ITRM20090476A1 - Pannello riflettente con specchio sottile e supporto in materiale composito smc (sheet moulding compound) per concentratori solari parabolici lineari. - Google Patents

Description

PANNELLO RIFLETTENTE CON SPECCHIO SOTTILE E SUPPORTO IN MATERIALE COMPOSITO SMC (SHEET MOULDING COMPOUND) PER CONCENTRATORI SOLARI PARABOLICI LINEARI;

Settore tecnico

La presente invenzione riguarda il settore degli impianti solari a concentrazione per la conversione della energia solare in energia termica, chimica od elettrica.

In questo tipo di impianti la parte riflettente del sistema di concentrazione lineare à ̈ costituita da una serie di pannelli che realizzano una superficie riflettente cilindro-parabolica ovvero la cui sezione retta à ̈ una parabola, che ha la funzione di concentrare i raggi solari su di un tubo ricevitore, percorso da un fluido termo vettore.

Il tubo ricevitore à ̈ quindi deputato alla conversione dell’energia solare in energia termica, utilizzata a sua volta per produrre energia elettrica od essere di sostentamento a processi chimici.

L’invenzione si riferisce più in dettaglio ad un pannello riflettente a specchio sottile a geometria parabolica lineare, del tipo costituito da un supporto rigido sul quale viene applicato, ad esempio tramite un adesivo, un vetro sottile che costituisce la superficie riflettente.

Pannelli di questo tipo sono stati impiegati nella produzione di impianti solari a concentrazione e possono essere ritenuti una componente tecnica di rilievo nello sfruttamento della energia solare nell’immediato futuro.

Stato della Tecnica

Allo stato attuale sono noti concentratori solari cilindro-parabolici costituti da specchi di vetro curvo temprato termicamente di spessore 4-5 mm e di forma parabolica appoggiati ad una struttura reticolare costituita da tubi cavi disposti secondo un reticolo, che fornisce la rigidezza necessaria per contrastare la forza deformante dovuta all’azione del vento.

In questi noti concentratori, il pannello à ̈ quindi formato da un vetro autoportante ed à ̈ appoggiato direttamente sulla struttura sottostante.

Questo tipo di specchi solari hanno la caratteristica di essere difficili da maneggiare e fragili, tanto da richiedere in alcuni casi di essere rinforzati con fibre di vetro, per migliorare le loro caratteristiche meccaniche. Questi noti pannelli sono inoltre relativamente complessi da assemblare e presentano costi produttivi relativamente elevati.

Sono anche noti pannelli riflettenti parabolici detti a specchio sottile ovvero costituiti da uno specchio di basso spessore (a circa 0.85 mm) applicato ad un supporto rigido costituito da un sandwich con pelli in vetroresina ed anima in honeycomb di alluminio.

Un esempio di realizzazione di pannelli a specchio so tti le à ̈ des cr itt o n el la dom and a di bre ve tto RM2001A000350.

Rispetto ai pannelli a vetro autoportante questa soluzione tecnica ha mostrato di poter offrire una maggiore maneggevolezza e facilità di montaggio nonché una maggiore sicurezza rispetto a possibili cedimenti del vetro, che rimane comunque incollato al supporto strutturale.

In questo caso, attualmente à ̈ impiegato un processo produttivo degli specchi sandwich detto in “sacco a vuoto†.

Secondo questa tecnica il tessuto impregnato di resina e deposto sul relativo stampo viene racchiuso in un sacco di materiale polimerico in cui viene realizzato e mantenuto il vuoto. La pressione esercita dal sacco ed il calore fornito dall’esterno permettono la polimerizzazione del materiale che assume la forma imposta dello stampo.

Tale processo ha tuttavia evidenziato costi di produzioni ancora troppo elevati per consentire un rapido sviluppo commercialmente.

Nella domanda di brevetto Internazionale W02008145551 Ã ̈ inoltre descritta una soluzione tecnica per la realizzazione di pannelli a specchio sottile con la quale si propone di utilizzare specchi sottili temprati chimicamente accoppiati a supporti che ne guidano la forma per realizzare superfici riflettenti paraboliche.

