Notarbartolo & Gervasi S.p.A.

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1 Descrizione dell invenzione industriale dal titolo: RICEVITORE DI ENERGIA SOLARE DESCRIZIONE La presente invenzione è relativa ad un ricevitore di energia solare, vale a dire una tecnologia e relativo dispositivo di lavoro industriale ed atto a convertire l energia della luce in energia elettrica e/o cinetica e/o termica. Nel contesto della presente domanda di brevetto si farà esplicito riferimento alla luce solare come principale radiazione luminosa utilizzabile come fonte di energia, senza tuttavia perdere generalità. Nello stato della tecnica sono noti ricevitori a ciclo Stirling che lavorano mediante un sistema meccanico. Sono inoltre noti ricevitori con pannelli aventi coppie di metalli che danno il sistema fotovoltaico. In particolare, questi ultimi comprendono pannelli realizzati con opportuni materiali (quali ad esempio il silicio monocristallino o altri elementi chimici) che, una volta colpiti da radiazione luminosa, possono convertire tale radiazione in differenza di potenziale elettrico, materiali ad alto costo e limitata reperibilità. I sistemi parabolici di tipo termodinamico comprendono tubi ricevitori focali per il fluido olio diatermico o sali fusi, quali termoconvettori. Per tali motivi la fabbricazione, il trasporto e l assemblaggio di tali dispositivi risulta essere complicata e, di conseguenza, estremamente costosa. Inoltre, la produzione di pannelli solari e di tubi ricevitori richiede l accesso ad impianti industriali dedicati alla loro costruzione. Tali impianti non sono necessariamente a disposizione, soprattutto in aree remote e poco popolate. In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un ricevitore di energia solare che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati. In particolare, è scopo della presente invenzione mettere a disposizione un ricevitore di energia solare costruttivamente semplice, realizzabile con materiali ampiamente disponibili e poco costosi. Principalmente lo scopo della presente invenzione è di utilizzare pienamente ed 1

2 1 2 efficientemente le altissime temperature ottenibili da un fascio di luce concentrata così da avere il massimo rendimento di elettricità prodotta. Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un ricevitore di energia solare comprendente le caratteristiche tecniche delle rivendicazioni allegate. In particolare, un ricevitore di energia solare secondo la presente invenzione comprende dei mezzi concentratori della luce solare. Tali mezzi concentratori comprendono un primo riflettore parabolico a disco affacciabile al sole, un secondo riflettore parabolico a disco affacciato al primo riflettore e cofocale rispetto al primo riflettore e una lente piano-convessa convergente affacciata al secondo riflettore per convogliare della radiazione solare in uscita dal secondo riflettore. I mezzi concentratori comprendono inoltre uno specchio affacciato alla lente per riflettere la radiazione solare focalizzata in uscita dalla lente in un fascio di luce concentrata focalizzata verso una lente collimatrice orizzontale posta alla sommità di un tubo tronco conico. Il ricevitore comprende inoltre dei mezzi di conversione associati in uscita da detto tubo tronco conico all'interno riflettente ed all'esterno coibentato, configurati per ricevere il fascio di luce concentrata e convertirlo in energia cinetica e/o elettrica. Dei mezzi di movimentazione sono associati ai mezzi concentratori per puntarli nella direzione del sole e per posizionare ed orientare lo specchio. Vantaggiosamente, il ricevitore di energia solare ottimizza l impiego della radiazione luminosa disponibile, essendo in grado di inseguire il sole in ogni punto del cielo. Tale tecnologia è vantaggiosamente applicabile ai dispositivi descritti e rivendicati nel brevetto IT e nella domanda di brevetto IT a nome della stessa Richiedente. Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un ricevitore di energia solare, come illustrato negli uniti disegni in cui: 2

3 la figura 1 è schematica di un ricevitore di energia solare secondo la presente invenzione; e - la figura 2 è una vista schematica di un ulteriore porzione del ricevitore di figura 1. Con riferimento alle figure allegate, con 1 è indicato un ricevitore di energia solare secondo la presente invenzione. Il ricevitore 1 comprende dei mezzi concentratori della luce solare. Tali mezzi comprendono un primo riflettore 2 parabolico a disco e affacciabile al sole. Tale primo riflettore 2 presenta un asse ottico O passante per il fuoco F, nel quale viene concentrata tutta la radiazione solare impattante sulla superficie riflettente del primo riflettore 2. Il primo riflettore 2 presenta inoltre un apertura 3 posta centralmente e avente il centro posto sull asse ottico O. Un secondo riflettore 4, anch esso parabolico, è affacciato al primo riflettore 2 e cofocale rispetto ad esso. In altre parole, il fuoco F del primo riflettore 2 coincide con il fuoco del secondo riflettore 4. Di conseguenza la luce solare, captata dal primo riflettore 2, viene collimata dal secondo riflettore 4 verso l apertura 3. I mezzi concentratori possono comprendere inoltre una lente 6 piano-convessa, che è affacciata al secondo riflettore 4 (archi di sostegno 4a) in modo da convogliare e far convergere la radiazione solare in uscita dal secondo riflettore 4. La lente 6 presenta un fuoco F posto anch esso sull asse ottico O. Uno specchio 7 è affacciato alla lente 6 in modo tale da riflettere la radiazione solare focalizzata in uscita dalla lente 6 in un fascio di luce concentrata avente una direzione dipendente dall'angolo azimut. Il fuoco F della lente 6 è posto nell'intorno della superficie riflettente dello specchio 7, mobile e raffreddato. La lente collimatrice orizzontale 8 inclina ed unisce il fascio di luce immettendola in un tubo tronco conico 9 che definisce un collettore. Il ricevitore 1 comprende inoltre dei mezzi di conversione associati al tubo tronco conico 9 e configurati per ricevere il già citato fascio di luce concentrata e convertirlo in energia cinetica e/o elettrica. Maggiori dettagli su tali mezzi di conversione saranno forniti in una parte successiva della presente descrizione. 3

