ITUD20060163A1

ITUD20060163A1 - Impianto fotovoltaico

Info

Publication number: ITUD20060163A1
Application number: IT000163A
Authority: IT
Inventors: Stefano Buiani; Eros Miani
Original assignee: Stefano Buiani; Eros Miani
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-12-27
Also published as: DE602007006590D1; EP1873843A2; PT1873843E; EP1873843A3; EP1873843B1; HRP20100453T1; ES2346358T3; SI1873843T1; ATE468614T1

Description

"IMPIANTO FOTOVOLTAICO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un impianto fotovoltaico provvisto di almeno un pannello fotovoltaico per la conversione dell'energia di irraggiamento solare in energia elettrica. In particolare, l'impianto secondo il presente trovato si applica preferibilmente, ma non limitativamente, ad un edificio residenziale o terziario, per fornire sia energia elettrica di uso domestico, sia energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria e/o per funzioni di condizionamento termico degli ambienti interni.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti gli impianti fotovoltaici costituiti sostanzialmente da una pluralità di pannelli fotovoltaici cristallini (silicio policristallino e monoscristallino) od amorfi (thin film al silicio amorfo), atti a trasformare l'energia di irraggiamento solare in energia elettrica.

Gli impianti noti provvedono, mediante specifici apparati ad essi associati, come caldaie, termoconvettori od altro, a utilizzare l'energia elettrica ottenuta per la produzione di acqua calda e/o per integrazioni termiche di condizionamento degli edifici, oltre che per la fornitura di energia elettrica per le diverse utenze dell'edificio.

Un primo inconveniente degli impianti noti è che utilizzano l'energia solare incidente per la produzione diretta di sola energia termica, senza soddisfare pienamente tutte le necessità energetiche di un'utenza domestica o del terziario, ad esempio fornendo anche energia elettrica pura.

Infatti, i pannelli fotovoltaici noti hanno un'efficienza di conversione dichiarata che varia, ad oggi, da circa 5% a circa 25% rispetto alla quantità complessiva di radiazioni solari ricevute, in funzione dei materiali e delle tecnologie presenti sui pannelli stessi.

Tale efficienza dei pannelli viene di norma rilevata in condizioni standard di trasformazione (STC) misurate ad una temperatura ideale di circa 25°C.

Tuttavia, tali pannelli fotovoltaici presentano, nella pratica, inconvenienti dovuti a perdite di efficienza in fase di trasformazione dell'energia, in quanto, per loro conformazione strutturale, la parte di radiazione solare incidente non trasformata in energia elettrica, ovvero circa 80-90%, provoca un aumento della temperatura dei pannelli fotovoltaici stessi, che si trovano in effetti a lavorare a temperature reali di esercizio che variano, a seconda del periodo solare, tra circa 40°C e circa 80°C.

Tali temperature reali di esercizio comportano però perdite di potenza nominale, quantificabili in una riduzione di rendimento tra circa 0.30% e circa 0.60% per ogni grado di scostamento dalla temperatura ideale di 25°C.

Si è verificato, infatti, che nell'arco di un anno solare, la diminuzione di energia prodotta, rispetto al massimo producibile riferito alle condizioni standard STC, è di circa 12-21%.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un impianto fotovoltaico che sia in grado di utilizzare in modo efficace l'energia solare incidente sui suoi pannelli per fornire sia energia elettrica di uso domestico, sia energia termica per il riscaldamento e condizionamento.

Altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un impianto fotovoltaico che, in condizioni reali di esercizio abbia un rendimento migliorato rispetto a quelli noti.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed altri scopi e vantaggi, i Richiedenti hanno studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione indipendente.

Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell'idea di soluzione principale.

In accordo con il suddetto scopo, un impianto fotovoltaico secondo il presente trovato comprende mezzi fotovoltaici, quali ad esempio uno o più pannelli fotovoltaici, aventi una superficie atta ad essere esposta ai raggi solari per ricevere la relativa energia di irraggiamento solare e convertire almeno una parte di questa energia in energia elettrica.

Secondo un aspetto caratteristico del presente trovato, l'impianto comprende inoltre mezzi di recupero dell'energia termica associati a detti mezzi fotovoltaici, i quali recuperano almeno una parte dell'energia di irraggiamento ricevuta dalla superficie, e non convertita dai mezzi fotovoltaici in energia elettrica.

Infatti, come noto, i mezzi fotovoltaici convertono in energia elettrica solo una parte dell'energia di irraggiamento ricevuta dalla superficie, mentre la parte restante comporta lo sviluppo di un determinato quantitativo di calore sulla superficie stessa, con conseguente surriscaldamento dei mezzi fotovoltaici.