Purtroppo, il processo di tempra chimica, sebbene aumenti considerevolmente le caratteristiche di resistenza e deformabilità del vetro sottile, à ̈ un processo a sua volta tecnicamente complesso e costoso.

Inoltre, i pannelli a specchio sottile di tipo noto presentano dei limiti in relazione alla rigidità offerta per deformazioni indotte termicamente o dall’azione meccanica del vento e della interazione con le strutture di supporto.

Un ulteriore limite dei pannelli noti à ̈ poi costituito dalla possibilità di automatizzare l’intero processo produttivo.

Scopo dell’Invenzione

Forma pertanto un primo scopo della presente invenzione la realizzazione di un pannello a specchio sottile che risulti leggero e al tempo stesso rigido rispetto alle sollecitazioni termiche e meccaniche, riducendo i possibili punti di innesco delle cricche del vetro.

Un ulteriore scopo à ̈ la realizzazione di un supporto per pannelli a specchio sottile che sia compatibile con il vetro applicato e lavorabile con tecniche automatizzate.

Un ancora ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di proporre un supporto per il vetro che risulti di alta stabilità dimensionale.

Sommario dell’Invenzione

A tali scopi si à ̈ pervenuti con un pannello riflettente a specchi sottili secondo almeno una delle rivendicazioni allegate.

In particolare, secondo l’invenzione si à ̈ pensato di realizzare un pannello riflettente comprendente uno specchio in vetro sottile applicato ad uno strato rigido di supporto formato a partire da un materiale da stampaggio in forma di foglio (Sheet Molding Compound - SMC).

I vantaggi ottenuti consistono essenzialmente nel fatto di poter ottenere un elevato rapporto resistenza/peso rispetto ai supporti già noti grazie alle elevate caratteristiche specifiche (rapportate cioà ̈ alla densità) dei materiali SMC.

In particolare i principali vantaggi specifici nella produzione di pannelli riflettenti e derivanti dall’impiego di materiali SMC sono:

- elevato rapporto prestazioni/peso

- elevata resistenza meccanica e termica;

- elevati valori di rigidità dielettrica;

- autoestinguenza e totale assenza di alogeni;

- basso peso specifico;

- elevata stabilità dimensionale;

- elevata resistenza alle azioni corrosive di agenti chimici ed atmosferici;

- elevata durata nel tempo e assenza di manutenzione. Un ulteriore vantaggio consiste nella semplicità di montaggio e posa in opera, e quindi nell’impiego di meno manodopera.

Un ancora ulteriore vantaggio à ̈ dato dal fatto che i materiali SMC sono composti in gran parte da cariche inerti e fibre di vetro la disponibilità dei quali non à ̈ sostanzialmente dipendente da materie prime (ad esempio quelle di origine petrolifera) con costi e condizioni di mercato instabili.

Un ancora ulteriore vantaggio à ̈ dato dal fatto che la composizione dei materiali SMC à ̈ agevolmente modificabile al fine di ottenere caratteristiche specifiche desiderabili in base alle esigenze.

Un ancora ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il supporto in SMC può essere realizzato per formatura a caldo in stampi d’acciaio, con molteplici vantaggi tecnici in termini di costo e di ingombro sia in confronto alle presse per iniezione per materiali termoplastici che a quelle per imbutitura delle lamiere, al tempo stesso mantenendo una elevata capacità produttiva.

Lista dei Disegni

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati qual esempio non limitativo, nei quali:

- la fig.1 mostra in vista prospettica un pannello riflettente secondo l’invenzione;

- la fig.2 mostra una sezione trasversale del pannello di figura 1;

- la fig.3 mostra un dettaglio dei punti di appoggio del pannello di figura 1.

- la fig.4 mostra la disposizione di due pannelli secondo l’invenzione a formare una semi parabola della superficie riflettente di un concentratore solare a configurazione parabolica lineare;

- la fig.5 mostra schematicamente un concentratore solare a configurazione parabolica lineare provvisto dei pannelli dell’invenzione;

Descrizione dettagliata dell’Invenzione

Con riferimento ai disegni allegati, ed in particolare alle figure 1 e 2 Ã ̈ descritto un pannello riflettente 1 comprendente uno strato di supporto 2 a geometria parabolica ed un vetro sottile 3 applicato alla superficie concava 4 del supporto, ad esempio tramite uno strato 18 di adesivo.

