PT103479B - Estrutura solar modular multifunções - Google Patents

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Abstract

A PRESENTE INOVAÇÃO (FIG.2) NA ÁREA DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS, TRATA E DESCREVE UMA ESTRUTURA SOLAR MODULAR MULTIFUNÇÕES PARA O APROVEITAMENTO DA ENERGIA DO SOL E RESPECTIVAS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS (OBJECTO DE REIVINDICAÇÃO), FORMADA POR RECEPTORES SOLARES ROTATIVOS DE BAIXO PESO COM BIVALÊNCIA TÉRMICA OU FOTOVOLTAICA (A) E COLUNAS TÉCNICAS DE SUPORTE (E). DEVIDO À SUA FLEXIBILIDADE MODULAR, ESTA ESTRUTURA PERMITE: UMA MONTAGEM FÁCIL E PROGRESSIVA, EM LOCAIS EXPOSTOS AO SOL, DESDE ÂNGULOS NEGATIVOS ATÉ 90º; UM POSICIONAMENTO SOLAR FIXO, MANUAL, OU ORIENTÁVEL POR MICROPROCESSADOR; UMA FUNÇÃO MULTIUSOS DE INTEGRAÇÃO ARQUITECTÓNICA. ESTAS INOVAÇÕES CONSTITUEM SOLUÇÃO PARA OS PROBLEMAS DOS TRADICIONAIS PAINÉIS/COLECTORES SOLARES: POSIÇÃO SOLAR FIXA CONDICIONADA A CERTOS ÂNGULOS QUE INVIABILIZAM, SOB O PONTO DE VISTA DE RENDIMENTO ENERGÉTICO, MONTAGENS NA VERTICAL; PESO E DIMENSÕES ELEVADAS EXIGINDO, POR VEZES, PARA UM BOM POSICIONAMENTO, ESTRUTURAS DE SUPORTE PESADAS E INESTÉTICAS; OCUPAÇÃO DE ESPAÇO, NORMALMENTE SEM QUALQUER OUTRO APROVEITAMENTO.

Description

Descrição
Estrutura Solar Modular Multifunções
A presente inovação insere-se na área das Energias Renováveis e diz respeito à apresentação de uma Estrutura Solar Modular Multifunções para o aproveitamento da energia do sol, que substitui e constitui solução técnica para os seguintes problemas dos actuais painéis/colectores solares:
Posição solar fixa condicionada a certos ângulos que inviabilizam, sob o ponto de vista de rendimento energético, montagens na vertical.
Peso e dimensões elevadas exigindo, por vezes, para um bom posicionamento, estruturas de suporte pesadas e inestéticas.
Ocupação de espaço, normalmente sem qualquer outro aproveitamento e habitualmente em cima de telhados ou terraços.
Difícil integração como elemento arquitectónico.
Esta Estrutura Solar (Fig.l e 2) pode ser constituída por um número variável de Receptores (A) Térmicos e/ou Fotovoltaicos e Colunas Técnicas de Suporte (B) . De montagem fácil e progressiva, pode para além do seu objectivo principal de aproveitamento solar térmico e/ou fotovoltaico, desempenhar complementarmente as seguintes funções:
Sombreamento de fachadas de edifícios, janelas de gabinetes de trabalho, parques de estacionamento etc.
Cobertura (função telha) de jardins, zonas de passagem ou outros espaços.
Estes receptores podem ser solar fixo, ou possuírem um azimute ou latitude) gerido montados com posicionamento mecanismo de seguimento (em por microprocessador que os mantém sempre orientados na direcção do sol e lhes assegura o máximo permite ângulos ângulos mais de aproveitamento energético.
que a Estrutura Solar negativos Fig.5 (a), na positivos Fig.5(c) ou variados espaços expostos ao sol: varandas, estendais,
Esta possa ser horizontal na vertical com com nos
1/7 terraços, telhados (mesmo virados a norte), muros separadores, paredes etc. A instalação na posição vertical permite ainda a substituição de elementos arquitecturais como guarda-corpos utilizados em varandas, terraços, copas de cozinhas, estendais etc. Esta flexibilidade constitui um factor determinante para a oportunidade do aproveitamento individualizado da energia solar em edifícios de apartamentos.
Receptores Solares fig.3 e fig.4
São formados no seu exterior por um tubo em material transparente ou translúcido (2) de forma circular, elíptica ou outra, de comprimentos e larguras de secção variáveis. Consoante o uso a que se destinam, existem dois tipos: Receptores Térmicos ou Receptores Fotovoltaicos. Ambos podem incorporar ou não uma Lâmina Multifunções (7) o que lhes permite, para além do aproveitamento energético, a função Sombreamento e/ou função Telha.
