ITTO20070348A1

ITTO20070348A1 - Pannello di captazione di energia solare per tetti e simili

Info

Publication number: ITTO20070348A1
Application number: IT000348A
Authority: IT
Inventors: Massimo Sillano
Original assignee: Massimo Sillano
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-18
Also published as: EP1993145A2; EP1993145A3

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale del titolo:

"PANNELLO DI CAPTAZIONE DI ENERGIA SOLARE PER TETTI E SIMILI"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un pannello di captazione di energia solare per tetti e simili.

Pannelli di captazione di energia solare sono noti e si divido-no essenzialmente in due categorie: 1) collettori solari termi-ci e 2) collettori a moduli fotovoltaici.

Un collettore solare è un dispositivo atto all'accumulo dell'energia solare termica e al suo immagazzinamento per un uso successivo. Esso è generalmente composto da un assorbitore de-dito alla ricezione dell'energia solare, uno scambiatore, un fluido utilizzato per assorbire l'energia solare e un serbatoio utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. Questo sisterna può avere una circolazione naturale o forzata.

I collettori solari possono essere utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento o per generare energia elettrica.

I collettori solari sono in grado di fornire acqua calda e riscaldamento in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell'incostanza dell'energia solare.

Il secondo utilizzo richiede ampi spazi per l'installazione dei collettori solari e una presenza di sole costante.

Un modulo fotovoltaico è un dispositivo in grado di convertire l'energia solare direttamente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico ed è usato per generare elettricità a par-tire dalla luce del sole. Può essere meccanicamente preassem-blato a formare un collettore a moduli fotovoltaici.

Le prestazioni dei moduli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni anche sostanziose in base:

al rendimento dei materiali;

alla tolleranza di fabbricazione percentuale rispetto ai valori di targa;

all'irraggiamento a cui le sue celle sono esposte; all'angolazione con cui questo giunge rispetto alla sua super-ficie;

alla temperatura di esercizio dei materiali, che tendono ad "affaticarsi" in ambienti caldi;

alla composizione dello spettro di luce.

I moduli fotovoltaici in silicio cristallino più comuni hanno dimensioni variabili da 0,5 mq. a 1,5 mq., con punte di 2,5 mq. in esemplari per grandi impianti. Non vi è comunque particolare interesse a costruire moduli di grandi dimensioni, a causa del-le grosse perdite di prestazioni che l'intero modulo subisce all'ombreggiamento (o malfunzionamento) di una sua singola cella .

La presente invenzione, partendo dalla nozione dei vantaggi e degli svantaggi tecnici ed economici dei collettori solari e dei collettori a moduli fotovoltaici, intende provvedere un pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, che abbia un funzionamento ed un rendimento termico ottimizzati sia per il riscaldamento dell'acqua sia per la produzione del-l'energia elettrica in impianti di accumulo e distribuzione ad uso domestico ed industriale.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di provvedere un pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, che sia strutturalmente semplice, di sicuro ed affidabile fun-zionamento e di facile messa in opera.

In vista di tali scopi la presente invenzione provvede un pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, la cui caratteristica essenziale forma oggetto della rivendicazio-ne 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose sono descritte nelle ri-vendicazioni dipendenti.

Le rivendicazioni suddette si intendono qui integralmente ri-portate.

La presente invenzione risulterà maggiormente dalla descrizione dettagliata che segue con riferimento ai disegni allegati, for-niti a solo titolo di esempio, in cui:

la fig. 1 è una vista in elevazione, con parti in spaccato, di un pannello di captazione di energia solare per tetti e si-mili secondo una prima forma esemplificativa di realizzazione dell'invenzione, in cui un collettore solare ed un collettore a moduli fotovoltaici solo illustrati tra loro sfalsati;

- la fig. 2 è una vista in sezione secondo la linea II-II di fig. 1;

- la fig. 3 è una vista simile a quella di fig. 1, ma in cui collettore solare e collettore a moduli fotovoltaici sono illu-strati reciprocamente sovrapposti;

le figure 4 e 5 sono delle viste in sezione rispettivamente secondo le linee IV-IV e V-V di fig. 3;

- la fig. 6 è simile alla fig. 1, ma illustra una seconda forma esemplificativa di realizzazione del pannello di captazione di energia solare secondo la presente invenzione, in cui un collettore solare ed un collettore a moduli fotovoltaici solo il-lustrati tra loro sfalsati;

- la fig. 7 è una vista simile a quella di fig. 6, ma in cui collettore solare e collettore a moduli fotovoltaici sono reci-procamente sovrapposti;

- la fig. 8 è una vista parziale, in sezione ed a scala maggio-re secondo la linea VIII-VIII di fig. 7;

- la fig. 9 è una vista in spaccato parziale, in sezione ed a scala maggiore secondo la linea IX-IX di fig. 7.

