ITTO20130621A1

ITTO20130621A1 - Struttura di uno specchio concentratore di energia solare.

Info

Publication number: ITTO20130621A1
Application number: IT000621A
Authority: IT
Inventors: Paolo Chiaves
Original assignee: Paolo Chiaves
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-01-24
Also published as: EP3027977A1; PL3027977T3; EP3027977B1; WO2015010785A1; US10006667B2; TR201807551T4; CN105408700A; ES2671324T3; CN105408700B; US20160153683A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Struttura di uno specchio concentratore di energia solare"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale agli impianti di produzione di energia elettrica o di accumulo di calore, che utilizzano come fonte energetica la radiazione solare. Questi impianti comprendono, in modo per sé noto, una pluralità di specchi che permettono di concentrare la radiazione solare verso una zona di ricezione predeterminata.

E' noto che il costo dell’energia prodotta a partire dalla radiazione solare è principalmente dovuto al costo di costruzione degli impianti stessi e dei loro componenti. Pertanto, il contenimento dei costi di realizzazione di tali impianti è determinante al fine di ottenere energia ad un costo contenuto. Soprattutto negli impianti di grandi dimensioni, risulta conveniente ridurre il più possibile il costo di produzione, d'installazione e di manutenzione degli specchi concentratori, che ne costituiscono gli elementi principali.

Più in particolare, l'invenzione riguarda una struttura di uno specchio concentratore, del tipo definito nel preambolo dell'annessa rivendicazione 1.

Una tale struttura è generalmente nota da US-5 069 540 che descrive uno specchio concentratore di energia solare comprendente un elemento a pannello allungato con struttura cava, delimitato, da parti opposte, da una superficie frontale e da una superficie dorsale generalmente curve. L'elemento a pannello è associato ad un elemento a trave, preferibilmente di forma tubolare, che definisce un asse di cerniera per la rotazione dello specchio, il quale asse di cerniera può essere interposto fra la superficie frontale e la superficie dorsale dell'elemento a pannello. La struttura di questo specchio è relativamente complessa da realizzare e costosa.

Lo scopo principale dell'invenzione è quello di fornire una struttura di uno specchio concentratore che sia semplice ed economica da produrre, che abbia una grande durabilità, che richieda una ridotta manutenzione, che permetta di contenere i tempi d'installazione dello specchio per minimizzare i tempi di realizzazione del relativo impianto rispetto a quelli richiesti dagli impianti finora noti, ed in cui la rotazione necessaria per l'orientamento rispetto al Sole richieda forze di entità relativamente ridotta.

Questi scopi vengono raggiunti da una struttura di uno specchio avente le caratteristiche rivendicate.

Grazie al fatto che il corpo dello specchio presenta una coppia di sedi cave coassiali longitudinalmente distanziate, destinate ad accogliere rispettivi snodi sferici di sostegno per definire detto asse di cerniera, e al fatto che il corpo comprende un'appendice di contrappeso generalmente conformata come una nervatura, la quale si estende dalla superficie dorsale dell'elemento a pannello nella direzione opposta alla sua superficie frontale e lungo una direzione parallela a detto asse di cerniera, allo scopo di portare l'asse di cerniera in una posizione baricentrica del corpo, è possibile realizzare uno specchio concentratore di struttura semplice e quindi economica da produrre, la cui forma è relativamente compatta così da poter essere trasportata mediante autocarri di dimensioni che rientrano nella sagoma di carico stradale.

Inoltre, la struttura di uno specchio secondo l'invenzione può essere posata in opera in modo semplice e in tempi ridotti, senza richiedere particolari attrezzature d'installazione né particolari competenze da parte degli operatori, e richiede forze ridotte per la sua movimentazione.

La struttura dell'invenzione si presta a realizzare specchi sia piani che curvi, e in particolare è adatta a realizzare specchi parabolici del tipo cosiddetto "ad inseguimento", ovvero specchi concentratori mobili animati di un movimento controllato in modo automatico, per permettere d'inseguire il Sole durante il suo moto apparente.