4 Il ricevitore 1 comprende inoltre dei mezzi di movimentazione associati ai mezzi concentratori in modo tale da puntarli nella direzione del sole. In particolare, il primo riflettore 2 è sostenuto da due cuscinetti (non illustrati) opposti, in modo da ruotare lungo il piano verticale seguendo l'altezza del sole durante il suo percorso. I cuscinetti sono fissati su una tavola di rotazione che comprende una struttura di acciaio capace di ruotare lungo il piano orizzontale per seguire il moto azimutale del Sole. Un sistema di inseguimento, controllato da un software, mantiene il primo riflettore 2 puntato verso il sole. Il software controlla tutte le funzioni del primo riflettore 2, inclusa la regolazione del motore, l'accensione all alba e lo spegnimento al tramonto. Più in generale, il ricevitore 1 comprende un unità di controllo (non illustrata) associata ai mezzi di movimentazione per realizzare il puntamento dei mezzi concentratori e per posizionare ed orientare lo specchio 7. In dettaglio, il già citato cono 9 presenta un apertura di ingresso 9a affacciata allo specchio 7, ed un apertura di uscita 9b opposta all apertura di ingresso. Tale cono 9 converge dall apertura di ingresso 9a all apertura di uscita 9b per convogliare il fascio di luce concentrata verso l apertura di uscita 9b. Si noti che tale cono 9 presenta una superficie interna 9c sostanzialmente riflettente. Inoltre, il cono 9 presenta una parete 9d termicamente isolante. Vantaggiosamente, tale cono 9 indirizza il fascio di luce concentrata verso i già citati mezzi di conversione. La lente 8 di ampia larghezza, dipendente dai valori azimut, è posta in corrispondenza dell apertura di ingresso 9a del cono 9. In opera, la tubazione di uscita comprendente il cono 9 è interrata, presente sotto l'anello di calcestruzzo rinforzato disposto sul terreno e su cui scorrono le ruote dei binari per l'allineamento con l azimut. Il ricevitore 1 comprende inoltre un diedro affacciato all apertura di uscita 9b del cono 9 in modo tale da deflettere il fascio di luce concentrata in uscita dal cono 9. In particolare, il diedro è predisposto per ricevere il fascio di luce concentrata con un angolazione di 4. Con riferimento alla figura 2, i mezzi di conversione comprendono un contenitore di gas pressurizzato e una cupola semisferica di quarzo 13 posta su detto 4

5 contenitore per sigillare detto contenitore e convogliare detto fascio di luce concentrata all interno di detto contenitore. I mezzi di conversione comprendono ulteriore cono 1 affacciato alla cupola semisferica 13 ed ad un diedro 11 per convogliare il fascio di luce concentrata in uscita dal diedro 11 verso la cupola 13. Con maggior dettaglio, il fascio di luce concentrata viene diretto dal diedro 11 a 4 verso il contenitore. Una terza lente 14 piano-convessa è posta dopo la cupola 13, in modo tale da concentrare maggiormente la radiazione luminosa ed operare alle massime temperature ammissibili dagli acciai altamente legati. In particolare, all interno del contenitore sono posti dei riempimenti a strati di anelli A raschig neri di grafite senza resina (e/o ad esempio di carburo di silicio) in grado di assorbire il fascio di luce concentrata. L ulteriore cono 1, ancorato alla terra, sostiene il contenitore e gli anelli raschig neri A. Gli strati in successione hanno anelli via-via con dimensioni minori e la superficie libera per il flusso di luce restante decresce ma mantiene il livello elevato di concentrazione e la sua alta temperatura. Tale elemento altamente riscaldante è percorso da un gas inerte, ed è delimitato da una cupola in quarzo 13, atta a resistere alla pressione del gas. Una turbina T in comunicazione di fluido con detto contenitore per far espandere il gas ad alta temperatura in uscita da detto contenitore. La turbina T è meccanicamente collegata al compressore C del gas inerte di circolazione e al generatore G di energia elettrica. Un ulteriore cupola semisferica di quarzo 16 sigilla a tenuta il contenitore, ed è dotata di spia luminosa m. Il gas uscente per l'allontanamento di accidentali polveri attraversa un apparecchio a corrente gassosa tangenziale e/o a filtro SP. Uno scambiatore di calore R per il gas compresso da C è posto in scambio con il gas uscente dalla turbina T. Opzionalmente, uno scambiatore di calore Ei per la produzione di idrogeno ed ossigeno via termo-elettrolisi di H2O, calore al liquido elettrolitico come indicato nel brevetto EP B1, a nome della stessa Richiedente, e/o

