ITRM20110361A1 - Dispositivo fotovoltaico. - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo fotovoltaico che impiega concentratori solari a luminescenza per la conversione di energia solare in energia elettrica. Più in generale, l’invenzione à ̈ relativa un pannello fotovoltaico comprendente una pluralità di detti dispositivi fotovoltaici disposti sulla sua superficie.

Come noto, i pannelli solari a luminescenza puntano ad imporsi nel mercato fotovoltaico grazie alle loro caratteristiche di compattezza, elevato rendimento e polivalenza.

Le considerazioni da cui trarre spunto per descrivere il background di tale tipologia di pannelli riguardano innanzitutto la ricerca, da parte dell’industria fotovoltaica, del contenimento dei costi dei dispositivi fotovoltaici (in particolare quelli di prima generazione) come soluzione per la diffusione di tale tecnologia.

Di norma quest’obiettivo à ̈ perseguito usando tre linee d’azione: la riduzione dei costi delle materie prime, la realizzazione di linee ad alta produttività e resa e l’aumento dell’efficienza del dispositivo fotovoltaico.

Per quanto concerne le prime due linee d’azione, se da un lato si cerca di diminuire di qualche punto percentuale gli odierni 14 – 19% che il feedstock di silicio ha sul costo totale del dispositivo, utilizzando silicio di grado metallurgico e semplificandone le tecniche di purificazione al fine di limitare l’uso del silicio di grado elettronico (indispensabile per raggiungere efficienze superiori al 20%), dall’altro si cerca di diminuire lo spessore (e quindi la quantità) dei wafer di silicio oltre i 150 micron di oggi, puntando su una forte automazione delle linee di produzione, che riducono la probabilità di rottura durante le fasi di realizzazione della cella e permettono particolari trattamenti della superficie superiore ed inferiore della stessa come la testurizzazione ed il back-reflector

Ciononostante, bisognerebbe focalizzare la maggior parte delle energie sulla terza “linea d’azione†.

Le più recenti tecniche puntano al miglioramento dell’efficienza di conversione fotovoltaica delle celle mediante la modifica dello spettro di external quantum efficiency (e.q.e.) del silicio per renderlo maggiormente compatibile con lo spettro solare; variando cioà ̈ la dimensione dei “quantum dot†che sono particelle di materiale conduttore di dimensioni nell’ordine del nanometro, in cui à ̈ regolabile la lunghezza d’onda che assorbono o emettono, oppure mediante altri due processi che prendono il nome di up – conversion, quando due o più fotoni infrarossi raggiungono un particolare componente chiamato “up – converter†, posizionato sul lato posteriore della cella, potendo così far saltare un elettrone in un livello energetico a più alta energia, oppure di “down – shifting†quando per ogni elettrone incidente ad alta energia viene generato più di un fotone di energia minore.

In questo panorama s’inseriscono anche le tecnologie fotovoltaiche di seconda generazione (a film sottile, introdotta per semplificare e rendere più economico il processo di produzione) e di terza generazione, in cui entrano in scena materiali a base chimico – organica, i cui esempi principali sono le celle solari sensibilizzate con colorante (o celle di gratzel) e le celle completamente organiche (o.p.v.).

Ancora più che nel fotovoltaico di seconda generazione, quello successivo vedrà un ruolo di primo piano delle nanotecnologie, poiché quando si raggiungono dimensioni nell’ordine dei nanometri, si hanno particolari proprietà o effetti chimico – fisici perfettamente interpretabili in termini quantistici.

Tra questi effetti si menziona il cambiamento dello spettro di assorbimento ed emissione di nano particelle al variare delle dimensioni, che può essere sfruttato per la realizzazione di concentratori solari fluorescenti.

Questi concentratori sono costituiti da lastre di materiale otticamente trasparenti, all’interno delle quali sono disperse sostanze luminescenti (nano particelle, molecole fluorescenti).

Si sfrutta quindi l’effetto di conversione spettrale (down - shifting) verso le basse frequenze, per accordare lo spettro solare con quello che massimizza l’efficienza delle celle, combinato con l’effetto guida d’onda della lastra.

La radiazione solare assorbita dall’ampia superficie superiore della lastra viene convertita nell’ intervallo spettrale opportuno e concentrata ai bordi dove sono collocate celle solari di piccola superficie; ciò riduce l’utilizzo di materiale fotovoltaico come nei sistemi a concentrazione tradizionali.

