ITMI20102171A1 - Apparato ibrido composto da inseguitore solare e sistema eolico - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"APPARATO IBRIDO COMPOSTO DA INSEGUITORE SOLARE E SISTEMA EOLICO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un apparato ibrido composto da un inseguitore solare ed un sistema eolico integrati fra loro.

In particolare, la presente invenzione si riferisce preferibilmente ad un apparato inseguitore solare del tipo a movimentazione a due assi o gradi di libertà oppure ad unico asse o grado di libertà e viene vantaggiosamente impiegata per catturare energia solare da trasformare preferibilmente in energia elettrica, e contemporaneamente, per incrementare l’energia così prodotta sfruttando l’aggiuntiva forza del vento, utilizzando un sistema eolico integrato nella struttura dell’inseguitore solare.

TECNICA NOTA

Attualmente, come noto le fonti di energia alternative importanti sono il solare fotovoltaico, che utilizza pannelli basati sul principio di captazione solare fotovoltaica (esempio celle fotovoltaiche), e l’energia eolica, attraverso l’utilizzo di pale eoliche in grado di captare l’energia cinetica impressa dal vento sulle pale stesse per generare, tramite un apposito alternatore, energia elettrica.

Finora queste due fonti di energia sono state sfruttate in maniera separata con impianti solari ed eolici dislocati in spazi e luoghi diversi, riducendo così la possibilità di avere una produzione elettrica combinata proveniente da entrambe le fonti in modo da aumentare la produzione elettrica di tutte e due le fonti, solare ed eolica, che estende il tempo di produzione elettrica in misura quasi doppia (a seconda del sito di installazione) rispetto ad ognuna delle due fonti considerate singolarmente.

Attualmente sistemi ibridi solari ed eolici vengono prodotti e sviluppati creando impianti solari ed eolici in maniera fra loro separata, con installazione di pannelli solari e di fianco, a distanza determinata, onde evitare zone di ombreggiamento sui pannelli, viene installata una pala eolica.

In questo modo di impiego però vi sono diversi svantaggi legati principalmente all’assenza di un’integrazione fra le due tipologie di sistemi di captazione energetica.

Infatti, in primo luogo, come è facilmente prevedibile l'area di installazione degli apparati separati di captazione di energia, solare ed eolica, è necessariamente vasta, e richiede pertanto addizionale cablaggio di collegamento fra i due apparati, differenti dispositivi inverter, ed inoltre presentando una scarsa integrazione sotto il profilo estetico e con un duplice impatto ambientale. In sostanza, attualmente non esiste un sistema ibrido solare ed eolico integrato, in quanto laddove questi sono posti in prossimità di spazio si tratta comunque di due impianti differenti.

In generale, un impianto fotovoltaico può essere di tipo fisso oppure basato su un inseguitore solare. Gli impianti fissi sono quelle installazione che prevedono un orientamento dei pannelli fissi per tutto l’anno.

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. Nell’invenzione descritta nella presente descrizione, verrà utilizzato un apparato solare di tipo ad inseguimento, combinato con un sistema di captazione di energia eolica che preferibilmente ma non limitatamente è di dimensioni ridotte (impianti noti con il termine di mini-eolico ).

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.

Nel testo per piano azimutale o azimutinale (detto anche piano orizzontale) si intende il movimento dell'inseguimento per inseguire il movimento apparente compiuto dal Sole da Est a Ovest (dall’alba al tramonto), mentre per piano zenitale (o piano verticale) il movimento dell’inseguitore per inseguire il movimento del sole in funzione delle stagioni e dell’altezza sulla volta celeste.

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 azimutale 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.

Lo stato della tecnica relativamente agli inseguitori solari 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.

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, nessuno degli inseguitori solari, ad un asse o a due assi o gradi di libertà, delle tipologie sopradescritte è in grado di incrementare la capacità di produrre energia sfruttando la forza aggiuntiva del vento, captata da pale eoliche integrate nelle stesse strutture degli inseguitori solari.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di realizzare un apparato inseguitore ibrido in grado di captare energia solare e contemporaneamente di produrre energia sfruttando la forza aggiuntiva del vento.

In particolare, lo scopo dell’invenzione in oggetto è quello di realizzare un apparato inseguitore ibrido di elevata affidabilità e ad alta efficienza di captazione dell’energia solare e contemporaneamente dell'energia eolica, e presentante una struttura stabile e costruttivamente semplice, con costi di installazione e manutenzione ridotti.

L’apparato ibrido della presente invenzione ha il vantaggio di aumentare la produttività di energia proveniente da un unico sito e quindi impianto, in modo da ridurre gli effetti di discontinuità tipiche delle fonti alternative solari ed eoliche se considerate singolarmente. Infatti, se si considera che alla latitudini al di sotto del 45° parallelo, (come ad esempio nella parte meridionale del territorio Italiano) un impianto fotovoltaico con tecnologia ad inseguimento ha una capacità di generazione elettrica pari a 1500-2000 kwh per kw di potenza fotovoltaica installata all’anno, e che una pala eolica in funzione della disponibilità di vento nel luogo di installazione può generare energia per circa 1500-3000 kwh l'anno, sommando i due valori si ha una produzione energetica che è pari a circa 3000 fino a 5000 kwh l’anno. Con una semplice evidenza empirica è possibile determinare uno dei vantaggi chiavi di questo sistema ibrido solare ed eolico che è quello dalla funzionalità che va oltre la disponibilità del sole o del vento se considerati in maniera separata. Infatti la presenza delle due fonti rinnovabili è spesso alternativa, l’una con l’altro, pur trovandosi in determinati momenti ad essere cumulabile. Infatti se il sole è maggiormente disponibile nella stagioni di primavera ed estate, è anche vero che nei mesi invernali e autunnali vi è una maggiore disponibilità di vento che attutisce la mancanza di sole nei mesi freddi, permettendo all’impianto combinato di poter erogare comunque energia elettrica. Laddove vi siano vento e sole l'impianto può lavorare alla massima produttività sfruttando l'energia di entrambe le fonti. Così come apparirà evidente che un impianto ibrido solare ed eolico può generare energia anche di notte laddove vi sia vento, che tende a spirare maggiormente di notte che di giorno. Pertanto le implicazioni di questa innovativa soluzione è quello di ridurre in parte il problema della disponibilità energetica considerando le due fonti energetiche in maniera separata fra loro, quali l’intermittenza legata alla disponibilità della fonte (solare o eolica), determinando così un fattore di carico del sistema ibrido che è maggiore rispetto agli impianti se presi considerevolmente. Altresì ulteriori vantaggi consistono nella possibilità di utilizzare un dispositivo inverter comune eolico e solare (sviluppato appositamente) in grado di ridurre i costi rispetto all’installazione di due inverter separati. Con la presente 'invenzione sarà possibile inoltre creare dei sistemi ibridi solari-eolici di diversa forma e caratteristica che si adattano a diversi contesti di installazione e permettono anche di essere utilizzati, in applicazioni particolari come l’alimentazione elettrica di sistemi di antenne di telecomunicazione cellulare per aree remote. Un ulteriore vantaggio della soluzione in oggetto è quello di poter aggiungere un sistema di immagazzinamento energetico, mediante l’utilizzo di batterie che permettono di accumulare energia e rilasciarla sulla rete elettrica in un momento più consono e laddove vi è richiesta di energia dalla rete oppure in maniera continuativa. In teoria è possibile, combinando il sistema ibrido, con un sistema di immagazzinamento energetico a batteria (o ad altra tecnologia) avere un tasso di immissione dell’energia in rete 24 ore su 24, riducendo però la potenza di picco immessa sulla rete ad un livello che può essere il 50% o il 33% della potenza combinata dei due impianti, in modo da utilizzare l’energia in eccesso per caricare il sistema di immagazzinamento. Infatti nei momenti in cui non vi è sole o vento è possibile erogare energia alla rete elettrica immettendola dalla batterie, che verrebbero a ricaricarsi appena vi è sole o spiri di nuovo vento. Poiché la probabilità che in un determinato momento della giornata non vi sia disponibilità energetica sufficiente (ad esempio giornate poco soleggiate e assenza di vento) è piuttosto bassa, l'impianto integrato secondo la presente invenzione è in grado di generare energia elettrica da immettere in rete utilizzando quella immagazzinata nelle batteria. L’utilizzo di sistema ibrido solare ed eolico e di un sistema di immagazzinamento permette pertanto l’erogazione continua di energia limitando i cicli di carica e scarica grazie all’uso combinato delle due fonti energetiche, rispetto ai numeri cicli di carica e scarica che richiederebbero le batterie se si usassero una sola delle due fonti.

