ITPD20090077A1

ITPD20090077A1 - SOLAR TRACKING CONCENTRATOR

Info

Publication number: ITPD20090077A1
Application number: IT000077A
Authority: IT
Inventors: Luciano Poletti
Original assignee: Comex Group S R L
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2010-10-02

Description

“CONCENTRATORE AD INSEGUIMENTO SOLARE” "SOLAR TRACKING CONCENTRATOR"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo di applicazione Field of application

La presente invenzione concerne un concentratore ad inseguimento solare (1) destinato al riscaldamento di un fluido vettore, fra i quali acqua calda, acqua surriscaldata o vapore, olio diatermico, miscele di sali fusi, trovando così impiego nel campo della tecnica dei sistemi di riscaldamento sia a bassa temperatura, 35°C tipica dei sistemi a pavimento, che ad alta temperatura, 60-80°C tipica dei sistemi a radiatori, con applicazioni sia in ambito residenziale, sia nel terziario, sia nel campo industriale in cicli di processo con temperature del fluido vettore che possono raggiungere i 600°C ed oltre. The present invention relates to a solar tracking concentrator (1) intended for heating a carrier fluid, including hot water, superheated water or steam, diathermic oil, mixtures of molten salts, thus finding use in the field of heating systems. both at low temperature, 35 ° C typical of underfloor systems, and at high temperature, 60-80 ° C typical of radiator systems, with applications both in the residential sector, in the tertiary sector, and in the industrial field in process cycles with temperatures of the carrier fluid that can reach 600 ° C and beyond.

Il concentratore di cui trattasi è destinato ad essere vantaggiosamente impiegato nel campo della tecnica pure dei sistemi di raffrescamento a bassa temperatura, 7°C tipica dei sistemi a ventilconvettori, o ad alta temperatura, 15-18°C tipica dei sistemi di raffrescamento radiante, sia in ambito civile, residenziale, terziario quali uffici o centri commerciali, sia nel campo industriale in cicli di processo. The concentrator in question is intended to be advantageously used in the field of the pure technology of cooling systems at low temperature, 7 ° C typical of fan coil systems, or at high temperature, 15-18 ° C typical of radiant cooling systems, both in the civil, residential, tertiary sectors such as offices or shopping centers, and in the industrial field in process cycles.

Stato della tecnica State of the art

Da anni esistono solo prototipi di concentratori ad inseguimento solare destinati alla sola produzione di acqua calda per uso domestico. Dalla ricerca di anteriorità possiamo citare il deposito brevetto ITI 195431, riferito unicamente alla tecnologia della struttura eliostatica riflettente del sistema concentratore di energia solare. La tecnologia di questi citati prototipi di concentratori solari destinati specificatamente alla sola produzione di acqua calda, trova comunque dei limiti applicativi sia per quanto riguarda la capacità di un inseguimento corretto del sole (il posizionamento della superficie captante non è costantemente perpendicolare ai raggi solari e risente oltremodo delle condizioni atmosferiche in particolare modo del vento), sia per quanto riguarda la capacità di correlare puntualmente la potenza captata e generata dal concentratore ad inseguimento solare, alla potenza effettiva richiesta dall’utente (non esiste in alcun modo un adeguamento istantaneo fra la potenza captata dal sole e la potenza scambiata al fluido vettore in base alla potenza effettiva richiesta dall’utente). In questi termini l’efficienza termica globale di questi suddetti prototipi di concentratori, risulta parecchio penalizzata. For years there have been only prototypes of solar tracking concentrators intended for the sole production of hot water for domestic use. From the prior art search we can cite the patent filing ITI 195431, referring only to the technology of the reflecting heliostatic structure of the solar energy concentrator system. The technology of these prototypes of solar concentrators specifically intended for the sole production of hot water, however, has some application limits both as regards the ability of a correct tracking of the sun (the positioning of the capturing surface is not constantly perpendicular to the sun's rays and is affected by overwhelmingly of atmospheric conditions, in particular wind), both as regards the ability to promptly correlate the power captured and generated by the solar tracking concentrator, to the actual power requested by the user (there is in no way an instantaneous adjustment between the captured by the sun and the power exchanged to the vector fluid based on the actual power requested by the user). In these terms, the overall thermal efficiency of these aforementioned concentrator prototypes is heavily penalized.

