ITMO20110195A1 - Apparato ibrido trivalente per la produzione di energia solare, termica ed eolica - Google Patents

Description

APPARATO IBRIDO TRIVALENTE PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA SOLARE, TERMICA ED EOLICA.

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha come oggetto un apparato ibrido trivalente per la produzione di energia solare, termica ed eolica.

E<1>noto che l'energia solare può essere convertita in energia elettrica ed in energia termica mediante impianti costituiti da pannelli solari termici.

Questo tipo di impianti presentano pannelli o collettori fotovoltaici che concentrano ed assorbono i raggi solari, convertendone una percentuale variabile tra il 10/15% in energia elettrica; la rimanente 85/90% viene convertita in calore e trasferita ad un fluido di raffreddamento che circola in prossimità del pannello solare. L'energia termica accumulata viene quindi trasmessa ad un liquido immagazzinato in un serbatoio di accumulo, ad esempio l'acqua sanitaria, per un uso successivo.

I principali componenti di questo tipo di impianti solari sono: un campo fotovoltaico, inteso come celle fotovoltaiche opportunamente disposte, in parallelo; un regolatore di carica deputato alla stabilizzazione della corrente in uscita dalla cella fotovoltaica ed alla sua gestione; una batteria deputata all'accumulo dell'energia; un inverter, altrimenti detto convertitore, della corrente elettrica da continua in alternata; un contatore di produzione per la misurazione della corrente elettrica generata dall'impianto; il collegamento all'utenza oppure al gestore dell'energia.

Questo tipo di apparecchiature presentano alcuni inconvenienti, tra i guali si può annoverare il fatto che la fornitura di energia è discontinua, in quanto fortemente limitata dalle condizioni stagionali o climatiche dell'ambiente in cui è installato l'impianto, ad esempio l'irraggiamento a cui sono esposte le celle fotovoltaiche, le condizioni di nuvolosità o la minore insolazione invernale.

Inoltre, l'allestimento di questo tipo di impianti risulta spesso presentare un elevato impatto ambientale, in quanto per garantire un rendimento adeguato ad alimentare impianti civili, deve essere montati in serie un numero elevato di pannelli, occupando superfici molto estese che generalmente coincidono con terreni o tetti.

Un altro tipo di impianto per la produzione di energia elettrica è l'impianto eolico, che sfrutta l'energia cinetica del vento.

Un impianto eolico è costituito da una torre in cima alla quale è posizionato un generatore eolico a cui sono collegate due o più pale; l'altezza della torre dipende dalla posizione di installazione dell'impianto, ad esempio a valle o in collina, e dalle correnti dei venti.

Anche l'impianto eolico presenta alcuni problemi di rendimento, in quanto la produzione di energia dipende dalla velocità del vento, oltre che dalla costanza, con cui vengono colpite le pale .

Inoltre, i luoghi più ventosi ed adatti alle installazioni di impianti eolici sono generalmente i crinali di colline, le montagne o la costa, provocando un impatto paesaggistico notevole.

Un ulteriore inconveniente degli impianti eolici è che l'incidenza del vento sulle pale, determinandone la rotazione, produce un fastidioso rumore che interferisce con 1'ambiente circostante .

Oltre a ciò, esiste il rischio di mortalità da impatto con le pale in rotazione per gli uccelli migratori .

Compito precipuo del presente trovato è quello di realizzare un apparato ibrido in grado di risolvere i problemi e di ovviare agli inconvenienti sopra citati, consentendo di garantire rese energetiche elevate, oltre che costanti, con minimi ingombri.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di garantire un'alta resa energetica impiegando l'apparato ibrido sia per piccole che per grandi installazioni.

Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un apparato ibrido trivalente per la produzione di energia solare, termica ed eolica, comprendente una torre vincolata mediante una sua prima estremità ad un piano e ad una sua seconda estremità presentando almeno due pale girevoli, caratterizzato dal fatto di comprendere elementi fotovoltaici atti a generare energia elettrica in combinazione con energia eolica generata dalla rotazione di dette pale .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di due forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, dell'apparato ibrido trivalente secondo il trovato, illustrate, a titolo indicativo e non limitativo, con l'ausilio degli allegati disegni, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica di un particolare dell'apparato secondo il trovato;

la figura 2 è una rappresentazione schemi di trasmissione dell'apparato secondo il trovato;

la figura 3 è una porzione sezionata, secondo un piano verticale, di un apparato in accordo con una prima forma di realizzazione;

la figura 4 è una porzione sezionata, secondo un piano verticale, di un apparato in accordo con una seconda forma di realizzazione;

la figura 5 è una vista prospettica dell'apparato secondo il trovato in accordo con la seconda forma di realizzazione.