Preferibilmente, i bordi del vetro 3 possono essere molati al fine di limitare al minimo i difetti di bordo e le probabilità di rottura del vetro. Inoltre, la resistenza del vetro sottile 2, e quindi la sua capacità di incurvamento per la applicazione al supporto può essere incrementata attraverso opportuni procedimenti di tempra termica o chimica, di per sé noti.

Secondo l’invenzione, lo strato di supporto 2 à ̈ costituito da uno strato rigido formato a partire da un materiale composito da stampaggio in forma di foglio del tipo denominato (SMC – Sheet Molding Compound) e comprendente fibre di vetro a disposizione random, pre-impregnate con resine termoplastiche.

Preferibilmente, il materiale SMC comprende resine poliestere insature, cariche minerali, e fibre di vetro, oltre che altri componenti quali catalizzatori, agenti di ispessimento, additivi termoplastici, distaccanti, altri componenti minori ed eventuali pigmenti.

La composizione del supporto 2 potrà comunque variare a seconda delle applicazioni.

A titolo di esempio, un SMC con proprietà fisiche e meccaniche compatibili con applicazioni tipiche negli impianti solari a concentrazione può avere una percentuale in peso di fibre di vetro tra il 30 ed 50%, di cariche minerali tra 5 ed il 30% e di resina poliestere insatura tra il 20 ed il 25%.

Vantaggiosamente, si à ̈ trovato che variando la composizione del materiale SMC, con particolare riferimento alla quantità di fibra di vetro, filler e resina, si possono ottenere variazioni significative nelle caratteristiche chimico-fisiche del prodotto finito in funzione delle diverse applicazioni. Più in dettaglio, si à ̈ trovato che impiegando un contenuto di fibre di vetro approssimativamente compreso tra il 40% ed il 50% in peso risulta maggiore la stabilità dimensionale del pannello quando sottoposto alle variazioni termiche giorno/notte che il pannello à ̈ destinato a subire durante l’uso.

La maggiore stabilità del supporto 2 migliora a sua volta la compatibilità con lo specchio in vetro sottile poiché avvicina i valori di coefficiente di dilatazione termica delle due parti una volta accoppiate, limitando possibili fratture o cricche del vetro, o deformazioni della geometria del pannello.

In un esempio di realizzazione, si à ̈ verificato che a fronte di un coefficiente di dilatazione termica del vetro (un vetro sottile di tipo sodo-calcico in lastra unica con uno spessore nominale inferiore a 1.5 mm) prossimo a 8x10<6>/°C il supporto 2 in SMC con 50% di fibre ha evidenziato un coefficiente prossimo a 12x10<6>/°C, compreso tra 10x10<6>/°C e 15x10<6>/°C.

Con riferimento alla figura 1 e 2, à ̈ descritta una distribuzione di nervature o costolature di irrigidimento 9 pensate allo scopo di aumentare la rigidità del supporto 2 quando questo viene attaccato tramite più punti di attacco 8 ad una struttura di sostegno 17 di un impianto, ad esempio un concentratore del tipo illustrato nella figura 5.

Nell’esempio preferito descritto, ogni pannello 1 à ̈ provvisto di quattro punti di attacco 8 disposti sulla superficie convessa 5 e dai quali irradiano le costolature 9.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il supporto 3 à ̈ realizzato per stampaggio mediante formatura a caldo a partire da uno o più fogli pre-impregnati di materiale composito SMC.

Vantaggiosamente, con questa soluzione si possono impiegare stampi in acciaio di dimensioni analoghe ai pannelli 1 da realizzare, con una considerevole riduzione di ingombri e di costi rispetto alla attrezzatura necessaria per la produzione dei supporti già noti, mantenendo comunque una elevata produttività.

Con riferimento alle figure 4 e 5 à ̈ descritto in maggiore dettaglio l’utilizzo dei pannelli dell’invenzione in un concentratore solare 14 a geometria parabolico lineare.

