ITRM20090126A1

ITRM20090126A1 - SOLAR THERMAL SYSTEM CONCENTRATION

Info

Publication number: ITRM20090126A1
Application number: IT000126A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Murgia; Piero Pili
Original assignee: Elianto S R L
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-09-24

Description

TITOLO: “Impianto solare termico a concentrazione” TITLE: "Concentrated solar thermal system"

Campo dell’invenzione Field of the invention

La presente invenzione si riferisce ad un impianto solare termico a concentrazione. The present invention refers to a concentrating solar thermal system.

Stato della tecnica State of the art

La presente invenzione si riferisce ad pannello riflettente, in particolare per un impianto solare termico a concentrazione. The present invention refers to a reflecting panel, in particular for a concentrating solar thermal system.

Stato della tecnica State of the art

La tecnologia della concentrazione lineare prevede la concentrazione dell’energia solare su una linea di focalizzazione anziché su un punto. I concentratori lineari maggiormente noti sono i collettori parabolici lineari, detti trough, già ampiamente utilizzati nelle sperimentazioni, ma estremamente costosi. Linear concentration technology provides for the concentration of solar energy on a focus line rather than on a point. The best known linear concentrators are the linear parabolic collectors, called troughs, already widely used in experiments, but extremely expensive.

L’alternativa tecnologica ai trough è rappresentata dagli specchi di Fresnel, in grado di raggiungere le medesime prestazioni ottiche ma a costi sensibilmente inferiori. Nonostante le promettenti stime sul potenziale competitivo dei sistemi di Fresnel, ad oggi il numero di prototipi e sistemi dimostrativi è ancora molto limitato mentre restano ampi i margini per un ulteriore sviluppo della tecnologia. The technological alternative to troughs is represented by Fresnel mirrors, capable of achieving the same optical performance but at significantly lower costs. Despite the promising estimates on the competitive potential of Fresnel systems, to date the number of prototypes and demonstration systems is still very limited while the margins for further development of the technology remain.

Un impianto basato sulla tecnologia a concentrazione lineare generalmente comprende quattro elementi principali: A plant based on linear concentration technology generally comprises four main elements:

1. un modulo di raccolta e concentrazione della radiazione solare; 1. a module for collecting and concentrating solar radiation;

2. un dispositivo di trasformazione in calore e trasporto della radiazione solare concentrata proveniente dal modulo di raccolta e concentrazione; 2. a device for transforming the concentrated solar radiation into heat and transporting it from the collection and concentration module;

3. un dispositivo di stoccaggio dell’energia termica; 3. a thermal energy storage device;

4. un dispositivo di conversione dell’energia termica in energia elettrica basato su cicli termodinamici Rankine come, ad esempio, ll ciclo ORC, dall’acronimo anglosassone Organic Rankine cycle, cioè un ciclo di Rankine a fluidi organici. Il modulo di raccolta comprende un riflettore primario formato da una pluralità di pannelli riflettenti che concentrano la radiazione solare verso un ricevitore lineare. 4. a device for converting thermal energy into electricity based on Rankine thermodynamic cycles such as, for example, the ORC cycle, from the Anglo-Saxon acronym Organic Rankine cycle, that is, a Rankine cycle with organic fluids. The collecting module comprises a primary reflector formed by a plurality of reflecting panels which concentrate the solar radiation towards a linear receiver.

Tale ricevitore lineare comprende un condotto, detto tubo ricevitore o assorbitore, in cui fluisce un fluido termovettore che viene a riscaldarsi trasferendo il calore ad un impianto termoelettrico per la generazione di potenza. Il ricevitore comprende, inoltre un riflettore secondario, posto al di sopra di detto condotto in modo da catturare i raggi riflessi dai riflettori primari che non colpiscono direttamente il tubo assorbitore, deviandoli opportunamente su di esso. Said linear receiver comprises a conduit, called receiver or absorber tube, in which a heat-carrying fluid flows which heats up by transferring the heat to a thermoelectric plant for the generation of power. The receiver also comprises a secondary reflector, positioned above said duct so as to capture the rays reflected by the primary reflectors which do not directly strike the absorber tube, appropriately deflecting them onto it.

Per migliorare la prestazione della conversione termoelettrica e semplificare la gestione dei processi d’impianto, si utilizza un dispositivo per lo stoccaggio termico costituito da un serbatoio isolato termicamente in cui si accumula il fluido termovettore caldo, uscente dal campo solare. To improve the performance of thermoelectric conversion and simplify the management of plant processes, a device for thermal storage is used consisting of a thermally insulated tank in which the hot heat transfer fluid, exiting the solar field, accumulates.

Grazie al dispositivo di accumulo termico, i processi di raccolta dell’energia solare e il suo utilizzo nell’impianto di produzione di potenza possono essere completamente disaccoppiati. Thanks to the thermal storage device, the solar energy collection processes and its use in the power production plant can be completely decoupled.

Il fluido termovettore maggiormente impiegato in questo tipo di applicazioni risulta essere l’acqua. The heat carrier fluid most used in this type of applications is water.

Purtroppo, però, l’impiego di acqua ad alta temperatura determina problematiche non indifferenti di gestione del processo termico che prevede la generazione di vapore acqueo ad alta pressione di difficile impiego nell’accumulo termico di calore. Unfortunately, however, the use of high temperature water causes significant problems in managing the thermal process which involves the generation of high pressure water vapor which is difficult to use in the thermal accumulation of heat.

Dunque, se il problema principale è quello di individuare un fluido termovettore più idoneo allo stoccaggio del calore e compatibile con la tipologia di impianto. Therefore, if the main problem is to identify a heat transfer fluid that is more suitable for storing heat and compatible with the type of system.

Sommario dell’invenzione Summary of the invention

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un impianto solare termico a concentrazione atto a risolvere il suddetto problema. The object of the present invention is to provide a concentrating solar thermal system suitable for solving the aforementioned problem.

E’ oggetto della presente invenzione un impianto solare termico a concentrazione che, conformemente alla rivendicazione 1, fluido termovettore caratterizzato dal fatto che detto fluido termovettore è un olio diatermico. The object of the present invention is a concentrating solar thermal system which, according to claim 1, heat transfer fluid characterized by the fact that said heat transfer fluid is a diathermic oil.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione detto dispositivo trova migliore applicazione quando il sistema di concentrazione risultano sufficientemente precisi da consentire una riduzione del diametro del tubo assorbitore. According to another aspect of the invention, said device finds better application when the concentration system is sufficiently precise to allow a reduction in the diameter of the absorber tube.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione. The dependent claims describe preferred embodiments of the invention, forming an integral part of this description.

Breve descrizione delle Figure Brief description of the Figures

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un impianto solare termico a concentrazione, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui: la Fig. 1 rappresenta il principio di funzionamento di un impianto solare termico a concentrazione; Further characteristics and advantages of the invention will become more evident in the light of the detailed description of preferred, but not exclusive, embodiments of a concentrating solar thermal system, illustrated by way of non-limiting example, with the aid of the accompanying drawing tables. in which: Fig. 1 represents the operating principle of a concentrating solar thermal system;

la Fig. 2 rappresenta uno schema di impianto solare termico a concentrazione secondo il presente trovato; Fig. 2 shows a diagram of a concentrating solar thermal plant according to the present invention;

la Fig. 3 raffigura una vista prospettica di una parte solare dell’impianto schematizzato in figura 2; Fig. 3 depicts a perspective view of a solar part of the system schematized in figure 2;

la Fig. 4a raffigura una forma che acquisisce una parte riflettente di un pannello riflettente definente la parte solare di figura 2, quando appoggiata su un elemento strutturale portante; Fig. 4a shows a shape that acquires a reflecting part of a reflecting panel defining the solar part of figure 2, when resting on a load-bearing structural element;

la Fig. 4b raffigura un elemento strutturale portante della parte riflettente del pannello riflettore secondo la figura precedente; Fig. 4b shows a load-bearing structural element of the reflecting part of the reflector panel according to the previous figure;

la Fig. 5 raffigura schematicamente un raggruppamento di pannelli riflettenti allineati compresi dalla parte solare secondo la figura precedente; Fig. 5 schematically depicts a grouping of aligned reflecting panels comprised by the solar part according to the previous figure;

la Fig. 6 rappresenta schematicamente l’accoppiamento di ciascun raggruppamento di pannelli riflettenti con un opportuno numero di mezzi di movimentazione necessari all’inseguimento del sole da parte della parte solare dell’impianto; Fig. 6 schematically represents the coupling of each grouping of reflective panels with an appropriate number of handling means necessary for the solar part of the system to track the sun;

la Fig. 7 rappresenta schematicamente un sistema di controllo e supervisione dell’impianto secondo la figura 2; Fig. 7 schematically represents a control and supervision system of the plant according to figure 2;

la Fig. 8 rappresenta una fase di calibrazione di un raggruppamento di pannelli riflettenti; Fig. 8 represents a calibration step of a grouping of reflecting panels;

la Fig. 9 rappresenta una vista prospettica di un impianto di figura 2, con in evidenza, una riflessione della radiazione solare da parte di un raggruppamento di pannelli riflettenti su un elemento are dell’impianto; Fig. 9 represents a perspective view of a system of figure 2, highlighting a reflection of solar radiation by a grouping of reflective panels on an area element of the system;

la Fig. 10 rappresenta la variazione dell’angolo di riflessione secondo una direzione dell’allineamento del raggruppamento dei pannelli riflettenti durante un anno. Fig. 10 represents the variation of the angle of reflection according to a direction of alignment of the grouping of reflective panels during a year.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti. The same reference numbers and letters in the figures identify the same elements or components.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione Detailed description of a preferred embodiment of the invention