Questa struttura può essere utilizzata per realizzare sistemi di specchi con due diverse disposizioni. Secondo una prima disposizione, ogni specchio porta un rispettivo tubo ricevitore disposto nel fuoco geometrico dello specchio, il quale ruota solidalmente con esso per inseguire il moto apparente del Sole. In base a una seconda disposizione, due o più specchi sono operativamente associati ad un unico tubo ricevitore fisso, sul quale vengono concentrati i raggi del Sole. Questa seconda disposizione non è ottimale da un punto di vista dell’ottica geometrica, poiché i raggi riflessi non possono essere focalizzati in modo del tutto preciso su di un tubo ricevitore fisso, per cui il problema della concentrazione dei raggi riflessi mediante più specchi su un solo tubo ricevitore fisso non ha una soluzione esatta. Tuttavia, poiché l’errore di messa a fuoco risulta di piccola entità, questa soluzione risulta in pratica efficace ed efficiente. Infatti, nonostante i raggi solari non convergano tutti esattamente su un’unica linea (come avviene invece se il tubo ricevitore è disposto nel fuoco geometrico dello specchio e ruota solidalmente con esso), essi possono essere concentrati su una striscia di larghezza molto piccola (variabile al variare dell’orientamento del Sole) della superficie del tubo ricevitore che ha a sua volta una larghezza non nulla. Pertanto, adottando una disposizione in cui la larghezza della zona su cui convergono i raggi è inferiore a quella utile del tubo ricevitore, i raggi riflessi dagli specchi incidono interamente o quasi interamente sul tubo ricevitore, con il vantaggio che il rapporto di concentrazione dei raggi riflessi può essere aumentato rispetto al caso di un unico tubo ricevitore per ciascuno specchio, a parità di estensione degli specchi.

Secondo un primo aspetto vantaggioso dell'invenzione, la nervatura si estende dalla superficie dorsale dell'elemento a pannello, ed è eventualmente provvista di un bulbo di contrappeso allungato. In questo modo, l'appendice può essere realizzata con una forma relativamente compatta per agevolare il trasporto di una pluralità di strutture su di un autocarro di dimensioni convenzionali.

Secondo un altro aspetto vantaggioso dell'invenzione, ciascuna sede di detta coppia di sedi coassiali presenta una superficie di fondo di forma semicircolare predisposta per consentire di accoppiare in esse, per innesto, rispettivi elementi di sostegno. Questa conformazione delle sedi permette di rendere rapida e pratica l'operazione di montaggio, tramite un semplice innesto, degli elementi di sostegno nelle rispettive sedi, e quindi di facilitare l'installazione della struttura.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, fornita a titolo d’esempio non limitativo e riferita ai disegni annessi nei quali:

la figura 1 è una vista schematica in elevazione laterale di una parte di un impianto solare che comprende una serie di strutture secondo l'invenzione,

la figura 2 è una vista in elevazione posteriore di una struttura secondo l'invenzione, dalla parte della freccia II della figura 1,

le figure 3a e 3b sono viste schematiche simili in elevazione laterale che illustrano due diverse posizioni operative di una struttura secondo l'invenzione,

la figura 4 è una vista frammentaria in elevazione laterale parzialmente sezionata che illustra un elemento di sostegno della struttura dell'invenzione,

la figura 5 è una vista in elevazione posteriore sezionata lungo la linea V-V della figura 4,

la figura 6 è una vista frammentaria in elevazione laterale sezionata che illustra una modalità d'applicazione di uno strato riflettente sulla struttura secondo l'invenzione,

la figura 7 è una vista ampliata in elevazione laterale di un elemento di sostegno della struttura dell'invenzione nella sua configurazione montata, indicato con la freccia VII della figura 4,

la figura 8 è una vista in elevazione posteriore sezionata lungo la linea VIII-VIII della figura 7,

la figura 9 è una vista ampliata ed esplosa dell'elemento di sostegno della figura 7,

la figura 10 è una vista in elevazione posteriore sezionata lungo la linea X-X della figura 9, e

le figure 11a e 11b sono due viste simili a quelle delle figure 3a e 3b, che illustrano due diverse posizioni operative di una variante della struttura dell'invenzione che comprende una pluralità di specchi per ciascun tubo ricevitore.