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 alcune preferite ma non limitative forme di attuazione dell’apparato inseguitore ibrido in oggetto, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica, di una preferita forma di attuazione dell’apparato inseguitore ibrido integrato solare ed eolico in oggetto, in cui è visibile in dettaglio l’ombreggiatura portata dalla turbina eolica in un ipotesi di sole con altezza determinata (es. 73°);

- la figura 1a è una vista laterale dell’apparato della figura 1 , con dettagli schematici.

- le figure 2, 2a e 2b illustrano, in rispettive viste in pianta sezionata, prospettica e frontale, un meccanismo componente dell’apparato della figura 1 , la figura 3illustra una vista prospettica di un altro componente costruttivo dell’apparato della figura 1 ;

- la figura 4a rappresenta in vista prospettica una prima variante dell’apparato della figura 1 ;

- le figure 4b e 4c sono due vista in scala ingrandita, prospettica e frontale, di un dettaglio dell’apparato della figura 4a;

le figure 4d e 4e sono rispettive viste in pianta dell’apparato delle figure 4b e 4c;

- la figura 5a rappresenta in vista prospettica una seconda variante dell’apparato della figura 1 ;

- le figure 5b e 5c sono due vista in scala ingrandita, prospettica e frontale, di un dettaglio dell’apparato della figura 5a;

le figure 5d e 5e sono rispettive viste in pianta dell’apparato delle figure 5b e 5c;

- la figura 6a rappresenta in vista prospettica una terza variante dell’apparato della figura 1 ;

- le figure 6b e 6c sono due vista in scala ingrandita, prospettica e frontale, di un dettaglio dell'apparato della figura 6a;

le figure 6d e 6e sono rispettive viste in pianta dell’apparato delle figure 6b e 6c;

- la figura 7a rappresenta in vista prospettica una quarta variante dell’apparato della figura 1 ;

- le figure 7b e 7c sono due vista in scala ingrandita, prospettica e frontale, di un dettaglio dell’apparato della figura 7a;

le figure 7d e 7e sono rispettive viste in pianta dell’apparato delle figure 7b e 7c;

- la figura 8 è una vista frontale di un’altra forma di realizzazione dell’apparato integrato ibrido solare-eolico, ad esempio adibito a pensilina per il parcheggio di automobili;

- la figura 9 è una vista frontale dell’apparato della figura 8 utilizzata ad esempio come stazione base per impianti di telecomunicazione mobile; - la figura 10a è una vista frontale di un’altra forma di realizzazione dell’apparato integrato ibrido solare-eolico in oggetto;

- le figure 10b e 10c rappresentano una vista in pianta e laterale dell’apparato della figura 10a;;

la figura 11a rappresenta in vista prospettica un’altra forma di realizzazione dell’apparato integrato ibrido solare-eolico in oggetto;

- la figura 11 b è una vista in scala ingrandita di un particolare della figura 11 a;

- la figura 11c è una vista frontale parzialmente sezionata di un ulteriore dettaglio dell’apparato della figura 11a.

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

L'apparato ibrido solare ed eolico, realizzato in accordo con la presente invenzione, secondo la descrizione dettagliata che segue e facendo specifico riferimento alle figure allegate, è formato da un inseguitore a due assi, oppure a singolo asse, può prevedere installazioni varie (a terra, su solaio ecc.) e prevede l’utilizzo combinato ed integrato insieme ad un dispositivo aerogeneratore o a pale eoliche inserito all’apice della struttura dell’apparato medesimo in maniera non completamente solidale con essa, al fine di evitare di trasmettere le sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposta la pala eolica al sistema di rotazione orizzontale dell’inseguitore.

Infatti, se il dispositivo eolico venisse posto fisso su un palo montato a sua volta sul piano di rotazione dell’inseguitore, si avrebbero problemi di stabilità in quanto l’azione del vento sulle pale solleciterebbe anche il sistema di rotazione orizzontale (azimutinale) dell’Inseguitore. Invece con l’invenzione in oggetto si vuole risolvere il problema rendendo non solidali completamente la struttura di rotazione dell’inseguitore e palo di sostegno della pala eolica, pur costituendo di fatto un unico sistema altamente integrato.

Entrando ora in dettaglio, nelle figure 1 e 1a con 100 viene globalmente indicato un apparato ibrido caratterizzato dall'avere un inseguitore solare 101 e un apparato 60 a turbina o pala eolica posto su un tubo di supporto 1a che è direttamente integrato nella struttura 1 di supporto dell’inseguitore 101. Tale inseguitore 101 è preferibilmente a due gradi di libertà, e atto ad effettuare un inseguimento del sole durante la rotazione terrestre attorno al proprio asse al fine di permettere a dei pannelli 31 solari o collettori di energia disposti in opportune file F, di captare, con massima efficacia ed ottimale orientazione l’energia solare da trasformare successivamente in energia elettrica e/o termica.

In particolare 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.

Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 1 ,1 a, 2, 2a e 2b, tale struttura 1 di supporto comprende un elemento a tubo 1a cavo e sufficientemente robusto, un gruppo motore 4 elettrico, posto all’esterno del tubo 1a e atto alla movimentazione dell’Inseguitore sul cui albero 8 ad asse verticale è fissato un ingranaggio dentato 9 che a sua volta fa muovere una ralla 10 di rotazione a dentatura esterna.

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

Secondo quanto illustrato nelle figure 1 , 3a, 3b e da 4a a 4c, tale assieme 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 (azimutinale) della Terra rispetto al Sole.