Con il presente trovato si può così, da un lato, recuperare il calore che si sviluppa sulla superfieie dei mezzi fotovoltaici in modo da fornire energia termica utilizzabile per il riscaldamento ed il condizionamento, e, dall'altro lato, utilizzare direttamente l'energia elettrica trasformata dai mezzi fotovoltaici per fornire l'alimentazione elettrica di uso domestico, con miglioramento di efficienza dell'impianto.

In questo modo, si ha, a parità di potenza dell'impianto fotovoltaico, la fornitura sia di energia termica, sia di energia elettrica.

I Richiedenti hanno sperimentato che con il presente trovato si ha un aumento dell'efficienza nella trasformazione fotovoltaica dell'energia incidente con un incremento di circa 10-20% dell'energia elettrica prodotta annualmente rispetto ad un impianto fotovoltaico di tipo noto, ad esempio un impianto fotovoltaico per un'utenza media residenziale, ossia di circa 30 m<2>di superficie fotovoltaica .

Inoltre, considerando anche l'energia termica fornita dai mezzi di recupero dell'energia termica, si raggiunge un'efficienza di captazione combinata, rispetto all'energia elettrica e termica complessiva, che si aggira intorno a circa 90-95% dell'energia di irraggiamento solare ricevuta dalla superficie dei mezzi fotovoltaici.

In questo modo, con l'energia termica recuperata dall'impianto fotovoltaico secondo il presente trovato, è possibile soddisfare il fabbisogno termico annuo di un edificio residenziale sia durante la stagione invernale, sia durante la stagione estiva, senza la necessità di utilizzare impianti potenziati.

Pertanto, oltre alla doppia e contemporanea fornitura di energia termica ed elettrica, l'impianto fotovoltaico secondo il presente trovato ha anche un aumento del suo rendimento di trasformazione energetica, in quanto i mezzi di recupero dell'energia termica, assorbendo calore dalla superficie dei mezzi fotovoltaici, riducono la temperatura reale di esercizio di questi ultimi, avvicinandola il più possibile a quella ideale di trasformazione (STC).

Infatti, si è notato che con il presente trovato l'efficienza di trasformazione elettrica dei mezzi fotovoltaici è sostanzialmente pari ad almeno 100% rispetto al nominale STC.

La soluzione del presente trovato è utilizzabile in modo ugualmente vantaggioso sia su mezzi fotovoltaici già installati, sia su mezzi fotovoltaici da installare.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fig. 1 illustra una vista in pianta di un impianto fotovoltaico secondo il presente trovato;

- la fig. 2 illustra una vista dal basso dell'impianto fotovoltaico di fig. 1 - la fig. 3 illustra un ingrandimento di una sezione lungo la linea III-III di fig 2.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI

REALIZZAZIONE

Con riferimento alle figure allegate, un impianto fotovoltaico 10 secondo il presente trovato è atto ad essere installato su una superficie esposta al sole, ad esempio un tetto, un terrazzo od altra, di un edificio residenziale o terziario, per fornire, allo stesso tempo, sia energia elettrica di uso domestico, che energia termica per il riscaldamento dell'acqua sanitaria e/o il condizionamento della temperatura interna degli ambienti.

In particolare, l'impianto fotovoltaico 10 secondo il trovato comprende un pannello 11 avente una determinata superficie 12 di esposizione al sole di forma sostanzialmente rettangolare. Il pannello 11 è composto da un vetrocamera 14 e da una pluralità di celle fotovoltaiche 13, nel caso di specie trentasei, atte a ricevere l'energia di irraggiamento emessa dal sole per trasformarla, secondo percentuali intrinseche di funzionamento, ossia di efficienza, del pannello 11 stesso, in energia elettrica

Con riferimento alla fig. 2, sulla superficie di fondo del pannello 11 è prevista una scatola elettrica di collegamento 16, di tipo sostanzialmente noto, la quale, mediante relativi connettori 16a e 16b, permette di alimentare un impianto elettrico dell'edificio su cui l'impianto fotovoltaico 10 è installato.

L'impianto fotovoltaico 10 comprende inoltre uno scambiatore di calore 15 disposto inferiormente al pannello 11 (fig. 3), ed atto ad assorbire il calore normalmente generato dal pannello 11, per effetto della mancata trasformazione della totalità dell'energia di irraggiamento ricevuta.

Come noto, i pannelli 11 trasformano soltanto il 10-20% dell'energia di irraggiamento in energia elettrica, mentre il restante 80-90% dell'energia si dissipa dal pannello 11 sotto forma di calore. In particolare, lo scambiatore di calore 15 si estende lungo tutta la superficie inferiore del pannello 11 ed è separato da quest'ultimo per mezzo di uno strato 19 di materiale termoconduttore, quale ad esempio pasta all'ossido di titanio o all'ossido di bario, un foglio di alluminio bi-adesivo od altro, atto a definire un ponte termico fra i due.