Negli L.S.C. (acronimo per Luminescent Solar Concentrator, cioà ̈ Concentratori solari a luminescenza) il rapporto tra la superficie ricevente della lastra e la superficie dei bordi della stessa rappresenta il fattore di guadagno del concentratore. Ad esempio, una lastra quadrata di 10 cm di lato e 5 mm di spessore con 4 celle poste ai bordi presenta un fattore di guadagno 5; la stessa lastra con una cella su un solo bordo e 3 specchi riflettenti sui restanti bordi, ha un fattore di guadagno 20. Maggiore à ̈ il fattore di guadagno, migliore sarà l’incidenza degli lsc nel rapporto costi/benefici.

Nel 2008 i laboratori “ESTI†del CCR di ISPRA hanno testato un modulo lsc ad alta efficienza, registrando il valore di 7,1% in condizioni standard, attualmente il più alto per questo genere di dispositivi.

Si tratta di un concentratore 5 x 5 x 0,5 cm cubi di polimetilmetacrilato, ottenuto dalla polimerizzazione della mistura plexitt 55 disponibile sul mercato. La tinta fluorescente utilizzata à ̈ stata ottenuta da una miscela di perilene e curarina. La parte attiva del concentratore à ̈ costituita da quattro celle fotovoltaiche di arseniuro di gallio (gaas) di 5 x 0,5 cm cubi, poste sui bordi della lastra: un film pe 399 kristalflex garantisce il collegamento fra ottica e celle senza cambiamento dell’indice di rifrazione.

Come mostrato in letteratura ad anche nei laboratori “esti†, i concentratori lsc ricevono sia la radiazione solare diretta che quella diffusa. In particolare essi mostrano una risposta (coseno) migliore rispetto ai normali moduli tipo flat-panel.

Per questo motivo non sarebbero necessari gli inseguitori solari come nei concentratori tradizionali.

E’ noto che la luce non può essere completamente convertita in energia elettrica. Alcuni fotoni non hanno energia sufficiente per dare inizio all’effetto fotoelettrico, altri hanno invece energia in eccesso che viene sprecata.

Nel caso del silicio, tutti i fotoni con lunghezza d’onda superiore a 1,11 micron non possono realizzare l’effetto fotoelettrico dato che la loro energia à ̈ inferiore all’energia di gap (1,12 ev) necessaria appunto al silicio. I fotoni che hanno lunghezza d’onda inferiore a 1,11 micron, invece, possono sviluppare tale effetto ma convertono solo 1,12 ev. Se hanno energia maggiore, questa non à ̈ convertita e si trasforma in calore. Nel caso del silicio, il 30,2% dell’energia si perde per l’incapacità di sottrarre al fotone più di 1,12 ev, il 20,2% si perde perché i fotoni non possiedono sufficiente energia per originare l’effetto fotoelettrico. Come noto in letteratura, l’energia massima disponibile perciò à ̈ circa il 49,6%.

La presente invenzione, utilizzando sempre come materiale del comune silicio, punta a sfruttare, come sarà dettagliatamente descritto in seguito, quanto più possibile il restante 50% circa della radiazione solare inutilizzata.

Secondo un aspetto dell’invenzione, tale risultato à ̈ possibile mediante l’impiego di concentratori solari a luminescenza; i quali opportunamente scelti sono in grado di catturare i fotoni con maggiore e minore lunghezza d’onda per poi rilasciarla con lunghezza d’onda appropriata al silicio.

Essi rappresentano una sorta di up - converter e down - shifter dai costi più abbordabili.

Tale scopo à ̈ raggiunto mediante un dispositivo fotovoltaico come sostanzialmente definito nella rivendicazione 1 e mediante un pannello fotovoltaico come sostanzialmente definito nell’ambito della rivendicazione 21.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

La presente invenzione, superando i citati problemi della tecnica nota, comporta numerosi ed evidenti vantaggi.

Come ampiamente noto all’attuale stato della tecnica, l’accumulatore à ̈ il componente del sistema fotovoltaico che garantisce la capacità di rispondere in modo adeguato alla domanda elettrica da parte del carico. Il suo ruolo à ̈ di integrare la potenza erogata dal sistema fotovoltaico qualora questa venga superata dalla domanda del carico, e quello di alimentare direttamente il carico durante la notte.

Un corretto dimensionamento ha lo scopo di definire la configurazione del parco batterie in grado di rispondere al meglio alla domanda energetica del carico.

Attualmente il mercato consente di scegliere tra due gruppi: gli accumulatori al piomboacido o gli accumulatori al nichel-cadmio.

