Inseguitore Solare Fotovoltaico Innovativo

Università Mediterranea di Reggio Calabria

Risultato della ricerca:

Ciò che si intende valorizzare è una invenzione industriale relativa ad un generatore fotovoltaico. L’invenzione è già stata sottoposta all’attenzione dell’Ufficio Italiano Brevetti e Marchi (domanda RM2015A000190) e, con atto del 02/10/2018, è stato concesso il brevetto per invenzione industriale N. 0001430077.

Il generatore fotovoltaico brevettato è caratterizzato da alcune caratteristiche peculiari che lo rendono del tutto innovativo rispetto ai generatori della stessa categoria già sviluppati. Le sue principali peculiarità sono: i) è dotato di inseguitore solare di tipo mono-assiale, con variazione dell’orientamento delle celle fotovoltaiche per rotazione da est a ovest intorno ad un asse; ii) è totalmente integrabile nelle strutture portanti di un edificio; iii) tutti i componenti preposti alla rotazione delle celle fotovoltaiche sono installate “sotto vetro” e, quindi, sono completamente protetti dagli agenti atmosferici potenzialmente aggressivi; iv) è semi-trasparente alla luce solare; v) il grado di semitrasparenza alla luce solare è regolabile in modo coordinato con la regolazione dell’angolo max di rotazione delle celle fotovoltaiche e, quindi, della percentuale massima di incremento della generazione di energia elettrica dal sole, rispetto ad uno stesso generatore senza inseguitore solare.

Dal punto di vista costitutivo, il generatore dell’invenzione comprende almeno uno speciale “mini-modulo” alloggiato dentro una cassaforma dotata di copertura trasparente che è integrata in un manufatto edilizio. Ciascun mini-modulo è privo di proprio vetro di copertura ed è costruito a partire da uno speciale supporto allungato che ha piccolo spessore, superficie esposta al sole piana ed è realizzato, preferibilmente, in polistirene. Il supporto allungato è altresì provvisto di terminazioni per la rotazione lungo il proprio asse longitudinale e sulla sua superficie piana affacciata al sole sono incollate le lamine fotovoltaiche, preferibilmente in silicio mono o poli cristallino di tipo commerciale.

Il supporto allungato è anche costruito “su misura”, in modo che una sola fila di un certo numero delle lamine fotovoltaiche ne ricopra interamente la sua superficie esposta al sole, sia in larghezza che in lunghezza. Ulteriormente, il supporto allungato è dotato di finestre di alleggerimento ed areazione, cosicché i mini-moduli risultino leggerissimi, specie se confrontati, a parità di lamine fotovoltaiche, con i moduli dell’arte nota. La copertura trasparente è fornita di pareti e spallette laterali di sostegno dei mini-moduli, nelle quali sono ricavate apposite sedi per l’alloggiamento di speciali cuscinetti dotati di assi passanti cavi nei quali sono innestate le terminazioni dei mini-moduli. Questi ultimi sono assemblati per file affiancate e distanziate; le file affiancate di mini-moduli possono essere interbloccate meccanicamente tra loro per ruotare simultaneamente. La distanza tra le predette file affiancate di mini-moduli, oltre a garantire il non ombreggiamento reciproco dei mini-moduli durante la loro rotazione, garantisce, altresì, il passaggio di parte della luce solare incidente sul generatore verso gli ambienti interni al manufatto edilizio in cui è integrata la cassaforma che, durante il giorno, possono, così, essere illuminati di luce naturale. Il livello di illuminazione naturale può essere regolato, regolando la predetta distanza tra le file affiancate di mini-moduli.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

L’invenzione è stata ideata e sviluppata nell’ambito delle ordinarie attività di ricerca dell’inventore e non è stata oggetto di alcun precedente bando di finanziamento.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

A differenza dei moduli fotovoltaici convenzionali, ciascuno dei mini-moduli dell’invenzione non è dotato né di cornici metalliche né di vetro di copertura, essendo previsto un unico vetro per la copertura trasparente che alloggia (e ripara) la pluralità di mini-moduli costituenti il generatore fotovoltaico. Inoltre, mentre i generatori ad inseguimento solare di tipo convenzionale sono ottenuti posando in opera normali moduli fotovoltaici su sistemi aggiuntivi deputati alla movimentazione degli stessi, dando luogo a sistemi complessivamente molto pesanti, ingombranti e pienamente esposti agli agenti atmosferici disturbanti, i mini-moduli e tutti gli altri componenti preposti all’inseguimento solare secondo l’invenzione sono posati in opera entro una copertura trasparente, risultando completamente al riparo dagli agenti atmosferici disturbanti.

