ITPI20090071A1 - Dispositivo per concentrare e captare la radiazione solare in condizioni di cielo sereno e di cielo nuvoloso. - Google Patents

Description

Descrizione a corredo della domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo :

DISPOSITIVO PER CONCENTRARE E CAPTARE LA RADIAZIONE SOLARE

IN CONDIZIONI DI CIELO SERENO E DI CIELO NUVOLOSO

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore delle energie rinnovabili ed in particolare si riferisce ad un dispositivo per concentrare la radiazione solare sia diretta, ossia in condizioni di cielo sereno, che riflessa, ossia in condizioni di cielo nuvoloso.

Inoltre, l’invenzione riguarda una apparecchiatura per concentrare la radiazione solare e convertirla in energia termica.

Descrizione della tecnica nota

Come noto, i collettori solare termici sono sostanzialmente costituiti da un contenitore che incorpora una superficie destinata all’assorbimento della radiazione solare ed alla sua contestuale conversione in enegia termica che a sua volta, attraverso un variabile numero di passaggi in funzione della tipologia costruttiva del dispositivo, viene trasferita all’utenza.

I collettori solari termici vengono classificati in base a determinate caratteristiche costruttive e/o applicative. La prima ed al nostro scopo più utile classificazione distingue i collettori provvisti di dispositivi per concentrare la radiazione solare da quelli che ne sono, invece, privi.

In questi due ambiti ulteriori classificazioni tengono conto della forma esteriore dei collettori solari consentendo di individuare collettori piani, collettori cilindrici, sferici, o di altra conformazione; altre si basano sulla capacità di mantenere la superficie assorbente normale alla direzione del fascio incidente differenziando i collettori statici da quelli ad inseguimento, altre considerano la presenza o meno di aria all’interno del contenitore separando la categoria dei collettori sotto vuoto da quelli in equilibrio con la pressione atmosferica. Alcune tipologie di collettori sono adatte ad usi civili, altre ad usi industriali

Tra i suddetti tipi di collettori solari quello costruttivamente più semplice è il collettore piano: il suo involucro presenta una geometria assimilabile ad un parallelepipedo rettangolo con una altezza molto ridotta rispetto alle altre due dimensioni ed è costituito per lo più da una scatola metallica completata nel suo lato superiore, quello esposto al sole, solitamente da una lastra di vetro inorganico di opportuna composizione idealmente atta ad offrire trasparenza alle frequenze del visibile dirette all’assorbitore e riflettenza alle frequenze dell’infrarosso emesse dallo stesso. Al suo interno una lamina metallica pigmentata con colori scuri, per l’appunto denominata assorbitore, riceve la radiazione visibile che, ad opera dell’interazione fotone-elettrone precedentemente esaminata, in parte innalza direttamente la temperatura dell’assorbitore in parte viene riemessa come infrarosso che, riflesso dal vetro del collettore, dispositivo, torna all’assorbitore contribuendo all’ulteriore elevazione della temperatura fino al raggiungimento di un punto di equilibrio tra introiti e perdite noto come temperatura di stallo. L’opposizione alla perdita di calore verso l’ambiente esterno attraverso le superfici laterali ed inferiore è invece affidata ad un cuscino di materiale coibente. Il calore così ottenuto viene trasferito per conduzione ad una serpentina di tubi metallici di opportuna forma e disposizione che con l’assorbitore stesso prende intimo contatto ed entro la quale scorre il fluido vettore. Questo tipo di collettore solare, a fronte di una notevole semplicità costruttiva ed economicità, presenta una limitata efficacia complessiva anche in condizioni di cielo sereno a causa di vari fattori, i più importanti dei quali sono 1) le notevoli perdite di calore verso l’esterno favorite dai moti convettivi dell’aria all’interno del contenitore; 2) l’immobilità della struttura che impedisce alla superficie captante di mantenere la perpendicolarità rispetto al fascio radiativo. La concorrenza di nuvolosità e ridotte temperature ambientali abbattono drasticamente l’efficacia di questo dispositivo rendendolo praticamente inutilizzabile nella stagione invernale.