Posto che l’accumulo di energia negli impianti fotovoltaici à ̈ necessario e quasi doveroso, esso può essere migliorato compattandone le dimensioni.

Compattarne le dimensioni non vuol dire, in questa sede, non tener conto del carico al quale deve far fronte, bensì far lavorare il pannello anche in occasioni in cui normalmente sono le batterie che forniscono energia, come durante le ore notturne. Secondo un aspetto preferito della presente invenzione, anche in mancanza di luce solare, si riesce comunque a generare effetto fotoelettrico, con intensità decrescente lungo tutto l’arco di tempo notturno, rendendo superfluo – per quei momenti – l’impiego degli accumulatori.

Per ottimizzare i risultati, sia in termini di efficienza energetica che compositivi, à ̈ necessario che l’integrazione venga prevista fin dall’ inizio dell’iter progettuale.

Molteplici sono le esigenze che portano all’integrazione fotovoltaica: esigenze di risparmio energetico, di tutela ambientale, d’immagine, di carattere educativo e dimostrativo.

L’integrazione fotovoltaica può essere divisa in tre categorie: interventi di retrofit, su nuovi edifici e su elementi di arredo urbano.

La presente invenzione, pur rinunciando a una maggiore capacità integrativa tipica del fotovoltaico di terza generazione, nel campo dell’integrazione architettonica potrebbe rappresentare una soluzione negli interventi di retrofit, cioà ̈ quando il sistema pv viene integrato in edifici già esistenti, e su arredo urbano, in quanto gli ingombri necessari – a parità di potenza richiesta – rimarrebbero più contenuti per dimensioni generali, e quindi avrebbero una maggiore possibilità di essere “mimetizzati†nella struttura.

Tra i principali vantaggi legati alla presente invenzione si può menzionare:

• maggiore compattezza d’ insieme;

• migliore integrazione architettonica riguardo al retrofit ed arredo urbano rispetto ai pannelli classici;

• potenziale ridimensionamento del parco batterie;

• migliore sfruttamento della radiazione solare;

• aumento della potenza rispetto ai pannelli classici;

• attività notturna.

Per quanto concerne la funzione notturna, gli lsc agiscono da centri diffusori di luminescenza, dove parte dello spettro solare incidente viene assorbito e riemesso in concentrazione per fluorescenza ad una lunghezza d’onda superiore.

Gli lsc sono composti da particolari pigmenti inorganici che determinano gli effetti sopra descritti.

La funzione notturna sarebbe data quando all’emissione per fluorescenza sia abbinata nello stesso lsc anche l’emissione per fosforescenza, cioà ̈ la capacità di rilasciare la luce precedentemente assorbita, in modo graduale ed in condizioni di oscurità. Ovviamente per far ciò à ̈ necessario il giusto equilibrio nel mescolare i pigmenti con queste caratteristiche.

Il dispositivo fotovoltaico oggetto della presente invenzione à ̈ composto, come sarà dettagliatamente descritto in seguito in relazione ad una sua forma preferita di realizzazione presentata qui a scopo esemplificativo e non limitativo, da:

• un contenitore entro il quale il dispositivo à ̈ supportato, il quale ha preferibilmente ampiezza contenuta e curvatura molto “schiacciata†per motivi d’ingombro;

• una struttura ad anello composta per la metà esterna da un lsc trapezoidale configurato per captare l’ultravioletto e per la metà interna da un lsc trapezoidale configurato per captare l’infrarosso. Al centro dell’anello, per tutto il suo sviluppo perimetrale, si trova uno strato di silicio, nano-strutturato sulla cui parte inferiore sono alloggiati i contatti. Sulla calotta superiore ed inferiore, preferibilmente coprenti circa il 30% della superficie dell’anello, sono posti specchi per convogliare i fotoni – già concentrati dal contenitore – verso lo strato di silicio in modo da ottenere effetto fotoelettrico.

• un pannello fotovoltaico, comprendente una struttura mobile su cui vengono installati i suddetti dispositivi fotovoltaici. E’ preferibilmente composto di una cornice rigida al cui interno sono incernierati dei listelli dello stesso materiale capaci di basculare e ruotare sul proprio asse di 180° al fine di dare alla struttura capacità d’inseguitore solare. Il movimento rimane entro misure calcolate – in modo da non incidere sull’aumento d’ingombro.

Il meccanismo di regolazione del movimento deve essere situato agli estremi interni del listello centrale e poi collegato con gli altri.

