ITNO20080011A1 - Sistema termoidraulico con pannelli solari polifunzionali - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale:

La presente invenzione riguarda un sistema che comprende pannelli solari termoidraulici polifunzionali a basso impatto estetico ed alta efficienza.

Gli impianti tradizionali di conversione da energia luminosa di origine solare ad energia termica prevedono l'utilizzo di pannelli composti da una superficie di conversione rivolta verso l'irraggiamento, solitamente metallo ad elevata conducibilità termica opportunamente rivestito di materiale assorbente nei confronti delle radiazioni luminose (nero), in cui l'energia luminosa è assorbita e convertita in calore; da un circuito a fluido per il trasporto del calore a questa termicamente accoppiata; da un pannello posteriore di materiale termicamente isolante, per ridurre le dispersioni di energia termica; da un pannello frontale, cioè diretto verso la sorgente luminosa, di materiale trasparente, per consentire l'illuminazione della superficie di conversione ma nel contempo per impedire lo scambio termico con l'ambiente circostante e per proteggere meccanicamente la superficie stessa dagli agenti atmosferici, dalla polvere e da corpi estranei; da un telaio che fissa saldamente gli elementi elencati e da supporti di ancoraggio a suolo, pareti o tetti. La presenza di temperature interne anche elevate (fino ed oltre i 150°C) richiede una particolare cura progettuale e di realizzazione per evitare le perdite termiche e mantenere elevata l'efficienza netta di conversione. In particolare l'uso di vetro sufficientemente robusto per sopportare urti e agenti atmosferici porta alla realizzazione di manufatti antiestetici, pesanti, costosi e di difficile installazione. Sono altresì in commercio pannelli solari più elementari, costituiti talora da semplici tubi neri o da pannelli di neoprene od adatti materiali industriali, utilizzati ad esempio per il riscaldamento dell'acqua delle piscine. L'efficienza di questi pannelli è buona se la temperatura di esercizio cui si portano, cioè quella del fluido circolante, è tale da mantenersi non lontana dalla temperatura ambientale, come nell' esempio citato. Qualora la temperatura salga, come richiesto per alimentare un impianto sanitario o di riscaldamento, l'efficienza scende drasticamente per la mancanza di adeguato isolamento termico dei convertitori.

Lo scopo della presente invenzione è quello di consentire la realizzazione di pannelli solari polifunzionali di costruzione particolarmente semplice, robusta, economica e leggera, tali da poter essere facilmente integrati negli elementi strutturali degli edifici, quali muri perimetrali o tetti. Ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare un sistema ad alta efficienza di conversione, in cui le perdite termiche sui pannelli solari sono ridotte od addirittura negative, cioè con calore recuperato dall' ambiente. Ulteriore scopo della presente invenzione è consentire l'integrazione semplice della generazione di calore per conversione dell'energia luminosa solare con il recupero di calore dall'aria esterna.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è utilizzare l'ampia superficie di conversione dei suddetti pannelli solari per lo smaltimento del calore generato dalla refrigerazione degli edifici. Questi scopi, secondo la presente invenzione, vengono raggiunti realizzando un sistema di conversione da energia solare ad energia termica secondo la rivendicazione 1, cui si rimanda per brevità.

In modo vantaggioso, secondo l'invenzione, è possibile controllare la temperatura di esercizio dei pannelli solari in modo da mantenerla uguale o minore rispetto a quella ambientale. In questo modo lo scambio termico con l'ambiente viene minimizzato od addirittura reso negativo, con la possibilità di assorbire calore dall' aria. In questo modo l'efficienza di conversione della radiazione luminosa è mantenuta elevata. Un sistema a pompa di calore si occupa di convertire il calore ottenuto a temperatura controllata in calore a temperatura più elevata, per utilizzi sanitari o di riscaldamento. L'impianto può essere vantaggiosamente dotato di un serbatoio di accumulo per consentire l'utilizzo dell'energia termica in momenti diversi da quelli della produzione. Una centralina di controllo, vantaggiosamente, controlla gli apparati che compongono l'impianto, ottimizzando la produzione di energia termica, adattandola ai fabbisogni e gestendo le eventuali situazioni di limite<o di allarme.>

