ITRM20080427A1 - Pannello riflettente e metodo per la realizzazione dello stesso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Pannello riflettente e metodo per la realizzazione dello stesso”

La presente invenzione si riferisce ad un pannello riflettente, in particolare da utilizzarsi come concentratore parabolico di energia solare, e al metodo per la realizzazione dello stesso.

Negli ultimi anni si stanno ricercando soluzioni alternative per realizzare un efficace sfruttamento dell’energia solare e, in particolare, una delle soluzioni sviluppate consiste nel cosiddetto solare a concentrazione.

Tale tecnologia si basa sullo sfruttamento dell'energia solare per generare energia elettrica dal calore del Sole, permettendo vantaggiosamente di produrre calore a media ed alta temperatura (fino a 600°) e quindi l'uso in applicazioni industriali per la generazione di elettricità e/o come calore di processo. Gli impianti che sfruttano tale tecnologia sono realizzati tramite degli specchi parabolici che concentrano la luce diretta del sole su un tubo ricevitore, dentro il quale scorre un fluido termovettore, che assorbe l'energia e la trasporta in maniera tale effettuare una generazione di vapore tramite scambiatore di calore e così azionare una o più turbine. È pertanto evidente che, maggiore è l’energia solare termica concentrata verso il tubo, maggiore sarà la quantità di energia che sarà possibile cedere alle turbine. Allo scopo quindi di aumentare la quantità di energia termica concentrata, si cerca di realizzare superfici riflettenti della maggior grandezza possibile e con il massimo potere riflettente.

Per ottenere superfici di grandi dimensioni vengono quindi utilizzati una pluralità di specchi, l’uno affiancato all’altro, in maniera da realizzare un’unica struttura riflettente di forma parabolica.

Normalmente, tali specchi sono realizzati in vetro e, conseguentemente, la realizzazione di un’ampia superficie riflettente di forma parabolica si rivela difficoltosa, se non utilizzando un elevato numero di piccoli specchi in vetro uniti tra loro.

In particolare, esistono delle notevoli difficoltà nella realizzazione di specchi in vetro con elevate curvature e, pertanto, è necessario affiancare molti specchi di dimensioni – e curvature – inferiori, in maniera tale da realizzare la forma parabolica.

Tuttavia, si evince subito come delle superfici riflettenti così realizzate non possano garantire una elevata efficienza nella riflessione dell’energia solare e, soprattutto, il costo di produzione degli specchi incide in maniera eccessiva nella realizzazione dell’impianto a concentrazione.

In aggiunta si deve rilevare che gli elementi riflettenti richiedono spesso costanti interventi di manutenzione. Infatti, tali superfici riflettenti saranno destinate ad essere esposte all’ambiente esterno, spesso in ambienti desertici o comunque impervi, nei quali uno specchio in vetro è facilmente soggetto a rotture o danneggiamenti.

Allo scopo di rendere più semplice la realizzazione di grandi superfici riflettenti con forma parabolica e, quindi, migliorare l’efficienza nella riflessione della luce solare e rendere più semplice la realizzazione dell’impianto, sono state sviluppate delle soluzioni alternative al semplice utilizzo di specchi. Ad esempio, il brevetto JP 59072401 A2, a nome Nippon Sheet Glass Co Ltd, descrive un metodo per realizzazione economica di un pannello riflettente per luce solare di forma curva. Tale metodo prevede l’uso di un substrato sufficiente sottile di vetro e di un foglio in argento che vengono inizialmente uniti tra loro tramite un adesivo e vengono quindi deformati insieme per ottenere la curvatura desiderata. Tale metodologia, ad ogni modo, prevede comunque l’utilizzo di fogli sottili in vetro e, in generale, materiali tradizionali, mantenendo quindi i problemi legati alle possibilità di rottura e danneggiamenti precedentemente indicati. In alternativa, esistono pannelli solari realizzati tramite in materiali più avanzati, basati, in generale, sul deposito di materiali metallici su substrati di vario tipo.

Un esempio di tali pannelli è descritto nel brevetto US 5,912,777, a nome US National Aeronautics and Space Administration.

Tuttavia, tali pannelli, pur presentando sicuramente delle ottime caratteristiche di riflettenza, potendo essere realizzati in superfici di grandi dimensioni ed essendo sicuramente resistenti, hanno costi di realizzazioni molto elevati, rendendoli quindi poco adatti all’utilizzo in centrali solari a concentrazione.

