ITVR20100020A1 - Collettore fotovoltaico - Google Patents

Description

TITOLO: COLLETTORE FOTOVOLTAICO

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

5 La presente invenzione è generalmente applicabile ai settore tecnico dei pannelli solari per uso fotovoltaico, ed ha particolarmente per oggetto un collettore fotovoltaico.

Più in dettaglio, la presente invenzione ha per oggetto un collettore fotovoltaico modulare.

10 Stato deila Tecnica

Uno dei problemi più sentiti in questi anni è quello di cercare sorgenti di energia che siano rinnovabili. Infatti, è sempre più sentita la necessità di affrancarsi dalla dipendenza da fonti energetiche non rinnovabili e quindi soggette non solo a divenire più costose, ma 15 anche ad esaurirsi nel tempo.

Un ulteriore inconveniente delle fonti energetiche non rinnovabili è costituito dal fatto che esse sono generalmente inquinanti. Alcuni esempi sono costituiti dalle centrali elettriche a combustione fossile, a gas naturale o che utilizzano derivati dei petrolio come combustibile 20 per l’alimentazione di turbine che movimentano dinamo generanti energia elettrica. In questi casi, i fumi e I residui dì combustione contengono elementi altamente inquinanti.

Altri esempi dì centrali elettriche utilizzanti fonti energetiche non rinnovabili e potenzialmente pericolose sono le centrali nucleari. Come 25 noto, in questo caso i residui del processo di produzione di energia elettrica sono particolarmente pericolosi essendo radioattivi. Inoltre, il processo deve essere monitorato con particolare attenzione e la centrale deve essere costruita secondo standard elevati poiché un guasto o una perdita si traduce in un disastro ambientale e nella 5 perdita di numerose vite umane.

Per superare i suddetti inconvenienti sono note tipologie differenti di centrali elettriche utilizzanti fenomeni naturali. Un esempio particolarmente diffuso sono le centrali idroelettriche, ossia centrali che utilizzano la forza dì caduta o scorrimento di un flusso di acqua 10 per movimentare le suddette dinamo. Altri esempi sono centrali eoliche o centrali che sfruttano il moto ondoso dei mari.

Un'altra fonte energetica rinnovabile utilizzata è il sole. Sono noti infatti degli elementi, chiamati celle fotovoltaiche, che trasformano l’energia solare che ricevono in energia elettrica. Sulla base di tali 15 elementi sono particolarmente diffusi i pannelli o collettori fotovoltaici, ossia un insieme di numerose celie fotovoltaiche associate in un unico collettore e che sommano la loro opera di trasdurre i raggi solari che le colpiscono in corrente elettrica immagazzinabile o comunque di potenza utilizzabile direttamente.

20 Tuttavia, un problema delle celle fotovoltaiche è il loro degrado e la loro obsolescenza. In altre parole, non solo le celle fotovoltaiche diminuiscono le prestazioni con il tempo, ma la ricerca in questo campo è tale che vi sono continui sviluppi volti ad aumentarne l'efficienza di trasduzione. Infatti, le celle fotovoltaiche note hanno 25 un'efficienza di trasduzione abbastanza bassa per cui qualsiasi miglioramento consente guadagni elevati.

Un inconveniente dei pannelli fotovoltaici noti è che essi sono un insieme rigido di celie fotovoltaiche, ossia ogni pannello o collettore fotovoltaico è formato da un insieme non scindibile di celle. Ciò significa che il danneggiamento o il degrado accelerato di alcune di esse costringe alla sostituzione dell’intero pannello.

Ancora, l’evoluzione tecnica, come detto, riguarda le sole celle e non l’intero pannello. Tuttavia, qualora si volesse aggiornare il collettore fotovoltaico con le celle di ultima generazione è necessario procedere alla sostituzione dell’intero collettore, anche nella parti in realtà riutilizzabili. Ciò si tramuta in alti costi di aggiornamento tecnologico del generatore fotovoltaico nel suo complesso.

Sono anche noti collettori fotovoltaici formati dall’unione di pannelli di dimensioni limiate. Tali collettori altro non sono che la giustapposizione di piccoli pannelli a loro volta costituiti da un numero seppur contenuto dì celle fotovoltaiche. È evidente che tale soluzione, pur migliorando la situazione rispetto agli inconvenienti sopra elencati, non è ancora sufficiente a superarli.