Con riferimento alle figure citate, l'apparato ibrido trivalente, indicato globalmente con i numeri di riferimento la, lb, secondo il trovato, comprende una torre 2 vincolata mediante una sua prima estremità 3 ad un piano e presentante ad una sua seconda estremità 4 almeno due pale girevoli 5.

Il trovato consiste nel fatto di comprendere elementi fotovoltaici 6 atti a generare energia elettrica in combinazione con energia eolica generata da dette pale.

Più particolarmente, dalla seconda estremità 4 della torre 2 si sviluppa coassialmente un albero cavo 7 alle cui rispettive estremità superiore 8 ed inferiore 9 si connette, mediante un gancio superiore 10 ed un gancio inferiore 11, ciascuna pala 5.

Gli elementi fotovoltaici 6 sono costituiti da una pluralità di celle fotovoltaiche 14 in silicio amorfo o telluro di cadmio, oppure in un materiale semiconduttore composito, come ad esempio un materiale solido ottenuto per combinazione di elementi chimici quali rame, indio, gallio e selenio; le celle fotovoltaiche 14 vengono disposte adiacenti una all'altra a formare una superficie continua in modo tale che le radiazioni solari, anche in condizioni di luce diffusa, vengano catturate dalle celle fotovoltaiche 14 e trasformate in energia elettrica.

Δ contatto con la faccia inferiore della superficie formata dalle celle fotovoltaiche 14, si sviluppa un tubo 20 di un circuito idraulico 15 contenente un fluido 16 che si scalda a contatto con le radiazioni solari e produce energia solare termica .

Preferibilmente, il fluido 16 è acqua giocolata, adatta a lavorare a temperature comprese tra -30°C e 160°C, e viene immagazzinato, attraverso il ricircolo nel circuito idraulico 15, in un serbatoio 17, fisso ed esterno all'apparato la, lb.

In condizioni ambientali e di temperatura adatte, il fluido 16 può essere acqua sanitaria e quindi può essere prelevata dal serbatoio 17 per soddisfare esigenze domestiche.

Opportunamente, le celle fotovoltaiche 14 rivestono longitudinalmente il tubo 20 del circuito idraulico 15.

Più precisamente, le celle fotovoltaiche 14 ricoprono uno strato interno o cilindro interno 21 del tubo 20 per assorbire parte delle radiazioni solari incidenti; al di sopra di questo cilindro interno 21, è posizionato uno strato esterno o cilindro esterno 22 che filtra le radiazioni solari e le trasmette direttamente alle celle fotovoltaiche 14 sottostanti. Tra i due cilindri 21, 22 è presente un film di lubrificante 23. Internamente al cilindro interno 21 circola il fluido 16 del circuito idraulico 15.

Come mostrato in figura 2, la corrente elettrica prodotta dalle celle fotovoltaiche 6 si somma a quella eolica prodotta per rotazione delle pale 5 e, uscendo dall'apparato la, lb, confluisce ad un raddrizzatore o regolatore di carica 37, deputato a stabilizzare l'energia raccolta. Successivamente, la corrente elettrica di tipo continuo in uscita dal regolatore di carica 37 viene trasformata, attraverso apparecchi di tipo noto come ad esempio un inverter 39, in corrente alternata, per la distribuzione mediante le comuni reti elettriche 30 nei luoghi 40 ove vi sia richiesta .

In una prima forma di realizzazione la, come mostrato in figura 3, l'albero 7 è girevole assieme alle pale 5; convenientemente, ciascuna pala 5 è disposta attorno all'albero 7 secondo un'inclinazione del proprio asse 12 variabile tra 40° e 70°.

La superficie superiore 13 di ciascuna pala 5 può assumere diverse forme, ad esempio può essere piana oppure convessa, a seconda delle condizioni di irraggiamento a cui sono sottoposti gli elementi fotovoltaici 6.

In guesta soluzione realizzativa, gli elementi fotovoltaici 6 ed il circuito idraulico 15 si dispongono sulla superficie superiore 13 della pala 5.

Opportunamente, la superficie superiore 13 della pala 5 è ricoperta da materiale riflettente 18 che contribuisce alla diffusione delle radiazioni solari ed alla loro incidenza sulle celle fotovoltaiche 14.