In alternativa, nella domanda di brevetto internazionale WO05121389A1, a nome ENEA - Ente per Le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente, sono descritti dei pannelli realizzati in materiale ceramico, sul quale viene depositato uno strato in materiale riflettente. In questo caso, tuttavia, il pannello risultante risulta facilmente soggetto a rottura e il suo trasporto e installazione diventano eccessivamente complessi.

Inoltre, tutti i pannelli noti allo stato della tecnica vengono normalmente installati su strutture di sostegno durante il loro utilizzo nelle centrali solari. L’installazione di tali pannelli è resa però particolarmente complessa dalle evidenti difficoltà legati al maneggiare tali pannelli parabolici di grandi dimensioni e, in aggiunta, l’installazione comporta anche dei problemi di deformazioni legati alla differente dilatazione termica tra pannello e struttura di supporto, essendo questi realizzati in materiali tra loro differenti. Pertanto il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è quello di fornire un pannello riflettente con curvatura sostanzialmente parabolica che consenta di ovviare agli svantaggi sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema è risolto dal pannello riflettente secondo la rivendicazione 1, dal metodo per realizzazione dello stesso secondo la rivendicazione 9 e dall’elemento riflettente per centrali solari a concentrazione secondo la rivendicazione 16 e dal metodo per la realizzazione di tale elemento riflettente secondo la rivendicazione 19.

La presente invenzione presenta alcuni rilevanti vantaggi. Il vantaggio principale consiste nel fatto che il pannello secondo la presente invenzione è facilmente realizzabile anche con curvature elevate, presenta ottime caratteristiche di riflettenza, può essere realizzato in superfici di grandi dimensioni e garantendo, al tempo stesso, delle ottime caratteristiche di resistenza superficiale e a rottura. Inoltre, il pannello secondo la presente invenzione presenta costi di realizzazione contenuti, rendendolo quindi particolarmente adatto all’utilizzo in centrali solari a concentrazione, nei quali è opportuno utilizzare una superficie riflettente che sia la più grande possibile.

In aggiunta, il pannello riflettente secondo la presente invenzione richiede una minima manutenzione essendo particolarmente resistente agli agenti atmosferici a cui è posto durante l’utilizzo.

Infine, il pannello riflettente secondo la presente invenzione è particolarmente maneggevole nel trasporto e nelle fasi di installazione e, peraltro, non è soggetto alle problematiche legate alla dilatazione termica quando fissato su strutture di supporto per il suo utilizzo in centrali solari. Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità d’impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: le figure 1 e 1A sono due illustrazioni schematiche, rispettivamente in prospettiva e secondo una sezione trasversale, che mostrano il pannello secondo la presente invenzione durante l’utilizzo in una centrale solare a concentrazione;

la figura 2 è una illustrazione schematica che mostra la deposizione, tramite un processo di sputtering, di uno strato in materiale metallico riflettente nel metodo di realizzazione del pannello secondo la presente invenzione; e

la figura 3 è una vista prospettica del pannello riflettente secondo la presente invenzione e di un relativo supporto.

Con riferimento inizialmente alle figure 1 e 1A, un pannello riflettente 1 secondo la presente invenzione è realizzato in maniera da potersi utilizzare in centrali solari del tipo a concentrazione e quindi potersi sviluppare secondo una curvatura sostanzialmente parabolica. Come si può notare dalla figura 1A, tale forma consente di concentrare i raggi solari che si riflettono sul pannello 1 su un unico punto, in particolare sul tubo ricevitore all’interno del quale scorrerà il fluido vettore.

Il pannello 1 è realizzato tramite un substrato in un materiale polimerico che, preferibilmente, sarà scelto tra policarbonato, polimetilmetacrilato e vetroresina.

Il substrato in materiale polimerico può quindi essere lavorato in maniera da ottenere una superficie riflettente di dimensioni adatte per l’utilizzo come pannelli riflettenti parabolici per centrali solari a concentrazione. È evidente che un tecnico del settore sarà in grado di dimensionare, sulla base delle caratteristiche della centrale, le dimensioni richieste dei pannelli.

I materiali polimerici sopra elencati permetteranno così di realizzare un substrato sufficientemente sottile, ma al tempo stesso resistente, da presentare una buona flessibilità. In particolare, il substrato flessibile potrà essere collocato al di sopra di una struttura di supporto 2, illustrata in figura 3, sulla quale verrà collocato in maniera da presentare la curvatura richiesta. Tale caratteristica si rivela particolarmente vantaggiosa in quanto non sarà necessario, contrariamente a quanto noto allo stato della tecnica, lavorare e/o maneggiare i substrati già nella loro forma a curvatura parabolica, ma potranno essere completamente lavorati e quindi verrà conferita loro la forma parabolica tramite il fissaggio sulla struttura di supporto 2.