Sulla testata 11 vengono ancorati due elementi identici 20 e 20’ (Figura 1 e figura 4a), ognuno dei quali è un elemento scatolare 12 contenente (vedere Figura 3) un cinematismo di movimentazione verticale o zenitale, ovvero in elevazione rispetto all’orizzonte da Nord a Sud nel senso della volta celeste, dei citati pannelli 31 ; ciascuno elemento scatolare 12 è realizzato di materiale idoneo, come per esempio acciaio o altro metallo equivalente resistente alla corrosione dagli agenti atmosferici.

Gli elementi 20 e 20’ vengono 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 le 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.

Sempre secondo quanto illustrato nella figura 3 ogni elemento 12 scatolare definente ciascun elemento 20,20’ 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 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 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.

L’asta 45 è atta a scorrere, avanti e indietro 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 44 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 alia barra 42, ovvero un movimento di rollio (tilt) che fa muovere dei pannelli solari in elevazione rispetto all’orizzonte.

Per avere un migliore profilo aerodinamico, è poi possibile prevedere di coprire il retro dei citati 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 ancorato mediante un sistema di fissaggio a viti o ad incastro alle staffe o al pannello.

Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 1 ,1 a, 4a, 5a, 6a e la, l’apparato ibrido in oggetto comprende inoltre un dispositivo 60 a turbina eolica, o aerogeneratore, a pale rotanti ad asse verticale, preferibilmente, atto a produrre energia elettrica sfruttando la forza del vento, in aggiunta ed in combinazione a quella ottenibile da quella solare attraverso l’inseguitore solare medesimo. In altre parole, l’idea innovativa è quella di utilizzare Γ inseguitore sopradescritto in combinazione al dispositivo 60 allo scopo di produrre quantità sensibilmente maggiori di energia pulita, sfruttando sia il sole che il vento.

Specificatamente, il dispositivo 60 comprende un palo di sostegno 61 sul quale è montato una turbina di tipo rotante ad asse verticale 60, ovvero le cui eliche 63 si muovono su un asse verticale. Tale categoria di aerogeneratori, che possono avere un differente e vario profilo alare, sono in generale turbine eoliche che ruotano lungo l’asse verticale permettendo di avere il medesimo profilo in qualunque direzione del vento, senza la necessita di utilizzare servomeccanismi come nel caso delle turbine orizzontali tradizionali che fanno in modo che la forza del vento sia catturata frontalmente alle pale. In questo modo inoltre la zona d’ombra proiettata sui pannelli 31 dell'apparato inseguitore solare risulta essere indipendente dalla direzione del vento e rimane nota ed invariabile. Tale caratteristica risulta fondamentale poiché il palo 61 di sostegno ha generalmente un’altezza notevole pari a circa 10-15 metri e pertanto l’ombra che si crea ha un sicuro impatto su pannelli solari sottostanti. Indicativamente si può anche utilizzare una pala eolica ad asse orizzontale, ma questo porterebbe ad una variabilità delle ombreggiatura sui pannelli a seconda della direzione in cui soffia il vento. L’utilizzo di una pala eolica ad asse orizzontale non inficia il risultato e gli scopi che si vogliono raggiungere con la presente invenzione.

Vi sono diversi tipologie di turbine eoliche ad asse verticale come quelle ispirate ai profili cosiddetti Savonius, Darrieus e Gorlov, oppure come quella visibile nella figura 5a, di tipo Darrieus, che è prodotta dalla società inglese Quiet Revolution Ltd. Naturalmente qualsiasi turbina ad asse verticale (o altresì qualsiasi turbina ad asse orizzontale) si adatta ad essere installata nella presente soluzione di apparato ibrido solare ed eolico.

Per permettere l’installazione di una mini-turbina eolica all’interno ed accoppiato all’inseguitore solare sopradescritto, secondo la presente invenzione, ci sono diverse soluzioni e implementazioni, che fanno parte della medesimo principio per il quale si richiede il brevetto. Infatti il problema che si vuol risolvere è fare in modo che il palo di sostegno 61 della turbina eolica sia indipendentemente e non collegato solidalmente alla struttura di rotazione dell’ inseguitore, pur di fatto essendo integrato esteticamente con esso. Questo al fine di evitare che le sollecitazione impresse dalla forza del vento possano trasmettersi e sollecitare eccessivamente il sistema di rotazione per il piano azimutale od orizzontale utilizzato dal sottoinsieme solare. Pertanto la soluzione che si è individuata è quella di installare il palo di sostegno 61 al centro della struttura, o sopra di essa o al suo interno, che sostiene l’assieme di rotazione orizzontale dell’inseguitore solare, in maniera che non vi sia contatto tra di loro e nessun collegamento meccanico, onde evitare il trasmettersi di sollecitazioni. Questo semplice soluzione può essere implementata in quattro differenti varianti, al fine di realizzare gli inseguitori ibridi qui presentati, che utilizzano i meccanismi di movimentazione sul piano orizzontale/azimtale e zenitale presentati in questo descrizione. Ad un esperto della tecnica apparirà evidente che il medesimo principio è applicabile anche ad altri tipologie di movimentazione per quanto riguarda l’assieme inseguitore e pertanto la presente invenzione si può adattare a qualsiasi inseguitore solare a due assi o ad un asse con rotazione sul piano azimutinale, che usi qualsiasi tipo di sistema di movimentazione.

Nelle fig. 4a-4e è rappresentato una prima variante dell’apparato che permette di integrare una pala eolica in un sistema di inseguitore solare.

La struttura è composta da quattro pali di sostegno di dimensioni proporzionate indicate con i numeri 67, 68, 69, 70 e sono ancorati per mezzo di plinti di acciaio o altro materiale idoneo, al terreno per mezzo di un basamento di cemento o altro sistema di fissaggio al suolo. Questi quattro pali sono disposti lunghi i vertici a formare un quadrato ideale, sull’apice di detti pali è montato/saldato un basamento di acciaio 66, su detto basamento è posta la ralla di rotazione con dentatura esterna 65, la quale viene fatta ruotare per il mezzo di una ruota dentata 64 azionata da un motore 63 (coperto da un involucro). Una testata di sostegno 62 dei tubi di movimentazione 20 e 20’ (raffigura in maniera non completa e privi dei pannelli solari) viene ancorata alla ralla di rotazione 65 mediante viti e bulloni. Infine al centro del basamento 66 viene saldato o fissato con bulloni (o utilizzando una flangia, non illustrata) il palo di sostegno della pala eolica 61 , che può essere in un unico pezzo o in più segmenti in modo da facilitarne l'installazione sul campo. Il palo 61 sostiene la pala eolica 60. In questo modo il palo 61 non è in contatto meccanicamente con il sistema di rotazione composto dalla ralla 65 e dalla testata 62, le quali andranno a loro volta a sostenere l’assieme solare (visibile in fig. 1).

In fig. 5a è rappresentato una seconda variante dell'invenzione simile a quella vista nelle fig. 4a. La differenza sostanziale è che il palo 61 anziché poggiare sul basamento 66 è ancorato direttamente al suolo in maniera indipendente o per il tramite di un unico plinto di acciaio al quale sono ancorati i tubi 67, 68, 69, 70 (non visibile quest’ultimo). Inoltre il basamento 66 è cavo all’interno in una misura che permette di far inserire il tubo 61 (che può essere intero o a segmenti) e di consentire di montare la ralla di rotazione 65 sopra di esso e quindi la testata di supporto 62.