Il collettore cilindrico, o a tubi sottovuoto prevede una serie di tubi di vetro ermeticamente chiusi ad una estremità aventi un rapporto lunghezza/diametro elevato. Ciascun tubo contiene un assorbitore della stessa forma ma di diametro inferiore, e disposto leggermente sfalsato in modo che sporga fuori dall’estremità aperta del suo contenente di una lunghezza opportuna a garantire l’entrata in contatto col fluido vettore fluente in una conduttura nella quale ogni singola unità si innesta. In questa stessa estremità il vetro si stringe sull’assorbitore realizzando una chiusura stagna necessaria a garantire la tenuta al vuoto creato tra vetro e assorbitore. Talvolta all’interno del tubo è inserita anche una piccola struttura parabolica riflettente ma, essendo immobile, apporta benefici trascurabili. La conformazione cilindrica di questo tipo di assorbitore è adottata prevalentemente per la sua attitudine a sopportare la differenza di pressione transmurale derivante dall’estrazione dell’aria al suo interno. L’assenza di aria all’interno del sistema non consente perdite per convezione e quindi il rendimento di questa configurazione è di fatto superiore al rendimento dei collettori non sottovuoto. Inoltre la forma cilindrica dell’assorbitore offre un miglior angolo di esposizione alla radiazione incidente. Il collettore a tubi sottovuoto possiede dunque una efficacia di rispetto in condizioni di cielo sereno, che però subisce un rapido decremento in presenza di coltre nuvolosa. Lo scarso risultato conseguito dai collettori piani e cilindrici senza concentrazione in presenza di nuvolosità costringe all’impiego integrativo di una fonte energetica convenzionale.

I collettori a concentrazione e inseguimento presentano una superficie riflettente assimilabile a una porzione di cilindro, o di sfera, avente un raggio di curvatura opportunamente variato in modo da imprimere alla superficie speculare stessa una curvatura parabolica, affinché la riflessione di ogni singolo componente del fascio incidente avvenga idealmente su di un punto nel caso della parabola sferica, o su di una linea nel caso della parabola cilindrica. In tale luogo di convergenza dei raggi, denominato “fuoco”, trova alloggio un singolo assorbitore di conformazione rispettivamente sferica o cilindrica contenuto in un involucro di vetro e posto sottovuoto.

Il sistema è concepito, ovviamente, per eseguire l’inseguimento. Tale configurazione consente al fluido vettore contenuto nell’assorbitore il raggiungimento di temperature proporzionali al fattore di concentrazione adottato. Elevati fattori di concentrazione consentono notevoli innalzamenti di temperatura, finanche di diverse centinaia di gradi. E’ però evidente che nel momento in cui il fascio radiante viene disorganizzato da formazioni nuvolose solo una trascurabile quota di radiazione incidente possiede i requisiti vettoriali necessari ad essere riflessa sul fuoco e l’impianto cessa così di funzionare. Le installazioni di questa tipologia sono molto imponenti ed impiegate solo per la termogenesi di processo o per generare vapore destinato a turbine di centrali elettriche ed ovviamente non sono idonee né possono essere adattate all’utenza domestica.

Un ulteriore dispositivo di concentrazione di tipo noto è costituito da un corpo cavo, in particolare avente forma tronco-piramidale, provvisto di due aperture contrapposte ed avente una superficie interna riflettente. In condizioni di esercizio, il dispositivo viene disposto in modo tale che l’apertura di dimensioni maggiori sia rivolta verso il sole. Pertanto, i raggi solari entranti nel corpo cavo attraverso l’apertura di dimensioni maggiori vengono riflessi diverse volte dalla superfice interna e quindi incanalati verso l’apertura avente dimensioni inferiori.

Tuttavia, questo dispositivo, presenta diversi inconvenienti.

In primo luogo, tale dispositivo produce il suo effetto esclusivamente se attraversato da un fascio diretto, ovvero, costituito da raggi paralleli, e quindi può essere impiegato solo in giornate di cielo sereno.

Inoltre, per assicurare un corretto funzionamento, il suddetto dispositivo deve essere posizionato in maniera estremamente precisa rispetto al sole.

In aggiunta, tale dispositivo non è in grado di produrre elevati fattori di concentrazione in quanto, indipendentemente dalle dimensioni del dispositivo stesso, il fascio luminoso, dopo aver subito un certo numero di riflessioni efficaci a condurlo verso l’apertura di dimensioni minori, variabile in funzione del grado di inclinazione delle pareti della struttura, ovvero del rapporto tra le dimensioni delle due aperture, esso viene progressivamente ed inesorabilmente dirottato in uscita attraverso l’apertura maggiore e quindi perduto. In altre parole, tale dispositivo risulta fortemente limitato dalle stesse leggi dell’ottica geometrica che ne consentono il funzionamento.

