ITTO20100980A1 - Sistema eolico per la conversione di energia mediante profili alari di potenza - Google Patents

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ITTO20100980A1 IT000980A ITTO20100980A ITTO20100980A1 IT TO20100980 A1 ITTO20100980 A1 IT TO20100980A1 IT 000980 A IT000980 A IT 000980A IT TO20100980 A ITTO20100980 A IT TO20100980A IT TO20100980 A1 ITTO20100980 A1 IT TO20100980A1
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Description

Descrizione
“SISTEMA EOLICO PER LA CONVERSIONE DI ENERGIA MEDIANTE PROFILI ALARI DI POTENZAâ€
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce un sistema eolico per la conversione di energia mediante almeno un profilo alare di potenza.
Sono noti nella tecnica sistemi e dispositivi che sottraggono energia eolica al vento mediante profili alari di potenza (genericamente indicati con il termine inglese “kite†) al fine di produrre elettricità a basso costo sfruttando fonti energetiche rinnovabili, come quelli per esempio descritti nei brevetti anteriori nn. US 4.124.182, CN 1.052.723, GB 2.317.422, US 6.072.245, US 6.254.034, NL1017171C, US 6.523.781, US2005046197.
In particolare, la domanda di brevetto europeo n. 06745301.9 a nome della stessa Richiedente descrive un sistema eolico comprendente almeno un profilo alare di potenza manovrabile da terra immerso in almeno una corrente eolica composto da una piattaforma base posta a livello del suolo e connessa tramite due funi al profilo alare di potenza stesso, tale piattaforma base essendo atta a manovrare il profilo alare ed a convertire l’energia eolica della corrente eolica in energia elettrica o meccanica mediante verricelli di avvolgimento/svolgimento delle funi connessi a generatori/motori elettrici. In particolare, tale sistema à ̈ dotato di un sistema di rinvio delle funi verso il profilo alare comprendente meccanismi di attenuazione delle variazioni improvvise di carico agente sul profilo alare composti da bozzelli ed elementi elastici, come per esempio un cavo elastico o una molla, che presentano un’elevata complessità realizzativa ed una insoddisfacente affidabilità di funzionamento.
Inoltre, il sistema di rinvio del sistema eolico secondo la domanda di brevetto europeo n.
06745301.9 non à ̈ dotato di una struttura in grado di assecondare in modo programmato ed atteso i movimento del profilo alare durante le varie traiettorie di volo.
Scopo quindi della presenta invenzione à ̈ quello di fornire un sistema eolico per la conversione di energia mediante almeno un profilo alare di potenza comprendente un sistema di rinvio delle funi verso il profilo stesso dotato di una struttura di supporto a traliccio deformabile in modo programmato ed atteso in funzione dei carichi esercitati dal profilo alare.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un sistema eolico comprendente un sistema di rinvio dotato di meccanismi di attenuazione delle variazioni improvvise di carico di può pratica, economica ed affidabile realizzazione.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema eolico per la conversione di energia mediante almeno un profilo alare di potenza come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la FIG. 1 mostra una vista in prospettiva frontale di una realizzazione preferita del sistema eolico secondo la presente invenzione;
- la FIG. 2 mostra una vista dall’alto di una realizzazione preferita di un componente del sistema eolico secondo la presente invenzione;
- la FIG. 3 mostra una vista in prospettiva laterale di una realizzazione preferita del componente della FIG. 2; e
- la FIG. 4 mostra una vista laterale di una realizzazione preferita del componente della FIG.
2.