Prima forma di realizzazione (figg. 1 - 5)

Con 10 è indicato nel suo insieme il pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, secondo questo primo esem-pio.

Detto pannello 10 comprende un telaio piano rettangolare 11, ad esempio in legno o vetroresina, di relativamente grandi dimensioni, esteso ad esempio su una superficie piana di circa 6 mq.. Detto telaio 11 è destinato ad essere fissato su una co-pertura di un edificio o simili, ad esempio su un tetto, ed è quindi detto nel seguito "telaio fisso".

All'interno del telaio fisso 11 è stabilmente alloggiato e montato, mediante staffe 12, un collettore solare 13 a tubi sotto-vuoto, di per sé noto, qui schematizzato e non ulteriormente illustrato e descritto. Su tetti inclinati il collettore 13 può essere montato sia in senso longitudinale (con i suoi tubi so-stanzialmente ad angolo retto rispetto al colmo del tetto) sia trasversale (con i suoi tubi sostanzialmente paralleli rispetto al colmo del tetto). Detto collettore solare 13 a tubi sotto-vuoto è realizzato secondo il principio cosiddetto "heat-pipe" ed è provvisto per la produzione d'acqua calda sanitaria, acqua di riscaldamento e riscaldamento di acqua di piscina tramite scambiatore di calore e per la produzione di calore di proces-so.

Con 13.1, 13.2 sono indicate rispettivamente le tubazioni di mandata e di ritorno del fluido assorbente calore rispetto al detto collettore 13. Detto collettore solare 13 è provvisto di un limitatore di temperatura per la protezione contro il surriscaldamento, che ne interrompe automaticamente il funzionamento quando viene superata dal fluido assorbitore circolante una so-glia superiore di temperatura preimpostata.

Il detto collettore solare 13 è disponibile, ad esempio, in moduli da 2,5 mq. con 25 tubi. E' possibile collegare più collet-tori in batteria per una superficie pari a max. 6 mq., serven-dosi di tubi di collegamento flessibili a tenuta ed isolati termicamente mediante aerogel.

Inoltre, detto telaio il sopporta sulla sua faccia libera superiore, ossia quella distale rispetto alla superficie del tetto su cui è fissato, due guide rettilinee fisse 14, tra loro pa-rallele ed estese parallelamente al piano mediano verticale trasversale del pannello di captazione 10. Dette guide 14, ad esempio in metallo, sono sovrapposte ai lati traversali del telaio il e si estendono di sbalzo oltre il telaio medesimo da una sola parte, ad esempio verso il colmo del tetto su cui è installato il pannello 10.

Ciascuna guida 14 presenta una scanalatura 14.1 estesa per par-te sostanziale della sua lunghezza. Le due scanalature 14.1 sono tra loro affacciate e sono specularmente simmetriche rispet-to al detto piano mediano verticale trasversale del pannello di captazione 10.

Un collettore 15 a moduli fotovoltaici è montato su una tavola rigida di supporto 15.1, mobile lungo le guide 14 mediante due cremagliere fisse laterali, rettilinee 15.2, rispettivamente impegnate in modo scorrevole entro le scanalature 14.1 delle guide 14. Detta tavola 15.1 è ad esempio costituita da una pia-stra piana (opportunamente nervata) in vetroresina, sulla cui faccia esterna è applicata una disposizione di moduli fotovoltaici formando il collettore 15 ed opportunamente cablati (di-sposizione di per sé nota e non illustrata).

Nel pannello di captazione 10 (ad esempio nella sua parte pros-simale al colmo del tetto) è montato, centralmente, un motoriduttore elettrico M (fig. 5), reversibile ed il cui albero di uscita presenta asse sostanzialmente ortogonale al detto piano mediano verticale trasversale.