A Fig.3 e a Fig.4 representam o esquema de um Receptor Térmico e Receptor Fotovoltaico respectivamente.
A descrição dos elementos numerados nas figuras 2,3 e 4 é a seguinte:
Revestimento metálico (1)
Este revestimento metálico é instalado normalmente só nos Receptores que incorporam uma Lâmina Multifunções (7). É neste revestimento em cada um dos topos que essa lâmina é fixada. No entanto, nos Receptores sem lâmina, este revestimento pode também ser aplicado por razões estéticas.
Tubo exterior dos Receptores (2)
Constitui Térmicos. receptor, no seu pode ser obrigatoriamente o invólucro dos A sua função para além de dar é proteger do exterior os elementos que interior e isolá-los termicamente.
em acrílico (PMMA) resistente a raios UV e intempéries assegura em conjunto com as duas tampas (8), um excelente isolamento térmico (condutividade térmica de 0,21 W/mK contra 1,2 W/mK para o vidro) e uma elevada transparência aos raios infravermelhos responsáveis aquecimento. Nos Receptores Fotovoltaicos este exterior poderá eventualmente não existir.
Receptores rigidez ao estão Este tubo que raios UV e a pelo tubo
Tubo interior fixo (3)
2/7
Este tubo em cobre em contacto com o tubo exterior rotativo (4), assegura a transmissão do calor ao fluído que passa no seu interior. Nota: Este tubo não existe nos Receptores Fotovoltaicos).
Tubo interior rotativo (4)
No caso dos Receptores Térmicos é neste tubo (em cobre) que é soldada a lâmina que suporta o revestimento selectivo onde é gerado o calor recebido do sol. 0 tubo ao ficar à mesma temperatura da lâmina, transmite esse calor por contacto ao tubo interior fixo (3). Nos Receptores Fotovoltaicos o mesmo tubo (em cobre ou noutro material) suporta a lâmina com as células fotovoltaicas e é através dele que passa a cablagem para dentro da Coluna Técnica. Quer num tipo de receptor quer noutro, é ainda este tubo que assegura o movimento dos receptores em torno das chumaceiras (13).
Lâmina de suporte (5)
Esta lâmina é soldada ao tubo (4) . É ela que suporta o revestimento selectivo (Tinox® ou outro tipo) ou as células fotovoltaicas.
Células de posição (6) e Microprocessador (9)
Estas 5 células de posição, em conjunto com o microprocessador (9) instalado numa das Colunas Técnicas de Suporte, garantem a informação necessária ao seguimento do sol segundo um dos dois eixos que seja mais conveniente ao local da instalação: em azimute ou em latitude. Esse seguimento é processado em função do valor das tensões obtidas em cada uma das células de silício e da avaliação comparativa dos valores encontrados. Não havendo uma simetria no valor dessas tensões (sinal que o receptor não se encontra na posição perpendicular aos raios solares), o microprocessador calcula o desvio e faz mover o servomotor (11) e respectivo mecanismo mecânico (braços (10) e tirantes (12) até tal simetria ser obtida. Para os dias sem sol em que alguma energia possa ser ainda aproveitada, o microprocessador serve-se para sua orientação, ou do registo de seguimento do último dia de sol existente em memória, ou de um algoritmo de seguimento em função da latitude do local e época do ano. Estas células de posição são colocadas num dos extremos de um dos tubos exteriores dos vários receptores, ou seja, em principio só haverá um conjunto destas células por cada Estrutura Solar Modular Multifunções.
3/7
Lâmina Multifunções (7)
Esta lâmina de montagem opcional em qualquer tipo de Receptor pode desempenhar duas funções distintas ou complementares:
Os receptores com lâmina Sombreamento de cor a seleccionar, montados em qualquer posição (Fig.5 a,b,c,d) e orientáveis, são utilizados para o sombreamento de fachadas de edifícios, janelas de gabinetes de trabalho, parques de estacionamento, etc. Esta lâmina colocada em cada extremo do revestimento metálico (1), constitui uma extensão do próprio Receptor. Com ela conseguem-se sobreposições de sombreamento sem que a exposição solar do receptor seja afectada.