Un impianto solare termico a concentrazione preferito comprende secondo le figure 1 e 2, A preferred concentrating solar thermal system comprises according to Figures 1 and 2,

- un modulo di raccolta e concentrazione 1 della radiazione solare, rappresentata con le frecce tratteggiate, comprendente un riflettore primario 11 ed almeno un ricevitore 12, questo comprendente un tubo assorbitore 13 e un riflettore secondario 14; - a solar radiation collection and concentration module 1, represented by dashed arrows, comprising a primary reflector 11 and at least one receiver 12, this comprising an absorber tube 13 and a secondary reflector 14;

- pompe e rete di trasporto 2 di un fluido termovettore; - pumps and transport network 2 for a heat transfer fluid;

- un sistema di accumulo termico 3; - a thermal storage system 3;

- scambiatori di calore 4 per accoppiamento solare-ORC; - heat exchangers 4 for solar-ORC coupling;

- scambiatori di calore ORC 5; - ORC 5 heat exchangers;

- una turbina ORC 6; - an ORC 6 turbine;

- un alternatore 7; - an alternator 7;

- pompe e rete di trasporto 8 di un fluido di lavoro ORC. - pumps and transport network 8 of an ORC working fluid.

Il modulo di raccolta e concentrazione 1 della radiazione solare comprende, dunque, i seguenti elementi: The solar radiation collection and concentration module 1 therefore includes the following elements:

- riflettore primario 11; - primary reflector 11;

- una struttura di sostegno del riflettore primario 21; - a support structure for the primary reflector 21;

- un tubo assorbitore 13; - an absorber tube 13;

- un riflettore secondario 14; - a secondary reflector 14;

- una struttura di sostegno del riflettore secondario 24, rappresentata in figura 3; - un sistema di attuazione 15 dell’inseguimento del sole da parte del riflettore primario 11; - a support structure for the secondary reflector 24, shown in Figure 3; - an actuation system 15 of the tracking of the sun by the primary reflector 11;

- un sistema di controllo e supervisione 17 del sistema di attuazione 15; - a control and supervision system 17 of the implementation system 15;

Dunque, il modulo di raccolta e concentrazione 1 comprende l’accoppiamento del riflettore primario 11, riflettore secondario 14 e tubo assorbitore 13; la movimentazione del riflettore primario è realizzata a mezzo di strutture di supporto, attuatori e sistemi di controllo. Therefore, the collection and concentration module 1 includes the coupling of the primary reflector 11, secondary reflector 14 and absorber tube 13; the movement of the primary reflector is carried out by means of support structures, actuators and control systems.

Inoltre, così come mostrato con l’aiuto delle figure 3, 5 e 6, i pannelli riflettenti sono allineati a formare delle stringhe 11A, 11B, etc.. Ciascuna stringa comprende, dunque, un certo numero di pannelli riflettenti 30 solidali tra loro e sorretti in modo che solidalmente possano ruotare attorno all’asse baricentrico α che attraversa tutti i pannelli per inseguire la radiazione solare, convogliandola sul tubo assorbitore. Furthermore, as shown with the help of figures 3, 5 and 6, the reflecting panels are aligned to form strings 11A, 11B, etc .. Each string therefore comprises a certain number of reflective panels 30 integral with each other and supported so that they can rotate integrally around the barycentric axis α that crosses all the panels to track the solar radiation, conveying it on the absorber tube.

Dunque, ciascuna stringa, per potersi muovere, è accoppiata meccanicamente ad almeno un moto-riduttore. Therefore, each string, in order to be able to move, is mechanically coupled to at least one motor-reducer.

Il riflettore primario comprende almeno un pannello riflettore 30. Le dimensioni preferite di tale pannello sono 450x2700 mm. Inoltre, esso è leggermente curvo per aumentare il suo potere di focalizzazione della radiazione solare sul tubo assorbitore. Il raggio di curvatura preferito della superficie riflettente è dell’ordine dei 13 m che si traduce in un incurvamento lungo il lato corto, date dette dimensioni preferite, di circa 2 mm, così come mostrato in figura 4a. Un pannello riflettore 30 definente un riflettore primario 11 comprende: The primary reflector comprises at least one reflector panel 30. The preferred dimensions of this panel are 450x2700 mm. Furthermore, it is slightly curved to increase its focusing power of the solar radiation on the absorber tube. The preferred radius of curvature of the reflecting surface is of the order of 13 m which results in a curvature along the short side, given said preferred dimensions, of about 2 mm, as shown in Figure 4a. A reflector panel 30 defining a primary reflector 11 comprises:

- un elemento strutturale portante rigido 31 in estruso, di cui un esempio è mostrato in figura 4b, preferibilmente in alluminio, sulla cui faccia superiore, ovvero quella rivolta al sole, viene incollato una lamina specchiata; - a rigid supporting structural element 31 in extruded form, an example of which is shown in Figure 4b, preferably in aluminum, on whose upper face, that is the one facing the sun, a mirrored sheet is glued;

- una lamina specchiata 32, preferibilmente uno specchio sottile piano sufficiente flessibile, ad alta riflettività e di lunga durata. - a mirrored sheet 32, preferably a sufficiently flexible flat thin mirror, with high reflectivity and long life.

L’elemento strutturale è realizzato per estrusione e può avere un profilo aperto o chiuso. Detto elemento comprende una pluralità di costole, sulla faccia superiore, sulle quale viene successivamente attaccata la lamina specchiata 32. The structural element is made by extrusion and can have an open or closed profile. Said element comprises a plurality of ribs, on the upper face, on which the mirrored sheet 32 is subsequently attached.

L’elemento strutturale supporta meccanicamente e impone i vincoli geometrici alla superficie specchiata, la quale è sufficientemente sottile da assumere per deformazione elastica, quando sottoposta a una leggera pressione, la curvatura imposta dall’elemento strutturale rigido. I due elementi sono tenuti assieme da una opportuna colla atta a garantire, oltre all’accoppiamento meccanico, la stabilità di adesione nel lungo periodo, almeno 25 anni, e la compensazione delle deformazioni indotte dalle dilatazioni termiche differenziali dei materiali. The structural element mechanically supports and imposes geometric constraints on the mirrored surface, which is thin enough to assume the curvature imposed by the rigid structural element due to elastic deformation, when subjected to slight pressure. The two elements are held together by a suitable glue to ensure, in addition to the mechanical coupling, the long-term stability of adhesion, at least 25 years, and the compensation of the deformations induced by the differential thermal expansion of the materials.

La curvatura impressa alla lamina specchiata dipende dall’altezza delle costole su cui si appoggia la lamina specchiata. The curvature impressed on the mirrored plate depends on the height of the ribs on which the mirrored plate rests.

Pare subito evidente che una lavorazione di fresatura, lungo la lunghezza di poche costole è assolutamente più semplice ed economica che la fresatura di un corpo pieno, al fine di ottenere la corretta curvatura della superficie riflettente. It seems immediately evident that a milling process along the length of a few ribs is absolutely simpler and cheaper than milling a solid body, in order to obtain the correct curvature of the reflecting surface.