Per quanto sopra, tale dispositivo trova pratica applicazione solo nella realizzazione di forni per cottura alimentare utilizzati in rare e limitate aree rurali.

Sintesi dell'invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare ed alla sua conversione in energia termica scevro delle limitazioni che affliggono i dispositivi ad oggi esistenti.

È un altro scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare in grado di concentrare sia la radiazione composta di fasci paralleli sia la radiazione composta di raggi omnidirezionali

È un altro scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare che sia economicamente vantaggioso rispetto ad analoghi dispositivi di tecnica nota.

È altresì scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare che sia altamente efficiente a prescindere dalla latitudine del sito di installazione, dalla stagione e dall’orientamento.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare che non necessiti di dispositivi di movimentazione e/o puntamento.

È un altro scopo della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare che sia in grado di fornire elevate temperature anche in condizioni di cielo coperto e con basse temperature ambientali.

È uno scopo particolare della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare in grado di invertire il ciclo di funzionamento in modo da dissipare calore anziché captarlo.

È ancora uno scopo particolare della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare che sia totalmente dimensionabile ed adattabile, in fase di progettazione, alle circostanze ed alle destinazioni duso indicate dal singolo utente finale quindi destinabile sia ad un uso domestico che industriale.

È ancora uno scopo particolare della presente invenzione fornire un dispositivo per concentrare la radiazione solare che sia realizzabile anche attraverso l’impiego esclusivo di materiali riciclabili, vergini o a loro volta riciclati.

Questi ed altri scopi sono raggiunti dal dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo l’invenzione, comprendente un corpo cavo avente una parete interna e provvisto di:

− una apertura di ingresso attraverso la quale un fascio luminoso di raggi solari entra nel corpo cavo;

− una apertura di uscita attraverso la quale il fascio luminoso di raggi solari esce dal corpo cavo dopo aver seguito una determinata traiettoria;

la cui caratteristica principale è di prevedere, inoltre, almeno un elemento direzionale disposto all’interno del corpo cavo, detto, o ciascun elemento direzionale essendo atto ad indirizzare il fascio luminoso di raggi solari entrato nel corpo cavo lungo una determinata direzione verso l’apertura di uscita.

In tal maniera, tutti i raggi solari entranti nel corpo con un’incidenza non perpenidicolare dovuta alla diffrazione causata dalle nuvole non verranno più riflesse esternamente al corpo, bensì saranno tutte convogliate verso la sezione di uscita.

In accordo a tale soluzione il dispositivo è dunque in grado di catturare una grande quantità di raggi luminosi anche in condizioni di tempo nuvoloso.

Preferibilmente, la parete interna del corpo cavo comprende:

− almeno una porzione riflettente,

− almeno una porzione rifrangente;

− una loro combinazione.

In particolare, il, o ciascun elemento direzionale è provvisto di almeno una superficie direzionale scelta tra:

− una superficie direzionale almeno in parte riflettente;

− una superficie direzionale almeno in parte rifrangente;

− una loro combinazione.

Vantaggiosamente, la, o ciascuna, superficie direzionale di detto, o ciascun, elemento direzionale è inclinata di un angolo determinato rispetto alla parete interna del corpo cavo.

In particolare, possono essere previsti mezzi per variare l’inclinazione di detta, o ciascuna, superficie direzionale di detto, o ciascun, elemento direzionale rispetto alla parete interna del corpo cavo.

In particolare, l’inclinazione della, o di ciascuna superficie direzionale, rispetto alla parete interna del corpo cavo è tale da indirizzare i raggi solari del fascio penetrati nel corpo cavo attraverso l’ingresso, verso l’uscita del corpo cavo stesso.

In particolare, il corpo cavo presenta una sezione trasversale di dimensioni maggiori in corrispondenza dell’apertura di ingresso del fascio luminoso ed una sezione trasversale di dimensioni minori in corrispondenza del fascio di uscita.

Vantaggiosamente, il corpo cavo può avere una geometria scelta tra:

− sostanzialmente piramidale, in particolare troncopiramidale;

− sostanzialmente conica, in particolare troncoconica;

− sostanzialmente poliedrica.

Vantaggiosamente, la sezione trasversale del corpo cavo è scelta tra:

− sezione poligonale;

− sezione curvilinea;

− sezione circolare.