La copertura trasparente è anche progettata per essere parte integrante e/o sostituire elementi strutturali/architettonici di manufatti edilizi; ne consegue che un altro rilevante vantaggio dell’invenzione è quello della totale integrazione del generatore fotovoltaico nel manufatto edilizio cui è destinato, con un impatto sul paesaggio e sull’ambiente minimo o nullo, differentemente  da quanto accade per i generatori ad inseguimento convenzionali che, essendo posati a terra o su tetto o su pali, causano sempre e comunque un forte e negativo impatto sia paesaggistico che ambientale. Ulteriormente, i mini-moduli del generatore sono installati entro le casseforme in maniera da risultare sufficientemente distanziati gli uni dagli altri, al fine di evitare che, nel corso della loro rotazione essi si ombreggino reciprocamente, con danno immediato sulla produttività del generatore. Ciò conferisce al generatore la peculiarità di risultare semitrasparente ai raggi solari, con evidenti vantaggi per il manufatto edilizio, sia in termini architettonici/estetici che energetici. Regolando la distanza tra i mini-moduli dentro la copertura si può regolare la quantità di luce naturale che entra nel manufatto edilizio ma anche il valore dell’angolo massimo di rotazione dei mini-moduli e, conseguentemente, l’incremento di produzione di energia elettrica del generatore. Questi parametri di controllo, alla portata del progettista esperto del ramo, costituiscono chiaramente un ulteriore vantaggio in termini di adeguamento del generatore alle esigenze dell’utilizzatore.

Titoli di proprietà intellettuale:

L’invenzione è già stata sottoposta all’attenzione dello Ufficio Italiano Brevetti e Marchi (domanda RM2015A000190) e, con atto del 02/10/2018, è stato concesso il brevetto per invenzione industriale N. 0001430077. A valle del deposito della domanda di brevetto, la descrizione del trovato ed i risultati di alcune prime sperimentazioni su un dimostratore sono stati pubblicati in un lavoro scientifico presentato ad una conferenza internazionale che si è tenuta ad Amsterdam nel settembre 2017.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

L’ambito dell’invenzione è quello dei generatori fotovoltaici caratterizzati dalla possibilità di mutare continuamente la posizione di installazione per inseguire la posizione del sole durante il giorno, affinché i suoi raggi possano incidere sempre perpendicolarmente sul generatore fotovoltaico, piuttosto che non secondo percorsi obliqui, molto meno efficienti; più specificamente l’ambito dell’invenzione può essere limitato a quello degli inseguitori di tipo cosiddetto mono-assiale con semplice rotazione est-ovest intorno ad un asse. Inoltre, per come ideato, il generatore fotovoltaico in questione è preferibilmente costruito had hoc per la struttura/manufatto che lo deve ospitare. Infatti, i cosiddetti mini-moduli, precedentemente descritti e che formano il generatore fotovoltaico, possono essere facilmente posati in opera direttamente entro apposite casseforme a loro volta integrate in strutture/manufatti edilizi di vario tipo. I manufatti edilizi in cui integrare il generatore, maggiormente adatti ad applicazioni pratiche e potenzialmente molto proficue da un punto di vista della resa energetica complessiva, possono essere certamente (e non esaustivamente) i seguenti: serre agricole; atrii o corridoi di centri commerciali; atrii o corridoi di scuole; atrii o corridoi di stazioni ferroviarie; atrii o corridoi di ospedali; hall di alberghi; sale espositive; palestre; piscine coperte; capannoni industriali; pensiline frangisole; tettoie; parti di edifici residenziali.

Il mercato di riferimento è certamente quello della generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili ed in particolare quello dei generatori fotovoltaici. Il generatore fotovoltaico proposto è poi particolarmente adatto al mercato dei cosiddetti BIPV (Building Integrated Photovoltaics) che la recente letteratura specializzata, a livello internazionale, considera a pieno titolo una delle vie migliori per addivenire alla possibilità di costruire i tanto auspicati edifici nZEB (near Zero Energy Building). Le potenzialità di impiego del generatore in questo settore sono poi notevolmente rafforzate dalla peculiarità del generatore di risultare, in modo controllabile, semitrasparente alla luce solare.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

È del tutto evidente che il generatore brevettato, per poter essere concretamente apprezzato ed eventualmente commercializzato, deve essere sottoposto ad una ulteriore fase di sviluppo sperimentale. Per questo, riteniamo essenziale che, più che un laboratorio di ricerca da solo, una o più imprese altamente qualificate nello specifico settore, dopo aver ben valutato l’idea fondante, conducano (in collaborazione con l’inventore) un approfondito studio sulla concreta fattibilità del trovato. Più in dettaglio, a partire da un’ipotesi di concreta integrazione del generatore fotovoltaico in un manufatto edilizio di rilevanza pratica (un edificio residenziale o un capannone industriale o una serra agricola o una tettoia o altro) si ritiene indispensabile affrontare lo studio e la progettazione esecutiva di almeno i seguenti aspetti fondamentali: i) materiali e dimensioni ottimali dei mini-moduli; ii) sistema di laminazione delle celle fotovoltaiche posate sui mini-moduli; iii) struttura, tipologia e materiali degli scatolati (casseforme) che devono contenere i mini-moduli; iv) tipologia, materiali e dimensionamento della copertura trasparente, anche in relazione agli aspetti di isolamento termico e di resistenza ai carichi ed agli agenti atmosferici; v) tipologia e componenti del sistema di orientamento dei mini-moduli; vi)  tipologia e materiali del sistema di interblocco tra i vari mini-moduli affiancati dentro gli scatolati; vii) pericoli elettrici ed isolamento elettrico. Alla predetta fase di studio e di progettazione esecutiva del generatore in ogni suo componente deve poi seguire quella di prototipazione su scala reale con successiva fase di testing e validazione sia delle performances energetiche (del generatore e del manufatto edilizio) che di affidabilità e di durabilità nel tempo dei componenti.

Codice:

0061

Area di Innovazione:

Edilizia Sostenibile - Ambiente - Smart Manufacturing.