La soluzione mostrata è in grado di combinare precisione, rapidità e bassi costi. Il punto di partenza è un profilo estruso, sia esso chiuso o aperto, di forma e materiale metallico o non metallico tali da garantire la desiderata resistenza alle deformazioni. La superficie del profilo estruso di partenza, in cui sarà incollato il lamina specchiata di vetro o altro materiale, è circa piana, tenute in conto le tolleranze di fabbricazione del processo di estrusione, e presenta lungo la direzione longitudinale, quattro o più costole alte preferibilmente da 2 a 10 mm, sempre in relazione alla tolleranza di fabbricazione, e spesse da 1 a 4 mm. Le costole dell’estruso sono fresate a mezzo di una macchina utensile a controllo numerico sino a far coincidere la geometria della superficie fresata con quella di un segmento di cilindro o di parabola o di altra curva avente curvatura coincidente con quella obiettivo. The solution shown is able to combine precision, speed and low costs. The starting point is an extruded profile, be it closed or open, of metallic or non-metallic shape and material such as to guarantee the desired resistance to deformation. The surface of the starting extruded profile, in which the mirrored sheet of glass or other material will be glued, is approximately flat, taking into account the manufacturing tolerances of the extrusion process, and has four or more high ribs along the longitudinal direction, preferably from 2 to 10 mm, again in relation to manufacturing tolerance, and thickness from 1 to 4 mm. The ribs of the extrudate are milled by means of a numerically controlled machine tool until the geometry of the milled surface coincides with that of a segment of a cylinder or parabola or other curve having a curvature coinciding with the target one.

Dunque, rispetto alla fresatura di larghe aree in uno spazio 3D, la lavorazione delle costole è un processo bidimensionale che procede lungo linee, quelle appunto definite dalle costole. In particolare, le superfici da fresare sono delle aree rettangolari lunghe e strette, quasi planari, con un rapporto tra lato lungo e corto dell’ordine delle migliaia di unità. Therefore, compared to the milling of large areas in a 3D space, the machining of the ribs is a two-dimensional process that proceeds along lines, those defined by the ribs. In particular, the surfaces to be milled are long and narrow rectangular areas, almost planar, with a ratio between long and short side of the order of thousands of units.

In alternativa una lamina riflettente metallica può essere saldata alle costole con tecniche di saldatura laser. La curvatura assunta dalla lamina negli spazi “intercostali” assume la forma di una curva “cubica” la cui curvatura dipende principalmente dalle caratteristiche meccaniche del materiale e dal suo spessore, ovvero dal momento d’inerzia della sezione e dal modulo di elasticità longitudinale o di Hooke. A seconda del valore di questi due parametri caratteristici della lamina riflettente si determina il numero di costole necessario perché la superficie cubica definita dalla lamina specchiata 32 approssimi con sufficiente accuratezza la superficie teorica voluta. Alternatively, a metal reflective sheet can be welded to the ribs with laser welding techniques. The curvature assumed by the lamina in the "intercostal" spaces takes the form of a "cubic" curve whose curvature depends mainly on the mechanical characteristics of the material and its thickness, or on the moment of inertia of the section and on the longitudinal or elastic modulus Hooke. Depending on the value of these two characteristic parameters of the reflecting foil, the number of ribs necessary for the cubic surface defined by the mirrored foil 32 to approximate the desired theoretical surface with sufficient accuracy is determined.

Si preferisce, dunque, che l’elemento strutturale portante rigido 31 in estruso abbia 4-6 costole. It is therefore preferred that the rigid supporting structural element 31 in extruded has 4-6 ribs.

In una realizzazione preferita del pannello riflettore 30, esso è realizzato con profili estrusi di alluminio e lamine specchiate in vetro spesse 1 mm circa. In a preferred embodiment of the reflector panel 30, it is made with extruded aluminum profiles and mirrored glass sheets approximately 1 mm thick.

Oltre alla velocità della lavorazione, i vantaggi di questa tecnica sono: In addition to the processing speed, the advantages of this technique are:

1) la possibilità di utilizzare semilavorati estrusi come elemento strutturale, avendo risolto, con il processo di lavorazione sopra identificato, il problema delle tolleranze di fabbricazione dei profilati, troppo alte rispetto ai vincoli stringenti di precisione geometrica associati alle applicazioni ottiche nel settore del solare a concentrazione. I semilavorati estrusi sono facilmente reperibili nel mercato, fabbricabili in grandi volumi e consentono di poter variare con grande facilità il disegno del loro profilo senza che ciò si rifletta sul costo del semilavorato; 1) the possibility of using extruded semi-finished products as a structural element, having solved, with the machining process identified above, the problem of manufacturing tolerances of the profiles, which are too high compared to the stringent constraints of geometric precision associated with optical applications in the solar sector. concentration. The extruded semi-finished products are easily available on the market, can be manufactured in large volumes and allow the design of their profile to be varied with great ease without affecting the cost of the semi-finished product;

2) la possibilità di variare la curvatura della lamina riflettente semplicemente variando un parametro del programma di lavoro della macchina utensile. In tal modo, la variazione della curvatura può essere ottenuta “on-fly”, cioè senza la necessità di interrompere la operatività della macchina nella linea di produzione. Inoltre la precisione del pannello può essere ottimizzata in modo “soft”, senza che debba essere modificato l’attrezzaggio della macchina utensile durante il processo produttivo; 2) the possibility of varying the curvature of the reflecting foil simply by varying a parameter of the work program of the machine tool. In this way, the variation of the curvature can be obtained “on-fly”, ie without the need to interrupt the operation of the machine in the production line. In addition, the precision of the panel can be optimized in a "soft" way, without having to change the equipment of the machine tool during the production process;

3) l’assenza di processi di produzione di tipo termico, tipicamente caratterizzati da un alto costo energetico. Il processo produttivo identificato è condotto interamente a freddo; 3) the absence of thermal production processes, typically characterized by a high energy cost. The identified production process is carried out entirely cold;

4) l’elevato numero di materiali di base utilizzabili sia per l’elemento strutturale estruso che per la lamina riflettente. Nel caso di accoppiamento di materiali con differenti coefficienti di dilatazione termica, è la colla che ha il compito di assorbire le deformazioni derivanti dalle dilatazioni differenziali. 4) the high number of basic materials that can be used for both the extruded structural element and the reflective foil. In the case of coupling materials with different thermal expansion coefficients, it is the glue that has the task of absorbing the deformations deriving from the differential expansion.

Ciascun pannello riflettente 30 è sorretto da una struttura di sostegno 21 cooperante con un sistema di attuazione 15 comprendente una relativa meccanica di trasmissione del moto di rotazione intorno ad un asse di ciascun pannello riflettente. Each reflecting panel 30 is supported by a support structure 21 cooperating with an actuation system 15 comprising a relative mechanics for transmitting the rotational motion around an axis of each reflecting panel.

Tale sistema di attuazione 15 comprende: This implementation system 15 includes:

- un moto-riduttore a ruota dentata e vite senza fine, - a gearmotor with toothed wheel and worm screw,

- mezzi di accoppiamento alla struttura di sostegno 21 e - means for coupling to the support structure 21 e

- mezzi di recupero dei giuochi meccanici. - means of recovery of mechanical games.

Il moto-riduttore comprendente, preferibilmente, un motore stepper con precisione angolare di 1,8 gradi ed a bassa potenza e sistema di trasmissione a vite senza fine cooperante con una corona dentata con rapporto di trasmissione pari a 60. Si assume come posizione base, anche detta home, di ciascun azionamento, ai fini del controllo dello stesso, quella corrispondente con una posizione in cui a stringa di pannelli riflettenti risulta essere perfettamente perpendicolare rispetto alla forza di gravità. The gearmotor preferably comprising a stepper motor with angular precision of 1.8 degrees and low power and a worm screw transmission system cooperating with a gear wheel with a transmission ratio of 60. It is assumed as the basic position, also called home, of each drive, for the purpose of controlling it, the one corresponding with a position in which a string of reflecting panels is perfectly perpendicular to the force of gravity.

Eventuali inaccuratezze del puntamento predittivo, descritto nel seguito, sono corrette da una procedura di calibrazione descritta nel seguito. Any inaccuracies of the predictive aiming, described below, are corrected by a calibration procedure described below.

Il riflettore secondario 14 comprende anch’esso: The secondary reflector 14 also includes:

- una struttura portante in estruso, preferibilmente in alluminio sulla cui faccia interna, ovvero quella rivolta verso il riflettore primario, è incollata una superficie, eventualmente lucidata a specchio, - a supporting structure in extruded, preferably in aluminum on whose internal face, that is the one facing the primary reflector, a surface, possibly mirror polished, is glued,

- detta superficie ad alta riflettività comprendente una lamina riflettente di lunga durata e resistente alle alte temperature; - said high-reflectivity surface comprising a long-lasting reflective foil resistant to high temperatures;

- tubo ricevitore 13, - receiver tube 13,

- riflettore secondario 14 - secondary reflector 14

- struttura di sostegno del riflettore secondario 24 - support structure of the secondary reflector 24

- mezzi di recupero degli allungamenti differenziali delle summenzionate parti. - means for recovering the differential elongations of the aforementioned parts.