Os receptores com lâmina Telha, na Fig.6 (a) na posição de fecho e na Fig.6 (b) na posição de aberto, constituem uma outra opção para o sombreamento e/ou cobertura dos mais variados espaços protegendo-os do sol e/ou da chuva. Quando não há chuva o seu dispositivo de seguimento do sol mantém-se activo. Sempre que ocorra qualquer precipitação, um sensor de humidade localizado numa das Colunas Técnicas da Estrutura Solar, fornece essa informação ao microprocessador que automaticamente posiciona todos os Receptores para a posição de fecho. Assim que pare de chover, todos os Receptores voltam para a posição correspondente ao posicionamento solar ideal do momento. Durante a noite, os Receptores Solares podem posicionar-se automaticamente na posição de fecho.
Nota: Tanto os receptores com lâmina Sombreamento como os receptores com lâmina Telha podem ser comandados manualmente para a posição fixa que se pretende.
Tampas (8)
Os topos dos receptores são fechados por tampas que pode ser em metal ou em material plástico. No caso particular dos Receptores Térmicos, a sua eficiência térmica depende bastante das características técnicas dessa tampa que deve assegurar o mínimo possível de perdas térmicas para o exterior. Caso a tampa seja em metal, é necessário que haja entre a tampa e o casquilho que a suporta, um mecanismo de rotura térmica incorporado. Deve ainda
4/7 assegurar-se a existência de estanquicidade no interior do receptor.
Na fig. 7 é apresentado o pormenor de montagem de uma tampa metálica num Receptor Térmico. Para além desta tampa, são ainda visíveis outros elementos a ela associados representados na Fig.2. Os elementos referidos são:
Casquilho (a)
Peça soldada ao tubo interior rotativo fig.2,3, (4) no qual a tampa é fixada.
Chumaceira (b)
Peça em TEFLON® representada na fig.2 (13), de baixa condutividade térmica e excelentes características lubrificantes. É nesta peça que o extremo do casquilho (a)está apoiado e roda em torno dela. 0 peso dos receptores é suportado nesta chumaceira.
Parafusos (c)
Asseguram a fixação da tampa (8) ao casquilho (a).
Braço dos Tirantes (d)
Peça representada na Fig.2 (10) responsável pelo movimento dos receptores e que é actuada pelos tirantes (12) ligados ao servo motor (11).
Manga Térmica (e)
Faz o isolamento térmico do casquilho (a).
Anilha de Isolamento Térmico (f)
Esta anilha em cortiça colada com silicone entre a tampa e o casquilho (a) constitui o elemento que vai assegurar a rotura térmica e a estanquicidade do receptor. De notar que a tampa não pode tocar no casquilho.
Vedação de silicone (g)
O tubo exterior do receptor é vedado à respectiva tampa através de um cordão de silicone.
Válvula de Expansão (h)
Para que seja assegurado um bom isolamento térmico é importante que não haja trocas de calor entre o interior e o exterior do receptor,
5/7 especialmente através de entrar ou sair dele importância, como já estanquicidade que deve qualquer ar que possa livremente. Daqui a foi referido, da existir no interior dos
Receptores Térmicos. Por outro lado, quanto menor for a quantidade de ar existente no receptor, menor será o valor da sua condutividade térmica e, logo, menores serão as perdas de energia para o exterior, originadas por correntes de convecção.
Para que de uma forma natural se consiga uma menor quantidade de ar no interior dos Receptores Térmicos, é montada uma válvula de expansão numa das tampas, cujo modo de funcionamento é o seguinte: em dias de sol, à medida que o ar no interior do receptor aquece e consequentemente se dilata aumentando de volume, o excesso de ar provocado por esta dilatação vai saindo para o exterior através desta válvula. Assim que a temperatura for descendo, e uma vez que a válvula não permite a entrada de qualquer ar, ocorrerá naturalmente uma depressão no interior do receptor que será tanto mais elevada, quanto menor for a temperatura do ar ambiente no exterior. 0 valor desta depressão tenderá para um valor máximo assim que for atingida a temperatura correspondente ao dia mais quente do ano. 0 facto de aumentar o valor dessa depressão à medida que a temperatura no exterior do receptor baixa, contribui para o aumento do rendimento energético dos receptores nos dias frios alcançando-se desta maneira, uma melhor eficiência durante o Inverno.
As tampas dos Receptores Solares Fotovoltaicos são de construção mais simples pois para além de permitirem a entrada e a saída do ar do receptor, não necessitam de possuir qualquer isolamento térmico.
Na Fig.8 encontra-se representada uma tampa de um Receptor Fotovoltaico cujos elementos comuns a uma tampa de um Receptor Térmico permaneceram com as mesmas referências.
Há 4 elementos omitidos: Manga Térmica (e) ; Anilha de Isolamento Térmico (f); Válvula de Expansão (h) e Tubo interior fixo.