Con riferimento iniziale alla figura 1, un impianto 10 per la produzione di energia o per l'accumulo di calore a partire dalla radiazione solare, comprende una pluralità di corpi prefabbricati 12, di calcestruzzo armato, normale o precompresso, uguali fra loro e tipicamente disposti secondo una o più schiere, ciascuno dei quali permette di realizzare uno specchio concentratore mobile.

Ogni corpo prefabbricato 12 include un elemento a pannello 14 di forma allungata, tipicamente a pianta rettangolare, la cui sezione trasversale può essere piana oppure curva, e presenta tipicamente una forma parabolica.

All'elemento a pannello 14 di ciascuno specchio 12 è associato uno strato laminare riflettente 16 allo scopo di riflettere la radiazione solare incidente R verso un condotto C entro il quale scorre un fluido da riscaldare.

Secondo una prima variante dell'invenzione illustrata in particolare nelle figure 1, 3a e 3b, un condotto C, cosiddetto "tubo ricevitore", è fissato ad un rispettivo specchio 12 in una posizione che coincide con il fuoco geometrico dello specchio 12, in modo tale che il condotto C ruota insieme al relativo specchio quando esso insegue il moto apparente del Sole.

Secondo un'altra variante illustrata nelle figure 11a e 11b, un condotto C è associato operativamente a più specchi 12. In questo caso il condotto C, o "tubo ricevitore" è montato in una posizione fissa rispetto al suolo, e il movimento dei vari specchi 12 ad esso associati è controllato in modo tale che i raggi solari da essi riflessi siano concentrati sul condotto C. Nonostante non sia in generale possibile concentrare esattamente i raggi riflessi contemporaneamente da più specchi 12, mentre essi ruotano, su una linea, il movimento dei vari specchi 12 può essere controllato per concentrare la radiazione solare riflessa in una zona a striscia sulla superficie del condotto C, di larghezza minore del diametro o dello spessore di tale condotto, con il vantaggio che, a parità di dimensione degli specchi 12, si può aumentare il rapporto di concentrazione dei raggi solari sul condotto C.

Ciascun corpo prefabbricato 12, nella condizione installata e durante l'impiego del relativo specchio, è animato, in modo per sé noto, di un movimento controllato automaticamente in conseguenza della posizione istantanea del Sole.

Nel caso più frequente illustrato nelle figure, in cui l'elemento a pannello 14 del corpo 12 presenta una forma curva, tipicamente parabolica, esso è delimitato da una superficie frontale 14a sostanzialmente concava alla quale è associato lo strato riflettente 16, e da una superficie dorsale 14b opposta e convessa.

Lo strato laminare riflettente 16 può essere realizzato mediante uno strato di rivestimento contenente pigmenti riflettenti, applicato a spruzzo sulla superficie 14a del corpo 12, oppure mediante uno o più fogli riflettenti, ad esempio d'alluminio o di materiale polimerico riflettente, sovrapposti alla superficie 14a.

Quando lo strato 16 è costituito da un solo foglio riflettente, esso può essere connesso alla superficie frontale 14a del corpo 12 mediante un materiale adesivo, oppure essere incorporato nella superficie frontale 14a all'atto della formazione del corpo 12. Tale foglio riflettente singolo può essere convenientemente munito di una pellicola protettiva trasparente applicata sul suo lato esterno.

In alternativa, lo strato riflettente 16 può comprendere una serie di fogli riflettenti sovrapposti e separabili, per cui la sua superficie riflettente può essere rinnovata periodicamente rimuovendo di volta in volta lo strato più esterno.