Il sistema di controllo e supervisione 17 del sistema di attuazione 15 comprende: - un sistema di controllo 17a, The control and supervision system 17 of the implementation system 15 comprises: - a control system 17a,

- una scheda elettronica 17b, preferibilmente un PIC dall’acronimo anglosassone "Programmable Interface Controller", di controllo del bus e di detto motore stepper, collegata col sistema di supervisione, - an electronic board 17b, preferably a PIC with the Anglo-Saxon acronym "Programmable Interface Controller", controlling the bus and said stepper motor, connected to the supervision system,

- una seconda scheda di controllo preferibilmente PIC 17c di acquisizione di un segnale da un sensore ottico, - a second control card, preferably PIC 17c for acquiring a signal from an optical sensor,

- una scheda driver che converte i segnali di controllo a bassa potenza in segnali di potenza e - a driver board that converts low power control signals into power signals e

- una elettronica di alimentazione: alimentazione di potenza e alimentazione in bassa potenza per i segnali di controllo; - an electronic power supply: power supply and low power supply for the control signals;

- un sensore ottico di calibrazione S, collocato opportunamente in prossimità del tubo ricevitore e solidale con esso; - an optical calibration sensor S, suitably placed in proximity to the receiver tube and integral with it;

- un sistema di supervisione 17d. - a supervision system 17d.

Una scheda preferibilmente PIC gestisce la movimentazione di un moto-riduttore e dunque di una stringa ad esso associata e gestisce la comunicazione con il sistema di controllo 17a e dunque di supervisione 17d tramite un opportuno bus di campo. A card preferably PIC manages the movement of a motor-reducer and therefore of a string associated with it and manages the communication with the control system 17a and therefore the supervision system 17d by means of a suitable field bus.

Il flusso di dati, che coinvolge il sistema di puntamento, prevede la comunicazione tra: The data flow, which involves the pointing system, provides for communication between:

- il sistema di supervisione e controllo centrale (SCADA) 17d - the central supervision and control system (SCADA) 17d

- i PIC che governano i motori passo-passo (PICm) 17b - the PICs governing the stepping motors (PICm) 17b

- I PIC che governano l’acquisizione delle misure di irraggiamento (PICs) 17c - The PICs that govern the acquisition of irradiation measures (PICs) 17c

- una stazione meteorologica (meteohandler) 17e. - a meteorological station (meteohandler) 17e.

La comunicazione, come mostrato in figura 7, da/verso i PIC, cioè sia PICm che PICs, è realizzata tramite una rete MODBUS nella quale i PIC giocano il ruolo di nodi slave mentre una unità dedicata, cioè il sistema di controllo 17a svolge il ruolo di nodo master. The communication, as shown in figure 7, from / to the PICs, i.e. both PICm and PICs, is achieved through a MODBUS network in which the PICs play the role of slave nodes while a dedicated unit, i.e. the control system 17a, performs the role of master node.

Il sistema di controllo 17a comprende una architettura preferibilmente PC-104 e sistema operativo preferibilmente Linux, mentre un software controllo dell’inseguimento solare e puntamento ottimale del tubo assorbitore definisce un sistema di puntamento e calibrazione del puntamento per il recupero costante dei giuochi. The control system 17a comprises a preferably PC-104 architecture and preferably Linux operating system, while a software for controlling the solar tracking and optimal aiming of the absorber tube defines a pointing and calibration system for the constant recovery of the games.

Il software gestisce la comunicazione tra il sensore ottico ed il sistema di attuazione del riflettore primario e implementa una logica di controllo di alto livello per la gestione del funzionamento collettivo dei pannelli riflettori definenti il riflettore primario nel modulo di raccolta e concentrazione. The software manages the communication between the optical sensor and the primary reflector actuation system and implements a high-level control logic for managing the collective operation of the reflector panels defining the primary reflector in the collection and concentration module.

La figura 6, in relazione alla figura 5, illustra uno schema architetturale del sistema di attuazione del modulo di raccolta. Ogni azionamento, comprende almeno un motore stepper controllato dalla scheda PIC. Per semplicità, nel prosieguo del testo si indica con la sigla PICm un azionamento. Poiché la scheda di controllo PIC 17c configurata per acquisire un segnale preferibilmente elettrico prodotto dal sensore ottico S, questa sarà indicata, in seguito, anche con la sigla PICs. Figure 6, in relation to Figure 5, illustrates an architectural scheme of the system for implementing the collection module. Each drive includes at least one stepper motor controlled by the PIC card. For the sake of simplicity, a drive is indicated in the rest of the text by the abbreviation PICm. Since the PIC control card 17c is configured to acquire a preferably electrical signal produced by the optical sensor S, this will be indicated, hereinafter, also with the abbreviation PICs.

La movimentazione dei pannelli riflettenti viene eseguita calcolando in anticipo, dunque predicendo, la posizione del sole sulla base della conoscenza della posizione geografica in cui è installato l’impianto e del secondo, minuto, ora, giorno e anno. The movement of the reflective panels is performed by calculating in advance, therefore predicting, the position of the sun based on the knowledge of the geographical position in which the system is installed and of the second, minute, hour, day and year.

La calibrazione della posizione delle stringhe, meglio descritta nel seguito, consente di eseguire la regolazione fine della posizione degli specchi in base alle informazioni derivanti dall’acquisizione del segnale luminoso percepito da sensori ottici S disposti in modo opportuno, come spiegato nel resto del documento. Sia la calibrazione, come il puntamento predittivo, viene gestita stringa per stringa. Sia il puntamento predittivo che quello fine, cioè ottenuto grazie alla calibrazione, viene controllato da un’unità di calcolo 17a, basato su hardware di calcolo PC-104 e su sistema operativo Linux, che implementa il controllo di ciascun PICm. Tale unità di calcolo implementa la comunicazione sia verso ciascun PICm che verso il sistema di supervisione 17d dell’impianto (SCADA) comprendente, quest’ultimo, un PC server, preferibilmente basato su sistema operativo Windows®. La comunicazione tra il PC 104 e lo SCADA avviene tramite un opportuno protocollo seriale o TCP/IP su interfaccia seriale o Ethernet. Lo SCADA realizza le funzioni di supervisione sia del riflettore primario che del sistema di movimentazione fluidi, quest’ultimo controllato da una piattaforma PLC, così come schematizzato nella figura 7. The calibration of the position of the strings, better described below, allows you to fine-tune the position of the mirrors based on the information deriving from the acquisition of the light signal perceived by optical sensors S positioned appropriately, as explained in the rest of the document. Both calibration, like predictive pointing, are handled string by string. Both predictive and fine pointing, ie obtained thanks to calibration, are controlled by a calculation unit 17a, based on PC-104 computing hardware and Linux operating system, which implements the control of each PICm. This computing unit implements communication both to each PICm and to the supervision system 17d of the plant (SCADA) including, the latter, a server PC, preferably based on a Windows® operating system. The communication between the PC 104 and the SCADA takes place via an appropriate serial or TCP / IP protocol on a serial or Ethernet interface. The SCADA performs the supervision functions of both the primary reflector and the fluid handling system, the latter controlled by a PLC platform, as shown in Figure 7.

Il software sul PC104 si occupa direttamente della gestione delle stringhe impartendo gli opportuni comandi o a sottogruppi o alla totalità dei PICm. Il PC104 implementa diverse operazioni, tra le quali la generazione delle mappe di velocità giornaliere utilizzando un algoritmo di calcolo della posizione del sole come, ad esempio, l’algoritmo SPA dall’acronimo anglosassone Solar Position Algorithm. Il PC 104 acquisisce altresì le misure relative all’irraggiamento corrente in prossimità del tubo ricevitore, e sulla base di queste effettua la calibrazione o puntamento fine. The software on the PC104 deals directly with the management of the strings by issuing the appropriate commands either to subgroups or to all the PICm. The PC104 implements various operations, including the generation of daily speed maps using an algorithm for calculating the position of the sun such as, for example, the SPA algorithm with the Anglo-Saxon acronym Solar Position Algorithm. The PC 104 also acquires the measurements relating to the current irradiation in the vicinity of the receiver tube, and on the basis of these performs the calibration or fine pointing.