Facendo riferimento alle Figure, à ̈ possibile notare che il sistema eolico per la conversione di energia secondo la presente invenzione comprende: - almeno un profilo alare di potenza (non mostrato) manovrabile da terra (nel seguito, per brevità, anche indicato con il termine inglese “kite†) immerso nelle correnti eoliche da catturare. Tale profilo alare à ̈ realizzato tessendo fibre comunemente impiegate nella fabbricazione di vele specifiche per determinate attività sportive, quali per esempio il surf e il kart. Una specifica fondamentale che caratterizza il kite à ̈ l’area della superficie. Grazie a recenti studi aerodinamici, sono disponibili sul mercato profili alari in grado di soddisfare determinate esigenze in termini di controllo e manovrabilità. Manovrando in modo opportuno un profilo alare à ̈ possibile modulare il trasferimento energetico dal vento. In particolare, à ̈ possibile guidare il kite lungo una traiettoria di volo portandolo da una posizione in cui la trazione esercitata dalle correnti eoliche in cui il profilo alare à ̈ immerso à ̈ massima ad una posizione di quasi stallo (che può essere azimutale oppure laterale), in cui tale trazione à ̈ minima. E' alternando in modo ciclico una fase di massima trazione a quella di quasi stallo e successivo recupero che avviene la generazione di energia elettrica, così come si vedrà in seguito con maggior dettaglio;
- una piattaforma di base 1, atta a manovrare il profilo alare ed a convertire l’energia eolica della corrente eolica in energia elettrica o meccanica, posta a livello del suolo e connessa tramite due funi 2 al profilo alare di potenza, tali due funi 2 essendo atte a trasmettere forze da e verso il profilo alare ed impiegate sia per il controllo della traiettoria di volo del profilo alare stesso sia per la trasmissione di energia, nelle modalità di cui in seguito. È possibile prevedere più profili alari di potenza connessi tra loro in serie, in modo da sommare il tiro sulle funi 2. I profili alari sono infatti connessi alla piattaforma base 1 mediante un unico sistema di funi 2. Per semplicità, nel seguito ci si riferirà al caso in cui il sistema eolico secondo la presente invenzione sia dotato di un unico profilo alare. Il principio di funzionamento del sistema eolico secondo la presente invenzione non dipende infatti dal numero di profili alari che vengono utilizzati. Il vantaggio derivante dall’impiego di più profili alari di potenza consiste nell’aumento della superficie del fronte vento intercettata da tali profili e conseguentemente nell’incremento del tiro sui verricelli 3 e dell’energia elettrica generabile ad ogni ciclo di funzionamento. In particolare, la piattaforma di base 1 comprende almeno due verricelli 3 su ciascuno dei quali à ̈ arrotolata o srotolata una rispettiva fune 2, ciascuno di tali verricelli 3 essendo connesso, eventualmente mediante l’interposizione di almeno un riduttore 4, ad un generatore/motore elettrico 5. In corrispondenza di ciascun verricello 3 vi à ̈ un modulo di guida 6 che obbliga ciascuna fune 2 ad un avvolgimento ordinato sul rispettivo verricello 3 Il profilo alare à ̈ quindi manovrato srotolando e riavvolgendo le funi 2 sui rispettivi verricelli 3. Le funi 2 sono quindi l’elemento di connessione tra il kite e la piattaforma base 1 e consentono il trasferimento della forza tra il kite stesso ed i verricelli 3. Quando il kite à ̈ sollevato dal vento, le funi 2 determinano la rotazione dei verricelli 3 e, di conseguenza, la conversione di energia per mezzo dei generatori 5. Durante invece il recupero del kite, le funi 2 trasmettono al profilo alare la tensione generata dalla rotazione dei verricelli 3 per mezzo dei motori. Ovviamente, la lunghezza e il diametro di ciascuna fune 2 dipendono dalle condizioni di vento e di sicurezza in cui si intende operare;
- un sistema di rinvio atto a guidare ciascuna fune 2 verso il profilo alare comprendente, in particolare, una prima coppia di bozzelli 7a montata su dei pattini 6a dei moduli di guida 6 delle funi 2, una seconda coppia di bozzelli 7b posta a valle dei moduli di guida 6 delle funi 2 ed atta a mantenere orizzontali i tratti di fune 2 compresi tra questi stessi bozzelli 7b e quelli montati sui pattini 6a dei moduli di guida 6, una terza coppia di bozzelli 7c atta a rinviare le funi 2 verso il profilo alare, una quarta coppia di bozzelli 7d atta a rinviare le funi 2 provenienti dalla seconda coppia di bozzelli 7b verso la terza coppia di bozzelli 7c, tale quarta coppia di bozzelli 7d facente anche funzione di mezzi di tensionamento delle funi.
Vantaggiosamente, così come per esempio illustrato nelle Figure da 2 a 4, il sistema di rinvio comprende una struttura di supporto a traliccio 9 composta da estensimetri o “strain gauge†(17) disposti virtualmente lungo degli spigoli di una piramide a pianta triangolare avente vertice su un punto di connessione della terza coppia di bozzelli 7c. Tale disposizione degli estensimetri o “strain gauge†17 consente vantaggiosamente alla struttura di supporto a traliccio 9 del sistema di rinvio di deformarsi in modo programmato in base ai differenti, ed eventualmente improvvisi, livelli di carico esercitati dal profilo alare sulla terza coppia di bozzelli 7c disposta sulla traversa esterna 11.
Preferibilmente, la struttura di supporto a traliccio 9 à ̈ composta da una traversa esterna 11 alla quale à ̈ connessa la terza coppia di bozzelli 7c, una traversa interna inferiore 13 ed un montante interno 15, tale montante interno 15 essendo connesso a tale traversa interna inferiore 13, ciascuna delle estremità di tale traversa interna inferiore 13 e l’estremità superiore di tale montante interno 15 essendo connesse al punto di connessione dei terzi bozzelli 7c in un punto sostanzialmente centrale di tale traversa esterna 11 da almeno un tale rispettivo estensimetro o “strain gauge†17.