Presentazione dell'invenzione

Scopo delia presente invenzione è quello di superare almeno parzialmente gii inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un collettore solare che consenta di aggiornare tecnologicamente le celle fotovoltaiche da esso utilizzate con costi contenuti rispetto alla tecnica nota.

Un altro scopo è mettere a disposizione collettori solari in cui sia possibile sostituire facilmente e con costi contenuti celle fotovoltaiche degradate o guaste.

Tali scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un collettore fotovoltaico in accordo con la rivendicazione principale. Forme di realizzazione vantaggiose dell’invenzione sono definite in accordo con le rivendicazioni dipendenti.

Secondo un aspetto del l'invenzione, il collettore fotovoltaico potrà comprendere una pluralità di celle fotovoltaiche ciascuna associata ad un elemento generatore.

Quest’ultimo tipicamente potrà comprendere anche dissipatori termici e porzioni circuirtali per il trattamento della corrente elettrica generata.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il collettore potrà comprendere almeno un corpo di supporto che include almeno una sede che accoglie ciascun elemento generatore.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il collettore potrà comprendere mezzi di fissaggio amovibile dell'elemento generatore nella rispettiva sede per consentire la rimozione di un sottoinsieme di celle appartenenti alla pluralità di celle fotovoltaiche installate nel collettore.

L’utilizzo di mezzi di fissaggio amovibile, tipicamente ma non necessariamente costituiti da mezzi a vite, mezzi a scatto o similari, consente quindi la facile rimozione di un qualsiasi elemento generatore per aggiornamento o per manutenzione senza dover fermare la produzione energetica del collettore e senza dover rimuovere o sostituire l’intero collettore.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione il corpo di supporto è un corpo scatolare avente almeno una prima porzione di parete perimetrale in cui sono presenti una o più lenti ed almeno una seconda porzione di parete perimetrale in cui sono presenti uno o più fori passanti costituenti le sedi.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, il collettore fotovoltaico potrà comprendere almeno un elemento di protezione e convogliamento di radiazioni elettromagnetiche posizionato internamente al corpo scatolare e comprendente un corpo cavo aperto alle due estremità, una prima delle quali essendo disposta in corrispondenza di almeno una delle lenti. La seconda estremità è disposta in corrispondenza di almeno uno dei fori passanti ed è suscettibile di accogliere almeno una porzione del elemento generatore almeno parzialmente inserito nel foro passante.

Tale elemento di protezione e convogliamento, quindi, consente di convogliare tutta la radiazione elettromagnetica passante per la lente verso la cella fotovoltaica, aumentando la resa della stessa. Inoltre, l’elemento di protezione e convogliamento può essere opportunamente sagomato per consentire di disporre le celle fotovoltaiche e le rispettive lenti in posizione reciproca qualsivoglia, anche non allineata. Ciò consente di essere liberi nel progettare il corpo scatolare nel modo più adatto alla specifica applicazione.

Inoltre, secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, l'elemento di protezione e convogiiamento può essere associato ermeticamente al corpo scatolare, in questo caso è possibile condizionare l'ambiente

interno dello stesso per proteggere, come sì vedrà approfonditamente

in seguito, la cella fotovoltaica del elemento generatore.

5 Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune

forme di realizzazione preferite ma non esclusive di un collettore fotovoltaico secondo l'invenzione, illustrate a titolo di esempio non

10 limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la FIG. 1 è una vista assonometrica del collettore secondo l’invenzione in una prima posizione operativa;

la FIG. 2 è una vista assonometrica di alcuni particolari di FIG,

1;

15 la FIG. 3 è una vista assonometrica di alcuni particolari di FIG.

<::>1 ;

la FIG. 4 è una vista assonometrica del collettore secondo l'invenzione in una seconda posizione operativa;

la FIG. 5 è una vista assonometrica di alcuni particolari del

20 collettore secondo l'invenzione.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito

Con riferimento alle figure citate, si descrive un collettore fotovoltaico 1 di tipo modulare.