Come è evidente le varianti delle fig. 4a e 5a sono simili fra di loro, in quanto come struttura di sostegno utilizzano il sistema di quatto pali di sostegno, mentre le altre due seguenti varianti utilizzano un tubo cilindrico che agisce come struttura di sostegno in luogo dei quattro pali.

Infatti come si può osservare nella figura 6a, sostanzialmente simile alla struttura visibile nella fig. 5a, si trova la struttura cilindrica di sostegno 72 che sostituisce i quattro pali 67, 68, 69, 70 della struttura della figura 4a e 5a. Analogamente il basamento 66 della fig. 6b, montato o saldato sulla struttura cilindrica 72, ha un foro sufficiente a permettere l’inserimento del palo di sostegno 61 della pala eolica. Detto palo può essere intero o a più segmenti montabili l’uno sull’altro. Detto palo 61 viene fissato direttamente al suolo per mezzo di plinto e fondazioni di cemento o altro sistema di aggancio al suolo.

In fig. 7a, analogo come principio al sistema visibile nella fig. 4a, si vede l’ultima variante di struttura di sostegno dell’assieme solare che è costituto da un cilindro o struttura tubolare sulla quale viene montato il basamento 66, sul quale a sua volta al centro viene saldato o montato il segmento o il tubo di sostegno 61 della pala eolica 60.

Il palo di sostegno 61 viene ancorato, tramite di una flangia di acciaio (non illustrata) oppure direttamente, sul basamento 66; il tubo 73 viene invece montato ad un plinto di acciaio o direttamente a delle fondazioni in cemento armato o altro supporto atto a dare stabilità e ancoraggio al suolo di tutto l’apparato 100.

La caratteristica, di per sé semplice ma efficace, di utilizzare palo 61 di sostegno della pala eolica posto all’interno o all’apice del tubo 73, permette di perseguire gli scopi di integrazione di un sistema solare ad inseguimento e di un sistema eolico senza che i due sistemi possano, nel loro funzionamento compromettere il funzionamento dell’intero apparato ibrido solare-eolico 100 e far sì che non ci siano eccessive sollecitazioni meccaniche dovute al movimento dell’inseguitore e ai carichi di vento a cui è sottoposta la pala eolica 60 e il palo di sostegno 61.

Infatti un effetto che si è voluto realizzare con questa soluzione è far sì che il tubo di sostegno 61 qualora fosse stato montato direttamente sulla testata dell’apparato inseguitore 101 , ovvero fosse solidale con la struttura posta in rotazione, senza la brillante soluzione qui presentata, avrebbe posto a forti sollecitazioni la ralla 10 di rotazione creando problemi di stabilità e di durabilità dell’intero sistema. Infatti la ralla 10 di rotazione oltre a far ruotare la sezione relativa all’inseguitore solare 101 , avrebbe fatto ruotare inutilmente anche il palo 61 di sostegno e la relativa pala eolica 60, ponendo eccessive sollecitazioni alla ralla e alla struttura di supporto, senza portare alcun beneficio Altresì la ralla di rotazione qualora dovesse supportare il palo di sostegno della pala eolica sarebbe eccessivamente sollecitata nei propri movimenti di rotazione orizzontale, dal peso della pala eolica e delia struttura di sostegno e dal carico ventoso che fa ruotare a sua volta la pala eolica. Adottando la soluzione dei due strutture di supporto concentrici, ognuno che va a sostenere un assieme (pala eolica e inseguitore solare) fa sì che non vi siano sollecitazioni meccaniche a gravare sull’intero apparato o suN’assieme solare. Le due strutture di supporto sono di fatto indipendenti pur condividendo la stesso sito o punto di installazione.

Questo permette di avere un’altissima integrazione senza che un sistema possa influenzare meccanicamente l'altro, aumentando l’affidabilità, la durata dei componenti meccanici e senza porre dei problemi di sicurezza dell'intera struttura. Pertanto indipendentemente da come è implementata la parte relativa all’Inseguimento solare, se è prevista o meno di struttura di sostegno dell'assieme solare che ne permette la sopraelevazione, del tipo di rotazione utilizzata per i movimenti azimutale e zenitale, la presente invenzione si applica in tutti i casi in cui vi è un inseguitore che per mezzo di una generica struttura di rotazione che permette il movimento azimutale, presenti al centro un palo di sostegno o altra struttura in altezza di sostegno di una generica pala eolica, che viene montato in maniera indipendente o tale da non avere nessun contatto meccanico con la struttura di rotazione dell’inseguitore. Tale soluzione, come abbiamo visto, determina che essendo il palo di sostegno 61 posto al centro dell’inseguitore, per effetto delia rotazione lungo l’asse azimutale compiuto dalla sottostante struttura dell’inseguitore, l’ombra portata del palo di sostegno della turbina eolica cade in maniera prevalente esternamente all'Inseguitore stesso, evitando di ombreggiare i pannelli solari sottostanti.

Ritornando alla preferita variante dell’apparato ibrido solare ed eolico illustrata nella figura 1 , a prescindere del metodo di realizzazione del sostegno (ovvero che utilizzi uno delle quattro varianti sopra descritte), è da notare che sulla ralla 10 di rotazione, in corrispondenza dell’anello ruotante, verrà fissata la testata che sorregge l'assieme ruotante dei pannelli solari, in modo da avere un’inclinazione a 45° per entrambi i tubi. Tale testata presente un profilo e un dimensionamento atto a supportare due tubi di movimentazione (20 e 20’) i quali sono posti in maniera speculare e separati da uno spazio sufficiente a far passare il palo 61 di sostegno della turbina eolica e di avere un sufficiente margine di distanza, ovvero senza che il tubo di sostegno 61 e i tubi di movimentazione 20 e 20' entrino in contatto, permettendo al palo di sostegno 61 di rimanere fisso e aH’assieme solare di inseguire il sole, per il tramite di un sistema di rotazione basato su ralla di rotazione 65. La testata 62 può essere composta anche da due o più parti per facilitarne l’installazione, e può avere forma differente (quella indicata è puramente indicativa) e realizzata in materiale idoneo resistente alla corrosione e agli agenti atmosferici. La rotazione della testata è data da un motore elettrico 63 di tipo esterno, fissato lungo un lato del cilindro (figure 6c e 7c) o su due delle quattro colonne come visibile nelle figure 4c e 5c, che muove una ruota dentata 64 che a sua volta muove la dentatura esterna del piano ruotante della ralla 65 di rotazione, permettendo così di far muovere la testata e solidalmente i tubi di movimentazione e quindi i pannelli solari per il tramite della struttura di supporto di quest’ultimo 101. Si può altresì usare un solo tubo di movimentazione 20 e al posto del tubo 20’ utilizzare un sistema tubolare di forma analoga, atto a controbilanciare e dare stabilità, e mantenere la simmetria dell’apparato, ma privo al suo interno del cinematismo di movimentazione. In questo caso il sistema tubolare, privo del cinametismo, deve avere fori e sistemi a boccola in grado di far ruotare le file di pannelli F secondo il movimento impresso dal sistema di movimentazione tubolare 20.