Un albero condotto 16 è sopportato in modo girevole sul telaio 11, sostanzialmente nel piano delle guide 14, e deriva il moto da detto motoriduttore M, tramite un sistema di pulegge, conduttrice PI e condotta P2, con cinghia di trasmissione C inter-posta. L'asse dell'albero condotto 16 è parallelo a quello del detto albero di uscita del motoriduttore M e detto albero 16 si estende con le sue estremità sino entro corrispondenti cave della tavola 15.1 (senza contatto). Nelle zone prossime a dette estremità dell'albero 16 sono calettati dei rispettivi pignoni dentati 16.1, i quali ingranano in dette corrispondenti crema-gliere laterali rettilinee 15.2 della tavola di supporto 15.1 del collettore 15 a moduli fotovoltaici.

Dei microinterruttori di fine corsa (di per sé noti e non illustrati) sono provvisti alle estremità di una delle due scanalature 14.1 e sono elettricamente collegati, in modo convenziona-le, in circuito elettrico rispetto al motore M, cosi da arre-starne il funzionamento quando azionati dal collettore 15.

Un quadro di comando elettrico (di per sé noto e non illustrato) consente di controllare la rotazione del motore M nel verso desiderato e, quindi, il moto di andata e quello di ritorno e di conseguenza il posizionamento relativo del collettore 15 a moduli fotovoltaici rispetto alle guide 14 sul telaio 11 che incorpora il collettore solare 13 tra:

- una posizione avanzata, ad esempio verso il colmo del tetto (fig. 1), in cui detto collettore 15 a moduli fotovoltaici è completamente sfalsato rispetto al collettore solare 13, che può quindi ricevere su tutta la sua superficie i raggi solari, e

- una posizione arretrata, ad esempio rispetto al detto colmo (fig. 3), in cui detto collettore 15 a moduli fotovoltaici con la tavola 15.1 copre completamente detto collettore solare 13, a guisa di scudo di protezione. La sovrapposizione del collet-tore 15 a moduli fotovoltaici rispetto al collettore solare 13 può anche essere parziale, a seconda delle necessità.

E' cosi possibile ottimizzare il funzionamento del pannello 10 di captazione di energia solare, ad esempio, mantenendo sempre esposto alla radiazione solare il collettore 15 a moduli fotovoltaici ed esponendo invece il collettore solare 13 solo quando la insolazione è sufficiente ad assicurarne un funzionamento ottimale. Si può in tal modo combinare la produzione di energia elettrica (permanente mediante il collettore 15) con quella di acqua calda (ad intervalli di tempo tramite il collettore 13), a seconda delle condizioni meteo, mediante il pannello 10 di captazione di energia solare, che occupa in sito un'area di ba-se sostanzialmente equivalente a quella del solo collettore so-lare 13.

Seconda forma di realizzazione (figg. 6- 9)

Con 20 è indicato nel suo insieme il pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, secondo questo altro esem-pio.

Detto pannello 20 comprende una piastra di supporto ondulata 21, ad esempio in vetroresina, di relativamente grandi dimen-sioni. Detta piastra ondulata 21 è destinata ad essere fissata direttamente sulla infrastruttura portante di una copertura di un edificio o simili, ad esempio l'orditura 0 di un tetto (fig.

8), in modo da fungere da elemento di copertura del tetto mede-simo. Le ondulazioni di detta piastra 21 sono disposte, ad esempio, secondo l'inclinazione dello spiovente del tetto che essa ricopre.

Detta piastra ondulata 21 presenta, rispetto ad un estremo lon-gitudinale delle ondulazioni, un incavo trasversale 21.1, co-siddetto incavo superiore, esteso trasversalmente alle ondula-zioni stesse, con pianta essenzialmente rettangolare e disposto prossimale al colmo del tetto. Rispetto all'altro estremo longitudinale delle ondulazioni, la detta piastra 21 presenta un altro incavo 21.2 a pianta sostanzialmente rettangolare, cosid-detto incavo inferiore. Incavo superiore 21.1 e incavo inferio-re 21.2 formano dei bacini di raccolta di acqua piovana, che defluisce attraverso mezzi di gronda non illustrati.

Le due ondulazioni laterali estreme 21.3 (fig. 8) sono più ri-levate di quelle intermedie 21.4, le quali sopportano ciascuna un rispettivo tubo fisso sottovuoto 23.1 di un collettore sola-re 23 a tubi sottovuoto, del tipo descritto con riferimento alla prima forma di realizzazione, a cui si rinvia. Detti tubi 23.1 poggiano su rispettivi zoccoli di supporto 21.5 integrali e rilevati rispetto a detta ondulazioni intermedie 21.4 (fig.