In particolare, esso comprende almeno un corpo di supporto 2

25 provvisto di una o più sedi 3 nelle quali trovano posto rispettivi

elementi generatori 4, Tipicamente in ogni sede 3 si dispone un elemento generatore 4; tuttavia ciò non deve essere considerato limitativo per differenti forme di esecuzione dove per ogni sede possono trovare posto più elementi generatori. In ogni caso, ciascun elemento generatore 4 è responsabile della generazione di corrente elettrica e in tal senso comprende almeno una cella fotovoltaica 5 per trasdurre le radiazioni elettromagnetiche ricevute.

Tipicamente un elemento generatore 4 conterrà una singola cella fotovoltaica 5, ma ciò non deve essere interpretato in senso limitativo potendo un singolo elemento generatore 4 contenere anche più di una cella fotovoltaica 5.

Inoltre, ciascun elemento generatore 4 comprende porzioni di circuiti elettronici 5a per trattare e stabilizzare la corrente elettrica generata dalla cella fotovoltaica 5. Saranno presenti anche mezzi di dissipazione del calore e coilegamenti elettrici tra gli elementi generatori 4 ed un pannello elettrico generale del collettore 1.

Secondo un aspetto dell'invenzione, il collettore fotovoltaico 1 comprende mezzi di fissaggio amovibile di ciascun elemento generatore 4 in una rispettiva sede 3. Tali mezzi di fissaggio amovibile possono avere forme di esecuzione le più svariate purché consentano di poter staccare facilmente l’elemento generatore 4 dal corpo di supporto 2. Alcuni esempi sono mezzi a vite oppure mezzi a scatto.

I mezzi di fissaggio amovibile, quindi, consentono di vincolare l’elemento generatore 4 al corpo di supporto 2 permettendone, tuttavia, la facile rimozione per sostituzione o manutenzione. Si osserva anche che in questo modo è possibile sostituire o rimuovere per manutenzione un singolo elemento generatore 4 anche mentre il

collettore fotovoltaico 1 è in funzione.

Ciò che si osserva è che è possibile sostituire i singoli elementi

5 generatori 4 senza dover cambiare l’intero collettore 1 e senza dover

sostituire gli altri elementi generatori. Di conseguenza, a differenza

dell'arte nota, è possibile rimuovere dal collettore 1 un sottoinsieme o

addirittura una sola delle celle fotovoltaiche 5 in esso presenti. In

questo caso, quindi, il risparmio in termini economici e di tempi di

10 manutenzione è notevole, senza contare che è possibile assicurare

aiti valori di efficienza del collettore 1 potendo sostituire elementi generatori 4 singoli, con le celle fotovoltaiche 5 in esso presenti, che

dovessero danneggiarsi o che avessero un degrado improvviso, cosa

non possibile nell’arte nota se non sostituendo l'intero collettore.

15 inoltre, sia la manutenzione che l’aggiornamento degli elementi generatori 4 a elementi generatori con celle fotovoltaiche 5 tecnologicamente più avanzate può avvenire a collettore 1 in funzione,

con ciò diminuendo i disagi per l’utenza e la perdita economica dovuta

allo spegnimento.

20 Ancora, soprattutto in caso di collettori 1 particolarmente estesi i e provvisti di grandi quantità di elementi generatori 4, l'aggiornamento tecnologico potrebbe essere particolarmente costoso. Nel caso del

collettore 1 dell’invenzione è tuttavia possibile effettuare l'aggiornamento per gradi, potendo sostituire anche solo alcuni

25 elementi generatori 4 per volta.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il corpo di supporto 2 è costituito da un corpo scatolare 10 avente almeno una prima porzione 11 di parete perimetrale 12 in cui sono presenti una o più lenti 13. È anche presente almeno una seconda porzione 14 di parete perimetrale 12 in cui sono presenti uno o più fori passanti 15, questi ultimi costituendo le sopra citate sedi 3.

Ciascun foro passante 15 accoglie amovibilmente, quindi, almeno un rispettivo elemento generatore 4. Quest'ultimo è preferibilmente, ma non necessariamente, almeno parzialmente inserito nel rispettivo foro passante 15, in particolare con la porzione su cui poggia la cella fotovoltaica 5. In tale configurazione è evidente che mezzi a scatto o mezzi a vite sono forme di esecuzione particolarmente vantaggiose dei mezzi di fissaggio amovibile dell’elemento generatore 4 al corpo di supporto 2.