In particolare, tale substrato presenterà uno spessore tale da garantire una sufficiente flessibilità per non comprometterne la maneggevolezza durante il trasporto e l’installazione del pannello e, al tempo stesso, quando verrà fissato alla struttura di supporto 2 si conformerà secondo la configurazione parabolica richiesta dall’applicazione del solare a concentrazione. Tale caratteristica si rivela quindi particolarmente vantaggiosa ed è possibile grazie all’utilizzo del substrato polimerico che offre tali caratteristiche e, al tempo stesso potrà essere lavorato nella maniera descritta a seguire.

È evidente che un tecnico del settore sarà in grado di dimensionare in maniera adatta le caratteristiche del substrato 1 affinché presenti flessibilità sufficiente ad essere posizionato con la curvatura desiderata sul supporto 2. È anche noto come le centrali a concentrazione utilizzino una struttura di specchi a sviluppo longitudinale, come schematicamente illustrato in figura 1, e pertanto, si potranno utilizzare una pluralità di substrati affiancati tra loro, senza inficiare eccessivamente l’efficienza del sistema.

I substrati flessibili in materiali polimerici vengono quindi sottoposti ad una lavorazione chimica e/o meccanica tale da rendere la loro superficie esposta ai raggi solari liscia e lucida. In particolare, possono essere previste operazioni di lappatura della superficie, ma anche particolari trattamenti chimici superficiali, in maniera da renderla più riflettente possibile. È tuttavia evidente che le superfici potranno essere rese lisce e lucide anche tramite differenti lavorazioni meccaniche o chimiche.

Sempre grazie alle caratteristiche di flessibilità del substrato, tali lavorazioni potranno essere eseguite in continuo, in quanto il substrato potrà essere lavorato quando la sua superficie è piana.

Allo scopo di garantire la riflettenza richiesta, una adeguata durezza superficiale ed una resistenza agli agenti atmosferici, sul substrato viene depositato uno strato di particelle metalliche, in particolare argento, oro o alluminio, di circa 1 μm tramite deposizione con metodi fisici in fase di vapore, in altre parole, tramite un processo di Physical Vapour Deposition (PVD).

In alternativa ai materiali precedentemente elencati potrà essere possibile l’utilizzo di particelle di cromo che presenta delle ottime caratteristiche di adesione al polimero, caratteristica quindi particolarmente vantaggiosa per i pannelli da utilizzarsi in centrali a concentrazione. Al tempo stesso, lo strato di cromo avrà un elevata durezza superficiale e non necessiterà di strati protettivi ulteriori. Pertanto, in questo caso non sarà necessario utilizzare ulteriori strati protettivi in quanto lo strato di cromo avrà la proprietà di auto-ossidarsi.

Negli altri casi, verrà utilizzato anche un ulteriore strato protettivo trasparente, ad esempio tramite vernici epossidiche o polimeriche trasparenti, in maniera tale da consentire una maggiore protezione della superficie del pannello 1.

Anche in questo caso, la deposizione tramite processo PVD potrà avvenire in continuo, sempre grazie alla flessibilità del substrato.

I materiali utilizzati consentono di ottenere un pannello riflettente parabolico 1 con costi contenuti, in quanto non richiedono né materiali eccessivamente costosi, né lavorazioni complesse.

Ad esempio, si potrà utilizzare delle lastre in policarbonato, di spessore tale da garantire la flessibilità richiesta, in conformità con quanto descritto in precedenza, e che verranno lavorate superficialmente in maniera da renderle sufficientemente riflettenti, realizzando così il substrato, come descritto in precedenza. Quindi, potrà essere utilizzata una tecnica di sputtering per la deposizione delle particelle di cromo sul substrato.

Per inciso, e come illustrato in figura 2, lo sputtering è un processo per il quale si ha emissione di atomi, ioni o frammenti molecolari da un materiale di supporto, in questo caso dell’ossido di cromo, bombardato con un fascio di particelle energetiche (generalmente ioni).

Con tale processo, gli atomi emessi si ricondensano sulle superfici interne della camera da vuoto, e questo fenomeno può essere sfruttato per il ricoprimento di manufatti. Sarà, infatti, semplicemente necessario introdurre il substrato da trattare nella camera da vuoto per un tempo sufficiente alla formazione di uno strato di materiale emesso dal target sulla sua superficie. Il tempo di permanenza nella camera da vuoto sarà legato allo spessore dello strato che si desidera realizzare sul substrato.