Preferibilmente, lo strato riflettente 16 è applicato sulla superficie frontale 14a in modo amovibile. A tale scopo, il corpo 12 presenta un rilievo 15 lungo un suo lato assiale, per costituire una battuta d'appoggio di un bordo corrispondente dello strato laminare 16. Il rilievo 15 presenta convenientemente una forma a sottosquadro per trattenere il relativo bordo dello strato laminare 16, mentre il lato opposto dello strato 16 è fissato in corrispondenza dell'altro lato del corpo 12 mediante una serie di morsetti 17 ciascuno dei quali comprende un elemento di fissaggio a vite una cui estremità appoggia contro una zona della superficie dorsale 14b dell'elemento 14.

Ciascun corpo prefabbricato 12 include anche un'appendice 18 con funzione di contrappeso, conformata sostanzialmente come una nervatura 20, disposta centralmente rispetto alla superficie dorsale 14b dell'elemento a pannello 14 secondo una direzione parallela all'asse generale del corpo 12, e rivolta dalla parte opposta alla superficie frontale 14a.

In particolare, la nervatura 20 presenta un fianco connesso rigidamente alla superficie dorsale 14b ed ha preferibilmente una lunghezza un po' minore di quella dell'elemento a pannello 14, in modo tale che sono presenti una coppia di spazi fra ciascuna estremità assiale della nervatura 20 e le rispettive estremità dell'elemento 14. Inoltre, la nervatura 20, alla sua estremità opposta all'elemento a pannello 14, può essere provvista di un bulbo di contrappeso 22 di sezione trasversale allargata rispetto a quella della nervatura 20.

Preferibilmente, l'appendice 18 è integrale con il corpo prefabbricato 12, essendo formata mediante un getto unico insieme all'elemento a pannello 14.

In un caso di realizzazione pratica, l'elemento a pannello 14 ha una lunghezza compresa fra 6 e 15 m , preferibilmente circa 12 m, ed una larghezza compresa fra 2 e 6 m, preferibilmente circa 3 m. La forma rettangolare del pannello 14 con le dimensioni qui sopra menzionate consente di sfruttare in modo ottimale la capacità di carico del pianale degli autocarri di trasporto rispettando la sagoma stradale di carico.

Convenientemente, l'appendice 18 si estende oltre la superficie dorsale 14b di ciascun corpo 12 per una lunghezza generalmente compresa fra 1/6 ed 1/4 della corda dell'elemento a pannello 14, ovvero della distanza fra i lati opposti della superficie frontale 14a di tale elemento a pannello 14.

Nello spazio presente fra le estremità assiali della nervatura 20 e le corrispondenti estremità dell'elemento a pannello 14 sono formate rispettive sedi cave 24 per il posizionamento di elementi di sostegno 30 del corpo 12. Queste sedi 24, distanziate assialmente lungo il corpo prefabbricato 12, permettono di definire insieme a relativi snodi sferici (descritti in maggior dettaglio nel seguito) un asse di cerniera del corpo 12, intorno a cui tale corpo può ruotare rispetto agli elementi di sostegno 30. In particolare, questo asse di cerniera risulta disposto in una posizione baricentrica del corpo 12, fra le superfici frontale e dorsale 14a, 14b dell'elemento a pannello 14.

Ciascuna sede cava 24 presenta convenientemente una superficie di fondo di forma semicircolare. Le due sedi 24 di ciascun corpo prefabbricato 12 presentano inoltre una forma non simmetrica rispetto ad un asse centrale perpendicolare al piano generale del corpo 12, ma simmetrica rispetto ad un asse inclinato, ad esempio di circa 45°, rispetto al suddetto asse perpendicolare, in funzione della latitudine del sito dell'impianto 10 di cui fa parte il corpo 12.