L’operazione di calibrazione, meglio descritta nel seguito, prevede da parte del PC104 una sequenza di successive interrogazioni ai PICs e al PICm con essi interagenti, cioè con il PICm che determina la rotazione degli specchi e dunque la riflessione della luce verso i sensori ottici di calibrazione S, il cui segnale elettrico è acquisito dai relativi PICs e trasmesso al PC104. The calibration operation, better described below, foresees by the PC104 a sequence of successive interrogations to the PICs and to the PICm interacting with them, i.e. with the PICm which determines the rotation of the mirrors and therefore the reflection of light towards the optical sensors calibration S, whose electrical signal is acquired by the relative PICs and transmitted to the PC104.

Dunque, il PC104 comunica indipendentemente attraverso: Thus, the PC104 communicates independently through:

(i) una interfaccia seriale per connettersi con la/le reti preferibilmente modbus a cui afferiscono i PICm e PICs e (i) a serial interface to connect with the preferably modbus network (s) to which the PICm and PICs belong and

(ii) un layer di comunicazione seriale o TCP-IP per il dialogo con il sistema di supervisione (SCADA). (ii) a serial or TCP-IP communication layer for dialogue with the supervisory system (SCADA).

Dunque, il PC104 effettua i calcoli astronomici necessari al puntamento predittivo, elabora delle mappe di velocità e gestisce le procedure di calibrazione. Therefore, the PC104 performs the astronomical calculations necessary for predictive aiming, elaborates speed maps and manages the calibration procedures.

Il sistema di controllo del campo solare che gira sul PC-104 si interfaccia con lo scada che ha il compito di supervisionare il sistema accoppiato “campo solare”-“processo di gestione fluido di lavoro” e “meteohandler”, cioè una centralina meteo 17e, e di impartire comandi di più alto livello al campo solare come, ad es, interrompere l’illuminamento del tubo assorbitore nel caso in cui si riscontrino situazioni di allarme, quali temperature eccessive del fluido di lavoro, oppure mettere il campo solare in condizione di protezione nel caso di condizioni meteoreologiche avverse quale alta ventosità o grandine che potrebbero mettere a repentaglio i funzionamento dei pannelli riflettenti The solar field control system that runs on the PC-104 interfaces with the scada which has the task of supervising the coupled system "solar field" - "working fluid management process" and "meteohandler", that is a 17e weather station , and to give higher level commands to the solar field such as, for example, to interrupt the illumination of the absorber tube in the event of alarm situations, such as excessive temperatures of the working fluid, or to put the solar field in a condition of protection in the event of adverse weather conditions such as high wind or hail that could jeopardize the functioning of the reflective panels

Il sistema di puntamento e inseguimento solare oggetto della presente invenzione comprende i seguenti processi: The solar pointing and tracking system object of the present invention comprises the following processes:

(i) un puntamento e inseguimento di tipo predittivo e (i) predictive aiming and tracking e

(ii) un affinamento o calibrazione della posizione degli specchi tramite un controllo di posizione in retroazione e (ii) a refinement or calibration of the position of the mirrors by means of a feedback position control e

(iii) una calibrazione fine della posizione degli specchi. (iii) a fine calibration of the position of the mirrors.

Nel puntamento predittivo, che non fa uso di retroazione, la corretta posizione del riflettore primario è calcolata sulla base delle coordinate temporali: anno, mese, giorno, minuti, secondi e sulla base della posizione geografica: latitudine, longitudine e altezza del campo solare sul livello del mare dell’impianto solare e della sua orientazione rispetto all’azimut. La funzione di puntamento predittivo include anche quella di inseguimento solare, cioè l’aggiornamento continuo preferibilmente ogni 10 sec. circa, della posizione dei pannelli riflettenti. In predictive aiming, which does not use feedback, the correct position of the primary reflector is calculated on the basis of the time coordinates: year, month, day, minutes, seconds and on the basis of the geographical position: latitude, longitude and height of the solar field on the sea level of the solar installation and its orientation with respect to azimuth. The predictive aiming function also includes that of solar tracking, ie continuous updating preferably every 10 sec. about the position of the reflective panels.

Per eseguire ciò si impiega un algoritmo che descrive il moto apparente del sole e da cui è possibile ricavarne la sua posizione istantanea nella volta celeste. To perform this, an algorithm is used that describes the apparent motion of the sun and from which it is possible to obtain its instantaneous position in the celestial vault.

Il puntamento predittivo, in teoria estremamente preciso, non può tenere però conto delle imprecisioni che derivano dai giuochi indotti delle meccaniche di trasmissione e dal controllo e attuazione dei motori elettrici. Quando questi errori assumono un comportamento sistematico, tendono ad accumularsi nel tempo compromettendo la precisione complessiva del puntamento. Predictive aiming, theoretically extremely precise, cannot however take into account the inaccuracies deriving from the play induced by the transmission mechanics and the control and actuation of the electric motors. When these errors take on a systematic behavior, they tend to accumulate over time, compromising the overall accuracy of the pointing.

Si rende quindi necessaria una correzione periodica o calibrazione della posizione angolare dei pannelli riflettenti. It is therefore necessary to periodically correct or calibrate the angular position of the reflecting panels.

Una soluzione immediata sarebbe quella di impiegare sensori ottici. Purtroppo però nel contesto dei sistemi di concentratori di Fresnel l’uso di sensori ottici di supporto al puntamento solare pone alcuni problemi che non si riscontrano in altre tipologie di campi solari a concentrazione lineare. In particolare, non è sufficiente che il sensore rilevi la direzione di provenienza del fascio luminoso della sorgente solare e quindi del sole, ma si rende necessario che esso individui la direzione del fascio di raggi riflessi dal pannello riflettente. Si richiede, dunque, che un sensore ottico sia solidale col tubo ricevitore che è fisso. An immediate solution would be to use optical sensors. Unfortunately, however, in the context of Fresnel concentrator systems, the use of optical sensors to support solar tracking poses some problems that are not found in other types of linear concentration solar fields. In particular, it is not sufficient for the sensor to detect the direction of origin of the light beam of the solar source and therefore of the sun, but it is necessary for it to identify the direction of the beam of rays reflected by the reflecting panel. Therefore, an optical sensor is required to be integral with the receiver tube which is fixed.

Verrebbe, dunque naturale posizionare un sensore ottico lungo la linea di focalizzazione della radiazione riflessa, ovvero in corrispondenza del tubo ricevitore. Questa soluzione non è attualmente praticabile per via delle temperature elevate e della alta intensità di radiazione presente nella linea di focalizzazione che può essere indicativamente compresa tra 40 e 80 soli. It would therefore be natural to place an optical sensor along the focusing line of the reflected radiation, that is, in correspondence with the receiver tube. This solution is not currently practicable due to the high temperatures and the high intensity of radiation present in the focusing line which can be indicatively comprised between 40 and 80 suns.

Inoltre, anche se sono disponibili sensori in grado di lavorare con intensità di fascio delle radiazioni solari concentrate, questi risultano scarsamente sensibili, per cui sorge l’ulteriore problema di captare la variazione di intensità della radiazione riflessa da un numero limitato di pannelli riflettenti sottoposti ad una procedura di calibrazione, oppure nel caso di una giornata di scarsa insolazione. Il presente trovato prevede che il sensore ottico sia solidale col tubo assorbitore, ma fuori dalla zona di massima focalizzazione della radiazione luminosa pur rimanendo vicino al tubo ricevitore stesso. Infatti, la scarsa sensibilità di tali sensori comporta che, quando un numero limitato di pannelli riflettenti esegue la calibrazione, la variazione massima di illuminazione percepita risulta essere del medesimo ordine di grandezza delle variazioni casuali di intensità di radiazione riflessa dovuta a cause esterne non controllabili ne prevedibili quali, ad esempio, le oscillazioni dei pannelli riflettenti dovute all’azione del vento o alla variazione repentina del livello di insolazione dovuta a condizioni meteo caratterizzate da nuvolosità variabile. Furthermore, even if sensors are available that are able to work with the beam intensity of concentrated solar radiation, these are not very sensitive, so that the further problem arises of capturing the variation in intensity of the radiation reflected by a limited number of reflective panels subjected to a calibration procedure, or in the case of a day of low insolation. The present invention provides that the optical sensor is integral with the absorber tube, but outside the area of maximum focus of the light radiation while remaining close to the receiver tube itself. In fact, the low sensitivity of these sensors means that, when a limited number of reflective panels perform the calibration, the maximum variation of perceived illumination turns out to be of the same order of magnitude as the random variations of intensity of reflected radiation due to external causes that cannot be controlled. predictable such as, for example, the oscillations of the reflective panels due to the action of the wind or the sudden change in the level of insolation due to weather conditions characterized by variable cloud cover.

