ITPO20090014A1 - MULTIFUNCTION APPARATUS FOR VISUALIZATION AND CONTROL OF PHOTOVOLTAIC PLANTS - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE DESCRIPTION OF THE INDUSTRIAL INVENTION

“Apparecchio multifunzione per la visualizzazione e il controllo di impianti fotovoltaici” "Multifunction device for viewing and controlling photovoltaic systems"

ARTE ANTERIORE ALL’ INVENZIONE ART BEFORE THE INVENTION

E’ nota l’esistenza sul mercato di visualizzatori in grado di mostrare le grandezze più importanti inerenti al funzionamento di un impianto fotovoltaico. Lo scopo principale di questi visualizzatori, denominati anche display, è quello di portare a conoscenza dell’osservatore i valori di produttività dell’impianto sia per scopi didattici che per scopi diagnostici. E’ importante poter scoprire velocemente il verificarsi di un guasto al sistema perché ogni diminuzione di energia immessa in rete si traduce in mancati guadagni, di entità direttamente proporzionale al tempo di durata del guasto. I display disponibili allo stato attuale si limitano alla sola visualizzazione delle principali grandezze dirette e non sono di fatto autonomi perché richiedono la presenza di altri apparecchi accessori sull’impianto, come ad esempio misuratori di energia o datalogger. In definitiva l’utilizzatore deve sopportare il costo aggiuntivo dell’installazione di altri apparecchi e, fatto ancora più limitante, la funzione del display si esplica in ogni caso alla mera rappresentazione numerica delle grandezze fisiche dirette; ovvero grandezze elettriche (potenza e energia), meteorologiche (irraggiamento e temperatura), o ancora grandezze equivalenti (ad esempio il valore economico o la quantità di CO2 equivalente all’energia prodotta dall’impianto) senza che sia fornito un indice specifico sull’efficienza del sistema. The existence on the market of displays able to show the most important quantities inherent to the operation of a photovoltaic system is known. The main purpose of these displays, also called displays, is to bring the system productivity values to the attention of the observer for both educational and diagnostic purposes. It is important to be able to quickly discover the occurrence of a system failure because any decrease in energy fed into the network translates into lost earnings, of an amount directly proportional to the duration of the failure. The displays currently available are limited to the display of the main direct quantities and are not in fact autonomous because they require the presence of other accessory devices on the system, such as energy meters or data loggers. Ultimately, the user must bear the additional cost of installing other devices and, even more limiting, the function of the display in any case is expressed in the mere numerical representation of direct physical quantities; i.e. electrical (power and energy), meteorological (irradiation and temperature) quantities, or even equivalent quantities (for example the economic value or the quantity of CO2 equivalent to the energy produced by the plant) without providing a specific index on efficiency of the system.

Inoltre i visualizzatori sul mercato sono dei prodotti passivi; spetta all’osservatore, infatti, il compito di interpretare i valori mostrati e di valutare in base ad essi la funzionalità dell’impianto. Tipicamente il parametro a cui si ricorre per questa valutazione è la potenza in tempo reale immessa dall’impianto in rete, tuttavia, poiché tale parametro dipende fortemente dalle condizioni meteo presenti, ciò permette solo una stima grossolana dell’efficienza dell’impianto. In alcuni modelli di display è stata aggiunta per questo scopo la visualizzazione dell’irraggiamento solare, tuttavia anche in questo caso l’utilizzatore non ha un’indicazione immediata e diretta dell’efficienza dell’impianto ma necessita di una elaborazione analitica dei valori mostrati. Inoltre, specialmente per impianti più complessi, dalla lettura della sola potenza complessiva è molto difficile rilevare la presenza di possibili guasti parziali soprattutto nel caso in cui tali malfunzionamenti causino soltanto lievi perdite a livello di rendimento complessivo (es. guasti di un singolo pannello o di un inverter in impianti multi-inverter di grosse dimensioni). Furthermore, the viewers on the market are passive products; in fact, it is up to the observer to interpret the values shown and to evaluate the functionality of the system on the basis of them. Typically, the parameter used for this evaluation is the real-time power fed into the network by the system, however, since this parameter strongly depends on the current weather conditions, this allows only a rough estimate of the efficiency of the system. In some display models, the display of solar radiation has been added for this purpose, however even in this case the user does not have an immediate and direct indication of the efficiency of the system but needs an analytical processing of the values shown. Furthermore, especially for more complex systems, from the reading of the total power alone it is very difficult to detect the presence of possible partial failures, especially in the case in which these malfunctions cause only slight losses in terms of overall efficiency (e.g. failures of a single panel or of an inverter in large multi-inverter systems).