Come accennato in precedenza, il pannello 1 così realizzato potrà essere quindi fissato ad un’apposita struttura di supporto 2, come illustrato in maniera schematica in figura 3, ed utilizzato nella centrale a concentrazione solare. Vantaggiosamente, la struttura di supporto 2 potrà essere realizzato nel medesimo materiale polimerico del substrato e, in questo modo non si manifesteranno problemi legati alla dilatazione termica del materiale.

Tramite il fissaggio sulla struttura di supporto 2 verrà conferita al pannello 1 la forma parabolica richiesta per l’uso quale elemento riflettente per centrali solari a concentrazione.

Vantaggiosamente, il pannello riflettente 1 potrà essere fissato alla struttura di supporto 2 tramite un sistema a vuoto, come descritto nella domanda di brevetto italiana PD 2007 A 000239, a nome della stessa richiedente. In alternativa, potranno essere utilizzati altri tipi di fissaggio, quali colle o mezzi meccanici.

Tale soluzione consente vantaggiosamente di assemblare i pannelli 1 alle strutture di supporto 2 direttamente sul luogo dell’impianto e, pertanto, di facilitare in maniera notevole le operazioni di trasporto ed installazione dello stesso.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito esposte.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pannello riflettente (1) comprendente un substrato flessibile in materiale polimerico ed un ulteriore strato realizzato tramite deposizione superficiale di un materiale metallico su detto substrato.
2. 2. Pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto substrato flessibile è realizzato in un dei seguenti materiali: policarbonato, polimetilmetacrilato o vetroresina.
3. 3. Pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto substrato flessibile presenta una superficie lucidata.
4. 4. Pannello riflettente (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto strato metallico è realizzato tramite metodi di deposizione fisica da fase vapore (PVD) di uno dei seguenti metalli: argento, oro, alluminio o cromo.
5. 5. Pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 4, in cui detto metodo di deposizione fisica da fase vapore è un processo di sputtering.
6. 6. Pannello riflettente (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto strato di materiale metallico presenta uno spessore di circa 1 μm.
7. 7. Pannello riflettente (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto strato di materiale metallico è ricoperto da un ulteriore strato protettivo trasparente.
8. 8. Pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detto strato protettivo è realizzato tramite vernici epossidiche o polimeriche trasparenti.
9. 9. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) comprendente i passi di: a. fornire un substrato flessibile in materiale polimerico; b. depositare uno strato di materiale metallico su detto substrato.
10. 10. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 9, comprendente un ulteriore passo di effettuare una lavorazione superficiale di detto substrato flessibile atta rendere lucida una superficie di detta substrato.
11. 11. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 10, in cui detta lavorazione superficiale avviene in continuo.
12. 12. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) secondo una delle rivendicazioni da 9 a 11, in cui detto passo di depositare uno strato di materiale metallico su detto substrato avviene tramite un processo in continuo.
13. 13. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) una delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui detto passo di depositare detto strato di materiale metallico ha luogo tramite metodi di deposizione fisica da fase vapore (PVD).
14. 14. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) secondo la rivendicazione 13, in cui detto passo di depositare detto strato di materiale metallico ha luogo tramite un processo di sputtering.
15. 15. Metodo per la realizzazione di un pannello riflettente (1) secondo una delle rivendicazione da 9 a 14, in cui detto strato di materiale metallico è realizzato tramite deposizione di particelle di uno tra i seguenti materiali: oro, argento, alluminio o cromo.
16. 16. Elemento riflettente per centrali solari a concentrazione, comprendente un pannello riflettente secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, ed una struttura di supporto (2) sul quale viene fissato detto pannello riflettente in maniera tale da conferire a detto pannello riflettente (1) una forma sostanzialmente parabolica.
17. 17. Elemento riflettente secondo la rivendicazione 15, in cui detta struttura di supporto (2) è realizzata nello stesso materiale di detto substrato del pannello riflettente (1).
18. 18. Elemento riflettente secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui detto pannello riflettente (1) è fissato a detta struttura di supporto (2) tramite un sistema a vuoto.
19. 19. Metodo per la realizzazione di un elemento riflettente per centrali solari a concentrazione, comprendenti i passi di: • fornire una struttura di supporto (2); • fornire un pannello riflettente (1) tramite un metodo secondo le rivendicazioni da 9 a 16; • fissare detto pannello riflettente (1) a detta struttura di supporto (2) in maniera da conferire a detto pannello riflettente uno sviluppo sostanzialmente parabolico.
20. 20. Metodo per la realizzazione di un elemento riflettente secondo la rivendicazione 19, in cui detto pannello è fissato in maniera amovibile a detta struttura di supporto (2) tramite un sistema a vuoto.