Inoltre, sempre vantaggiosamente, il sistema di rinvio comprende almeno una coppia di meccanismi di attenuazione delle variazioni improvvise di carico compreso tra la prima 7a e la seconda 7b coppia di bozzelli, ciascuno di tali meccanismi di attenuazione comprendente almeno un ammortizzatore 19, preferibilmente del tipo a molla 21, disposto coassialmente alla direzione longitudinale di scorrimento della fune 2 tra il rispettivo primo 7a e secondo 7b bozzello, tale secondo bozzello 7b essendo connesso ad un’estremità esterna di un rispettivo ammortizzatore 19. Quando si verifica un colpo di vento, gli ammortizzatori 19 dei meccanismi di attenuazione si comprimono attenuando la variazione improvvisa di carico agente sul profilo alare. Viceversa, se il carico diminuisce improvvisamente, gli ammortizzatori 19 dei meccanismi di attenuazione si distendono per far fronte alla diminuzione della tensione. Il sistema di rinvio illustrato nelle Figure à ̈ preferibilmente dotato di due meccanismi di attenuazione delle variazioni improvvise di carico, uno in corrispondenza di ciascun verricello 3.
Nei terzi bozzelli 7c che accompagnano le funi verso il profilo alare, à ̈ possibile realizzare un attacco girevole sulla piattaforma di base 1, ed in particolare sulla traversa esterna 11 della struttura di supporto a traliccio 9 del sistema di rinvio realizzato mediante almeno una molla 23. Ciò consente grande libertà di rotazione e questo requisito à ̈ fondamentale per poter accompagnare le funi 2 verso il profilo alare durante il funzionamento del sistema secondo la presente invenzione.
I moduli di guida 6 sono i componenti della piattaforma base 1 che obbligano le funi 2 ad un avvolgimento ordinato sui verricelli 3 ed impediscono lo strisciamento tra le funi 2 e le guance dei verricelli 3 e tra le funi 2 stesse. Ciascun modulo di guida 6 à ̈ dotato del pattino 6a scorrevole lungo una rotaia 6b disposta parallelamente all’asse di rotazione del rispettivo verricello 3. Il pattino 6a à ̈ in grado di traslare nei due sensi lungo tale rotaia 6b e su di esso à ̈ montato il primo bozzello 7a. In particolare, lo scorrimento di tale pattino 6a à ̈ comandato da un meccanismo di scorrimento (non mostrato) che lo fa spostare contestualmente alla rotazione del verricello 3. Preferibilmente, il meccanismo di scorrimento può essere a comando a vite o a comando a cinghia. Nel meccanismo di scorrimento a comando a vite la traslazione del pattino 6a lungo la rotaia 6b à ̈ comandata dalla rotazione di una vite di precisione a ricircolazione di sfere. Nel meccanismo di scorrimento a comando a cinghia il pattino 6a à ̈ montato su una cinghia dentata.
Nei moduli di guida 6 delle funi 2, la traslazione del pattino à ̈ comandata da almeno un motore elettrico (non mostrato) che agisce sul meccanismo di scorrimento il cui funzionamento à ̈ regolato dal sistema di controllo intelligente che governa il profilo alare.
Il sistema secondo la presente invenzione à ̈ preferibilmente dotato di due moduli di guida 6 delle funi 2, uno in corrispondenza di ciascun verricello 3.
I verricelli 3 sono componenti dotati di argani attorno ai quali sono avvolte le funi 2. I verricelli 3 sono connessi, mediante l’interposizione dei riduttori 4, preferibilmente di tipo epicicloidale, ai generatori/motori elettrici 5. La rotazione di ciascun verricello 3 à ̈ dunque legata alla rotazione di un corrispondente albero motore. Durante la fase di generazione di energia elettrica, à ̈ lo svolgimento delle funi 2 dagli argani ad imporre la rotazione dei verricelli 3. Durante il recupero del profilo alare invece, sono i motori che azionano i verricelli 3. Il dispositivo contiene due verricelli 3, uno per ciascuna fune 2.
I generatori 5 sono i componenti mediante i quali avviene la produzione di elettricità. Il loro azionamento avviene ad opera dei verricelli 3 durante lo srotolamento delle funi 2. Nel sistema secondo la presente invenzione, i generatori 5 fungono anche da motori, provvedendo a riavvolgere le funi 2 sul verricello 3 quando à ̈ necessario recuperare il profilo alare. I generatori/motori elettrici 5 sono comandati dal sistema di controllo intelligente nelle modalità che saranno nel seguito descritte ed il sistema secondo la presente invenzione à ̈ preferibilmente dotato di due generatori/motori elettrici 5.
