/o con una diversa estensione (sia in lunghezza sia in larghezza).

Come ulteriore miglioramento, la superficie interna riflettente delle lamine può essere conformata a parabola (per concentrare maggiormente la luce solare verso i tubi); in ogni caso, nulla vieta di sfruttare a tale scopo semplicemente la finitura metallica delle lamine.

Il meccanismo sopra descritto per ruotare le lamine à ̈ meramente illustrativo, e non deve essere interpretato in modo limitativo; ad esempio, implementazioni alternative possono essere basate su ruote dentate indipendenti (comandate da una cremagliera che si estende lungo l’intero dispositivo di protezione), e simili.

Il dispositivo di protezione può essere montato sul collettore solare in modo diverso (anche esclusivamente in fase di costruzione).

La possibilità di realizzare le lamine in materiale trasparente (per consentire il funzionamento, a resa ridotta, del collettore solare anche quando esse sono nella posizione attiva) non à ̈ esclusa.

In una diversa forma di realizzazione dell’invenzione, à ̈ possibile prevedere sensori di pioggia o di grandine, i quali sono in grado di rilevare la presenza di un temporale e portare automaticamente le lamine nella posizione attiva (per proteggere i tubi) – riportandole nella posizione inattiva appena il temporale à ̈ terminato. Inoltre, nulla vieta di implementare il controllo della commutazione delle lamine (tra la posizione attiva e la posizione inattiva) direttamente nel collettore solare. In ogni caso, una forma di realizzazione semplificata in cui tale controllo à ̈ puramente manuale non à ̈ esclusa.

Si noti che il dispositivo di protezione sopra descritto si presta ad essere realizzato e messo in commercio anche come prodotto a sé stante, per essere applicato a collettori solari già esistenti.

Considerazioni analoghe si applicano anche se l’intero sistema termico solare ha una diversa struttura, include componenti equivalenti oppure ha altre caratteristiche di funzionamento (ad esempio, un numero diverso di collettori solari); più in generale, la stessa soluzione può essere applicata anche ad un sistema termico solare che sfrutta il calore prodotto per generare energia elettrica, oppure ad un sistema termico solare di co-generazione di calore ed energia elettrica.

In alternativa, il sistema termico solare può essere gestito in modo diverso. Ad esempio, à ̈ possibile prevedere singoli valori di soglia per ogni confronto (senza alcun effetto di isteresi), misurare le varie temperature in posizioni diverse (ad esempi, la temperatura del fluido termo-vettore immediatamente a monte del serbatoio).

In ogni caso, la caratteristica di accendere e spegnere la pompa in accordo con un qualsiasi confronto tra la temperatura del fluido termo-vettore e la temperatura dell’acqua fredda à ̈ utilizzabile anche in sistemi termici solari standard senza il dispositivo di protezione proposto.

Il sistema termico solare si presta ad essere installato con un metodo equivalente (usando passi simili, rimovendo alcuni passi non essenziali, o aggiungendo ulteriori passi opzionali); inoltre, i passi possono essere eseguiti in ordine diverso, in parallelo o sovrapposti (almeno in parte).

Considerazioni analoghe si applicano al metodo di controllo del sistema termico solare.