Il problema delle ombre è risolto brillantemente in quanto l’ombra prodotta dal palo non cade sui pannelli ma tende ad andare esternamente e posteriormente all’assieme. Dal momento che per effetto del movimento di rotazione in senso orizzontale dell’intero sistema infatti l'ombra proiettata dal palo di supporto andrà sempre fuori senza colpire i pannelli sottostanti. L’ombra invece della turbina essendo questa di tipo verticale è piuttosto compatta, e comunque fissa, ovvero indipendente dalla direzione del vento e potrebbe ombreggiare qualche pannello sottostante solo nel periodo in cui il sole è al massimo dell’altezza e generare un ombra che va a colpire i pannelli più prossimi al tubo di movimentazione 20 e 20’ e della fila più in alto (fig. 1 ).

Ulteriori pannelli solari possono essere installati sulla superficie esterna dei tubi di movimentazione 20 e 20’, di piccole dimensione e nella parte inferiore tra i due tubi sostenuti da apposite staffe (non visibili).

Tuttavia se l’ombra del palo di sostegno 61 della pala eolica non costituisce un problema, come abbiamo visto l’ombra della turbina e delle eliche può cadere sui pannelli ma in misura molto limitata e solo durante le giornate estive quanto il sole raggiunge l’altezza massima

Tuttavia la trascurabile perdita di energia, per effetto di ombreggiamenti della turbina su determinati pannelli, è ampiamente ricompensata dal guadagno dovuto alla co-installazione della mini-turbina eolica, permettendo di generare energia in assenza di sole ma in presenza di vento, come può essere nelle giornate nuvolose, o durante la sera o notte, o meglio d’inverno quando sono più frequenti i venti che le giornate con sole. Inoltre utilizzando appositi microinverter (ovvero inverter che funzionano per un singolo pannello) oppure dispositivi come quello della società americana National Semiconductor chiamato MagicSolar che permette di ridurre la perdita energetica dovuto all’ombreggiamento che cade su un pannello, isolando il pannello ombreggiato dal circuito dell’intera stringa di pannelli senza penalizzare il rendimento della stringa di cui fa parte. Diversamente al fine di minimizzare l’effetto dell’ombra che cade su detti pannelli si possono dotare questi di microinverter o inverter dedicati per singoli pannelli che non penalizzano così il rendimento della stringa di pannelli, che normalmente sono collegati ad un unico inverter. In questo modo i pannelli soggetti ad ombreggiamento, in presenza di ombra portata dalla pala eolica non producono energia, ma non influenzano negativamente il rendimento energetico del resto dei pannelli o della stringa a cui sono collegati.

Tale sistema ibrido pertanto si presta per una nuova serie di applicazioni a doppia fonte di generazione basata sia sul solare che suH’eolico, sia con installazioni in grandi centrali fotovoltaiche e mini-eoliche che utilizzano il presente sistema ibrido e sia come installazioni stand alone in zone periferiche o prive di rete elettrica, permettendo in un unico sito di sfruttare entrambe le forme energetiche. I vantaggi oltre che di questo tipo, sono anche in termini di minor impatto ambientale, di minor costi di installazione e di condivisione di parte delle strutture di controllo e gestione, e di una maggiore produttività energetica raggiungibile nei momenti in cui vi è disponibilità di sole e presenza di vento ovvero quando almeno uno dei due fenomeni è presente.

Un chiaro vantaggio di impiego sia ha nei cosiddetti campi fotovoltaici in cui sono presenti un numero variabili di questi inseguitori ibridi e che aumenterebbero la capacità di produzione elettrica a parità di superficie occupata, grazie al contribuito della fonte eolica. Inoltre anche in un ipotesi di alta densità di installazione su una superficie data, l’eventuale effetto di ombreggiamento reciproco che potrebbero generare i pali di supporto e la turbina eolica, sarebbero compensati dal fatto che le ombre più lunghe si hanno nei periodi invernali e che in quel periodo la disponibilità di sole è notevolmente inferiore, mentre è più probabile che in inverno in certe località spiri in misura prevalente il vento. Altresì l'eventuale perdita per ombreggiamento reciproco riscontrabile nelle fasi di alba e tramonto verrebbero compensate dalla maggiore produzione di energia da fonte eolica, come nelle ore prive di sole e durante la notte. Inoltre utilizzando algoritmi di backtracking si può fare in modo che ogni inseguitore ibrido riduca l’effetto dell’ombra portata di altri inseguitori ibridi (e quindi ella pala eolica e del suo palo di sostegno) posti nelle vicinanze.

Inoltre l’utilizzo di un inverter dedicato per ogni array permettono di far si che eventuali ombre "lunghe" di dimensioni estese (esempio di un' altra struttura analoga posta anteriormente o di un’altra struttura o ingombro che crea ulteriori ombre) cadano su alcuni array e non su tutti gli arrays del sistema, permettendo così di ridurre l’effetto di “resistenza elettriche" delle ombre e la conseguente minore produzione di energia.

Per proteggere gli inseguitori dall’effetto del vento di determinata velocità, mediante un apposito anemometro (non illustrato) posto in corrispondenza della parte in cima all'inseguitore in una posizione ben esposta ai venti permette di rilevare la velocità e la direzione del vento e fornire dati alla centralina di controllo del sistema ibrido per quanto riguarda la messa in sicurezza dell’intero apparato ibrido 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 la struttura, l’apparato 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. Inoltre la discontinuità della superficie captante grazie all’ingegnosa soluzione qui presentata permette di offrire una maggiore resistenza ai venti grazie alla posizione lungo un inclinazione a 45° della struttura scheletrica dell’apparato o meglio della struttura captante, che permette che il vento passi attraverso la struttura metallica della parte superiore dell’inseguitore.

Tale inclinazione oltre che essere vantaggiosa sul profilo aerodinamico, ed è questo un elemento di innovazione, è stata principalmente concepita per risolvere il problema dell’ombreggiamento dei pannelli nel tentativo di impiegare il meccanismo di trasmissione interna basata su attuatore e cremagliera-pignone, avendo un inseguitore a vele multiple. La movimentazione e il controllo dell’apparato ibrido inseguitore solare ed eolico 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 inseguitore e la turbina eolica, bloccandola, in caso la velocità misurata dall’anemometro o dalla turbina 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.

In fig. 8 è visibile una particolare forma di realizzazione di un apparato inseguitore ibrido 200 solare con una pala 60 eolica, in cui l’assieme dell’inseguitore solare ha una disposizione orizzontale, anziché a 45° come nel caso del sistema ibrido 100 di figura 1.