Lo scambiatore di calore 15 può essere costituito sostanzialmente da un qualsiasi tipo di scambiatore noto, quale ad esempio uno scambiatore a batteria alettata, a piastra, a doppio foglio di alluminio (roll bond), od altri noti, in cui è atto a scorrere un fluido termovettore.

Il fluido termovettore viene immesso nello scambiatore di calore 15 attraverso un condotto di entrata 20 (figg. 1 e 2) ad una prima temperatura, e fuoriesce dallo scambiatore di calore 15 attraverso un condotto di uscita 21 ad una seconda temperatura, superiore alla prima.

Il fluido termovettore che fuoriesce dal condotto di uscita 21 viene immesso, vantaggiosamente, in un circuito termoidraulico dell'edificio su cui l'impianto fotovoltaico 10 è installato, in modo da fornire l'energia termica necessaria al fabbisogno sanitario e di condizionamento.

È ovvio che lo scambiatore di calore 15 può essere ugualmente utilizzato al solo scopo di effettuare un raffreddamento del pannello 11, senza necessariamente alimentare un'utenza termica.

L'impianto fotovoltaico 10 comprende inoltre uno strato isolante 22 (figg. 2 e 3), disposto inferiormente allo scambiatore di calore 15, in modo da limitare al minimo le accidentali dissipazioni di calore che si possono verificare.

Nella fattispecie, l'impianto 10 comprende un telaio 23 che mantiene assemblati fra loro il pannello 11, lo strato termoconduttore 19, lo scambiatore di calore 15 e lo strato isolante 22. Il telaio 23 è disposto perimetralmente ai componenti che mantiene assemblati, ed è atto a permettere anche il fissaggio, ad esempio mediante viti, non illustrate, dell'impianto fotovoltaico 10 alla relativa superficie di esposizione al sole.

E<1>chiaro che all'impianto fotovoltaico 10 descritto possono essere apportate modifiche e/o aggiunte, senza uscire dall'ambito del trovato.

Rientra anche nell'ambito del presente trovato prevedere che al posto del pannello 11, siano previste una o più celle fotovoltaiche 13, disposte singolarmente ed integrate in contatto termico con lo scambiatore di calore 15.

E<1>anche chiaro che, sebbene il trovato sia stato descritto con riferimento ad esempi specifici, un esperto del ramo potrà realizzare forme equivalenti di impianto fotovoltaico, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi rientranti nell'ambito di protezione da esse definito.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Impianto fotovoltaico comprendente mezzi fotovoltaici (11) aventi una determinata superficie (12) atta ad essere esposta ai raggi solari per ricevere la relativa energia di irraggiamento solare ed a convertire almeno una parte di detta energia di irraggiamento in energia elettrica, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi di recupero dell'energia termica (15) associati a detti mezzi fotovoltaici (11) per recuperare almeno una parte dell'energia di irraggiamento ricevuta da detta superficie (12) e non convertita in energia elettrica da detti mezzi fotovoltaici (11).
2. Impianto come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi fotovoltaici comprendono almeno un pannello (11) composto da uno strato in vetro (14) e da una pluralità di celle fotovoltaiche (13), atte a ricevere l'energia di irraggiamento emessa dal sole per trasformarla in energia elettrica.
3. Impianto come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi fotovoltaici (11) comprendono mezzi di collegamento (16), di tipo elettrico ed atti ad alimentare un relativo impianto elettrico.
4. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di recupero dell'energia termica comprendono uno scambiatore di calore (15) disposto adiacente a detti mezzi fotovoltaici (11).
5. Impianto come nella rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto scambiatore di calore (15) comprende un condotto di entrata (20) attraverso il quale viene immesso un fluido termovettore, un condotto di uscita (21) attraverso cui fuoriesce detto fluido termovettore, dopo aver effettuato uno scambio termico con detti mezzi fotovoltaici (11).
6. Impianto come nella rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che fra detti mezzi fotovoltaici (11) e detto scambiatore di calore (15) è previsto almeno uno strato (19) di materiale termoconduttore .
7. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre uno strato isolante (22) disposto inferiormente a detti mezzi di recupero dell'energia termica (15).
8. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che com prende inoltre un telaio (23) atto a mantenere assemblati fra loro almeno detti mezzi fotovoltaici (11) e detti mezzi di recupero dell'energia termica (15).
9. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di recupero dell'energia termica (15) sono disposti a contatto con detti mezzi fotovoltaici (11).
10. Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di recupero dell'energia termica (15) sono disposti distanziati da detti mezzi fotovoltaici (11).
11. Impianto come nella rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di recupero dell'energia termica (15) sono disposti al di sotto di detti mezzi fotovoltaici (11).
12. Impianto fotovoltaico sostanzialmente come descritto, con riferimento agli annessi disegni.