Il numero dei listelli e dei concentratori à ̈ variabile, ma lo standard potrebbe essere di 4 listelli per 8 concentratori.

Oltre alla modularità legata alla possibilità di scelta del numero dei concentratori solari a luminescenza utilizzabili, vi à ̈ quella legata alla possibilità di fissare l’intero pannello (quindi tutta la suddetta cornice) su articolazioni meccaniche o staffe in grado di garantirne il movimento; un esempio potrebbe essere dato dal fissaggio su articolazioni che rendano il pannello “retrattile†per poi posizionarlo sotto poggioli o balconi anziché sulla “ringhiera†di protezione degli stessi, evitando di condizionare l’estetica di strutture di edifici ad esempio di rilevanza storica.

La presente invenzione si proporrebbe sul mercato portando aspetti molto interessanti e particolari, ponendosi come valida soluzione sia per gli impianti stand-alone che per i grid-connected.

Sarebbe aiutata in questo anzitutto dal suo ridotto ingombro rispetto ai pannelli classici, dando molta più libertà d’azione a chi ha un’utenza isolata o chi abita in un contesto cittadino nel posizionamento del pannello, favorendo le soluzioni più particolari per intaccare il meno possibile le strutture; in seguito anche dalla sua modularità poiché, come già detto, alla dimensione standard potrebbero affiancarsi tutte le soluzioni particolari di cui la clientela avrebbe bisogno o ne faccia richiesta. (es: 2 listelli - 4 concentratori oppure 5 listelli e 10 concentratori).

Sarebbe inoltre il primo pannello capace di produrre energia elettrica anche nelle ore notturne, aspetto questo che porterebbe benefici in termini di dimensionamento del parco batterie per le utenze isolate e di credito energetico per le utenze (cittadine) collegate alla rete; senza contare la maggior potenza fruibile ottenibile grazie al connubio tra la concentrazione solare ed un semplice sistema di inseguimento solare, capace di avvicinare il pannello all’inclinazione ottimale per raccogliere la radiazione solare.

La sua utilità si mostrerebbe in duplice maniera nel cosiddetto arredo urbano: barriere antirumore, pensiline, impianti di segnalazione, lampioni stradali, impianti di segnalazione marittima, tettoie autobus, parcometri, poiché tali strutture potrebbero essere alimentate con una parte di energia, mentre una restante parte (o tutta nel caso delle barriere antirumore) potrebbe ritornare alla rete, comportandosi come una specie di dispositivo grid-connected.

Alla luce di quanto sopra, la presente invenzione propone un dispositivo ed un pannello fotovoltaici tecnicamente avanzati, meccanicamente innovativi ed ecologicamente e energicamente competitivi rispetto alle fonti energetiche tradizionali.

Breve descrizione dei disegni

Ancora ulteriori vantaggi, così come le caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, presentata a scopo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 raffigura in vista prospettica un dispositivo fotovoltaico secondo la presente invenzione in sezione trasversale;

la figura 2 e 5 mostrano in vista frontale un particolare della sezione di figura 1; la figura 3 mostra in vista prospettica il dispositivo fotovoltaico secondo la presente invenzione;

la figura 4 mostra il dispositivo fotovoltaico di figura 3 in vista in pianta;

la figura 6 mostra in vista prospettica un pannello fotovoltaico secondo la presente invenzione; e

la figura 7 mostra un pannello fotovoltaico secondo una variante di realizzazione; e

le figure 8A-8C mostrano una sequenza di impiego del pannello di figura 7. Descrizione dettagliata dei disegni

Con riferimento alla figura 1, à ̈ mostrato un dispositivo fotovoltaico 1 secondo l’invenzione, comprendente una concentratore solare 2 presentante una forma ad anello.

In figura, il concentratore 2 à ̈ mostrato in sezione trasversale, e pertanto solo una sua metà à ̈ raffigurata.

In particolare, il concentratore 2 comprende una lastra luminescente esterna (22), disposto lungo una porzione esterna dell’anello ed avente una sezione trapezoidale, ed una lastra luminescente interna (21) disposta a sua volta lungo una porzione interna dell’anello, anch’esso avente sezione trapezoidale.

Il dispositivo 1 comprende altresì uno strato di materiale semiconduttore, preferibilmente di tipo nano-strutturato 23, disposto a “sandwich†tra le due lastre luminescenti interna ed esterna, in modo che le basi maggiori delle rispettive sezioni trapezoidali affaccino su di esso in corrispondenza di suoi lati opposti.