9).

Con 23.2 e 23.3 sono indicate rispettivamente le tubazioni di mandata e di ritorno del fluido assorbente calore rispetto al detto collettore solare 23.

Le due ondulazioni estreme 21.3 di detta piastra 21 sopportano, ciascuna sulla sua faccia libera superiore, una rispettiva gui-da rettilinea fissa 24 (fig. 8), ad esempio tubolare metallica. Dette guide 24 sono tra loro parallele ed estese parallelamente al piano mediano verticale trasversale della piastra ondulata 21 (coincidente con la linea di sezione IX-IX in fig. 7). Dette guide 24 si estendono di sbalzo oltre detta piastra 21 da una sola parte, ad esempio verso il colmo del tetto che la piastra ondulata 21 ricopre.

Un collettore 25 a moduli fotovoltaici è fissato su una tavola rigida di supporto 25.1, la quale è montata mobile rispetto al-le dette guide 24 mediante pattini fissi 25.2, impegnati in mo-do scorrevole rispetto alle dette guide 24 stesse. Detta tavola 25.1 è ad esempio costituita da una piastra piana (opportuna-mente nervata) in vetroresina, sulla cui faccia esterna è ap-plicata una disposizione di moduli fotovoltaici formando il collettore 25 ed opportunamente cablati (disposizione di per sé nota e non illustrata).

A monte dell'incavo superiore 21.1, nella piastra 21 è formato un castelletto cavo 22, integrale e rilevato, a pianta essen-zialmente pentagonale con apice rivolto verso il colmo del tet-to per lo scolo delle acque piovane.

Nel detto castelletto 22 è montato, centralmente, un motoriduttore elettrico Mi (fig. 7), reversibile ed il cui albero di uscita presenta asse sostanzialmente ortogonale al detto piano mediano verticale trasversale della piastra ondulata 21. Un pi-gnone Pii (fig. 9) è calettato rispetto a detto albero di usci-ta, in corrispondenza del detto piano mediano.

Sulla faccia inferiore della detta tavola di supporto 25.1 è fissata una cremagliera rettilinea 26, estesa in corrispondenza di detto piano mediano verticale e che ingrana rispetto a detto pignone Pii.

Dei microinterruttori di fine corsa 27 (figg. 7, 8) sono provvisti lungo una delle due guide rettilinee 24 e sono elettrica mente collegati in circuito elettrico rispetto al motore Mi, in modo da arrestarne il funzionamento quando azionati da un orga-no di azionamento 27.1 proteso dalla tavola di supporto 25.1 dal collettore 25.

Un quadro di comando elettrico Q (fig. 7) consente di control-lare la rotazione del motore Mi nel verso desiderato e, quindi, il moto di andata e ritorno e di conseguenza il posizionamento relativo del collettore 25 a moduli fotovoltaici rispetto alle guide 24 fisse rispetto alla piastra 21, che sopporta il collettore solare 23 tra:

- una posizione avanzata, ad esempio verso il colmo del tetto (fig. 6), in cui detto collettore 25 a moduli fotovoltaici è completamente sfalsato rispetto al collettore solare 23, che può quindi ricevere su tutta la sua superficie i raggi solari, e

- una posizione arretrata, ad esempio rispetto al detto colmo (fig. 7), in cui detto collettore 25 a moduli fotovoltaici con la tavola 25.1 copre completamente detto collettore solare 23, a guisa di scudo di protezione. La sovrapposizione del collettore 25 a moduli fotovoltaici rispetto al collettore solare 23 può anche essere parziale, a seconda delle necessità.

Anche in questo caso, è possibile ottimizzare il funzionamento del pannello 20 di captazione di energia solare, ad esempio, mantenendo sempre esposto alla radiazione solare il collettore 25 a moduli fotovoltaici ed esponendo invece il collettore solare 23 solo quando la insolazione è sufficiente ad assicurarne un funzionamento ottimale, e ciò in ridotte dimensioni di in-gombro.