Ovviamente, il sistema eolico 1 secondo la presente invenzione può cooperare con un sistema di controllo intelligente agente sulla piattaforma base 1 mediante il quale il volo del profilo alare à ̈ governato automaticamente ed un sistema di alimentazione 12 cooperante con tale sistema di controllo intelligente per gestire l’accumulazione e l’erogazione dell’energia elettrica. Il sistema di controllo intelligente coopera con un set di sensori ad alimentazione autonoma posizionato sul profilo alare che invia informazioni, preferibilmente in modalità wireless ai componenti a terra del sistema di controllo intelligente stesso. Il sistema di controllo intelligente integra queste informazioni con altre informazioni provenienti da un set di sensori a terra (ad esempio il valore del carico delle funi determinato dalla lettura della coppia del motore) ed effettua elaborazioni per manovrare automaticamente il profilo alare durante il suo intero ciclo di funzionamento: preferibilmente, tale sistema di controllo intelligente à ̈ quello descritto nella la domanda di brevetto europeo n. 06745301.9.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema eolico per la conversione di energia comprendente: - almeno un profilo alare di potenza manovrabile da terra immerso in almeno una corrente eolica; - una piattaforma base (1) posta a livello del suolo e connessa tramite due funi (2) a detto profilo alare di potenza, detta piattaforma base (1) essendo atta a manovrare detto profilo alare ed a convertire un’energia eolica di detta corrente eolica in energia elettrica o meccanica, dette due funi (2) essendo atte a trasmettere forze da e verso detto profilo alare ed essere impiegate sia per un controllo di una traiettoria di volo di detto profilo alare sia per una trasmissione di energia; - un sistema di rinvio atto a guidare ciascuna detta fune (2) verso detto profilo alare comprendente una prima coppia di bozzelli (7a) montata su dei pattini (6a) di moduli di guida (6) di dette funi (2), una seconda coppia di bozzelli (7b) posta a valle di detti moduli di guida (6) di dette funi (2) ed atta a mantenere orizzontali i tratti di detta fune (2) compresi tra detti secondi bozzelli (7b) e detti primi bozzelli (7a) montati su detti pattini (6a) di detti moduli di guida (6), una terza coppia di bozzelli (7c) atta a rinviare dette funi (2) verso detto profilo alare, una quarta coppia di bozzelli (7d) atta a rinviare dette funi (2) provenienti da detta seconda coppia di bozzelli (7b) verso detta terza coppia di bozzelli (7c), caratterizzato dal fatto che detto sistema di rinvio comprende una struttura di supporto a traliccio (9) composta da estensimetri o “strain gauge†(17) disposti virtualmente lungo degli spigoli di una piramide a pianta triangolare avente vertice su un punto di connessione di detta terza coppia di bozzelli (7c).
  2. 2. Sistema eolico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura di supporto a traliccio (9) à ̈ composta da una traversa esterna (11) alla quale à ̈ connessa detta terza coppia di bozzelli (7c), una traversa interna inferiore (13) ed un montante interno (15), ciascuna estremità di detta traversa interna inferiore (13) e un’estremità superiore di detto montante interno (15) essendo connesse a detto punto di connessione di detta terza coppia di bozzelli (7c) in un punto sostanzialmente centrale di detta traversa esterna (11) mediante un rispettivo detto estensimetro o “strain gauge†(17).
  3. 3. Sistema eolico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema di rinvio comprende almeno una coppia di meccanismi di attenuazione delle variazioni improvvise di carico compreso tra detta prima (7a) e detta seconda (7b) coppia di bozzelli.
  4. 4. Sistema eolico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti meccanismi di attenuazione comprende almeno un ammortizzatore (19) disposto coassialmente ad una direzione longitudinale di scorrimento di detta fune (2) tra un rispettivo detti primo (7a) e secondo (7b) bozzello, detto secondo bozzello (7b) essendo connesso ad un’estremità esterna di un rispettivo detto ammortizzatore (19).
  5. 5. Sistema eolico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto ammortizzatore (19) Ã ̈ a molla (21).
  6. 6. Sistema eolico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta piattaforma base (1) comprende almeno due verricelli (3) su ciascuno dei quali à ̈ arrotolata o srotolata una rispettiva detta fune (2), ciascuno di detti verricelli (3) essendo connesso ad un generatore/motore elettrico (5).
  7. 7. Sistema eolico secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto verricello (3) à ̈ connesso a detto generatore/motore elettrico (5) mediante l’interposizione di almeno un riduttore epicicloidale (4).
  8. 8. Sistema eolico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti terzi bozzelli (7c) sono dotati di un attacco girevole a detta piattaforma base (1) realizzato mediante almeno una molla (23).
  9. 9. Sistema eolico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto pattino (6a) scorre lungo una rotaia (6b) parallelamente ad un asse di rotazione di detto verricello (3).
  10. 10. Sistema eolico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che lo scorrimento di detto pattino (6a) lungo detta rotaia (6b) Ã ̈ comandato da un meccanismo di scorrimento contestualmente ad una rotazione di detto verricello (3).
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