Il dispositivo 1 comprende inoltre dei mezzi convogliatori configurati, come sarà dettagliatamente descritto nel seguito, in modo da raccogliere e concentrare la radiazione luminosa entro il concentratore ad anello 2 sopra introdotto.

I mezzi convogliatori comprendono, nella forma preferita di realizzazione qui mostrata, un convogliatore 3 disposto lungo il perimetro esterno dell’anello.

Il dispositivo fotovoltaico 1 à ̈ preferibilmente inserito entro un contenitore 4 ed à ̈ in esso supportato mediante un sistema di aggancio (non raffigurato). In particolare, il contenitore 4 à ̈ superiormente chiuso da quattro lenti di tipo fresnel (in cui solo due sono visibili in figura), denotate in figura con il riferimento numerico 5, disposte in modo da formare un cerchio in cui ciascuna occupa un rispettivo quadrante.

Le lenti di tipo fresnel sono note all’esperto del ramo, e pertanto i principi sui quali si basa il loro funzionamento non verranno di seguito descritti.

Le lenti fresnel 5 cooperano, come sarà descritto in seguito, con il convogliatore 3 in maniera da concentrare su di esso una radiazione solare a sua volta incidente su di esse.

Facendo ora riferimento alla successiva figura 2, Ã ̈ mostrata una sezione del concentratore ad anello 2 in vista frontale. In figura 2 Ã ̈ visibile una parete del contenitore 4, chiusa superiormente dalla lente fresnel 5, una sezione del concentratore solare 2 ed il convogliatore 3. Rimane inteso che quanto descritto relativamente alla sezione del concentratore 2 di figura 2 si applica in maniera assolutamente analoga a tutte le sezioni del concentratore.

La radiazione incidente giunge sulla lente fresnel 5, la quale à ̈ configurata in maniera tale da convogliare e concentrare tale radiazione su una porzione del convogliatore 3. In particolare, come visibile in figura, il convogliatore 3 ha sezione triangolare, e si configura come estensione della lastra luminescente 22 di cui e’ parte integrante da un suo lato 31, e presenta una faccia 32 disposta in modo da raccogliere la radiazione solare incidente, passata attraverso la lente fresnel 5. Preferibilmente, il convogliatore 3 presenta una sezione a forma di triangolo rettangolo isoscele, e comprende una terza faccia obliqua 33, specchiata e opposta a dette prima e seconda faccia 31 e 32. La lastra luminescente esterna 22 presenta una superficie ricevente 221, configurata appunto per ricevere radiazione solare, ricavata lungo la sua periferia esterna, e precisamente in corrispondenza della base minore della sua sezione trapezoidale. Il convogliatore triangolare 3 si intende essere connesso al concentratore in corrispondenza della superficie ricevente 221. Al fine di renderne più agevole la costruzione, la sua faccia 31 affaccia sulla superficie ricevente 221.

Pertanto, la radiazione incidente che passa attraverso la lente fresnel 5, viene canalizzata su una porzione della faccia 32 del convogliatore 3 dotata di film antiriflesso per evitare dispersione di raggi, e ivi concentrata.

Per mezzo della sua conformazione e della faccia obliqua 33 specchiata, tutta la radiazione incidente sulla lente fresnel, e convogliata da questa sul convogliatore triangolare 3, viene trasferita nella lastra luminescente esterna 22.

La lastra luminescente esterna 22 à ̈ configurata in modo da assorbire una parte di radiazione incidente avente frequenza nel campo dell’ultravioletto, grazie alle sostanze luminescenti in essa disciolte, ed emettere una prima radiazione verso lo strato semiconduttore 23 ad una frequenza tale da produrre effetto fotoelettrico.

Diversamente, la lastra luminescente interna 21 à ̈ configurata in modo da assorbire una parte di radiazione incidente avente frequenza nel campo dell’infrarosso, grazie alle sostanze luminescenti in essa disciolte, ed emettere una seconda radiazione verso lo strato conduttore 23 ad una frequenza tale da produrre effetto fotoelettrico.

Più specificatamente, quella parte di radiazione avente frequenza nel campo dell’infrarosso attraversa la lastra luminescente esterna 22 senza essere elaborata, e attraversando lo strato semiconduttore 23 giunge entro la lastra luminescente interna 21 che à ̈ tale da assorbirla e riemetterla nuovamente verso lo strato semiconduttore alla corretta frequenza per innescare appunto l’effetto fotoelettrico.