Una soluzione conforme al presente trovato prevede che il sensore ottico sia solidale col tubo assorbitore, ma fuori dalla linea di focalizzazione della radiazione luminosa pur rimanendo vicino al tubo ricevitore. A solution according to the present invention provides for the optical sensor to be integral with the absorber tube, but outside the focusing line of the light radiation while remaining close to the receiving tube.

Acquisita, in fase di installazione del campo solare, la distanza angolare tra sensore ottico e tubo ricevitore percepita da ciascun pannello riflettore, tale distanza angolare resta memorizzata in termini di distanza angolare nel sistema di controllo, PC-104 e/o PICm, di ogni attuatore elettrico che contribuisce alla movimentazione della relativa stringa. Acquired, during the solar field installation phase, the angular distance between the optical sensor and the receiver tube perceived by each reflector panel, this angular distance is stored in terms of angular distance in the control system, PC-104 and / or PICm, of each electric actuator that contributes to the movement of the relative string.

Quindi ciascun attuatore del pannello riflettente, una volta individuata la posizione del sensore ottico tramite il suo fascio di raggi riflessi, è in grado di ruotare il pannello riflettore stesso per indirizzare precisamente la riflessione della radiazione solare verso il tubo ricevitore. Therefore, each actuator of the reflecting panel, once the position of the optical sensor has been identified through its beam of reflected rays, is able to rotate the reflector panel itself to precisely direct the reflection of the solar radiation towards the receiver tube.

Durante la procedura di calibrazione, poiché non è perfettamente nota la posizione del sensore ottico, ogni pannello ruota di un intervallo angolare sufficiente per permettere alla radiazione riflessa di spazzare un angolo necessario a colpire il sensore ottico. Descrivendo più in dettaglio questa procedura, all’inizio della fase di calibrazione il sensore ottico è nello stato non illuminato e registra soltanto i valori di illuminazione della radiazione solare ambientale ovvero quella che non proveniente dai pannelli riflettenti, essendo il sensore posizionato in ombra rispetto alla radiazione solare diretta. During the calibration procedure, since the position of the optical sensor is not perfectly known, each panel rotates by an angular interval sufficient to allow the reflected radiation to sweep an angle necessary to hit the optical sensor. Describing this procedure in more detail, at the beginning of the calibration phase the optical sensor is in the non-illuminated state and records only the illumination values of the ambient solar radiation, i.e. that which does not come from the reflecting panels, since the sensor is positioned in the shade with respect to the direct solar radiation.

Durante il passaggio della radiazione riflessa dallo specchio durante il movimento rotatorio intorno al suo asse, il sensore ottico registra un iniziale aumento di luminosità e la successiva diminuzione una volta che il fascio di raggi riflessi è passato oltre. Il segnale ottico rilevato dal sensore viene registrato dall’elettronica di controllo ed elaborato. During the passage of the radiation reflected by the mirror during the rotational movement around its axis, the optical sensor registers an initial increase in brightness and a subsequent decrease once the beam of reflected rays has passed beyond. The optical signal detected by the sensor is recorded by the control electronics and processed.

Allora, si individua il momento temporale di massima illuminazione del sensore ottico e si determina la corrispondenza con la posizione angolare del pannello riflettente, infatti anche quest’ultima viene registrata dall’azionamento, in particolare dal PICm. Una volta individuata con precisione la posizione del sensore, il sistema di controllo 17a e attuazione 17b riposizionano la stringa nella corretta posizione di focalizzazione. Come detto in precedenza, questa operazione è possibile poiché ogni attuatore conosce in relazione alla sua posizione nel campo la distanza angolare tra il sensore ottico e il tubo ricevitore. Then, the time moment of maximum illumination of the optical sensor is identified and the correspondence with the angular position of the reflecting panel is determined, in fact the latter is also recorded by the drive, in particular by the PICm. Once the sensor position has been precisely identified, the control system 17a and actuation system 17b reposition the string in the correct focusing position. As previously stated, this operation is possible since each actuator knows the angular distance between the optical sensor and the receiver tube in relation to its position in the field.

Almeno una stringa alla volta, per esempio la 11A di figura 8, esegue la calibrazione ruotando in modo tale da riflettere verso il sensore anziché verso il tubo ricevitore. Dopo avere ottimizzato la posizione, si opera il “rifasamento”, applicando alla pannello riflettente o alla stringa una rotazione inversa alla precedente pari a detta distanza angolare tra il sensore ottico e il tubo ricevitore a partire dal punto di massimo illuminamento del sensore ottico di calibrazione. At least one string at a time, for example the 11A of figure 8, performs the calibration by rotating in such a way as to reflect towards the sensor instead of towards the receiver tube. After having optimized the position, the "power factor correction" is carried out, applying to the reflecting panel or string an inverse rotation to the previous one equal to said angular distance between the optical sensor and the receiver tube starting from the point of maximum illumination of the optical calibration sensor .

Durante la giornata e durante l’arco dell’anno, la luce riflessa da ciascuno specchio colpisce porzioni via, via differenti del tubo ricevitore, in accordo sia con le rotazioni dello specchio che con le variazioni di azimut ed elevazione del raggio incidente. Quindi, in sede di processamento dei segnali fornite dai vari sensori di illuminamento S1, S2, S3, etc., il comando segnale che viene impiegato per il riallineamento fine degli specchi deve essere conosciuto e quindi deve essere conosciuta su quale porzione di tubo, e quindi su quale sensore, stia riflettendo un dato specchio in quel momento, così come illustrato in figura 9. Infatti, nei mesi invernali il sole risulta essere più basso sull’orizzonte, per cui i raggi riflessi risultano spostarsi lungo la linea di concentrazione del ricevitore. Per questo motivo sono impiegati più sensori ottici per tenere contadi questo fatto. La procedura di calibrazione si esegue sequenzialmente sulle varie stringhe di specchi. Il tempo di calibrazione per ciascuna stringa è piccolo e non dovrebbe preferibilmente eccedere il tempo di qualche secondo. During the day and throughout the year, the light reflected from each mirror hits different portions of the receiver tube, in accordance with both the rotation of the mirror and the azimuth and elevation variations of the incident beam. Therefore, when processing the signals supplied by the various illuminance sensors S1, S2, S3, etc., the signal command that is used for the fine realignment of the mirrors must be known and therefore must be known on which portion of the tube, and therefore on which sensor a given mirror is reflecting at that moment, as illustrated in figure 9. In fact, in the winter months the sun is lower on the horizon, so that the reflected rays move along the concentration line of the receiver . For this reason, multiple optical sensors are used to account for this fact. The calibration procedure is performed sequentially on the various strings of mirrors. The calibration time for each string is small and should preferably not exceed the time of a few seconds.

Al momento di attivazione della procedura, la stringa di specchi oggetto della calibrazione si trova in prossimità della posizione ottimale. Vi sono difatti componenti di errore dovute a disallineamenti tra una stringa di specchi e tubo ricevitore, ed a giochi di natura meccanica che ne determinano il non ottimale posizionamento. At the moment of activation of the procedure, the string of mirrors to be calibrated is near the optimal position. In fact, there are error components due to misalignments between a string of mirrors and receiver tube, and to mechanical games that determine their non-optimal positioning.

Al modulo viene applicata una rotazione volta a fare in modo che il raggio riflesso si sposti dal tubo ricevitore all’alloggiamento in cui è posto il sensore. L’entità di tale rotazione, detta “sfasamento”, dipende sia dalla posizione relativa tra lo specchio, il tubo ricevitore, ed il sensore, cioè da dati geometrici noti in sede di progetto, sia dalla direzione di incidenza del raggio solare. A rotation is applied to the module to ensure that the reflected beam moves from the receiver tube to the housing where the sensor is placed. The extent of this rotation, called "phase shift", depends both on the relative position between the mirror, the receiver tube, and the sensor, i.e. from geometric data known at the design stage, and on the direction of incidence of the solar ray.

L’angolo di sfasamento ha dunque variabilità giornaliera ed è pertanto funzione dell’istante in cui avviene la calibrazione. The phase shift angle therefore has daily variability and is therefore a function of the instant in which the calibration takes place.

Durante tale procedura il PC104 comunica semplicemente a tutti gli slave (in broadcast) un comando all’interno del quale viene incluso nello specifico TAG di comunicazione l’identificativo dell’unica stringa soggetta a calibrazione. Il o gli slave sono in questo caso i PICm relativi alla stringa di specchi da calibrare. During this procedure, the PC104 simply communicates to all the slaves (in broadcast) a command within which the identification of the only string subject to calibration is included in the specific communication TAG. The slave (s) are in this case the PICm relative to the string of mirrors to be calibrated.