6 uno scambiatore di calore Eh per il termocondizionamento abitativo ed acqua calda per vari impieghi, inoltre scambi per regolare la temperatura in ingresso al compressore. Tutte le lenti ottiche e tipo Fresnel sono di materiale quarzo, trasparente alla luce e resistente a shock termici ed esercizio ad alte temperature. 6

7 1 2 RIVENDICAZIONI 1. Ricevitore (1) di energia solare, comprendente mezzi concentratori (2, 4, 6) della luce solare comprendenti un primo riflettore (2) parabolico a disco affacciabile al sole; un secondo riflettore (4) parabolico a disco affacciato al primo riflettore (2) e cofocale rispetto al primo riflettore (2); una lente (6) piano-convessa affacciata a detto secondo riflettore (4) per far convergere la radiazione solare in uscita da detto secondo riflettore (4); uno specchio (7) affacciato a detta lente (6) per riflettere la radiazione solare focalizzata in uscita da detta lente (6) in un fascio di luce concentrata verso una lente di collimazione (8) contenuta alla sommità di un tubo tronco conico (9); detto ricevitore (1) comprendendo inoltre mezzi di conversione associati a detto specchio (7) e a detta lente (8), configurati per ricevere detto fascio di luce concentrata e convertirlo in energia cinetica e/o elettrica; mezzi di movimentazione associati a detti mezzi concentratori (2, 4, 6) per puntarli nella direzione del sole e per posizionare ed orientare lo specchio (7). 2. Ricevitore (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto tubo tronco conico (9) presenta un apertura di ingresso (9a) affacciata a detto specchio (7) e contenente la lente collimatrice (8), ed un apertura di uscita (9b) opposta a detta apertura di ingresso (9a), detto cono (9) convergendo da detta apertura di ingresso (9a) a detta apertura di uscita (9b) per convogliare detto fascio di luce concentrata verso detta apertura di uscita (9b). 3. Ricevitore (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto tubo conico (9) presenta una superficie interna (9c) sostanzialmente riflettente. 4. Ricevitore (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto tubo conico (9) presenta una parete esterna (9d) termicamente isolante.. Ricevitore (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere un diedro () affacciato a detta apertura di uscita di detto cono (9) per deflettere il fascio di luce concentrata in uscita da detto cono (9). 7

8 Ricevitore (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto diedro () è predisposto per ricevere detto fascio di luce concentrata con un angolazione di Ricevitore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un unità di controllo associata a detti mezzi di movimentazione per controllare il puntamento di detti mezzi concentratori (2, 4, 6) e per posizionare ed orientare lo specchio (7). 8. Ricevitore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di movimentazione comprendono cuscinetti associati a detto primo riflettore (2) per realizzare l elevazione e coordinare una struttura ruotante configurata per realizzare l'angolo azimut per detto primo riflettore (2). 9. Ricevitore (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di conversione comprendono ulteriore cono (1) affacciato a detta cupola semisferica (13) e ad una lente convergente (14) configurata per concentrare un fascio luminoso entrante nella parte superiore del contenitore () avente gli strati (A) degli anelli raschig neri.. Ricevitore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di conversione comprendono un contenitore di gas circolante pressurizzato () e due cupole semisferiche di quarzo (13, 16) poste su detto contenitore () per sigillare detto contenitore () e convogliare detto fascio di luce concentrata all interno di detto contenitore (); una turbina (T) in comunicazione di fluido con detto contenitore () per far espandere un gas ad alta temperatura in uscita da detto contenitore (). 30 8

9 RIASSUNTO Un ricevitore (1) di energia solare comprende un primo riflettore (2) parabolico a disco affacciato al sole; un secondo riflettore (4) parabolico a disco affacciato al primo riflettore (2) e cofocale al primo riflettore (2); una lente (6) piano-convessa convergente affacciata al secondo riflettore (4) uno specchio (7) affacciato alla lente (6) per riflettere la radiazione solare focalizzata in uscita dalla lente (6) in un fascio di luce concentrata focalizzata verso una lente collimatrice orizzontale (8) contenuta alla sommità di un tubo tronco conico collettore (9); la luce tramite la cupola semisferica (13) con la lente piano-convessa (14) convergente raggiunge alte temperature; mezzi di conversione associati al tubo (9) e lente (14) per ricevere il fascio di luce concentrata e convertirlo in energia cinetica e/o elettrica; mezzi di movimentazione associati a detti mezzi concentratori (2, 4, 6,) per puntarli nella direzione del sole. 1 9

10 1/ O 3 F 7 F' 6 4a 8 9c 9a 9d 9b 9 Fig.1

11 m R Ei Eh A T C G A 1 2/2 14 SP Fig.2