In particolare, la sezione poligonale può essere scelta tra:

− sezione triangolare;

− sezione quadrata;

− sezione pentagonale;

− sezione esagonale

Vantaggiosamente, è prevista una pluralità di elementi dimensionali.

In particolare, almeno un elemento direzionale di detta pluralità è provvisto di una prima superficie direzionale in corrispondenza della faccia che in uso è rivolta verso la cavità del corpo cavo e di una seconda superficie direzionale in corrispondenza della faccia che in uso è rivolta verso la parete interna del corpo cavo. In tal modo, viene ulteriormente aumentata la capacità di concentrazione del dispositivo secondo l’invenzione. Ciò risulta particolarmente utile allorquando la presenza di formazioni nuvolose provoca disorganizzazione e disgregazione del parallelismo del fascio luminoso attraverso il fenomeno della riflessione. In tal caso, infatti, la luce raggiunge il corpo cavo non più esclusivamente secondo la traiettoria parallela al suo asse maggiore, che risulta la più favorevole ai fini del suo convogliamento verso l’apertura di uscita, ma secondo qualunque traiettoria.

In particolare, ciascun elemento direzionale può comprendere un telaio di supporto ed almeno una superficie direzionale. Più precisamente, il telaio di supporto comprende almeno una porzione di impegno alla parete interna del corpo cavo ed una porzione direzionale.

La porzione di impegno del telaio può ad esempio comprendere almeno un piede sporgente dal telaio che in uso poggia sulla parete interna del corpo cavo disponendo la superficie direzionale dell’elemento direzionale in una determinata inclinazione rispetto alla parete interna.

Vantaggiosamente, la porzione direzionale comprende una pluralità di superfici direzionali. In particolare, ciascuna superficie direzionale di detta pluralità risulta disposta in corrispondenza di una determina porzione della parete interna del corpo cavo

In una forma realizzativa prevista dall’invenzione il telaio di supporto presenta una forma corrispondente a quella del corpo cavo.

In particolare, il telaio di supporto e la superficie direzionale possono essere mutuamente mobili in modo da poter disporre la, o ciascuna, superficie direzionale in una determinata inclinazione rispetto alla parete interna del corpo cavo.

In particolare, può essere, inoltre, previsto un elemento rifrangente convergente atto a concentrare ulteriormente il flusso luminoso di raggi solari in uscita. L’elemento rifrangente può essere ad esempio disposto a valle dell’apertura di uscita, o all’interno del corpo cavo.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, una apparecchiatura per concentrare energia solare comprende una pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare come sopra descritti.

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura per concentrare energia solare, secondo l’invenzione, comprende una pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare disposti adiacenti in modo da realizzare una forma poliedrica.

In particolare, l’apparecchiatura per concentrare energia solare comprende:

− almeno una prima pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare ciascuno avente come sezione un poligono con un primo numero di lati,

− almeno una seconda pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare ciascuno avente come sezione un poligono con un secondo numero di lati.

In aggiunta, o in alternativa, l’apparecchiatura per concentrare energia solare può comprendere una terza pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare, ciascun dispositivo di detta terza pluralità avendo sezione circolare, o curvilinea.

In particolare, ciascun dispositivo per concentrare la radiazione solare della prima pluralità è adiacente ad un determinato numero di dispositivi per concentrare la radiazione solare della seconda pluralità.

In alternativa, l’apparecchiatura può essere costituita integralmente da una pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare, ciascuno dei quali avente sezione circolare, o curvilinea disposti adiacenti.

In una ulteriore forma realizzativa, l’apparecchiatura può comprendere un insieme di dispositivi per concentrare la radiazione solare, con detto insieme risultante da una qualunque combinazione delle tre pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare sopra descritte.

Vantaggiosamente, il determinato numero di dispositivi della seconda pluralità adiacente ai dispositivi della prima pluarilità è pari al numero di lati del dispositivo della prima pluralità.

In particolare, l’apparecchiatura per concentrare energia solare comprende:

− una prima pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare avente sezione pentagonale,

− una seconda pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare avente sezione esagonale,

in cui ciascun dispositivo per concentrare la radiazione solare di detta prima pluralità è adiacente ad un determinato numero, ad esempio cinque, dispositivi per concentrare la radiazione solare di detta seconda pluralità.

Vantaggiosamente, una pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare disposti adiacenti realizza un poliedro. Più precisamente, i bordi delimitanti le uscite dei diversi dispositivi definiscono un reticolo di convogliamento avente forma sostanzialmente poliedrica verso il quale convergono le radiazioni solari dei diversi fasci di raggi solari che entrano nei diversi dispositivi per concentrare.