La particolare disposizione orizzontale permette di utilizzare l’inseguitore come parcheggio di automobili, dal momento che la struttura dell’inseguitore è posta ad una certa altezza dal terreno, tale da consentire il parcheggio di automobili. Tale struttura si può anche immaginare come stazione di ricarica di automobili e veicoli elettrici che possa approvvigionarsi anche dalla rete elettrica. La figura è con vista prospettica, ma il suo funzionamento è simile a quello dell’apparato ibrido 100. In particolare può essere ad uno oppure a due assi, laddove l'asse necessario in entrambe le varianti di questa implementazione è quello di rotazione azimutale che fa si che ruotando evita che l'ombra del palo di sostegno e della pala cada sui pannelli sottostanti. Il secondo asse zenitale utilizza il sistema di movimentazione basato sul tubo scatolare e sul principio della cremagliera, pignone e attuatore e può avere uno o due sistemi di movimentazione ovvero uno o più tubi scatolari con all’interno il cinematismo già visto. Altresì il tubo di supporto ha la stesa logica di indipendenza vista nell’apparato 100, realizzabile secondo uno delle quattro varianti viste sopra, in cui l’assieme dell’inseguitore posto in rotazione è ancorato in maniera indipendente rispetto al palo centrale, affinché non vi siano sollecitazioni meccaniche. La rotazione lungo l’asse zenitale permette ai pannelli di ottimizzarsi in funzione dell’altezza del sole e utilizzando un apposito algoritmo di backtracking fa si che anche in posizione del sole basso non ci sia ombreggiamento reciproco tra le file di pannelli solari. Il backtracking è un sistema di controllo applicabile agli inseguitori che minimizza l’effetto di ombreggiamento di una fila di pannelli su quella successiva, utilizzo non il principio della perpendicolarità del pannello rispetto al soie, ma quello che ricerca il punto in cui ogni fila di pannello risulti esposto al soie, pur con un’inclinazione più bassa rispetto a quella che si otterrebbe in un sistema senza backtracking. In figura 9 è visibile un'altra forma di realizzazione del sistema ibrido ad inseguitore solare ed eolico simile al sistema 200 ma che viene utilizzato in questo caso in applicazioni di torre per telecomunicazioni, con la duplice funzionalità: da una parte alimentare detti impianti di telecomunicazioni e dall’altro di offrire un supporto per l’installazione nella parte superiore delia struttura di supporto di un gruppo di antenne per telecomunicazione di tipo mobile, di internet senza fili e ogni altra esigenza di telecomunicazione mobile e radio. Infatti il problema di questo genere di sistemi di telecomunicazione cellulare è legato all’approvvigionamento elettrico. Spesso infatti per esigenze di copertura delia rete cellulare detti impianti sono installate in aree remote distanti da reti elettriche e spesso sono alimentate con sistemi di generazione elettrica diesel o mediante motori endotermici, ponendo problemi di approvvigionamento costante di carburante e di scarsa autonomia. D’altro canto dato lo sforzo di molte compagnie di telecomunicazioni nel ridurre il proprio impatto ambientale attraverso la riduzione delle proprie emissioni e l’impiego di fonti non fossili, si rivela una soluzione perfetta per rendere a basso impatto ambientale le torri di telecomunicazioni radio degli operatori telefonici e di reti mobili. Alla base del sistema è posto un container o altro contenitore 303, accessibile mediante la porta 308 e atto a contenere all’interno la strumentazione elettronica per il funzionamento del sito di telecomunicazione (non illustrata), oltre a poter ospitare un insieme di batterie per l'accumulo di energia elettrica proveniente dai due impianti solari ed eolico di cui è composto l’apparato 300. In questo modo la stazione mobile beneficia della produzione energetica di queste due fonti, immagazzina l’energia non consumata nelle batterie ed è in grado di avere un’autonomia completa tale da non richiedere l’allaccio alla rete o l’utiiizzo di generatori endotermici, eliminando il problema del rifornimento di carburante, facendo diminuire i costi di gestione della torre eolica. Il palo 61 può essere altresì dotato di una scaletta metallica (non visibile) saldata direttamente sui palo in grado di permettere al personale di accedere al sistema di antenne 304. Il sistema ibrido solare, eolico per telecomunicazioni utilizza i ritrovati per quanto riguarda la movimentazione degli assi (anche questo può essere ad uno o a due assi) e lo stesso meccanismo di separazione strutturale tra palo di supporto della pala eolica e assieme dell’inseguitore secondo quanto finora vista per le precedenti implementazioni.

Nelle figure 10 e 11 è rappresentata un’ulteriore forma di realizzazione del sistema ibrido di inseguitore solare e sistema eolico 400 caratterizzato dall’essere di tipo verticale, ovvero dove l’inseguitore si sviluppa in altezza anziché in orizzontale o a 45° come le altre forme di implementazione viste finora.

Il vantaggio di tale soluzione è quella di poter installare questi inseguitori anche in aree che richiedono una superficie di occupazione relativamente bassa, come bordi di strade e autostrade, parchi e aree non presidiate dal momento che lo sviluppo in altezza permette di offrire un naturale funzione antifurto dei pannelli. La caratteristica forma di questo inseguitore, unico nel suo genere permette di avere una forma ad albero che quindi riduce l’impatto ambientale e paesaggistico e permette al sistema ibrido di integrarsi in tutti quei contesti urbani e periferici laddove vi sia disponibilità di sole e vento, simulando la forma in altezza tipica degli alberi, grazie all’utilizzo di una doppia fila di arrays di pannelli 31 , che imitano i rami di un albero e della pala eolica posta all’apice del tubo di supporto, che invece emula la cima di un albero. Al di là di questi aspetti estetici che formalizzano la funzionalità di tale implementazione, rendendo il sistema una valida soluzione nella lotta all'inquinamento da gas serra e all’indipendenza energetica da fonti fossili con una logica di installazione decentralizzata e dislocata nel territorio.

Vediamo in dettaglio il funzionamento di tale sistema che per sua natura differisce leggermente dalle implementazioni precedenti. L’apparato 400 è definito da una struttura di supporto 73 caratterizzata da un tubo di sostegno circolare (o altresì può essere formato da quattro colonne portanti come nel caso della fig. 4a e 5a), sul quale è montata una ralla 65 di rotazione con ingranaggio esterno che viene mosso da una ruota dentata 64, innestato ad un albero di un motore elettrico 63. Scopo di questo assieme è muovere la struttura ad inseguitore 401 , la quale è formata da un piastra di acciaio 74, che può presentare un foro al centro atto a far passare il tubo di supporto 61. Detto tubo è ancorato alia base del sistema 400, concentricamente all’interno dei tubo cilindrico di supporto 73, fissato al suolo con un plinto e fondazioni di cemento. Detta piastra 74 è ancorata alla ralla 65 di rotazione per mezzo di viti e bulloni, mentre la parte fissa della ralla è ancorata al tubo cilindrico di supporto 73. Su detta piastra sono montati i tubi 402, 403, 404, 405 (non visibile) in un numero di 3 o 4 (in questo caso nelle figure è mostrato il sistema a quattro tubi) mediante bulloni o saldatura, detti tubi 402-405, per l’altra estremità, sono fissati ad una piastra superiore 415, anch’essa forata e atta a far passare al proprio interno il tubo 61 di supporto della pala eolica 60. In sostanza si viene a creare un elemento strutturale che sorreggerà le file F di pannelli 31. Il tubo 61 , che può essere anche in più sezioni tra di loro collegate e formanti un unico tubo di supporto passando all’interno della struttura composta dai 4 tubi 402-405 le due piastre di acciaio 74 e 415 poste alle due estremità, crea a sua volta un elemento di stabilità dell’intero assieme 401 , mediante l’utilizzo di un cuscinetto a rullino o a sfere 409 che è posto in posizione superiore, in corrispondenza della piastra 415. In questo modo grazie al cuscinetto 409, che è posto in contatto da una parte esterna con il supporto 415 e dalla parte interna con la superficie del tubo 61 , con una superficie opportunamente trattata in modo da permettere lo scivolamento e la tenuta del cuscinetto 409 sulle pareti esterne del tubo 61 .