Preferibilmente, lo strato semiconduttore 23 presenta una conformazione del tipo a “ferro di cavallo†comprendente una porzione esterna di silicio drogato “P†avente una forma sostanzialmente ad U rovesciata, ed una porzione interna di silicio drogato “N†, entrambe nano-strutturati. Inferiormente, sono ricavate le necessarie connessioni di tipo elettrico per trasportare l’energia elettrica creata mediante effetto fotoelettrico in modo da poter alimentare un carico utilizzatore (non raffigurato).

Preferibilmente, i convogliatori luminescenti 3, 21 e 22 sono realizzati in polimetilmetacrilato (PMMA), ottenibile mediante una polimerizzazione di una mistura di plexit 55 combinata con uno strato di PE 399 Kristalflex.

La lastra luminescente esterna 22 comprende delle sostanze scelte in modo che essa capti, come detto, la radiazione solare nel campo dell’ultravioletto. La scelta delle sostanze e delle loro quantità per ottenere l’effetto descritto à ̈ reputata essere alla portata di un tecnico del settore, e quindi esse non saranno nel seguito descritte.

La lastra luminescente interna 21 comprende invece una selezione di sostanze tali da captare la radiazione nel campo dell’infrarosso. Esse potranno comprendere, a titolo esemplificativo e non limitativo, una mistura di lumogen F red 305 (0,01% in peso) e di Fluorescence Yellow Crs040 (0,003% in peso).

Vantaggiosamente, le lastre luminescenti interna 21 ed esterna 22 comprendono internamente oltre alle sostanze luminescenti, anche dei pigmenti atti a produrre effetto fosforescente, come, a titolo esemplificativo, il pigmento del tipo “Yellow green pigment†.

La presenza di tali pigmenti rende possibile l’attività notturna del dispositivo 1, il quale à ̈ in grado di continuare a produrre elettricità rilasciando radiazione solare verso lo strato in silicio accumulata durante il giorno mediante appunto l’azione di tali pigmenti fosforescenti. Anche in questo caso, le conoscenze e gli accorgimenti tecnici necessari alla realizzazione del convogliatore luminescente aventi tali proprietà di fosforescenza sono giudicate essere alla portata di un tecnico del settore, e pertanto tali aspetti non verranno ulteriormente descritti in seguito.

Per massimizzare la trasmissione della radiazione emessa dai convogliatori 3, 21 e 22 verso lo strato di silicio, il concentratore 1 à ̈ vantaggiosamente dotato di strisce riflettenti in modo che parte della radiazione solare una volta raggiunto l’interno del concentratore non si disperda all’esterno, in questo modo aumentando considerevolmente il rendimento del dispositivo fotovoltaico oggetto della presente invenzione.

In particolare, la lastra luminescente esterna 22 comprende una coppia di strisce riflettenti 222 e 223, ciascuna ricavata su un rispettivo lato obliquo. La lastra luminescente interna 21 comprende, in modo analogo, una coppia di strisce riflettenti 211 e 212 ricavate ciascuna lungo un rispettivo lato obliquo, ed inoltre comprende una striscia riflettente 213 disposta lungo una sua superficie esterna situata lungo la base minore della sua sezione trapezoidale.

Per migliorare ulteriormente il rendimento del dispositivo 1, e garantire che la radiazione incidente venga tutta effettivamente utilizzata per innescare l’effetto fotoelettrico, il concentratore 2 comprende quattro coperture semisferiche, denotate con il riferimento numerico 7, di cui tre disposte lungo un rispettivo lato dell’ anello e una posta lungo il lato superiore dell’ anello.

Le coperture possono anche essere vantaggiosamente impiegate come elemento strutturale per supportare il concentratore 2 entro il contenitore 4.

Sempre con riferimento alla figura 2, il dispositivo fotovoltaico comprende inoltre un sistema di raffreddamento associato al concentratore 2. Preferibilmente, dei canali provvisti di liquido refrigerante sono ricavati entro le coperture semisferiche 7. A titolo esemplificativo, sono riportati in figura i canali indicati con il riferimento numerico 10.

Con riferimento ora alle figura 3 e 4, Ã ̈ mostrato il dispositivo fotovoltaico 1 in vista rispettivamente prospettica ed in pianta, comprendente il concentratore 2 (visibile attraverso uno spaccato delle lenti fresnel) inserito e supportato entro il contenitore 4 chiuso superiormente dalle lenti fresnel 5.