La pluralità di dispositivi così organizzata può essere alloggiata all’interno di un contenitore.

Vantaggiosamente, il contenitore comprende una base sostanzialmente planare ed una calotta, in particolare cupoliforme, realizzata in materiale trasparente.

In alternativa, ciascun dispositivo di concentrazione può comprendere una base costituita da una lamina di materiale trasparente connessa a tenuta stagna con le pareti del dispositivo stesso, con le basi dei dispositivi di concentrazione ad esso adiacenti, e con la base della apparecchiatura.

In tal modo, si ottiene un contenitore a tenuta, pertanto è possibile realizzare un determinato grado di vuoto al suo interno. Ciò consente di evitare le perdite dovute ai moti convettivi dell’aria, riscaldata dai dispositivi di concentrazione, o da un eventuale assorbitore. Con tale accorgimento il rendimento dell’intera apparecchiatura aumenta considerevolmente.

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura per concentrare energia solare comprende, inoltre, almeno un elemento lenticolare convergente disposto a valle dell’apertura di ingresso, detto elemento lenticolare essendo atto ad incrementare ulteriormente il grado di concentrazione della radiazione in uscita.

In particolare, l’elemento lenticolare può essere disposto in corrispondenza del reticolo poliedrico di convogliamento. In alternativa, l’elemento lenticolare può essere disposto all’interno di almeno un dispositivo di concentrazione.

Vantaggiosamente, in corrispondenza del reticolo poliedrico di convogliamento è previsto un assorbitore, ad esempio avente forma sostanzialmente semisferica. L’assorbitore presenta in particolare una faccia inferiore piana che, in uso, è disposta, ad esempio mediante uno o più supporti termicamente isolanti, ad una determinata distanza dalla base dell’apparecchiatura. La faccia superiore convessa dell’assorbitore può replicare, con dimensioni inferiori, la superficie generata dalla giustapposizione dei piani geometrici delle aperture minori dei dispositivi di concentrazione della radiazione solare. In virtù di questa conformazione l’assorbitore può essere disposto rasente al reticolo poliedrico costituito dal bordo delimitante le uscite dei dispositivi di concentrazione senza entrare in contatto con esso.

In tal modo, pressoché tutta la radiazione concentrata in corrispondenza delle uscite colpisce l’assorbitore riducendo le dispersioni a valori trascurabili.

In particolare, l’assorbitore può essere provvisto di una pluralità di porzioni aggettanti sia al suo interno che all’interno dei dispositivi di concentrazione atte ad incrementarne l’efficienza di assorbimento e di scambio termico con qualunque fluido presente al suo interno.

Ad esempio, l’assorbitore può essere racchiuso in un involucro trasparente avente una medesima geometria ma dimensioni maggiori, in modo da rivestirlo senza però toccarlo.

In tal modo, tra l’assorbitore e il suo contenitore può essere creato un determinato grado di vuoto per eliminare le suddette perdite per convezione. Questo accorgimento può essere accoppiato, o meno, alla messa sotto vuoto dell’intera apparecchiatura al fine di incrementarne il rendimento. Più precisamente, il fluido vettore può essere riscaldato mediante il calore prodotto dai raggi convogliati nel reticolo di convogliamento. In alternativa, un fluido caldo può trovare nell’assorbitore la sede idonea a dissipare calore verso l’esterno se il fluido stesso viene fatto circolare in assenza di radiazione luminosa, cioè di notte.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi del dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo la presente invenzione, risulteranno più chiaramente con la descrizione che segue di alcune forme realizzative, fatte a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

− la figura 1 mostra in una vista prospettica una prima forma realizzativa di un dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo l’invenzione;

− la figura 2 mostra in una vista prospettica una possibile variante del dispositivo per concentrare la radiazione solare di figura 1;

− la figura 3 mostra in una vista prospettica il dispositivo per concentrare la radiazione solare di figura 1 provvisto di elementi direzionali previsti dall’invenzione;

− la figura 4 mostra in una vista prospettica il dispositivo per concentrare la radiazione solare di figura 2 provvisto di elementi direzionali previsti dall’invenzione;

− la figura 5 mostra in una vista prospettica una possibile forma realizzativa di un elemento direzionale previsto dall’invenzione;

− la figura 6 mostra il dispositivo per concentrare la radiazione solare di figura 4 in una vista in sezione longitudinale secondo le frecce VI-VI;