Si preferisce che la calibrazione venga effettuata movimentando una linea intera di pannelli riflettenti, ciascuna linea potendo comprendere più di una stringa e dunque più di un azionamento. Allora, gli specchi di una data linea si muovono simultaneamente e in maniera sincrona perchè ogni stringa colpisce uno o più sensori ottici di calibrazione diversi da quelli colpiti da un’altra stringa definente la medesima linea di pannelli. It is preferred that the calibration is carried out by moving an entire line of reflective panels, each line being able to include more than one string and therefore more than one drive. Then, the mirrors of a given line move simultaneously and synchronously because each string hits one or more optical calibration sensors different from those hit by another string defining the same line of panels.

Si preferisce che si effettui dapprima una procedura di calibrazione basata sulla identificazione di un sensore ottico colpito durante lo sfasamento della stringa soggetta a calibrazione e successivamente si esegue una procedure di calibrazione fine. It is preferred that first a calibration procedure is carried out based on the identification of an optical sensor affected during the phase shift of the string subject to calibration and then a fine calibration procedure is carried out.

Una procedura di calibrazione fine prevede che a partire da una posizione approssimativamente corretta di puntamento del sensore ottico, si inizia una procedura di calibrazione fine che prevede l’effettuazione di piccole rotazioni prossime a detta posizione. In questo modo registrando insieme posizione e grado di illuminamento del sensore ottico si desume la posizione che massimamente illumina il sensore ottico. A fine calibration procedure provides that starting from an approximately correct pointing position of the optical sensor, a fine calibration procedure is started which involves carrying out small rotations close to said position. In this way, by recording together the position and degree of illumination of the optical sensor, the position that most illuminates the optical sensor is inferred.

Si preferisce che sia il sistema di controllo PC-104 a soprassedere alla procedura di calibrazione, compiendo la quasi totalità delle elaborazioni necessarie. It is preferred that the PC-104 control system postpones the calibration procedure, carrying out almost all of the necessary processing.

Il PC-104, in successione, interroga i sensori e impartisce comandi di movimento per i PICm. The PC-104, in succession, interrogates the sensors and issues movement commands to the PICm.

Alternativamente, le elaborazioni assegnate preferibilmente al PC-104 possono essere compiute dai PICs. Alternatively, the processing preferably assigned to the PC-104 can be performed by the PICs.

La procedura preferita di ricerca del punto di massimo, prevede il sistematico raggiungimento di un certo numero di posizioni sufficientemente prossime alla posizione iniziale. Tali posizioni non necessariamente distano fra di loro un passo singolo del motore stepper. Per velocizzare la procedura di ricerca, si effettuerà una prima scansione con un passo angolare pari a diverse unità di step, volto a identificare rapidamente un intervallo più ridotto all’interno del quale concentrare la ricerca della posizione di massimo illuminamento del sensore. The preferred maximum point search procedure involves the systematic reaching of a certain number of positions sufficiently close to the initial position. These positions do not necessarily have a single step of the stepper motor apart from each other. To speed up the search procedure, a first scan will be carried out with an angular step equal to several units of steps, aimed at quickly identifying a smaller range within which to concentrate the search for the maximum illuminance position of the sensor.

Una volta effettuato l’allineamento iniziale, la procedura prevede che dapprima si effettuino un certo numero di spostamenti pari ad un numero di step o passi motore, dell’ordine della decina (dieci nel caso qui illustrato) e in ciascuna delle posizioni si legge e si memorizzi la misura. Sia preferibilmente N=10 volte; x=10 passi; y=10 ms. Once the initial alignment has been carried out, the procedure foresees that first a certain number of movements are carried out equal to a number of motor steps or steps, of the order of ten (ten in the case illustrated here) and in each of the positions we read and store the measurement. Preferably be N = 10 times; x = 10 steps; y = 10 ms.

All’istante iniziale, cioè con lo specchio nella posizione corrispondente all’allineamento iniziale, si acquisisce e si memorizza la lettura del sensore. At the initial instant, that is, with the mirror in the position corresponding to the initial alignment, the sensor reading is acquired and stored.

Poi per N=10 volte: Then for N = 10 times:

1. Esegui una rotazione di x=10 passi in senso orario 1. Rotate x = 10 steps clockwise

2. attendi y=10 ms per far stabilizzare la misura del sensore 2. wait y = 10 ms for the sensor measurement to stabilize

3. Leggi la misura del sensore 3. Read the sensor measurement

4. Inserisci la misura di luminosità in un vettore 4. Insert the brightness measurement into a vector

5. Ritorna ad 1 5. Return to 1

Poi si ritorna nella posizione di partenza (percorrendo cioè, nel caso precedente, N x = 100 passi in senso antiorario), e per N=10 volte si riapplica il medesimo algoritmo 1-2-3-4-5 ma imponendo assi in senso antiorario. Al termine della procedura si ha un vettore di 2N+1=21 elementi. Identificando il valore massimo nel vettore, dalla posizione di quest’ultimo nel vettore si può risalire alla posizione in corrispondenza della quale si è verificata la massima lettura del sensore. La ricerca può essere ora affinata rieseguendo la mappatura fine delle due regioni, ciascuna di “ampiezza” x=10 passi motore, rispettivamente a destra ed a sinistra del punto di massimo. Si devono pertanto assumere tutte le posizioni intermedie. Si può pensare che si debba ripetere la procedura 1-2-3-4-5 con x=1, a partire dalla posizione di massimo rilevata. Al termine di questa seconda fase di ricerca fine si è ottenuta la posizione di massimo assoluto, naturalmente a meno di un errore intrinseco pari a mezzo passo di motore. Then you return to the starting position (i.e., in the previous case, traveling N x = 100 steps counterclockwise), and for N = 10 times you reapply the same algorithm 1-2-3-4-5 but imposing axes in the direction counterclockwise. At the end of the procedure we have a vector of 2N + 1 = 21 elements. By identifying the maximum value in the vector, from the position of the latter in the vector it is possible to trace the position at which the maximum sensor reading occurred. The search can now be refined by re-mapping the two regions, each of “width” x = 10 motor steps, respectively to the right and to the left of the maximum point. All intermediate positions must therefore be taken. It can be thought that the 1-2-3-4-5 procedure should be repeated with x = 1, starting from the maximum position detected. At the end of this second phase of fine search, the position of absolute maximum was obtained, of course, except for an intrinsic error equal to half a motor step.

Vi è una alternativa alla esecuzione della seconda fase di ricerca fine. La posizione del massimo può essere stimata all’interno dell’intervallo [-10 , 10] analizzando il gradiente delle misure e facendo una approssimazione parabolica della caratteristica tensione-step. There is an alternative to performing the second phase of fine research. The position of the maximum can be estimated within the interval [-10, 10] by analyzing the gradient of the measurements and making a parabolic approximation of the voltage-step characteristic.

A titolo di esempio, in presenza di tre misure come quelle riportate nella tabella precedente, si potrebbe stimare che il punto di massimo sia collocato tra 30 e 40 ad una distanza dal centro proporzionale al rapporto (2-1.9)/(2-1.8), nella fattispecie il massimo verrebbe approssimato nel punto 35. By way of example, in the presence of three measurements such as those shown in the previous table, it could be estimated that the maximum point is located between 30 and 40 at a distance from the center proportional to the ratio (2-1.9) / (2-1.8) , in this case the maximum would be approximated in point 35.

Il parametro y, il tempo morto che si deve lasciar trascorrere una volta raggiunto un punto di misura, per fare in modo che la misura del sensore si stabilizzi, dipende dalle caratteristiche del sensore ottico di calibrazione.. The y parameter, the dead time that must be allowed to elapse once a measurement point has been reached, in order for the sensor measurement to stabilize, depends on the characteristics of the optical calibration sensor.

Una volta individuato il punto di massimo assoluto (es n=35), si porta la linea di specchi in quella posizione e, successivamente, si applica una rotazione uguale ed opposta a quella dello “sfasamento iniziale”. Dopo tale fase, detta anche di rifasamento, la linea di specchi risulta essere collocata nella posizione ottimale rispetto al tubo ricevitore, e non più rispetto al sensore di misura. Once the absolute maximum point has been identified (eg n = 35), the line of mirrors is brought to that position and, subsequently, a rotation equal to and opposite to that of the "initial phase shift" is applied. After this phase, also called power factor correction, the line of mirrors is placed in the optimal position with respect to the receiver tube, and no longer with respect to the measurement sensor.