Con riferimento alla figura 5, si fornisce a titolo esemplificativo e non limitativo una geometria preferita per la forma di realizzazione qui mostrata. In particolare, le lettere di seguito riportate si riferiscono alle lettere indicate nel disegno, ciascuna delle quali individuando una rispettiva grandezza (lunghezze o angoli).

a: 3 cm

b: 2 cm

c: 1,1 cm

d: 0,1 cm

e: 0,3 cm

f: 3,0 cm

g: 2,0 cm

h: 0,5 cm

i: 1,0 cm

l: 5,5 cm

Angolo α: 24°

Angolo β: 55°

Diametro interno dell’anello: 5,5 cm

Diametro esterno dell’anello: 9,5 cm

Altezza dell’anello: 3,0 cm

Infine, con riferimento all’ultima figura 6, à ̈ rappresentato un pannello fotovoltaico 100, comprendente una pluralità di dispositivi fotovoltaici 1, disposti in corrispondenza di nodi di una struttura reticolare.

Il pannello fotovoltaico 100 comprende inoltre un sistema di movimentazione di inseguimento solare, denotato in figura con il riferimento numerico 200, atto a movimentare il pannello in maniera da captare in qualunque momento la massima radiazione solare possibile.

In figura 7 Ã ̈ mostrato un pannello fotovoltaico 300 secondo una variante di realizzazione.

In particolare, sempre con riferimento alla figura 7, il pannello 300 comprende una struttura di supporto 310 presentante, nella forma di realizzazione qui presentata a titolo esemplificativo e non limitativo, da una coppia di montanti, atti ad essere fissati ad esempio a poggioli o a sporgenze di edifici.

I dispositivi fotovoltaici 1, precedentemente descritti, sono a loro volta fissati su una struttura portante 330, la quale à ̈ incernierata alla struttura di supporto 310 ed à ̈ quindi libera di ruotare rispetto ad essa mediante un meccanismo di tipo “retrattile†.

La rotazione della struttura portante 330 à ̈ conseguita mediante un motorino elettrico, denotato in figura con il riferimento numerico 320, il quale appunto permette di inclinare secondo le necessità tale struttura 330 rispetto ad un piano individuato dai due montanti 310.

Preferibilmente, il motorino elettrico 320 Ã ̈ alimentato da una porzione di energia solare elaborata dal pannello stesso.

Il pannello 300 inoltre comprende, per conseguire una maggiore rigidità strutturale al fine di dare solidità in caso di agenti atmosferici come vento e pioggia, delle aste snodate di sicurezza, denotate in figura con il riferimento numerico 350, che collegano la struttura portante 330 alla struttura di appoggio 310.

Facendo ora riferimento alla sequenza di figure 8A – 8C, à ̈ mostrato un pannello fotovoltaico 300 agganciato ad una sporgenza di edificio, schematicamente rappresentata in figura e denotata con il riferimento numerico 400.

Come visibile nelle figure, la struttura portante à ̈ messa in movimento mediante il motorino 320 (ad esempio azionato da un comando a distanza) ed à ̈ orientata in maniera tale da ottimizzare il suo assorbimento delle radiazioni solari.

In figura 8C, Ã ̈ mostrato il pannello 300 in una configurazione retratta, e quindi tale da non essere visibile quando non impiegato.