− la figura 7 mostra schematicamente un possibile percorso di un raggio solare entrante nel dispositivo di concentrazione secondo l’invenzione;

− la figura 8 mostra in una vista prospettica una ulteriore variante di un dispositivo per concentrare la radiazione solare prevista dall’invenzione;

− la figura 9 mostra schematicamente in una vista prospettica un’apparecchiatura per concentrare la radiazione solare ottenuta accoppiando un determinato numero di dispositivi per concentrare delle figure 3 e 4;

− la figura 10 mostra in una vista prospettica un contenitore all’intenro del quale è possibile disporre l’apparecchiatura di figura 9;

− la figura 11 mostra in una vista in pianta l’apparecchiatura di figura 9 in condizioni operative;

− la figura 12 mostra schematicamente l’apparecchiatura di figura 11 in una vista in sezione trasversale.

Descrizione di una forma realizzativa preferita Con riferimento alle figure 1 e 7, un dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo l’invenzione, comprende un corpo cavo 10 provvisto di un ingresso 2, attraverso il quale un fascio di raggi solari 50 penentra al suo interno, ed un’uscita 3 attraverso la quale il fascio di raggi solari 50 fuoriesce.

In particolare, il corpo cavo 10, ad esempio realizzato a partire da una lamina metallica, è provvisto di una parete interna 11, almeno in parte riflettente, o rifrangente. Più precisamente, il corpo cavo 10 presenta forma tronco-piramidale, ad esempio a sezione pentagonale (figura 1), oppure esagonale (figura 2), con la sezione maggiore disposta in corrispondenza dell’entrata 2 dei raggi solari e la sezione inferiore in corrispondenza dell’uscita 3.

I raggi solari che penetrano nel corpo cavo 1 attraverso l’entrata 2 e colpiscono la parete interna 11 con un certo angolo di incidenza vengono riflessi secondo angoli determinati da note leggi dell’ottica geometrica.

Secondo quanto previsto dall’invenzione, per evitare che a causa di ripetute riflessioni i raggi solari 50 possano essere indirizzati nuovamente verso l’entrata 2, non contribuendo in tal modo al recupero energetico del dispositivo di concentrazione, all’interno del corpo cavo 10 è previsto almeno un elemento direzionale 15 avente almeno una superficie direzionale 16. Questa è realizzata almeno in parte in materiale riflettente, o rifrangente, ed è orientata in modo tale da indirizzare i raggi solari del fascio verso l’uscita 3.

Più in dettaglio, gli elementi direzionali 15 presentano un telaio di supporto 17 ed almeno una superficie direzionale 16. Ad esempio, il telaio di supporto 17 può essere provvisto di porzioni sporgenti, o piedi, 19 che in uso poggiano sulla parete interna del corpo cavo 10, ad esempio in corrispondenza degli spigoli di questo. Il telaio di supporto 17 può avere, ad esempio, una conformazione analoga a quella della sezione del corpo cavo 10 in modo che ciascuna superficie direzionale 16 possa essere disposta in corrispondenza di un lato della parete interna 11 inclinata rispetto ad essa di un angolo tale da convogliare i raggi verso l’uscita 3.

In una prima forma realizzativa preferita illustrata nelle figure 3 e 4, possono essere previsti più elementi direzionali 15a-15d venti dimensioni differenti e disposti a diverse altezze del corpo cavo 10.

Più in dettaglio, gli elementi direzionali 15a-15d possono essere agevolmente introdotti in sequenza all’interno del corpo cavo 10 attraverso l’entrata 2 a partire dall’elemento direzionale 15d di dimensioni inferiori. Una volta introdotto all’interno del corpo cavo 10, ciascun elemento direzionale 15a-15d si arresta in corrispondenza della sezione avente dimensioni equivalenti a quelle del perimetro esterno definito dalle porzioni sporgenti 19 realizzando un corrispondente dispositivo di concentrazione.

Ciascuna superficie direzionale 16 può essere, ad esempio, realizzata in materiale metallico ed essere solidale al telaio di supporto 17.

Almeno un elemento direzionale 15a-15d, ad esempio di forma pentagonale (figura 5), può essere provvisto di una superficie riflettente 16a-16e in corrispondenza della faccia che in uso è rivolta verso la cavità 13 del corpo cavo 10 e di una superficie direzionale 16’a-16’e in corrispondenza della faccia che in uso è rivolta verso la parete interna 11 del corpo cavo 10. In tal modo, la capacità di concentrazione del dispositivo viene ulteriormente aumentata, in particolare in condizioni di elevata nuvolosità.