Detta ingegnosa soluzione permette di avere un supporto in altezza di tutta la struttura 401 , la quale in questo modo scarica delle sollecitazioni meccaniche sul cuscinetto e a sua volta sul tubo 61 permettendo così di non gravare sulla sola ralla 406 di rotazione. Infatti è evidente ad un esperto della tecnica che una struttura 401 che si sviluppa in altezza, posta in rotazione attraverso il motore 61 che pilota la ralla 65 di rotazione, al fine di inseguire il sole lungo l’asse azimutale, porrebbe forti sollecitazioni meccaniche sulla ralla 406 di rotazione in funzione dei carichi dei venti a cui sarebbe inevitabilmente sottoposta, portando ad una rottura della ralla o ad una rapida usura, e altresì potendo anche oscillare in presenza di venti forti. Invece adottando la soluzione di utilizzare il cuscinetto 409, questo permette all’intera struttura 401 di avere un altro punto di scarico e di appoggio sul tubo 408 in corrispondenza del punto in cui è installato il cuscinetto 409. Il cuscinetto può essere montato per il tramite di un supporto che ne permette l’installazione, detto supporto 416 (illustrato schematicamente), situato all’apice della struttura verticale 401 dell’inseguitore. Altresì è possibile inserire il cuscinetto 409 direttamente aH’interno del foro della piastra 415 e utilizzare detta piastra come supporto del cuscinetto stesso. In questo modo appare evidente che combinando la ralla e il cuscinetto posto all’apice della struttura verticale si ha come risultato una maggiore stabilità del sistema grazie al sostegno addizionale per carichi laterali offerto dallo stesso tubo di supporto 61 , che grazie al cuscinetto può far ruotare l'assieme 401 senza attrito con esso, in funzione della posizione del sole sul piano orizzontale. Attraverso una smerigliatura o il rinforzo di un manicotto di acciaio (non visibile) lungo la parte del tubo a contatto con il cuscinetto è possibile ridurre l’attrito e quindi l’affidabilità stessa del cuscinetto. Ne risulta pertanto che il tubo 61 è ancorato alle fondazioni e passa attraverso la piastra 414 e 74 inserendosi all’interno del tubo 73, quindi indipendente dal sistema di inseguimento 401 , il quale a sua volta poggia sia come carico assiale sulla ralla 65 di rotazione e come carico radiale sul cuscinetto a strisciamento a rullini o a sfere di idonea dimensione 409. In questo modo si ha la soluzione al complesso problema tecnico di creare un inseguitore che: a) si sviluppa in altezza, mentre normalmente gli inseguitori sono con sviluppo orizzontale b) che permette il movimento su due assi e c) che permette di supportare una pala eolica di tipo verticale o orizzontale 410 (come quella visibile nelle figure) senza che detta pala 410 sia appoggiata direttamente sulla struttura 401 , ma bensì, come nel caso deH’implementazione ora in esame, direttamente ancorata alle fondazioni dell’inseguitore, condividendo lo spirito delle precedenti forme di realizzazione sopradescritte di apparato ibrido, così come utilizzando una delle varianti di integrazione del supporto dell’inseguitore e del supporto della pala eolica, viste in precedenza.

Il secondo movimento di rotazione dell’inseguitore è realizzato mediante l’utilizzo del tubo di movimentazione 407, analogo a quello utilizzato per le altre implementazioni, solo che in questo caso ha una copertura arrotondata per offrire un migliore profilo aerodinamico al vento come è visibile in Fig. 3. Detto tubo di movimentazione, il cui funzionamento è stato già descritto ampiamente in precedenza, è fissato mediante staffe di sostegno orizzontale 412 che possono essere saldate o fissate a due tubi 402 e 403 frontali. Su dette staffe è fissato per mezzo di viti la parte inferiore del sistema di movimentazione 407. Degli appositi supporti 413 posti sui due tubi frontali, all’altezza di ogni albero 417 uscente dal sistema di movimentazione 407 permettono di sorreggere e far ruotare detto albero attraverso l’utilizzo di una boccola o cuscinetto (non visibile). A detto albero è collegato la barra di supporto 418 delle file di pannelli F. Al fine di dare maggiore stabilità alle singole file di pannelli F è possibile utilizzare una struttura di sostegno posteriore 411 , che è formata da un tubo o profilo curvato appositamente e inserito o saldato all’interno dei tubi 404 e 405 posteriori, rispetto ai tubi frontali 402 e 403 che sorreggono il tubo di movimentazione 407, in corrispondenza e in parallelo alle barre di supporto dei pannelli F. Attraverso l’utilizzo di una boccola o di cuscinetto o altro sistema a strisciamento inserito nell’estremità della barra di sostegno 411 è possibile far ruotare le file di pannelli F in funzione del movimento impresso dal sistema di movimentazione 407.

Risulta pertanto evidente il vantaggio di tale struttura che è quello così di poter integrare un sistema ad inseguimento solare ed un sistema eolico proporzionato, con uno sviluppo verticale in grado di soddisfare la produzione energetica per tutta una serie di applicazioni. Inoltre, ma non è illustrato nelle figure, è possibile montare alla parte superiore della piastra superiore 415 delle antenne di telecomunicazioni per applicazioni di torri di telecomunicazioni radio. Aggiungendo quindi una terza funzionalità a detto sistema utilizzando pertanto gli stessi siti di installazione di dette antenne che al momento sono impiegati solo per scopi connesse alle telecomunicazioni. Invece con questo sistema è possibile utilizzare detti siti come centri di produzione energetica da fonte solare ed eolica, oltre che per comunicazioni radio, e utilizzare l’energia stessa prodotta da tale assieme per soddisfare i fabbisogni energetici di detti sistemi di telecomunicazioni radio.

Lo sviluppo in verticale fa si che i pannelli possano risentire di effetti di ombreggiamenti laddove il sole sia particolarmente alto rispetto all’orizzonte, in quanto la fila di pannelli superiore ombreggia quella inferiore. Per evitare tale inconveniente è possibile dotare il sistema di controllo del sistema di un algoritmo di backtracking, che permette man mano che il sole sale in altezza di posizione i pannelli in modo che non siano perpendicolari al sole - come nell’inseguimento senza backtracking - ma in maniera tale che l’angolo di inclinazione dei pannelli permetta l’esposizione ottimale al sole dei pannelli e annulli l'effetto di ombreggiamento sui pannelli della fila sottostante. Il backtracking per questo sistema inizia laddove il sole ha un altezza di 80° sull’orizzonte. Ma una tale eventualità si verifica solo qualora il sistema venga installato a latitudini basse e nelle giornate estive verso mezzogiorno, facendo in modo che l’utilizzo del backtracking eviti l’effetto di ombreggiamento delle file di pannelli montati più in alto su quelli più in basso. Anche se con il backtracking il pannello non ha la massima capacità di generazione, tale riduzione di produzione energetica solare verrebbe compensata dalla presenza della pala eolica. In particolare l’installazione di detto apparato si presta particolarmente in luoghi con una latitudine alta ed evitando ogni effetto di ombreggiamento, anche nei periodi estivi e nei momenti della giornata di massima altezza del sole, non richiedendo alcun algoritmo di backtracking.