Le conoscenze necessarie e gli accorgimenti tecnici necessari per implementare un tale sistema di movimentazione sono reputati essere ampiamente noti all’esperto del settore, e pertanto di essi non ne verrà data una descrizione dettagliata.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferita. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (21)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo fotovoltaico (1) comprendente: • un concentratore solare (2) presentante una forma ad anello, a sua volta comprendente: un convogliatore esterno (3) disposto lungo una porzione esterna dell’anello; una lastra luminescente esterna (22) avente sezione trapezoidale e presentando una superficie ricevente perimetrale esterna (221) configurata per ricevere una radiazione luminosa incidente e proveniente dal convogliatore (3); una lastra luminescente interna (21) disposta lungo una porzione interna dell’anello ed avente sezione trapezoidale; una strato semiconduttore nano-strutturato (23) disposto a sandwich tra le due lastre (21, 22) in modo che le basi maggiori delle rispettive sezioni trapezoidali affaccino su di esso, detto strato semiconduttore (23) essendo configurato per ricevere una radiazione trasmessa dalle lastre esterna ed interna (21, 22) e produrre effetto fotovoltaico; • mezzi convogliatori (3, 5), configurati per raccogliere e concentrare la radiazione luminosa incidente in corrispondenza di detta superficie ricevente perimetrale (221).
2. 2. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detta lastra luminescente esterna (22) à ̈ configurata in modo da assorbire una parte di radiazione incidente avente frequenza nel campo dell’ultravioletto, ed emettere una prima radiazione verso lo strato di semiconduttore (23) ad una frequenza tale da produrre effetto fotoelettrico.
3. 3. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta lastra luminescente interna (21) à ̈ configurata in modo da assorbire una parte di radiazione incidente avente frequenza nel campo dell’infrarosso, ed emettere una seconda radiazione verso lo strato di semiconduttore (23) ad una frequenza tale da produrre effetto fotoelettrico.
4. 4. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto strato semiconduttore nano-strutturato (23) presenta una conformazione del tipo a “ferro di cavallo†, comprendente una porzione esterna di silicio drogato “P†presentante una forma sostanzialmente ad U rovesciata, ed una porzione interna di silicio drogato “N†.
5. 5. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi convogliatori (3, 5) comprendono un convogliatore (3) disposto lungo il perimetro esterno dell’anello e presentante sezione triangolare avente una prima faccia (31) appendice di detta lastra luminescente esterna (22) lungo detta superficie ricevente perimetrale (221) ed una seconda faccia (32) configurata per raccogliere e convogliare la radiazione incidente.
6. 6. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto convogliatore (3) presenta una sezione a triangolo rettangolo isoscele, comprendente una terza faccia obliqua (33) specchiata, opposta a dette prima e seconda faccia (31, 32).
7. 7. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo le rivendicazioni 5 o 6, in cui detto convogliatore (3) Ã ̈ realizzato in polimetilmetacrilato, ottenibile da una mistura di plexit 55 combinata con uno strato di PE 399 Kristalflex o altro film antiriflesso sulla sua faccia ricevente (32).
8. 8. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui detti mezzi convogliatori (3, 5) comprendono una o più lenti di tipo fresnel (5), sovrapposte e distanziate da detto convogliatore (3) e disposte in modo da concentrare la radiazione luminosa su di esse incidente verso quest’ultimo.
9. 9. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo le rivendicazioni 8 e 6, comprendente quattro lenti fresnel (5), disposte tra loro in modo da formare un cerchio in cui ciascuna ne occupa un rispettivo quadrante, ciascuna lente fresnel (5) essendo atta a concentrare la radiazione incidente in corrispondenza della rispettiva porzione di seconda faccia (32) di detto convogliatore (3) ad essa sottoposta.
10. 10. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette lastre luminescenti esterna ed interna (22, 21) sono realizzate in polimetilmetacrilato, ottenibile da una mistura di plexit 55.
11. 11. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta lastra luminescente esterna (22) comprende una coppia di strisce riflettenti esterne (222, 223) disposte ciascuna lungo un rispettivo lato obliquo.
12. 12. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta lastra luminescente interna (21) comprende una coppia di strisce riflettenti interne (211, 212) disposte ciascuna lungo un rispettivo lato obliquo ed una striscia riflettente (213) disposta la base minore della sua sezione trapezoidale.
13. 13. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette lastre luminescenti esterna ed interna (22, 21) comprendono internamente dei pigmenti atti a produrre effetto fosforescente.
14. 14. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detti pigmenti sono del tipo “Yellow – green†.
15. 15. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo le rivendicazioni 11 e 12, comprendente quattro coperture semisferiche (7), ciascuna disposta su un rispettivo lato dell’anello.
16. 16. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, inoltre comprendente un sistema di raffreddamento associato a detto concentratore solare (2).
17. 17. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto sistema di raffreddamento comprende uno o più canali di raffreddamento (10) provvisti di liquido refrigerante.
18. 18. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione 15 e 17, in cui detti canali di raffreddamento (10) sono ricavati entro dette coperture semisferiche (7).
19. 19. Dispositivo fotovoltaico (1) secondo la rivendicazione 9 ed una qualsiasi delle precedenti, comprendente un contenitore (4) entro il quale esso à ̈ inserito e supportato, detto contenitore (4) essendo superiormente chiuso da dette quattro lenti fresnel (5) disposte a cerchio.
20. 20. Pannello fotovoltaico (100), comprendente una pluralità di dispositivi fotovoltaici (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedente, disposti in corrispondenza di nodi di una struttura reticolare di tipo retrattile.
21. 21. Pannello fotovoltaico (100), secondo la rivendicazione precedente, inoltre comprendente un sistema di movimentazione (200) di inseguimento solare.