In una variante realizzativa non illustrata in figura possono essere previsti mezzi per movimentare almeno una delle superfici riflettenti 16 rispetto al telaio di supporto 17 in modo da variarne l’inclinazione rispetto alle pareti del corpo cavo 10. Ad esempio, ciascuna superficie direzionale 16 può essere incernierata lungo un bordo al corrispondente lato del telaio di supporto 17 ed essere movimentato mediante un attuatore.

In tal modo, la configurazione di lavoro del dispostivo può essere variata in funzione delle condizioni metereologiche presenti, dello specifico periodo dell’anno e della posizione geografica dell’area dove viene installato il dispositivo di concentrazione.

Come sopra anticipato e schematicamente illustrato in figura 7, l’inclinazione delle superfici direzionale 16, rispetto alla parete interna 11 del corpo cavo 10 è scelta in modo tale da indirizzare verso l’uscita 3 ciascun raggio 50 del fascio di raggi solari che penetra nel corpo cavo 10 attraverso l’ingresso 2.

In una variante illustrata in figura 8, le superfici riflettenti 16 possono essere realizzate in fogli di materiale plastico, ad esempio polipropilene o acetato di cellulosa. In tal caso, ciascuna superficie direzionale 16 può essere vincolata ad un lato della parete interna 11 del corpo cavo 10 in corrispondenza di un rispettivo telaio di supporto 18 ad esempio mediante mezzi chimici o meccanici (collante, viti, rivetti o simili).

Sebbene in figura 8 le superfici direzionali 16 vengano illustrate sostanzialmente ortogonali al rispettivo lato della parete interna 11 del corpo cavo 10, è prevista anche in questo caso l’adozione di un meccanismo destinato a variare opportunamente l’angolo di orientamento della o delle superfici direzionali 16 in modo da realizzare una configurazione di esercizio modificabile in funzione delle necessità.

Come illustrato schematicamente nelle figure 9 e 10, è possibile disporre adiacenti una serie di dispositivi per concentrare 10, come sopra descritti, in modo da realizzare una apparecchiatura 100 per concentrare energia solare. Più precisamente, la pluralità di dispositivi per concentrare 10 è disposta in modo da realizzare un poliedro.

Ad esempio, l’apparecchiatura 100 per concentrare energia solare può comprendere una prima pluralità di dispositivi per concentrare 10 a sezione pentagonale ed una seconda pluralità di dispositivi 10’ a sezione esagonale. Più in dettaglio, ciascun dispositivo 10 della prima pluralità viene circondato da dispositivi 10’ della seconda pluralità.

I dispositivi 10 e 10’ così disposti in corrispondenza delle uscite 3 e 3’ definiscono un reticolo di convogliamento 110 di forma poliedrica verso la quale convergono i raggi solari che entrano all’interno dei diversi dispositivi per concentrare 10 e 10’.

L’insieme dei dispositivi 10 così organizzato può essere alloggiato all’interno di un contenitore 30 realizzato in materiale trasparente ed avente forma ad esempio di “cupola” a base poligonale, in modo che la superfice, tranne la base, possa essere liberamente investita dalla luce (figura 10). Più precisamente, il contenitore 30 viene realizzato in modo da garantire una tenuta stagna al vuoto. In tal modo, all’interno del contenitore 30 è possibile realizzare e mantenere un determinato grado di vuoto per cui vengono ridotte le dispersioni di calore e aumentato il rendimento dell’intera apparecchiatura 100.

Secondo quanto previsto dall’invenzione, e illustrato in figura 12, in corrispondenza del reticolo di convogliamento 110 può essere installato un ulteriore dispositivo rifrangente per incrementare il grado di concentrazione del fascio in uscita. In particolare, in corrispondenza del reticolo di convogliamento 110 può essere installato un assorbitore, o collettore solare, 150, di dimensioni ridotte, avente forma sostanzialmente semisferica e disposto in modo che la superficie convessa di questo rasenti senza toccarlo il reticolo poliedrico delimitato dai bordi delimitanti le uscite 3 dei diversi dispositivi di concentrazione 10 e 10’.

In tal modo, la radiazione concentrata in corrispondenza delle uscite 3 colpisce l’assorbitore 110 con dispersioni trascurabili.