Si noti che tale forma di esecuzione del corpo di supporto è solo un esempio di possibile realizzazione dello stesso e non deve essere considerato limitativo per differenti forme di esecuzione.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, il collettore fotovoltaico 1 comprende almeno un elemento di protezione e convogliamento di radiazioni elettromagnetiche 20 posizionato internamente al corpo scatolare 10 e comprendente un corpo tubolare cavo 21 aperto alle due estremità. Una prima estremità 22 è disposta in corrispondenza di almeno una delle lenti 13, mentre la seconda estremità 23 è disposta in corrispondenza di almeno uno dei fori passanti 15, Lo stesso corpo tubolare cavo 21, inoltre, accoglie al proprio interno almeno una porzione dell’elemento generatore 4, Tale elemento di protezione e convogliamento 20, come anticipato, consente di convogliare tutta la radiazione elettromagnetica passante per la lente 13 verso il rispettivo elemento generatore 4 aumentando la resa del collettore 1. In quest’ottica, secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione la superficie interna del corpo cavo 21 dell'elemento di protezione e convogliamento 20 è riflettente le radiazioni elettromagnetiche.

Tipicamente il corpo cavo 21 ha una forma sostanzialmente troncoconica. Tuttavia esso può essere opportunamente sagomato per consentire di disporre i elementi generatori 4 e le rispettive lenti 13 in posizione reciproca qualsivoglia, anche non allineata. Ciò consente di essere liberi nei progettare il corpo scatolare 10 nel modo più adatto alla specifica applicazione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, ciascun corpo cavo 21 presenta la prima estremità 25 accoppiata alla prima porzione 11 di parete perimetrale 12 del corpo scatolare 10 con l'ausilio di mezzi di chiusura ermetica, tipicamente costituiti da colle e/o guarnizioni. Analogamente, la seconda estremità 26 è accoppiata alla seconda porzione 14 di parete perimetrale 12 con l'ausilio di mezzi di chiusura ermetica. In tal modo si costituisce un corpo ermeticamente chiuso contenente una porzione di elemento generatore 4 comprendente la cella fotovoltaica 5. Quest’ultima risulta quindi protetta in particolare dagli agenti atmosferici esterni.

È anche possibile prevedere che l'ambiente interno del corpo ermeticamente chiuso sia condizionato per esempio mettendolo sottovuoto o inserendo gas inerti. Poiché il collettore fotovoltaico 1 è sottoposto a grandi sbalzi di temperatura, ciò consente di evitare il formarsi dì umidità all’interno del corpo ermeticamente chiuso che comprometterebbe la resa del singolo elemento generatore 4.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, all'interno del corpo scatolare 10 sono presenti uno o più elementi di compensazione 30 delle variazioni di pressione interne al corpo ermeticamente chiuso. Infatti, i forti sbalzi di temperatura cui il collettore 1 è sottoposto provocano forti sbalzi di pressione all’interno del corpo ermeticamente chiuso, col rischio di danneggiare l’elemento generatore 4 e, in particolare, la cella fotovoltaica 5,

Un esempio di realizzazione dell'elemento di compensazione 30 è costituito da un serbatoio 31 di fluidi idraulicamente collegato al volume interno del corpo ermeticamente chiuso. Le variazione di pressione si scaricano quindi sul fluido contenuto nel serbatoio 31.

Analogamente al corpo cavo 21, anche il corpo scatolare 10 può essere ermeticamente chiuso per migliorare la protezione di quanto in esso contenuto.

Al fine di aumentare la resa di trasduzione delle radiazioni elettromagnetiche di provenienza solare in energia elettrica, il collettore fotovoltaico 1 dovrebbe essere sempre rivolto verso il sole. A tal fine, esso comprende una struttura di supporto 35 del corpo scatolare 10 avente almeno una porzione di appoggio 36 ad una superficie di supporto S e mezzi di movimentazione 37 del corpo scatolare 10 rispetto a tale superficie di supporto S.