Presentazione dell’invenzione Presentation of the invention

In tale contesto pertanto, scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota citata, mettendo a disposizione un concentratore ad inseguimento solare dotato di un sistema ad energia solare per la produzione di energia termica sottoforma di acqua calda, surriscaldata o vapore, dotato di un sistema multiplo di inseguimento corretto del sole e precisamente un posizionamento costantemente perpendicolare ai raggi solari della superficie eliostatica riflettente captante del concentratore, in ogni momento dell’anno indipendentemente dalla posizione terrestre e dalle condizioni atmosferiche presenti, in particolare dalla velocità relativa dell’aria. In this context, therefore, the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the cited prior art, by providing a solar tracking concentrator equipped with a solar energy system for the production of thermal energy in the form of hot, superheated water or steam, equipped with a multiple system of correct tracking of the sun and precisely a positioning constantly perpendicular to the solar rays of the heliostatic reflecting surface of the concentrator, at any time of the year regardless of the terrestrial position and the atmospheric conditions present, in particular the relative speed of the air.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un concentratore ad inseguimento solare dotato di un sistema ad energia solare per la produzione di energia termica sottoforma di acqua calda, surriscaldata o vapore, dotato di un sistema di correlazione puntuale della potenza captata e generata dal concentratore ad inseguimento solare, alla contemporanea potenza effettiva richiesta dall’utente basato sulla modulazione continua da 0 al 100% della potenza termica del fluido vettore. A further object of the present invention is to provide a solar tracking concentrator equipped with a solar energy system for the production of thermal energy in the form of hot, superheated water or steam, equipped with a system for the precise correlation of the captured and generated power. from the solar tracking concentrator, to the simultaneous effective power requested by the user based on the continuous modulation from 0 to 100% of the thermal power of the vector fluid.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un concentratore ad inseguimento solare dotato di un sistema ad energia solare per la produzione di energia termica sottoforma di acqua calda, surriscaldata o vapore, quale integrazione a gruppi termici tradizionali (caldaie) per impianti di riscaldamento e/o raffrescamento (assorbitori ad acqua calda), in modo automatico e diretto grazie ai sistemi di comando e controllo di cui è dotato il concentratore solare stesso. A further object of the present invention is to provide a solar tracking concentrator equipped with a solar energy system for the production of thermal energy in the form of hot, superheated water or steam, as an integration to traditional thermal groups (boilers) for heating systems. heating and / or cooling (hot water absorbers), automatically and directly thanks to the command and control systems fitted to the solar concentrator itself.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un concentratore ad inseguimento solare dotato di un sistema ad energia solare di produzione di energia termica sottoforma di acqua calda, surriscaldata o vapore, che possa essere facilmente ripiegabile (fig. 3) per facilitare le operazioni di trasporto ed installazione, ri ducendo notevolmente sia i tempi che i costi d’installazione. A further object of the present invention is to provide a solar tracking concentrator equipped with a solar energy system for the production of thermal energy in the form of hot, superheated water or steam, which can be easily folded (fig. 3) to facilitate transport and installation operations, considerably reducing both installation times and costs.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un concentratore ad inseguimento solare dotato di un sistema ad energia solare di produzione di energia termica sottoforma di acqua calda, surriscaldata o vapore, che possa essere telegestito ed assistito in remoto globalmente tramite sistema modem GSM. A further purpose of the present invention is to provide a solar tracking concentrator equipped with a solar energy system for the production of thermal energy in the form of hot, superheated water or steam, which can be remotely managed and assisted globally via a GSM modem system. .

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui: The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, are clearly verifiable from the content of the claims reported below and the advantages thereof will become more evident in the detailed description that follows, made with reference to the attached drawings, which represent a purely exemplary embodiment and non-limiting, in which:

In fig. 1 è rappresentato il concentratore ad inseguimento solare secondo un esempio realizzativo preferenziale della presente invenzione; In fig. 1 shows the solar tracking concentrator according to a preferential embodiment of the present invention;

In fig. 2 è rappresentato il concentratore ad inseguimento solare di figura 1 con indicati a fianco in dettaglio i principali componenti strutturali portanti, elettronici di controllo e comando, elettrici per la movimentazione, impiantistici per la circolazione del fluido vettore; In fig. 2 shows the solar tracking concentrator of figure 1 with the main supporting structural components, electronic control and command, electrical for movement, plant engineering for the circulation of the vector fluid indicated alongside;

In fig. 3 è rappresentato il concentratore ad inseguimento solare in una posizione ripiegata di sicurezza per facilitarne il trasporto e l’installazione; In fig. 3 shows the solar tracking concentrator in a folded safety position to facilitate transport and installation;

In fig. 4 è rappresentato il concentratore ad inseguimento solare (1) inserito in un contesto applicativo impiantistico di riscaldamento e raffrescamento di ambienti. Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Con riferimento agli uniti disegni è stato indicato nel suo complesso con 1 un esempio di concentratore solare ad inseguimento oggetto della presente invenzione. In fig. 4 shows the solar tracking concentrator (1) inserted in an application context for the heating and cooling of environments. Detailed description of an example of a preferred embodiment With reference to the accompanying drawings, the reference number 1 as a whole indicates an example of a tracking solar concentrator object of the present invention.