Ognuna delle sedi 24 è destinata a ricevere una testata 26 di un giunto articolato 28 portato da un rispettivo elemento di sostegno 30 fissato su di una relativa fondazione 32 formata sul piano d'appoggio della struttura di specchio, tramite tasselli di tipo per sé noto. Preferibilmente, ogni elemento di sostegno 30 comprende una coppia di gambe 31 disposte secondo una configurazione divergente o a V, ognuna delle quali è convenientemente costituita da un profilato rettilineo, ad esempio metallico con sezione trasversale a U.

Ogni testata 26 consiste in una porzione a guscio 34 di forma semicircolare, dalla quale si estendono una coppia di flange parallele 36 provviste di fori coassiali 38. In tali fori 38 è inserito un perno 40, disposto coassialmente a uno snodo sferico 42, 44, fissato mediante accoppiamento vite-madrevite tramite un montante 46 su una piastra 48 connessa al vertice di ciascun elemento di sostegno 30.

Inoltre, in una posizione intermedia fra le due sedi 24, ma disassata rispetto all'asse di cerniera, il corpo 12 è munito di una formazione d'impegno (non illustrata in dettaglio nelle figure) per consentire il collegamento articolato di una prima estremità di un attuatore lineare 50, grazie alla cui estensione o contrazione, controllate a distanza, il corpo 12 può essere orientato correttamente in funzione della posizione del Sole. La seconda estremità dell'attuatore 50 è connessa in modo articolato ad una relativa fondazione 52 formata sul piano d'appoggio della struttura di specchio.

Come attuatore 50 può essere utilizzato un attuatore a fluido, ad esempio un cilindro idraulico, oppure un attuatore munito di un dispositivo di movimentazione del tipo a cremagliera/vite-senza-fine. Quest'ultimo tipo di attuatore facilita l'ottenimento di una regolazione fine della posizione del corpo 12 di ciascuno specchio concentratore.

All'atto dell'installazione di un corpo prefabbricato 12 su di una coppia di elementi di sostegno 30 già fissati sulle rispettive fondazioni 32, è sufficiente sollevare il corpo 12 e posizionare lo stesso in modo tale che le testate 26 dei due elementi di sostegno 30 impegnino le rispettive sedi 24 del corpo 12. In questo modo, si ottiene un accoppiamento fra le sedi 24 e le rispettive testate 26 dei giunti sferici 28 che risulta stabile in conseguenza dell'attrito fra la superficie esterna delle testate 26 e la superficie interna delle sedi 24, senza la necessità di utilizzare alcun organo di fissaggio fra le testate 26 e le sedi 24.

Inoltre la presenza degli snodi sferici 42, 44 permette di sopperire a piccoli errori di allineamento fra le sedi e di assicurare un corretto funzionamento cinematico della rotazione, senza richiedere un’eccessiva precisione d’esecuzione dell’elemento prefabbricato.

Questa soluzione consente di rendere semplice e rapida la posa in opera dei corpi prefabbricati 12 sui relativi elementi di sostegno 30, grazie al fatto che è soltanto necessario innestare le testate 26 degli organi di sostegno nelle sedi 24 di ogni corpo prefabbricato 12.

Dopo aver installato un corpo 12 sui relativi elementi di sostegno 30, si può procedere con il montaggio del relativo attuatore di movimentazione 50.