SOMMARIO E SCOPO DELL’ INVENZIONE SUMMARY AND PURPOSE OF THE INVENTION

La soluzione proposta dalla presente invenzione permette la visualizzazione in tempo reale delle grandezze dirette e delle grandezze derivate indicative del funzionamento dell’impianto, in particolare della grandezza derivata denominata rendimento complessivo, parametro fondamentale per la valutazione immediata dell’efficienza dell’impianto. In aggiunta alla visualizzazione i suddetti dati possono anche essere comunicati in modo remoto tramite interfacce di comunicazione seriale standard o GSM o via internet. The solution proposed by the present invention allows the real-time display of direct quantities and derived quantities indicative of the operation of the system, in particular of the derived quantity called overall efficiency, a fundamental parameter for the immediate evaluation of the efficiency of the system. In addition to the visualization, the aforementioned data can also be communicated remotely via standard or GSM serial communication interfaces or via the internet.

L’apparecchio inoltre è in grado autonomamente di controllare e segnalare all’utente la presenza di eventuali anomalie tramite suoni e/o il lampeggio delle cifre e/o l’invio di messaggi dedicati via GSM e/o via email, consentendo di intervenire rapidamente nel ripristino della funzionalità dell’impianto. The device is also capable of autonomously checking and reporting to the user the presence of any anomalies by means of sounds and / or the flashing of the digits and / or the sending of dedicated messages via GSM and / or via email, allowing rapid intervention. in restoring the functionality of the system.

Ulteriore funzione dell’apparecchio oggetto della presente invenzione è quella di memorizzare nel tempo le grandezze più significative e, a richiesta, di comunicare all’esterno lo storico dei dati, fornendo in tal modo elementi di analisi e diagnosi aggiuntivi. A further function of the device object of the present invention is to memorize the most significant quantities over time and, on request, to communicate the historical data externally, thus providing additional analysis and diagnosis elements.

Un’importante innovazione della presente invenzione è la capacità di prelevare i dati autonomamente dai dispositivi di conversione statica (inverter) tramite bus di comunicazione seriale senza che siano richiesti apparecchi accessori. Oggetto dell’invenzione è anche il particolare algoritmo utilizzato nel caso di impianti multi-inverter per determinare la presenza di anomalie parziali nel sistema, altrimenti difficilmente rilevabili. Infine, un dispositivo di sicurezza, integrato nell’apparecchio, consente di segnalare all’utente il verificarsi di eventuali effrazioni che potenzialmente possono arrecare danno all’impianto. An important innovation of the present invention is the ability to independently withdraw data from static conversion devices (inverters) via serial communication bus without requiring accessory devices. The subject of the invention is also the particular algorithm used in the case of multi-inverter systems to determine the presence of partial anomalies in the system, otherwise difficult to detect. Finally, a safety device, integrated into the device, allows the user to be notified of any break-ins that can potentially cause damage to the system.

In definitiva la presente invenzione mostra i seguenti vantaggi: Ultimately, the present invention shows the following advantages:

- Visualizzazione diretta del rendimento complessivo del sistema. - Direct visualization of the overall performance of the system.

- Interfacciamento diretto con i dispositivi di conversione statica senza l’aggiunta di dispositivi accessori sull’impianto. - Direct interfacing with static conversion devices without adding accessory devices on the system.

- Interfacciamento diretto con la stazione meteo senza aggiunta di dispositivi accessori. - Direct interfacing with the weather station without adding accessory devices.

- Determinazione della presenza di guasti su sezioni di impianti multi-inverter (utilizzanti inverter decentralizzati). - Determination of the presence of faults on sections of multi-inverter systems (using decentralized inverters).