Per permettere al circuito idraulico 15, di raccordarsi al serbatoio 17 fisso e far correttamente circolare il fluido 16 all'interno del circuito idraulico 15, all'estremità superiore 8 ed inferiore 9 dell'albero 7 vengono posizionati, rispettivamente, un collettore rotante di andata 24 ed un collettore rotante di ritorno 25, ad esempio del tipo Deublin. Ciascuno di detti collettori rotanti 24, 25 è dotato di una porzione interna 26 costituita da un elemento rotante accoppiato mediante una vite senza fine alla porzione esterna 27 vincolata all'albero 7.

Il tubo 20 del circuito idraulico 15 in uscita dal collettore di ritorno 25 viene incanalato in una staffa 28 fissa che si sviluppa, esternamente alle pale 5, dalla porzione esterna 27 del collettore rotante di ritorno 25 alla torre 2.

Gli elementi fotovoltaici 6 sono connessi tra loro mediante circuiti elettrici 29 che, opportunamente, vengono sistemati internamente all'albero 7; la corrente di tipo continuo prodotta dagli elementi fotovoltaici 6 viene trasferita alla rete elettrica 30 mediante l'installazione, all'estremità inferiore 9 dell'albero 7, di elementi di collegamento 31, ad esempio spazzole a molle fisse di tipo noto, che contattano le terminazioni dei circuiti elettrici 29 raccolti in anelli.

L'albero 7 si accoppia mediante la sua estremità inferiore 9 ad un magnete permanente 32 alloggiato nell’estremità superiore 4 della torre 2; il magnete permanente 32 per effetto della rotazione dell'albero 7 produce l'energia eolica e la corrente in uscita è di tipo continuo.

In una seconda forma di realizzazione lb, mostrata in figura 3 e 4, l'albero 7 è solidale alla torre 2, alla quale è connessa mediante elementi di bloccaggio 33, mentre, i ganci superiore 10 ed inferiore 11 delle pale 5 sono connessi all'albero 7 mediante cuscinetti che ne permettono la libera rotazione. Il gancio inferiore 11 di ciascuna pala 5 è direttamente connesso al magnete permanente 32 per la generazione di energia eolica.

In questa seconda forma di realizzazione, gli elementi fotovoltaici 6 ed il circuito idraulico 15 sono posizionati superiormente all'albero 7, anziché superiormente alle pale 5; il collegamento della porzione di circuito idraulico 15 sviluppantesi in superiormente all'albero 7 con il serbatoio 17 è semplificato dal fatto che l'albero 7 è fisso.

Opportunamente, tra le pale 5 e l'albero 7 è disposto un elemento di sostegno 35 leggero e presentante la faccia superiore di materiale riflettente 18, ad esempio una lamina di alluminio, dalla estensione superficiale molto elevata .

Convenientemente, le pale 5 sono in materia plastica o vetroresina.

All'interno dell'albero 7 vengono sistemati i circuiti elettrici 29 ed i tubi 20 del circuito idraulico 15.

L'impiego dell'apparato ibrido trivalente secondo le due forme di realizzazione proposte la, lb è descritto qui di seguito.

Opportunamente, l'apparato ibrido trivalente la, lb viene installato in posizioni esposte al sole ed al vento.

Gli elementi fotovoltaici 6 presenti sull'apparato la, lb assorbono le radiazioni solari e producono energia elettrica sotto forma di corrente di tipo continuo, alla quale si somma l'energia eolica, anch'essa sotto forma di corrente di tipo continuo, prodotta dal magnete permanente 32 per effetto della rotazione delle pale 5.

La corrente continua viene convogliata in un inverter 39 presente a valle dell'apparato la, lb, dove viene trasformata in alternata per entrare nella rete elettrica 30 per la fornitura degli impianti di consumo di grandi dimensioni, ad esempio centri abitati, oppure di piccole dimensioni, come imbarcazioni.

Contemporaneamente, gli apparati ibridi trivalenti la, lb permettono anche la produzione di energia solare termica, in quanto il fluido 16 raccolto nel serbatoio 17 viene spinto lungo il circuito idraulico 15 mediante una pompa 38 alimentata dalla corrente prodotta dallo stesso apparato ibrido trivalente la, lb. Il fluido 17 si scalda per diffusione del calore generato dalle radiazioni solari incidenti sugli elementi fotovoltaici 6 e ritorna ad una temperatura più elevata al serbatoio 17; quando il fluido 17 è acqua sanitaria, può essere prelevato dal serbatoio 17 ed utilizzato, ad esempio per usi domestici .