Come mostrato schematicamente nella vista in pianta di figura 11, l’assorbitore 110 viene disposto in comunicazione idraulica con un condotto di alimentazione 21 di un fluido vettore 25 che viene riscaldato in corrispondenza del rerticolo di convogliamento e fatto uscire attraverso un condotto di deflusso 22.

In una ulteriore variante non illustrata nelle figure, è inoltre possibile collegare in serie, o in parallelo, una pluralità di assorbitori 110 a seconda delle esigenze specifiche.

L’apparecchiatura 100, come sopra descritta consente di ottimizzare lo sfruttamento della radiazione solare proprio in condizioni particolarmente sfavorevoli, ossia quando il fenomeno della riflessione ne provoca la scarsità quali-quantitativa e quando, anche in assenza di nuvolosità, vi è attenuazione di tipo quantitativo, cioè in inverno e nelle ore estreme del giorno.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per concentrare la radiazione solare comprendente un corpo cavo avente una parete interna e provvisto di: − una apertura di ingresso attraverso la quale un fascio luminoso di raggi solari entra in detto corpo cavo; − una apertura di uscita attraverso la quale detto fascio luminoso di raggi solari esce da detto corpo cavo dopo aver seguito una determinata traiettoria; caratterizzato dal fatto di prevedere, inoltre, almeno un elemento direzionale disposto all’interno di detto corpo cavo, detto, o ciascun elemento direzionale essendo atto ad indirizzare detto fascio luminoso di raggi solari entrato in detto corpo cavo lungo una determinata direzione verso detta apertura di uscita.
2. 2. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo la rivendicazione 1, in cui detta parete interna di detto corpo cavo comprende: − almeno una porzione riflettente, − almeno una porzione rifrangente; − una loro combinazione.
3. 3. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo la rivendicazione 1, in cui detto, o ciascun, elemento direzionale è provvisto di almeno una superficie direzionale scelta tra: − una superficie direzionale almeno in parte riflettente; − una superficie direzionale almeno in parte rifrangente; − una loro combinazione.
4. 4. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo la rivendicazione 1, in cui detta, o ciascuna, superficie direzionale è inclinata di un angolo determinato rispetto a detta parete interna di detto corpo cavo, detta inclinazione di detta, o ciascuna superficie direzionale essendo tale da indirizzare detto fascio luminoso penetrato in detto corpo cavo, attraverso detta apertura di ingresso, verso detta apertura di uscita.
5. 5. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo la rivendicazione 1, in cui detto corpo cavo presenta una forma scelta tra: − sostanzialmente piramidale, in particolare troncopiramidale; − sostanzialmente conica, in particolare troncoconica; − sostanzialmente poliedrica.
6. 6. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo la rivendicazione 5, in cui detta apertura di ingresso di detto corpo cavo è realizzata in corrispondenza di una sezione di dimensioni superiori alle dimensioni della sezione in corrispondenza della quale è realizzata detta apertura di uscita.
7. 7. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo rivendicazione 1, in cui detto elemento direzionale comprende almeno una lamina di materiale trasparente scelta tra: − materiale organico, in particolare materiale a base di cellulosa; − materiale inorganico, in particolare materiale plastico.
8. 8. Dispositivo per concentrare la radiazione solare, secondo rivendicazione 1, comprendente, inoltre, un elemento rifrangente convergente atto a concentrare ulteriormente il flusso luminoso di raggi solari in uscita.
9. 9. Apparecchiatura per concentrare energia solare, caratterizzata dal fatto di comprendere una pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare come da rivendicazioni da 1 a 8, in particolare detta pluralità di dispositivi essendo disposti adiacenti in modo da realizzare una forma poliedrica, i bordi delimitanti dette uscite di detti dispositivi di concentrazione definendo un reticolo di convogliamento di forma poliedrica verso il quale convergono le radiazioni solari dei diversi fasci di raggi solari che entrano nei diversi dispositivi per concentrare.
10. 10. Apparecchiatura per concentrare energia solare, secondo la rivendicazione 9, comprendente: − almeno una prima pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare avente come sezione un poligono con un primo numero di lati, − almeno una seconda pluralità di dispositivi per concentrare la radiazione solare avente come sezione un poligono con un secondo numero di lati, − in cui ciascun dispositivo per concentrare la radiazione solare di detta prima pluralità è adiacente ad un determinato numero di dispositivi per concentrare la radiazione solare di detta seconda pluralità.