Nella forma di esecuzione che si descrive, la parte che deve essere rivolta verso il sole è evidentemente la prima porzione 11 di parete perimetrale 12. Per ottenere ciò, i mezzi di movimentazione 37 comprendono mezzi di rotazione 38 del corpo scatolare 10 secondo almeno due assi di rotazione distinti tra loro. Nella forma di esecuzione che si descrive ciò è ottenuto mediante una combinazione di rotaie 39 e cremagliere 40 azionate mediante motori 41 tipicamente elettrici.

Vantaggiosamente, le rotaie 39 e le cremagliere 40 potranno essere realizzate mediante elementi tubolari cavo, opportunamente sagomati e ai quali potranno essere accoppiati, ad esempio mediante incollaggio, elementi laminari ondulati.

Alla luce di quanto precede, si comprende che il collettore fotovoltaico proposto raggiunge gli scopi prefissati e, in particolare, supera gli inconvenienti dell’arte nota consentendo di aggiornare tecnologicamente le celle fotovoltaiche da esso utilizzate con costi contenuti rispetto alla tecnica nota.

A ben vedere, con il collettore fotovoltaico dell'invenzione è possibile sostituire facilmente e con costi contenuti celle fotovoltaiche degradate o guaste.

Il collettore fotovoltaico secondo l’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dalt’ambito del trovato.

Anche se il collettore fotovoltaico è stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (10)

1. TITOLO: COLLETTORE FOTOVOLTAICO RIVENDICAZIONI 1. Un collettore fotovoltaico comprendente: 5 - una pluralità di celle fotovoltaiche (5) ciascuna associata ad un elemento generatore (4); almeno un corpo di supporto (2) che include almeno una sede (3) per detto elemento generatore (4); mezzi per il fissaggio amovibile di detto elemento generatore 10 (4) in detta almeno una sede (3) per consentire la rimozione di un sottoinsieme di detta pluralità di celle fotovoltaiche (5).
2. 2. Collettore fotovoltaico secondo la rivendicazione 1 , in cui detto corpo di supporto (2) è costituito da un corpo scatolare (10) avente una parete perimetrale (12), almeno una prima porzione (11) di 15 detta parete perimetrale (12) includendo una o più lenti (13) ed almeno una seconda porzione (14) di detta parete perimetrale (12) comprendendo almeno un foro passante (15) che definisce detta almeno una sede (3).
3. 3. Collettore fotovoltaico secondo la rivendicazione 1 o 2, in 20 cui detti mezzi di fissaggio amovibile comprendono mezzi a vite.
4. 4. Collettore fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di fissaggio amovibile comprendono mezzi a scatto.
5. 5. Collettore fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, comprendente almeno un elemento di protezione e convogliamento di radiazioni elettromagnetiche (20) posizionato internamente a detto corpo scatolare (10) e comprendente un corpo tubolare cavo (21) avente una prima estremità (22) posta in corrispondenza di almeno una di dette lenti (13) ed una seconda estremità (23) posta in corrispondenza di detto almeno un foro passante (15) per accogliere almeno una porzione di detto elemento generatore (8).
6. 6. Collettore fotovoltaico secondo la rivendicazione 5, in cui detto corpo tubolare cavo (21) di detto elemento di protezione e convogliamento (20) ha una forma sostanzialmente troncoconica e presenta la superficie interna riflettente radiazioni elettromagnetiche.
7. 7. Collettore fotovoltaico secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto corpo tubolare cavo (21) presenta detta prima estremità (22) accoppiata a tenuta ermetica con detta prima porzione (11) di parete perimetrale (12) e detta seconda estremità (23) accoppiata a tenuta ermetica con detta seconda porzione (14) di parete perimetrale (12) in modo da formare un corpo ermeticamente chiuso.
8. 8. Collettore fotovoltaico secondo la rivendicazione 7, comprendente almeno un elemento di compensazione (30) delle variazioni di pressione interne di detto corpo ermeticamente chiuso.
9. 9. Collettore fotovoltaico secondo la rivendicazione 8, in cui detto elemento di compensazione (30) comprende un serbatoio di fluidi (31) idraulicamente collegato al volume interno di detto corpo ermeticamente chiuso.
10. 10. Collettore fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di movimentazione (37) di detto corpo di supporto (2).