- Segnalazione multimodale della presenza di anomalie quali: rendimento complessivo inferiore a quanto prestabilito, rendimento di una singola sezione dell’impianto inferiore a quanto stabilito, presenza di un’effrazione. - Memorizzazione dei dati storici e comunicazione remota dei dati attuali e/o storici mediante interfacce standard (USB, RS232, RS485, LAN) o via GSM. - Consultabilità dei dati direttamente tramite web browser standard grazie al server web implementato direttamente a bordo dell’apparecchio. - Multimodal reporting of the presence of anomalies such as: overall performance lower than predetermined, performance of a single section of the system lower than that established, presence of a break-in. - Storage of historical data and remote communication of current and / or historical data via standard interfaces (USB, RS232, RS485, LAN) or via GSM. - Data consultation directly via standard web browser thanks to the web server implemented directly on the device.

LISTA DELLE FIGURE LIST OF FIGURES

L’invenzione sarà meglio compresa riferendosi adesso alle seguenti figure che hanno soltanto un carattere illustrativo ma non limitativo di una particolare forma di realizzazione, dove: The invention will be better understood by referring now to the following figures which have only an illustrative but not limiting character of a particular embodiment, where:

- la Fig.1 rappresenta l’invenzione applicata ad un impianto fotovoltaico; - la Fig.2 mostra un esempio di impianto multi-inverter a cui è applicato l’algoritmo di rilevamento guasti; - Fig.1 represents the invention applied to a photovoltaic system; - Fig. 2 shows an example of a multi-inverter system to which the fault detection algorithm is applied;

- la Fig.3 mostra due esempi di impiego del dispositivo di sicurezza. - Fig. 3 shows two examples of use of the safety device.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI UN MODO DI ATTUAZIONE DETAILED DESCRIPTION OF A METHOD OF IMPLEMENTATION

Nella Fig.1 è mostrato un esempio di applicazione dell’apparecchiatura (1) oggetto della presente invenzione. L’impianto fotovoltaico è qui schematizzato dal campo fotovoltaico (4) e da uno o più convertitori statici CC/CA (3) noti anche con il nome di inverter. All’interno dell’apparecchiatura (1) sono evidenziate le unità di visualizzazione (12), in numero variabile a seconda del numero di parametri che si vuole contemporaneamente visualizzare e l’unità centrale (11) responsabile della gestione di tutte le funzioni. Fig.1 shows an example of application of the equipment (1) object of the present invention. The photovoltaic system is here schematized by the photovoltaic field (4) and by one or more static DC / AC converters (3) also known by the name of inverter. Inside the equipment (1) the display units (12) are highlighted, in a variable number depending on the number of parameters to be simultaneously displayed and the central unit (11) responsible for managing all functions.

Nel caso in cui sia richiesta la visualizzazione o il controllo del rendimento complessivo del sistema è necessario che l’unità centrale (11) acquisisca i dati meteo da un’apposita centralina (2) in modo tale che possa essere calcolato il parametro etag=Pac/(Pnom*Irr/1000) avendo indicato con Pac la potenza complessiva immessa in rete, letta direttamente dagli inverter tramite interfaccia seriale, Pnom la potenza nominale del generatore fotovoltaico e con Irr il valore attuale di irraggiamento, misurato dalla centralina meteo. ;L’unità centrale è così in grado, tramite una unità di visualizzazione, di mostrare ad esempio il parametro etag%=100*etag, evidenziando in modo esplicito ed immediato all’utente il comportamento prestazionale dell’impianto. Nel caso in cui il valore etag% divenga inferiore ad un valore prestabilito, l’unità centrale può allertare l’utente con il lampeggio delle cifre del display e/o inviando dei messaggi SMS o email tramite il modem (13) o il server WEB interno (14). If the display or control of the overall performance of the system is required, the central unit (11) must acquire the weather data from a special control unit (2) so that the parameter etag = Pac can be calculated. / (Pnom * Irr / 1000) having indicated with Pac the total power fed into the grid, read directly by the inverters via serial interface, Pnom the nominal power of the photovoltaic generator and with Irr the current irradiation value, measured by the weather station. ; The central unit is thus able, through a display unit, to show, for example, the etag% = 100 * etag parameter, explicitly and immediately highlighting the system's performance behavior to the user. In the event that the etag% value becomes lower than a predetermined value, the central unit can alert the user by flashing the digits on the display and / or by sending SMS or email messages via the modem (13) or the WEB server. internal (14).