Si noterà, inoltre, la caratteristica vantaggiosa che la piastra ondulata 21, che supporta il sistema di captazione di energia solare a due collettori: solare 23 ed a moduli fotovol-taici 25, costituisce anche mezzo di copertura per il tetto su cui il pannello 20 è installato.

Come risulta da quanto precede, il pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, secondo l'invenzione, conse-gue gli scopi esposti in premessa, in modo semplice ed effica-ce.

Naturalmente, numerose varianti potranno in pratica essere ap-portate rispetto a quanto descritto ed illustrato a solo titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione e quindi dal dominio della presente privativa industriale.

Così la forma, le dimensioni, i materiali dei componenti del pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, secondo l'invenzione, potranno comunque variare.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pannello di captazione di energia solare per tetti e simili, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un collettore so-lare (13, 23) ed almeno un collettore a moduli fotovoltaici (15, 25) funzionalmente combinati per ricevere simultaneamente, in tutto o in parte, oppure alternativamente, l'energia solare.
2. Pannello di captazione di energia solare secondo la rivendi-cazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un collettore di energia solare (13, 23) ed almeno un collettore a moduli fotovoltaici (15, 25) e dei mezzi di controllo (M, PI, P2, C, 14, 14.1, 15.2, 16, 16.1, MI, PII, 24, 25.2, 26) per disporre selettivamente detto almeno un collettore solare (13, 23) e detto almeno un collettore (15, 25) a moduli fotovoltaici in reciproca sovrapposizione, totale o parziale, ovvero in reciproco allontanamento, in modo da consentire l'insolazione, totale o parziale, di tutti i detti collettori, ovvero di alme-no uno di essi.
3. Pannello di captazione di energia solare secondo la rivendi-cazione 1 e/o 2, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un collettore (15, 25) a moduli fotovoltaici disposto scorrevo-le rispetto ad almeno un collettore solare (13, 23).
4. Pannello di captazione di energia solare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un collettore (15, 25) a moduli fotovoltaici è disposto scorrevole su guide (14, 14.1, 24, 25.2) rispetto a det to almeno un collettore solare (13, 23).
5. Pannello di captazione di energia solare secondo la rivendi-cazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette guide (14, 14.1, 24, 25.2) sono fissate rispetto ad una struttura di supporto (11, 21) di detto almeno un collettore solare (13, 23).
6. Pannello di captazione di energia solare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un collettore solare (13, 23) comprende una struttura di supporto (11, 21) portante dei mezzi a motore (M, MI) che controllano selettivamente la mobilità relativa di detto almeno un collettore (15, 25) a moduli fotovoltaici.
7. Pannello di captazione di energia solare secondo la rivendi-cazione precedente, caratterizzato dal fatto che comprende dei mezzi meccanici di trasmissione del moto (PI, P2, C, 14, 14.1, 15.2, 16, 16.1, PII, 24, 25.2, 26) interposti tra detti mezzi a motore (M, MI) e detto almeno un collettore mobile (15, 25).
8. Pannello di captazione di energia solare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un telaio di supporto (11) di almeno un collettore solare (13, 23), il quale porta dei mezzi a motore (M) che con-trollano selettivamente la mobilità relativa di almeno un col-lettore a moduli fotovoltaici (15).
9. Pannello di captazione di energia solare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una piastra di supporto (21) di almeno un collettore solare (13, 23), la quale porta dei mezzi a motore (MI) che controllano selettivamente la mobilità relativa di almeno un collettore a moduli fotovoltaici (25).
10. Pannello di captazione di energia solare secondo la riven-dicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta pia-stra di supporto (21) è conformata ad elemento di copertura di tetto o simili (21.4, 21.1, 21.2, 21.3) ed è fissata sulla in-frastruttura portante (0) di una copertura di un edificio o simili, provvedendo la copertura finita almeno parziale dello stesso.
11. Pannello di captazione di energia solare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un collettore a moduli fotovoltaici (15, 25) comprende una tavola di supporto (15.1, 25.1) che selettivamente è portata a coprire, in modo totale o parziale, almeno un corri-spondente collettore solare (13, 23), a guisa di scudo di pro-tezione.
12. Pannello di captazione di energia solare secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende dei mezzi meccanici di trasmissione del moto a crema-gliera e pignone (15.2, 16.1, PII, 26) interposti tra detti mezzi a motore (M, MI) ed almeno un collettore mobile (15, 25), per controllare la mobilità relativa dello stesso. II tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.