A seguito della ricalibrazione di una linea specchi, andrà eseguita la stessa procedura per la seconda e così via in scansione per tutte le linee. Se si colloca una doppia fila di sensori fuori fuoco, collocati simmetricamente rispetto al tubo ricevitore, queste due regolazioni fini possono avvenire in simultanea sugli specchi lato SX e DX (linee specchi simmetriche). Following the recalibration of a mirror line, the same procedure must be carried out for the second one and so on in scanning for all the lines. If a double row of out-of-focus sensors is placed, symmetrically placed with respect to the receiver tube, these two fine adjustments can be made simultaneously on the left and right side mirrors (symmetrical mirror lines).

Al termine della procedura, cioè quando sia stata effettuato il puntamento fine per l’ultima linea specchi, si riparte da capo calibrando la fila 11A, e cosi via. I parametri N=10 volte; x=10 passi; sono da ritenersi dei valori indicativi di massima. At the end of the procedure, that is, when the fine pointing for the last mirror line has been carried out, we start over again by calibrating row 11A, and so on. The parameters N = 10 times; x = 10 steps; are to be considered as a rough guide.

Dunque, è adesso evidente, che un corretto posizionamento del sensore ottico di calibrazione S deve essere sufficientemente vicino al tubo assorbitore, ma non al punto da essere investito dalla luce riflessa dai pannelli durante il normale esercizio, anche in presenza di un non perfetto puntamento del tubo assorbitore. In figura 8 si vede che la stringa 11A sta effettuando la calibrazione mentre le restanti stanno puntando il tubo assorbitore. Therefore, it is now evident that a correct positioning of the optical calibration sensor S must be sufficiently close to the absorber tube, but not to the point of being hit by the light reflected by the panels during normal operation, even in the presence of an imperfect aiming of the absorber tube. In figure 8 it can be seen that the string 11A is carrying out the calibration while the remaining ones are pointing the absorber tube.

I vantaggi nel posizionare il sensore ottico fuori fuoco sono molteplici: The advantages in positioning the optical sensor out of focus are many:

1) il sensore viene investito dalla radiazione proveniente da un unico pannello riflettore alla volta, ed è quindi soggetto ad una radiazione solo leggermente concentrata, compresa tra 3 e 6 soli. 1) the sensor is hit by the radiation coming from a single reflector panel at a time, and is therefore subject to only slightly concentrated radiation, between 3 and 6 suns.

2) è possibile utilizzare sensori ottici di tipo comune e a basso costo in quanto non sussistono condizioni operative di elevata temperatura ed elevata intensità di radiazione che richiederebbero l’uso di sensori più performanti e costosi; 2) it is possible to use common and low-cost optical sensors as there are no operating conditions of high temperature and high radiation intensity that would require the use of more performing and expensive sensors;

3) sono ridotti i problemi di sensibilità del sensore ottico in quanto vi è una grande differenza di intensità d’illuminazione nel passaggio tra lo stato iniziale (quello non illuminato) e quello in cui viene investito dalla radiazione riflessa del pannello; 3) the sensitivity problems of the optical sensor are reduced as there is a large difference in lighting intensity in the transition between the initial state (the unlit one) and the one in which it is hit by the reflected radiation of the panel;

4) poiché il processo è seriale e non concorrente (si ricalibra la posizione di un pannello alla volta per sensore ottico) vengono ridotti grandemente i problemi di interazione con il comportamento degli altri pannelli riflettenti che potrebbero determinare una illuminazione variabile sul sensore ottico stesso. Come già citato in precedenza, le variazioni casuali di illuminazione indotte dagli altri pannelli riflettenti potrebbero mascherare quelle generate intenzionalmente per la calibrazione. 4) since the process is serial and not concurrent (the position of one panel is recalibrated at a time per optical sensor), the problems of interaction with the behavior of the other reflecting panels are greatly reduced, which could determine a variable illumination on the optical sensor itself. As mentioned above, random variations in illumination induced by other reflective panels could mask those generated intentionally for calibration.

I pannelli riflettenti descritti risultano particolarmente adatti a consentire una alta precisione ottica della superficie specchiata a bassi costi. Il pannello risulta possedere un’elevata rigidità strutturale per garantire una elevata precisione ottica con deviazioni angolari inferiori a 1 mrad anche in condizioni di alta ventosità. The reflecting panels described are particularly suitable for allowing high optical precision of the mirrored surface at low costs. The panel has a high structural rigidity to ensure high optical precision with angular deviations of less than 1 mrad even in conditions of high wind.

D’altro canto, la precisione della movimentazione delle stringhe di pannelli riflettenti consentono di garantire alti vincoli progettuali, ed ottenere prestazioni di concentrazione della radiazione solare del campo solare sul tubo ricevitore simili se non superiori a quelli ottenibili dai sistemi trough. On the other hand, the precision of the movement of the strings of reflective panels allows to ensure high design constraints, and to obtain concentrations of the solar radiation of the solar field on the receiver tube similar if not superior to those obtainable from trough systems.

Grazie all’insieme delle soluzioni proposte, si rende possibile impiegare un tubo ricevitore di piccola sezione, entro cui diventa possibile far scorrere fluidi termovettori tipo oli diatermici sintetici che possono raggiungere una temperatura massima di esercizio superiore a 300 °C, rendendo possibile un grosso miglioramento nella gestione del processo di movimentazione dei fluidi di lavoro a olio diatermico e dello stoccaggio dell’energia termica per il funzionamento dell’impianto anche nelle ore di soleggiamento scarso o assente. Thanks to the set of solutions proposed, it is possible to use a receiver tube with a small section, within which it becomes possible to run heat transfer fluids such as synthetic diathermic oils that can reach a maximum operating temperature above 300 ° C, making a great improvement possible. in the management of the process of moving the working fluids with diathermic oil and the storage of thermal energy for the operation of the plant even in the hours of little or no sunshine.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinate senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. The elements and characteristics illustrated in the various preferred embodiments can be combined without however departing from the scope of protection of the present application.

Claims

CLAIMS 1. Concentrating solar thermal system comprising heat-carrying fluid characterized in that said heat-carrying fluid is a diathermic oil.

A system according to claim 1, further comprising a line of reflector panels (30), wherein a reflector panel comprises a rigid supporting structural member (31) on which a flexible mirrored sheet (32) is attached; the load-bearing structural element being shaped in such a way as to impose a desired curvature on the mirrored sheet.

3. Plant according to claim 2, in which the supporting structural element (31) comprises a plurality of relief areas (33) designed to impose a desired curvature on the mirrored sheet.

4. Plant according to claim 3, in which said relief areas (33) are parallel ribs (33) to an extrusion direction of the supporting structural element (31).

5. Implant according to claim 4, in which the peripheral ribs are more relevant in order to make the mirrored lamina concave according to a cubic surface approximating a desired curvature.

6. Plant according to one of the preceding claims, further comprising an absorber tube (13) placed in a solar reflection line, a line of reflector panels (30) and an optical calibration sensor (S) placed outside said solar radiation line at a predefined angular distance from the absorber tube (13) with respect to said line of reflector panels (30).

7. System according to claim 6, further comprising interlocking means (17b and 51) of said line of reflector panels (30) and processing means (17a) adapted to control said interlocking means (17b and 51) and to detect a signal electrical generated by said optical calibration sensor (S); said processing means being configured for: - command a displacement of a line of reflector panels so as to illuminate said calibration optical sensor (S) with a solar reflection reflected by the same line of reflector panels and - detect, among the positions assumed by the line of reflector panels, a position of maximum illumination of the optical calibration sensor (S); being an optimal pointing position of the absorber tube at said predefined angular distance from said position of maximum illumination of the optical calibration sensor (S).

8. System according to claim 7, wherein said processing means (17b and 51) are further configured to identify a better pointing position of the absorber tube (13) by imposing small displacements of said line of reflector panels starting from said position of maximum illuminance of the optical calibration sensor (S).

9. Plant according to the preceding claims further comprising: a secondary reflector (14) adapted to capture the rays reflected from the line of reflector panels which escape the absorber tube, appropriately deflecting them thereon; - pumps and transport network (2) for said heat-carrying fluid; - thermal storage means (3) suitable for said heat-carrying fluid; - heat exchangers (4) for solar-ORC coupling; - ORC heat exchangers (5); - pumps and transport network (8) of an ORC working fluid; - means of transforming thermal energy into electrical energy (6 and 7).