Inoltre, il corrispondente programma può assumere qualsiasi forma adatta ad essere usata dal controllore del sistema termico solare, e può essere fornito su un qualsiasi altro supporto da esso utilizzabile (ad esempio, di tipo elettronico, magnetico, ottico, ad onde di diffusione, e simili). In ogni caso, la soluzione in accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione si presta ad essere implementata anche con una struttura hardware (ad esempio, integrata in una piastrina di materiale semiconduttore), o con una combinazione di software ed hardware.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un collettore solare (105) per generare calore dalla luce solare, il collettore solare comprendendo una pluralità di tubi di assorbimento (210) per assorbire la luce solare come calore, mezzi di protezione (225) per proteggere i tubi di assorbimento da agenti atmosferici, e mezzi di commutazione (230) per commutare i mezzi di protezione tra una posizione attiva ed una posizione inattiva, caratterizzato dal fatto che i mezzi di protezione comprendono una pluralità di moduli di protezione (225) ciascuno per un corrispondente tubo di assorbimento, il modulo di protezione estendendosi a semi-tubo lungo il corrispondente tubo di assorbimento, e dal fatto che i mezzi di commutazione comprendono mezzi di rotazione (230) per ruotare ogni modulo di protezione attorno al corrispondente tubo di assorbimento.
2. 2. Il collettore solare (105) secondo la rivendicazione 1, in cui ogni modulo di protezione (225) ha una superficie interna affacciata al corrispondente tubo di assorbimento (210), la superficie interna essendo riflettente per concentrare la luce solare verso il tubo di assorbimento quando il modulo di protezione à ̈ nella posizione inattiva.
3. 3. Il collettore solare (105) secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui i mezzi di rotazione (230) comprendono una pluralità di ingranaggi (3051-305N) ciascuno solidale ad un corrispondente modulo di protezione (2251-225N), ogni ingranaggio essendo accoppiato ad ogni ingranaggio adiacente, e mezzi (310,315) per ruotare uno iniziale degli ingranaggi (3051), la rotazione di ogni ingranaggio provocando una corrispondente rotazione di uno seguente degli ingranaggi in allontanamento dall'ingranaggio iniziale.
4. 4. Il collettore solare (105) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il collettore solare ulteriormente include un condotto termo-vettore (215) per far riscaldare un liquido termo-vettore dai tubi di assorbimento (210), i tubi di assorbimento sporgendo trasversalmente dal condotto termo-vettore (215) con loro parti terminali inglobate nel condotto termo-vettore, ed i moduli di protezione (225) sporgendo trasversalmente dai mezzi di rotazione (230) per infilarli su estremità libere dei corrispondente tubi di assorbimento opposte al condotto termo-vettore.
5. 5. Il collettore solare (105) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui ogni modulo di protezione (225) à ̈ opaco alla luce solare per impedire alla luce solare di raggiungere direttamente il corrispondente tubo di assorbimento (210) quando il modulo di protezione à ̈ nella posizione attiva.
6. 6. Il collettore solare (105) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, ulteriormente comprendente mezzi (175) per monitorare un illuminamento del collettore solare da parte della luce solare, e mezzi (165) per provocare i mezzi di commutazione (230) a commutare i mezzi di protezione (225) fra la posizione attiva e la posizione inattiva in accordo con detto illuminamento.
7. 7. Un dispositivo di protezione (220) per l’uso nel collettore solare (105) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, il dispositivo di protezione comprendendo detti mezzi di protezione (225) con detta pluralità di moduli di protezione e detti mezzi di commutazione (230) con detti mezzi di rotazione.
8. 8. Un sistema termico solare (100) comprendente almeno un collettore solare (105) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6.
9. 9. Il sistema termico solare (100) secondo la rivendicazione 8, ulteriormente comprendente mezzi di immagazzinamento (130) per immagazzinare un fluido operativo, i mezzi di immagazzinamento avendo un ingresso (135i) per ricevere il fluido operativo ad una temperatura fredda ed una uscita (135o) per fornire il fluido operativo ad una temperatura calda superiore alla temperatura fredda, mezzi di pompaggio (120) per forzare un fluido termo-vettore a circolare fra l’almeno un collettore solare (105) ed i mezzi di immagazzinamento (130) per far riscaldare il fluido termo-vettore dai tubi di assorbimento (210) e far riscaldare il fluido operativo dal fluido termo-vettore riscaldato, mezzi (175) per monitorare la temperatura fredda ed una temperatura termo-vettore del fluido termo-vettore riscaldato, e mezzi (165) per accendere e spegnere i mezzi di pompaggio in accordo con un confronto tra la temperatura termo-vettore e la temperatura fredda.
10. 10. Un metodo per installare il sistema termico solare (100) secondo la rivendicazione 8 o 9, il metodo comprendendo i passi di: installare l'almeno un collettore solare (105) con i corrispondenti mezzi di protezione (220) nella posizione attiva, collegare l'almeno un collettore solare nel sistema termico solare, e commutare i mezzi di protezione dell'almeno un collettore solare nella posizione inattiva.