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

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato (100,200,300,400) inseguitore ibrido solare ed eolico comprendente una prima struttura (1 ; 67,68,69,70; 73) di supporto, su detta prima struttura di supporto vi sono mezzi idonei a porre in rotazione un assieme di pannelli (31) fotovoltaici almeno sul piano azimutale in modo da permettere l'inseguimento del Sole durante la rotazione terrestre; e una seconda struttura (61 ) di supporto fissa atta a sostenere un dispositivo (60) eolico a pale rotanti (63) per captare la forza propulsiva del vento ed integrata alla detta prima struttura di supporto a formare un unico assieme.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la detta seconda struttura (61) di supporto è a forma di palo verticale (61 ), ed è montata internamente alla detta prima struttura di supporto.
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la detta seconda struttura di supporto è a forma di palo verticale (61 ), ed è montata sulla parte superiore della detta prima struttura di supporto
4. 4. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il dispositivo (60) eolico, è montato su un palo (61 ) di sostegno, e detto dispositivo (60) ha delle eliche (63) rotanti ad asse verticale od orizzontale.
5. 5. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la detta prima struttura è formata da un elemento a tubo (1 a) cavo, sulla quale è un basamento quadrato (66); su di questo un gruppo motore (4) elettrico, posto all'esterno del detto tubo (1a), su un cui albero (8) ad asse verticale è fissato un ingranaggio dentato (9) che a sua volta fa muovere una ralla (10) di rotazione a dentatura esterna; sulla detta ralla (10) viene montata una testata (11 ,62) atta a supportare i detti mezzi (31 ) a pannelli fotovoltaici che sono mossi sul piano azimutale o orizzontale; il detto palo (61 ) di sostegno essendo montato sul detto basamento (66); mezzi (12, MAC) di movimentazione per il piano zenitale dei detti pannelli (31) essendo previsti all'interno di una coppia di elementi scatolari (20,20’) montati sulla testata (1 1 , 62).
6. 6. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la detta prima struttura comprende quattro pali (67,68,69,70) di sostegno supportanti un basamento (66) quadrato di appoggio per il detto palo (61) di sostegno; sul detto basamento (66) essendo disposti mezzi ad ingranaggi dentati (65,64) movimentati per mezzo di un motore (63) atti a muovere un assieme di pannelli (31 ) sul piano azimutale, posti su una testata (11 ,62); su detta testata sono posti ulteriori mezzi di movimentazione, per il movimento zenitale dei detti pannelli (31) essendo previsti all’interno di una coppia di elementi (20,20’) scatolari da banda opposta fra loro rispetto al detto palo (61) di sostegno.
7. 7. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la detta prima struttura comprende quattro pali (67,68,69,70) di sostegno supportanti un basamento (66) quadrato cavo; sul detto basamento (66) essendo disposti mezzi ad ingranaggi dentati (65,64) movimentati per mezzo di un motore (63) atti a far muovere sul piano azimutale la testata (11 , 62); il detto palo (61) di sostegno essendo fissato al suolo e passante attraverso il detto basamento (66) cavo; mezzi di movimentazione sul piano zenitale dei detti pannelli (31 ), sono posti all’interno di una coppia di elementi (20,20’) scatolari e montati sulla testata (11 , 62), da banda opposta fra loro rispetto al detto palo (61 ) di sostegno.
8. 8. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la detta prima struttura comprende un elemento tubolare cilindrica o a colonna cava (73) supportante un basamento (66) quadrato cavo; sul detto basamento (66) essendo disposti mezzi ad ingranaggi dentati (65,64) movimentati per mezzo di un motore (63) atti a far muovere sul piano azimutale la testata (11 , 62); il detto palo (61 ) di sostegno essendo fissato al suolo e passante all’interno della detta colonna (72) ed attraverso il detto basamento (66) cavo; mezzi di movimentazione sul piano zenitale dei detti pannelli (31) essendo previsti all'interno di una coppia di elementi (20,20’) scatolari montati sulla testata (11 ,62), da banda opposta fra loro rispetto al detto palo (61) di sostegno.
9. 9. Apparato inseguitore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di movimentazione (12, MAC) dei detti pannelli (31 ) sul piano zenitale comprendono mezzi ad ingranaggi dentati definiti da mezzi a cremagliera (43,44) e mezzi attuatori (45) lineari.
10. 10. Apparato ibrido inseguitore solare ed eolico (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (31 ) a pannello fotovoltaico comprendono una pluralità di pannelli (31 ) disposti a formare un’area di captazione con un'inclinazione di 45°
11. 11. Apparato ibrido inseguitore (200; 300) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (31) a pannello fotovoltaico comprendono una pluralità di pannelli (31 ) disposti a formare un’area di captazione a sviluppo orizzontale.
12. 12. Apparato inseguitore (400) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi (31 ) a pannello fotovoltaico comprendono una pluralità di pannelli (31) disposti a formare un’area di captazione a sviluppo verticale.
13. 13. Apparato ibrido inseguitore (300; 400) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9 e da 11 a 12, caratterizzato dal fatto che sulla parte superiore del palo (61 ) di sostegno è posta una struttura (304) comprendente antenne di radiocomunicazione, e il dispositivo eolico (60) è posto all’apice del palo (61) di supporto.
14. 14. Apparato ibrido inseguitore (300) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9 e la rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che alla base dell’apparato inseguitore vi è un container (303) o altro contenitore idoneo atto a contenere mezzi elettrici ed elettronici per il funzionamento di una stazione di controllo di comunicazioni radio, e che detto container presenta una porta (308) di accesso.
15. 15. Apparato inseguitore (400) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9 e la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che l’area di captazione a sviluppo verticale è realizzata da una struttura verticale (401 ) formata da tre o quattro elementi tubolari (402, 403, 404, 405) poggianti su un basamento (66) e che all’estremità superiore presentano un basamento cavo (415), al cui interno un elemento a cuscinetto (409), la cui parte interna è a contatto con il palo (61) di sostegno e la parte esterna con la parte cava del basamento (415); detta struttura verticale (401) viene posta in rotazione dalla ralla (65) di rotazione, sulla quale poggia il basamento inferiore (66).
16. 16. Apparato inseguitore (400) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9 e la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che l’area di sviluppo verticale prevede un elemento scatolare (407) contenente mezzi di movimentazione (12, MAC) dei detti pannelli (31) sul piano zenitale e comprendono mezzi ad ingranaggi dentati definiti da mezzi a cremagliera (43,44) e mezzi attuatori (45) lineari; detto elemento scatolare ha una copertura arrotondata ed è supportato da apposite staffe (412), montate a loro volta a giusta distanza in numero variabile ai due tubi (402, 403).