In accordo con le figure allegate, esso comprende una struttura reticolare portante (3), sulla quale è montata una pluralità di specchi (2) ad alta riflessione definenti una superficie riflettente, in modo tale da convergere tutta la radiazione solare captata da ogni specchio, in un’area ristretta dove si trova precisamente il generatore termico (6) che riscalda il fluido vettore che scorre entro i tubi di ingresso (14) ed uscita (15) di un circuito di trasporto del fluido vettore ad esempio incorporato nel circuito di un impianto di riscaldamento e/o di raffrescamento. In accordance with the attached figures, it comprises a supporting reticular structure (3), on which is mounted a plurality of highly reflective mirrors (2) defining a reflecting surface, in such a way as to converge all the solar radiation captured by each mirror, in a restricted area where the heat generator (6) is located, which heats the carrier fluid flowing within the inlet (14) and outlet (15) pipes of a carrier fluid transport circuit, for example incorporated in the circuit of a heating and / or cooling system.

La struttura reticolare portante (3), è provvista di una pluralità di snodi, in particolare disposti anche a file allineate, con la possibilità di essere ripiegabile per il trasporto su file vantaggiosamente verticali in accordo con la disposizione di fig.3. The supporting reticular structure (3) is provided with a plurality of joints, in particular also arranged in aligned rows, with the possibility of being foldable for transport on advantageously vertical rows in accordance with the arrangement of fig.3.

La struttura reticolare (3) è ancorata a terra su una struttura in acciaio (4) opportunamente forata per l'ancoraggio, resistente agli agenti atmosferici e alle raffiche di vento, dotata comunque di un sistema automatico di messa in sicurezza costituito da un gruppo di anemometri (11) che oltre certe velocità dell'aria (soglia di sicurezza), mandano un segnale alla centralina elettronica (8) di comando e controllo per far ripiegare la struttura di supporto (5) su una posizione orizzontale di sicurezza. The reticular structure (3) is anchored to the ground on a steel structure (4) suitably perforated for anchoring, resistant to atmospheric agents and gusts of wind, however equipped with an automatic safety system consisting of a group of anemometers (11) which, beyond certain air speeds (safety threshold), send a signal to the electronic command and control unit (8) to make the support structure (5) fold into a horizontal safety position.

Sono previsti mezzi di inseguimento del sole suscettibili di movimentare la struttura di supporto (eliostatica) per mantenere un posizionamento costantemente perpendicolare ai raggi solari della superficie riflettente del concentratore. Sun tracking means are provided which are capable of moving the support structure (heliostatic) to maintain a positioning constantly perpendicular to the sun's rays of the reflecting surface of the concentrator.

I mezzi di inseguimento comprendono mezzi motori in particolare costituiti da motori a controllo numerico agenti sui due assi Zenith ed Azimut gestiti da una centralina elettronica (8) inserita a bordo di un quadro elettrico (7). The tracking means comprise motor means in particular consisting of numerically controlled motors acting on the two axes Zenith and Azimut managed by an electronic control unit (8) inserted on board an electrical panel (7).

I mezzi di inseguimento comprendono inoltre mezzi di posizionamento, in particolare satellitari, atti a definire la posizione del sole almeno al variare del tempo. Tali mezzi sono in comunicazione con la centralina elettronica per consentire a quest’ultima di comandare i mezzi motori in funzione della posizione definita del sole. The tracking means further comprise positioning means, in particular satellite, able to define the position of the sun at least as the time varies. These means are in communication with the electronic control unit to allow the latter to control the motor means according to the defined position of the sun.

Tali mezzi di inseguimento sono ad esempio costituiti da un software della centralina elettronica dotato di librerie solari e preferibilmente un sistema di posizionamento di tipo GPS. Such tracking means are for example constituted by a software of the electronic control unit equipped with solar libraries and preferably a positioning system of the GPS type.