In questo modo è possibile installare gli specchi concentratori di un impianto 12 in modo estremamente semplice e rapido utilizzando una semplice gru di sollevamento durante la fase d'installazione, il che contribuisce a contenere i costi complessivi d'installazione dell'impianto 10.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Struttura di uno specchio concentratore comprendente un corpo prefabbricato (12) di calcestruzzo armato che include un elemento a pannello (14) di forma allungata, avente una superficie frontale (14a) atta a ricevere uno strato laminare riflettente (16), ed una superficie dorsale (14b) opposta a detta superficie frontale (14a), l'elemento a pannello (14) essendo girevole intorno ad un asse di cerniera longitudinale, caratterizzata dal fatto che detto corpo (12) presenta una coppia di sedi cave coassiali (24) longitudinalmente distanziate, destinate ad accogliere rispettivi snodi sferici di sostegno (42, 44) per definire detto asse di cerniera, e dal fatto che detto corpo (12) comprende un'appendice di contrappeso (18) generalmente conformata come una nervatura (20), la quale si estende dalla superficie dorsale (14b) dell'elemento a pannello (14) nella direzione opposta alla sua superficie frontale (14a) e lungo una direzione parallela a detto asse di cerniera, allo scopo di portare l'asse di cerniera in una posizione baricentrica del corpo (12).
2. Struttura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta nervatura (20) si estende dalla superficie dorsale (14b) dell'elemento a pannello (14), ed è eventualmente provvista di un bulbo di contrappeso allungato (22).
3. Struttura secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzata dal fatto che detta appendice (18) è realizzata integralmente con detto elemento a pannello (14).
4. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzata dal fatto che detta appendice (18) si estende dalla superficie dorsale (14b) dell'elemento a pannello (14) per una misura generalmente compresa fra 1/6 ed 1/4 della corda dell'elemento a pannello (14).
5. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzata dal fatto che ciascuna sede (24) di detta coppia di sedi coassiali è cava ed è predisposta per consentire di accoppiare in esse, per innesto, rispettivi elementi di sostegno (26, 28, 30).
6. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette sedi (24) è formata in uno spazio fra un'estremità dell'elemento a pannello (14) ed un'estremità assiale di detta appendice (18).
7. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzata dal fatto che il corpo prefabbricato (12), in una posizione intermedia fra dette sedi (24) e disassata rispetto a detto asse di cerniera, è munito di una formazione per l'impegno articolato di una prima estremità di un attuatore lineare (50) di controllo dell’orientamento del corpo (12) intorno a detto asse di cerniera, la seconda estremità di detto attuatore (50) essendo connessa in modo articolato ad una relativa fondazione (52).
8. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 a 7, caratterizzata dal fatto che ciascuna di dette sedi (24) è atta a ricevere una testata (26) di un giunto d'articolazione (28) portato da un rispettivo elemento di sostegno (30) fissato su di una relativa fondazione (32).
9. Struttura secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che ciascun elemento di sostegno (30) comprende una coppia di gambe (31) disposte secondo una configurazione a V, ognuna delle quali è preferibilmente costituita da un profilato metallico.
10. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 a 9, caratterizzata dal fatto che ogni testata (26) è montata in modo oscillabile per mezzo di uno snodo sferico (42, 44) portato dal rispettivo elemento di sostegno (30).
11. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 10, caratterizzata dal fatto che detto strato laminare riflettente (16) è connesso alla superficie frontale (14a) di detto elemento a pannello (14) mediante un materiale adesivo, oppure è incorporato in detta superficie frontale (14a) all'atto della formazione del corpo prefabbricato (12).
12. Struttura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 10, caratterizzata dal fatto che detto strato laminare riflettente (16) è applicato a detta superficie frontale (14a) in modo amovibile, e dal fatto che l'elemento a pannello (14) presenta, lungo un suo lato assiale, un rilievo (15) che forma una battuta per trattenere un lato corrispondente dello strato laminare riflettente (16), il lato opposto dello strato laminare riflettente (16) essendo fissato in corrispondenza dell'altro lato dell'elemento a pannello (14) mediante una serie di morsetti amovibili (17).
13. Struttura secondo la rivendicazione 11 oppure 12, caratterizzata dal fatto che detto strato laminare (16) comprende una serie di fogli riflettenti sovrapposti e separabili, per cui la sua superficie riflettente può essere rinnovata periodicamente rimuovendo il foglio più esterno.
14. Struttura secondo la rivendicazione 11 oppure 12, caratterizzata dal fatto che detto strato laminare (16) comprende un solo foglio riflettente disposto adiacente a detta superficie frontale (14a) dell'elemento a pannello (14), ed una pellicola protettiva trasparente applicata su detto foglio riflettente.
15. Impianto per la produzione di energia a partire dalla radiazione solare, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di strutture di specchio concentratore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 14.