Dois elementos novos foram acrescentados: Filtro de Poeiras (8a) e Anilha de Encosto perfurada (8b).
6/7
A tampa (8) perfurada e a Anilha de Encosto perfurada (8b) servem para se assegurar temperaturas no interior receptor próximas da temperatura ambiente. 0 Filtro poeiras (8a) impede a entrada de poeiras no interior receptor.
do de do
Colunas Técnicas de
Suporte representada Técnicas de
Fig.l e Fig.2 pode verestrutural aos e no seu interior funcionamento de motor (11), e elementos de Receptores isolados de ao
Servo na
Suporte representadas pela de suporte
Fotovoltaicos elementos de apoio receptores:
cablagens, sensores uma Estrutura Solar possuem ainda: os tubos , bem como os tubos de que transportam o fluido térmico entre os válvulas de segurança, electroválvulas, circulação.
de Suporte podem ser em metal ou em
Na Estrutura Solar se algumas Colunas letra B. Esta colunas servem Receptores Térmicos ou encontram-se os ambos os tipos de microprocessador (9), mecânicos. No caso de Térmicos essas colunas entrada e de saida da Estrutura Solar interligação (14) vários receptores, purgadores e bombas de
Estas Colunas Técnicas material plástico.
As Colunas de Suporte um bom isolamento alcançado com lã equivalente.
a Receptores Térmicos devem possuir térmico no seu interior, que de rocha ou outro material pode ser isolante

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    Ia Estrutura Solar Modular Multifunções para o aproveitamento de energia térmica e/ou fotovoltaica proveniente do sol a instalar em qualquer local exposto ao sol, na vertical (como fachadas de edifícios) ou em qualquer outro ângulo, com funções adicionais de sombreamento ou função telha, caracterizada por:
    - ser constituída por um número variável de Receptores Solares Térmicos em forma de tubo elíptico transparente (2), com orientação solar gerida por um microprocessador (9) através das células fotovoltaicas (6) que os mantém sempre alinhados com o sol;
    - apoiados nas suas extremidades através de tampas (8) dotadas de uma válvula de expansão (h), por meio de chumaceiras (13) fixas a Colunas Técnicas de Suporte (B) ;
    - contendo no seu interior uma lâmina de revestimento selectivo (5) (para a captação da energia solar térmica) fixa a um tubo (4) que transfere essa energia por contacto para um outro tubo (3) (onde circula um fluído de transferência) fixo às Colunas Técnicas de Suporte (B) , energia que é depois transferida por tubos de interligação isolados (14) para fora da Estrutura Solar;
    - ser constituída por um número variável de Receptores Solares Fotovoltaicos em forma de tubo elíptico transparente (2), com orientação solar gerida por um microprocessador (9) através das células fotovoltaicas (6) que os mantém sempre alinhados com o sol;
    - apoiados nas suas extremidades através de tampas (8) por meio de chumaceiras (13) fixas a Colunas Técnicas de Suporte (B);
    contendo no seu interior uma lâmina de células fotovoltaicas (5) (para a geração de energia fotovoltaica do sol) fixa a um tubo (4) que transfere essa energia por cablagem às Colunas Técnicas de Suporte (B);
    - energia esta que é depois transferida por cablagens para fora da Estrutura Solar.
  2. 2a Estrutura Solar Modular Multifunções de acordo com a Ia reivindicação, em que as Colunas Técnicas de Suporte (B) são caracterizadas por incorporarem chumaceiras (13) para apoio dos Receptores, um microprocessador (9) para toda a electrónica de controlo, um servo motor (11) para o accionamento dos tirantes (12), tubagens/cablagens (14) de interligação entre os vários Receptores, bem como outros componentes.
  3. 3a Estrutura Solar Modular Multifunções, de acordo com a reivindicação n°l, em que os Receptores Solares Térmicos e os Receptores Solares Fotovoltaicos são caracterizados por poderem utilizar o tubo (2) com qualquer outra forma geométrica para além da elíptica.
  4. 4a Estrutura Solar Modular Multifunções, de acordo com a reivindicação n°l, em que os Receptores Solares Fotovoltaicos são caracterizados por poderem ser utilizados sem o tubo (2).
  5. 5a Estrutura Solar Modular Multifunções de acordo com a reivindicação n°l, em que os Receptores Solares são caracterizados por conterem uma Lâmina Multifunções (7) em cada lado da superfície do receptor exposta ao sol, com a finalidade de proporcionar adicionalmente uma função Sombreamento e/ou uma função Telha.
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