Più in dettaglio, i motori a controllo numerico per la movimentazione della struttura di supporto, sono controllati da una centralina elettronica gestita da un software (mezzi di posizionamento) nel quale è caricato un pacchetto di librerie contenenti delle mappe solari. Queste mappe solari indicano la posizione che il sole assume durante Parco della giornata in un determinato punto della superficie terrestre sulla base delle coordinate geografiche (latitudine e longitudine) di tale punto e sulla base del periodo dell’anno. E sufficiente pertanto fornire al software la posizione del concentratore solare e l’ora e la data attuali per garantire il corretto inseguimento solare della struttura elio statica. More in detail, the numerically controlled motors for moving the support structure are controlled by an electronic control unit managed by software (positioning means) in which a package of libraries containing solar maps is loaded. These solar maps indicate the position that the sun assumes during the day's Park at a certain point on the earth's surface on the basis of the geographic coordinates (latitude and longitude) of that point and on the basis of the period of the year. It is therefore sufficient to provide the software with the position of the solar concentrator and the current time and date to ensure correct solar tracking of the static helium structure.

A questo sistema di posizionamento principale, i mezzi di inseguimento affiancano anche mezzi di rilevamento di scostamenti della posizione della struttura di supporto comprendenti un sistema SPS (9), di correzione automatica del puntamento del concentratore (1), basato su un dispositivo analogico di lettura dell’intensità luminosa ed in grado di correggere il posizionamento degli assi Zenith ed Azimut del concentratore. In addition to this main positioning system, the tracking means are also flanked by means for detecting deviations in the position of the support structure comprising an SPS system (9), for automatic correction of the aiming of the concentrator (1), based on an analogue reading device of the light intensity and able to correct the positioning of the Zenith and Azimut axes of the concentrator.

La produzione dell'acqua calda, o in genere di riscaldamento di un fluido vettore, è a modulazione continua, da 0 al 100% della potenza termica richiesta dall’utente e questo mediante due possibilità. The production of hot water, or generally the heating of a carrier fluid, is continuous modulation, from 0 to 100% of the heat output required by the user and this through two possibilities.

La prima possibilità è quella di poter modificare il puntamento del concentratore spostandolo dal valore ottimale verso il sole in quell'istante, ad un valore tale da captare una minore energia solare. The first possibility is to be able to modify the concentrator aiming by moving it from the optimal value towards the sun at that moment, to a value such as to capture less solar energy.

La seconda possibilità è quella di poter gestire in modo automatico e diretto, tramite la centralina elettronica (8) la portata di circolazione del fluido vettore del circuito del concentratore, sulla base di valori ben definiti di temperatura dell’acqua stessa. The second possibility is to be able to automatically and directly manage, through the electronic control unit (8), the flow rate of the vector fluid of the concentrator circuit, on the basis of well-defined values of the water temperature.

Il cicuito idronico, tubi di ingresso (14) e tubi di uscita (15), è a bassa resistenza fluidodinamica per limitare gli assorbimenti elettrici delle pompe (13) ed è dotato di termostato sicurezza con la possibilità di gestione di pressostato o flussostato. Il sistema è dotato di pannello comando e controllo utente (12) con possibilità di telegestione e assistenza in remoto via modem GSM (10). The hydronic circuit, inlet pipes (14) and outlet pipes (15), has low fluid dynamic resistance to limit the electrical absorption of the pumps (13) and is equipped with a safety thermostat with the possibility of managing a pressure switch or flow switch. The system is equipped with a command and user control panel (12) with the possibility of remote management and assistance via GSM modem (10).

In fig. 4 è rappresentato il concentratore ad inseguimento solare (1) inserito in un contesto applicativo impiantistico di riscaldamento e raffrescamento di ambienti, come integrazione a caldaie a gas (19), per la produzione di acqua calda ad uso sanitario (17), riscaldamento di acqua (18) per usi quali piscine (22), o per riscaldamento (23) di ambienti (24), o per alimentazione di un gruppo ad assorbimento (20) per produzione acqua refrigerata (21) a servizio di ambienti (24). In fig. 4 shows the solar tracking concentrator (1) inserted in an application context for the heating and cooling of environments, as an integration to gas boilers (19), for the production of hot water for sanitary use (17), water heating (18) for uses such as swimming pools (22), or for space heating (23) (24), or for powering an absorption unit (20) for chilled water production (21) serving rooms (24).

Il concentratore oggetto della presente invenzione è dotato a bordo di tutti i sistemi di regolazione, controllo, gestione efficienza termica e sicurezza, esso costituisce con la sua struttura (3) un monoblocco facile da posizionare sia a terra in prossimità degli edifici, sia, mediante apposite piattaforme, sulle coperture degli stessi. Se accoppiato a refrigeratori d’acqua che lavorano con il ciclo ad assorbimento alimentato ad acqua calda, surriscaldata o vapore, esso. The concentrator object of the present invention is equipped on board with all the regulation, control, thermal efficiency and safety systems, it constitutes with its structure (3) a monobloc that is easy to position both on the ground near the buildings and, by means of special platforms, on the roofs of the same. If coupled to water chillers that work with the absorption cycle powered by hot, superheated water or steam, it.