<Le caratteristiche ed i vantaggi di questo sistema di conversione>risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, relativa ad una forma di realizzazione esemplificativa e non la figura 1 rappresenta una vista schematica dell' impianto di conversione secondo la presente invenzione, fmo al punto di allacciamento all'impianto sanitario o di riscaldamento;

la figura 2 illustra un esempio di principio di un pannello solare realizzato secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure menzionate, con 1 è indicato un pannello solare a struttura portante, privo di vetro nella parte anteriore Il, quindi con la superficie di scambio direttamente esposta all'aria. Al proprio interno circola un fluido di trasporto del calore, che viene immesso tramite l'entrata 14 e raccolto dall'uscita 13. Un eventuale pannello isolante posteriore 12 può essere richiesto per minimizzare gli scambi termici con l'edificio. Eventuali asole od altri ausili di fissaggio possono completare il dispositivo. Tramite un'apposita pompa di circolazione 5 che ne regola la portata, il fluido viene fatto circolare nel pannello solare, o nella batteria composta da più pannelli solari di questo tipo, fmo ad una pompa di calore 2, il cui compito è elevare la temperatura fino al livello desiderato. Il calore così prodotto, tramite un secondo fluido di trasporto, può quindi essere trasferito ad un serbatoio di accumulo 3 in attesa dell'utilizzo. Da questo serbatoio fuoriescono gli allacciamenti termoidraulici all'impianto sanitario o di riscaldamento. Una centralina 4, realizzata a titolo esemplificativo ma non limitativo con un controllore PLC di mercato, oppure lo stesso circuito di controllo della pompa di calore 2, gestisce il funzionamento del sistema. Sulla base della temperatura esterna misurata tramite una sonda 7, situata nelle vicinanze dei pannelli solari, la centralina piloterà la temperatura dei pannelli inferiore od uguale a quella dell' ambiente, minimizzando le perdite termiche sulla superficie esposta alla radiazione solare e sulle tubature di raccordo. Ugualmente monitorata è la temperatura del serbatoio 3, tramite la sonda 8. Quando il fluido in esso contenuto avrà raggiunto la temperatura massima di esercizio, la centralina fermerà la pompa di calore. Secondo le caratteristiche dell'impianto, la pompa di calore 5 potrà continuare a far circolare il fluido oppure lo potrà arrestare. In questo caso, come pure nel caso di blocco del sistema o di guasto, i pannelli potranno salire di temperatura in modo sicuro. Infatti, non essendo protetti da isolanti nella superficie esposta, potranno scambiare il calore in eccesso con l'aria circostante, fmo ad arrivare ad un punto di equilibrio termico. Nel caso di fabbisogno termico elevato, superiore a quello garantito dalla radiazione solare, la centralina 4 potrà decidere di abbassare ulteriormente la temperatura dei pannelli solari 1, fmo al limite tecnico di esercizio, per prelevare calore dall'aria esterna attraverso le ampie superfici di scambio. Il sistema può essere fatto funzionare anche all'inverso, prelevando calore dal serbatoio 3 e smaltendolo attraverso la superficie radiante dei pannelli 1, con maggiore efficienza durante le ore di scarsa o nulla illuminazione. In questo modo, con un unico investimento ed un'unica installazione, è possibile provvedere al riscaldamento invernale ed alla refrigerazione estiva dell' edificio.

La centralina di controllo 4 può essere vantaggiosamente dotata di un pannello di comando e segnalazione 9, e di un collegamento dati lO per la ricezione di comandi e programmi e ~er l'invio di informazioni di

Claims (6)

1. Rivendicazioni: 1. Sistema di conversione termica caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un pannello solare (1) in cui la superficie di conversione da radiazione luminosa a calore è direttamente esposta all'aria, almeno una pompa di calore (2), almeno una centrale di controllo (4) la cui funzione può essere eventualmente integrata nei circuiti di controllo della pompa di calore (2), almeno una sonda di temperatura (6) (7) e da una pompa di circolazione del fluido (5) eventualmente integrata nella pompa di calore (2), e caratterizzato dal fatto di poter controllare con i suddetti mezzi la temperatura del fluido circolante nel pannello solare per adattarla alla temperatura dell'aria a cui il pannello solare (1) è esposto.
2. 2. Sistema di conversione termica come alla rivendicazione l, caratterizzato dal fatto di avere un elemento di accumulo e scambio termico (3).
3. 3. Sistema come alla rivendicazione l, caratterizzatodal fatto di presentare sulla centrale di controllo (4) un pannello di comando e di segnalazione (9)
4. 4. Sistema come alla rivendicazione l, caratterizzato dal fatto di presentare sulla centrale di controllo (4) almeno un connettore di comunicazione digitale (10).
5. 5. Sistema come alle rivendicazioni l, 2, 3 o 4, caratterizzato dal fatto di poter controllare la temperatura dei pannelli solari (1) a temperature uguali od inferiori a quelle dell' aria a cui le superfici di conversione da radiazione solare a calore sono esposte allo scopo di recuperare calore dall' ambiente.
6. 6. Sistema come alle rivendicazioni l, 2, 3 o 4, caratterizzato dal fatto di poter utilizzare le superfici di conversione dei pannelli solari (1) come scambiatori di calore da fluido ad aria per scopi di refrigerazione o comunque di smaltimento di calore.