Secondo l’invenzione, il concentratore 14 comprendente una distribuzione lungo un asse longitudinale X di coppie di pannelli 11, 12 disposti rispettivamente in posizione interna, ovvero adiacenti, ed esterna lungo le due direzioni trasversali rispetto all’asse longitudinale X del concentratore.

Con questa soluzione, ciascun pannello 11, 12 corrisponde approssimativamente ad un quarto dell’arco di parabola che costituisce la sezione retta della superficie riflettente del concentratore, e ogni coppia di pannelli 11, 12 definisce un tratto in lunghezza di una semi parabola della stessa superficie riflettente.

In un esempio non limitativo di realizzazione, la superficie riflettente del concentratore 14 ha una apertura trasversale L pari a 5900 mm e fuoco F posto a 1810 mm dal vertice V della superficie parabolica.

Inoltre, la superficie riflettente non ha origine in corrispondenza dell’asse X della parabola, ma à ̈ spostata trasversalmente di 50 mm in quanto la fascia 15 sotto la linea dei fuochi F à ̈ in ombra al tubo ricevitore 16 (costituito ad esempio un tubo percorso da un fluido termovettore per la conversione dell’energia solare in energia termica) ed à ̈ quindi improduttiva.

Con questa soluzione, lo sviluppo in piano della superficie riflettente per unità lineare viene a corrispondere esattamente al doppio della superficie di due pannelli. Nell’esempio preferito descritto la larghezza dei pannelli à ̈ stata scelta in 1600 mm e lo spessore dei pannelli comprensivo dei punti di ancoraggio 8 alla struttura di supporto 17, potrà essere compreso tra 5 e 25 mm, ma si intende che potranno essere scelte dimensioni diverse a seconda dell’applicazione.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pannello riflettente (1), comprendente uno strato di supporto (2) a geometria parabolica ed un vetro sottile (3) applicato alla superficie concava (4) del supporto, caratterizzato dal fatto che detto supporto (2) Ã ̈ uno strato rigido formato a partire da un materiale composito da stampaggio in forma di foglio (SMC) comprendente fibre di vetro a disposizione random, impregnate con resine termoplastiche.
2. 2. Pannello secondo la rivendicazione 1, in cui detto supporto (3) Ã ̈ composto da fibre di vetro in una percentuale in peso compresa tra il 40% ed il 50%.
3. 3. Pannello secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto materiale composito presenta cariche minerali in una percentuale in peso tra il 5% ed il 10% e di resina poliestere insatura in una percentuale in peso tra il 20% ed il 30%.
4. 4. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto supporto (2) comprende sulla superficie convessa (5) una distribuzione di punti di attacco (8) ed una pluralità di nervature di irrigidimento (9).
5. 5. Pannello secondo la rivendicazione 4, comprendente almeno quattro punti di attacco (8) dai quali si irradiano dette nervature di irrigidimento (9)
6. 6. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto vetro sottile (3) Ã ̈ di tipo sodo-calcico in lastra unica con uno spessore nominale inferiore a 1.5 mm.
7. 7. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto vetro sottile (3) à ̈ incollato a detto supporto mediante un adesivo atto a garantire l’adesione dello specchio sottile al supporto in SMC e ad evitare, al contempo, la trasmissione al vetro di tensioni eccessive che potrebbero innescare delle fratture.
8. 8. Pannello secondo la rivendicazione 7, in cui detto adesivo à ̈ selezionato tra le categorie dei polimeri MS o dei film a base di resine epossidiche.
9. 9. Pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto supporto (3) à ̈ realizzato per stampaggio mediante formatura a caldo a partire da uno o più fogli pre-impregnati di detto materiale composito da stampaggio in forma di foglio (SMC).
10. 10. Concentratore solare a geometria parabolica lineare, comprendente almeno un pannello secondo una delle rivendicazioni precedenti.
11. 11. Concentratore secondo la rivendicazione 9, comprendente una distribuzione lungo un asse longitudinale (X) di coppie di pannelli interno (11) ed esterno (12) rispetto a detto asse (X), detti pannelli (11, 12) definendo ciascuno un quarto di parabola di una porzione lineare della superficie riflettente atta a concentrare una radiazione solare ( R ) incidente su un dispositivo concentratore ricevente (16) disposto lungo il fuoco (F) di detta superficie.