H trovato così concepito raggiunge pertanto gli scopi prefissi. The invention thus conceived therefore achieves the intended aim and objects.

Ovviamente esso potrà assumere, nella sua realizzazione pratica, anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione. Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le forme, le dimensioni ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. Obviously, in its practical embodiment, it can also assume forms and configurations different from the one illustrated above without thereby departing from the present scope of protection. Furthermore, all the details may be replaced by technically equivalent elements and the shapes, dimensions and materials used may be any according to requirements.

LEGENDA FIGURA 2 LEGEND FIGURE 2

n° Descrizione n° Descrizione n ° Description n ° Description

1 Concentratore ad inseguimento 9 Sistema SPS (Solar Position Sensor) solare 1 Tracking concentrator 9 Solar Position Sensor (SPS) system

2 Specchi 10 Modem GSM per telegestione da remoto 2 Mirrors 10 GSM modem for remote management

3 Struttura reticolare portante 11 Anemometro 3 Supporting reticular structure 11 Anemometer

4 Struttura in acciaio 12 Pannello di comando e controllo utente 5 Struttura eliostatica 13 Pompa 4 Steel structure 12 User control and command panel 5 Heliostatic structure 13 Pump

6 Generatore termico 14 Tubi ingresso al generatore 6 Heat generator 14 Inlet pipes to the generator

7 Quadro elettrico 15 Tubi uscita dal generatore 7 Electrical panel 15 Generator outlet pipes

8 Centralina elettronica 16 Sistema di movimentazione 8 Electronic control unit 16 Handling system

Claims

CLAIMS 1. Solar tracking concentrator which includes: - a support structure; - a heat generator connected by means of an inlet pipe and an outlet pipe to a transport circuit for a vector fluid; - a plurality of mirrors mounted on said support structure defining a reflecting surface, each mirror being capable of converging the solar radiation captured on said heat generator, for heating said vector fluid; - sun tracking means capable of moving said support structure to maintain a positioning constantly perpendicular to the sun's rays of the reflecting surface of said concentrator, characterized in that said tracking means comprise motor means capable of moving said support structure with respect to at least two axes, one of which is zenith and one is azimuth; an electronic control unit connected to said motor means for controlling the movement of said support structure with respect to said two zenith and azimuth axes; positioning means, in particular satellite, able to define the position of the sun at least as time varies, in communication with said electronic control unit to allow the latter to control the motor means according to the defined position of the sun.

2. Solar tracking concentrator according to claim 1, characterized in that said tracking means further comprise means for detecting deviations in the position of the support structure, connected to said electronic control unit to control displacements in compensation of said deviations.

3. Solar tracking concentrator according to claim 2, characterized in that said means for detecting deviations in the position of the support structure comprise an analog device for reading the light intensity, in particular of the SPS diode type suitable for detecting shadows. to define the displacement undergone by the support structure, in particular by the wind.

4. Solar tracking concentrator according to claim 1, characterized in that the heating of said fluid is modulated continuously by modifying the pointing position of said reflecting surface by means of said electronic control unit.

5. Solar tracking concentrator according to claim 1, characterized in that the heating of said fluid is modulated continuously by said electronic control unit by varying the flow rate of at least one pump for circulating said carrier fluid in said concentrator.

6. Solar tracking concentrator according to claim 1, characterized in that said support structure is of the reticular type provided with joints, in particular aligned to achieve a compact configuration by means of folds comprising rows of substantially vertical mirrors.

7. Solar tracking concentrator according to claim 1, characterized in that the circuit of said carrier fluid is integrated in the circuit of a thermal unit for heating systems, in particular with gas boilers, and / or cooling systems, in particular with hot water absorbers, by means of dedicated control means included in said electronic control unit.

8. Solar tracking concentrator according to claim 1, characterized in that said electronic control unit commands said motor means to move it to a safety position with said reflecting surface substantially horizontal, in correspondence with the detected danger conditions of a control diagnostic, in particularly in the presence of wind above a safety threshold.

9. Solar tracking concentrator according to claim 1, which is remotely managed and assisted globally by means of a GSM system.

10. Solar tracking concentrator according to claim 8, characterized in that said diagnostics comprises at least one anemometer which, beyond said safety threshold, sends a signal to said electronic control unit to make the support structure fold over said horizontal safety position.