Più precisamente, l'apparato ibrido trivalente la è particolarmente adatto per installazioni in zone molto ventose, in quanto l'albero 7 è rotante e permette di ottenere alte rese di produzione di energia eolica.

Mentre, l'apparato ibrido trivalente lb è più adatto all'installazione in zone poco ventose, in quanto sfruttando il fatto che l'albero 7 è fisso, vi si possono collocare sopra elementi di sostegno 35 dalla ampia estensione superficiale, sui quali sistemare gli elementi fotovoltaici 6 ed il circuito idraulico 15 per ottenere un'elevata resa di energia elettrica fotovoltaica e solare termica. Inoltre, essendo le pale 5 sgravate dal peso degli elementi fotovoltaici 6 e del circuito idraulico 15, possono essere messe in movimento anche da venti di piccola entità.

Si è in pratica constatato come l'apparato ibrido trivalente secondo il trovato assolva il compito nonché gli scopi prefissati in quanto consente di avere un'elevata resa di produzione di energia elettrica e solare termica per soddisfare la fornitura sia di limitate richieste come ad esempio imbarcazioni o piccole aree di campeggio che di grandi centri abitati.

Un altro vantaggio dell'apparato ibrido trivalente secondo il trovato consiste nel fatto che l'impatto ambientale è molto ridotto, in quanto vengono prodotte energia elettrica e solare termica ad emissioni molto basse.

Un ulteriore vantaggio dell'apparato ibrido trivalente secondo il trovato consiste nel fatto che le sue dimensioni compatte e caratteristiche tecniche rendono l'installazione adatta ad usi civili e di comunità, garantendo un'elevata resa ed un ridotto impatto visivo.

Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere gualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato ibrido trivalente (la, lb) per la produzione di energia solare, termica ed eolica, comprendente una torre (2) vincolata mediante una sua prima estremità (3) ad un piano e ad una sua seconda estremità (4) presentando almeno due pale (5) girevoli, caratterizzato dal fatto di comprendere elementi fotovoltaici (6) atti a generare energia elettrica in combinazione con energia eolica generata dalla rotazione di dette pale (5).
2. 2. Apparato ibrido trivalente (la, lb) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a detta seconda estremità (4) di detta torre (2) è connesso un albero (7) disposto coassialmente a detta torre (2), dette pale (5) essendo associate a detto albero (7).
3. 3. Apparato ibrido trivalente (la, lb) secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti elementi fotovoltaici (6) comprendono celle fotovoltaiche (14) associate superiormente ad un tubo (20) di un circuito idraulico (15), detto tubo (20) contenendo un liquido (16) atto alla produzione di energia solare termica.
4. 4. Apparato ibrido trivalente (la, lb) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette celle fotovoltaiche (14) sono costituite da un materiale scelto nel gruppo tra silicio amorfo, telluro di cadmio o un materiale semiconduttore composito.
5. 5. Apparato ibrido trivalente (la, lb) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette celle fotovoltaiche (14) costituiscono il rivestimento (19) di detto tubo (20), detto rivestimento (19) comprendendo uno cilindro interno (21), un cilindro esterno (22) ed un film di lubrificante (23) interposto tra detti cilindri (21, 22) per massimizzare la produzione di energia elettrica fotovoltaica ed energia solare termica.
6. 6. Apparato ibrido trivalente (la), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto detto albero (7) è girevole unitamente a dette pale (5) e sulla superficie superiore (13) di dette pale (5) sono disposti e detto circuito idraulico (15).
7. 7. Apparato ibrido trivalente (la), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito idraulico (15) è connesso alla estremità superiore (8) di detto albero (7) mediante un collettore rotante di andata (24) ed alla estremità inferiore (9) di detto albero (7) mediante un collettore rotante di ritorno (25), ciascuno di detti collettori rotanti (24, 25) essendo dotati di una porzione interna (26) collegabile a detto circuito idraulico (15a, 15b) ed una porzione esterna (27) vincolabile a detto albero (7).
8. 8. Apparato ibrido trivalente (la), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una staffa fissa (28) connessa all'estremità superiore (8) di detto albero (7) ed a detta torre (2), per il supporto di detto circuito idraulico (15).
9. 9. Apparato ibrido trivalente (lb), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto albero (7) presenta almeno un elemento di bloccaggio (33) a detta torre (2), per il mantenimento di una configurazione fissa di detto albero e la contemporanea rotazione di dette pale.
10. 10. Apparato ibrido trivalente (lb), secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti elementi fotovoltaici (6) e detto circuito idraulico (15) sono disposti superiormente a detto albero (7).