Il valore prestabilito di soglia di intervento, così come tutti gli altri parametri di configurazione dell’unità centrale, possono essere modificati in qualsiasi momento attraverso l’accesso remoto via reti GSM o WEB. Per garantire la massima versatilità e il rapido aggiornamento, anche il firmware dell’unità centrale può essere modificato tramite accesso remoto. The pre-set intervention threshold value, as well as all the other configuration parameters of the central unit, can be changed at any time through remote access via GSM or WEB networks. To ensure maximum versatility and rapid updating, even the central unit firmware can be changed via remote access.

Poiché il parametro etag%, può non essere sufficiente per discriminare la presenza di eventuali guasti di lieve entità (si pensi ad esempio un guasto di un solo pannello in un impianto dotato di centinaia di moduli), nel caso di impianti multi-inverter, l’apparecchio proposto utilizza un algoritmo dedicato allo scopo. Since the etag% parameter may not be sufficient to discriminate the presence of any minor faults (think, for example, of a single panel fault in a system equipped with hundreds of modules), in the case of multi-inverter systems, the The proposed apparatus uses an algorithm dedicated to the purpose.

Ad esempio, in Fig.2 è mostrato un impianto tipico costituito da un certo numero di inverter ognuno dei quali è alimentato da un sotto-campo fotovoltaico di uguale potenza nominale. L’algoritmo dedicato prevede di leggere i valori di potenza in uscita di ognuno degli inverter presenti e di determinare tra questi il valore massimo e quello minimo (in questo esempio corrispondenti rispettivamente agli inverter 22 e 21). Se il rapporto Pmin/Pmax si discosta di un valore prefissato dal valore teorico unitario è allora possibile determinare la presenza di un’anomalia e segnalarla all’esterno. Ad esempio l’unità centrale può inviare un messaggio SMS con l’indicazione del valore del rapporto Pmin/Pmax e il codice assegnato all’inverter generante Pmin. For example, Fig. 2 shows a typical system consisting of a certain number of inverters, each of which is powered by a photovoltaic sub-field of equal nominal power. The dedicated algorithm foresees to read the output power values of each of the inverters present and to determine between these the maximum and minimum value (in this example corresponding respectively to inverters 22 and 21). If the Pmin / Pmax ratio differs by a predetermined value from the theoretical unit value, it is then possible to determine the presence of an anomaly and report it externally. For example, the central unit can send an SMS message indicating the value of the Pmin / Pmax ratio and the code assigned to the inverter generating Pmin.

In Fig.3 sono rappresentati due modi diversi di utilizzo del dispositivo di sicurezza. Il dispositivo di sicurezza prevede di generare un allarme qualora tra i piedini A e B dell’unità centrale (31) ci sia assenza di continuità elettrica. Nel primo caso tra i due piedini viene collegato un sottile cavo elettrico (32), nel secondo caso si sfrutta il ritorno fornito dal collegamento di terra. In entrambi i casi il cavo dovrà essere installato sull’impianto in modo tale che l’effrazione ne comporti la rottura. Fig. 3 shows two different ways of using the safety device. The safety device provides for generating an alarm if there is no electrical continuity between pins A and B of the central unit (31). In the first case a thin electric cable (32) is connected between the two pins, in the second case the return provided by the earth connection is used. In both cases, the cable must be installed on the system in such a way that the break-in involves breaking it.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio multifunzione per la visualizzazione e/o il controllo delle grandezze dirette e derivate indicative del funzionamento di un impianto fotovoltaico. CLAIMS 1. Multifunction device for displaying and / or checking the direct and derived quantities indicative of the operation of a photovoltaic system. 2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che tra le grandezze trattate è compreso il rendimento dell’impianto. 2. Apparatus according to claim 1, characterized by the fact that the efficiency of the plant is included among the treated quantities. 3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dati relativi alle grandezze elettriche vengono prelevati direttamente dai convertitori statici presenti nell’impianto. 3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the data relating to the electrical quantities are taken directly from the static converters present in the system. 4. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dati relativi alle grandezze meteo vengono prelevati direttamente da una centralina meteo. 4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the data relating to the weather variables are taken directly from a weather station. 5. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dalla presenza di almeno un dispositivo di sicurezza. 5. Apparatus according to claim 1, characterized by the presence of at least one safety device. 6. Apparecchio secondo la rivendicazione 5, nel quale il dispositivo di sicurezza è costituito da un circuito in grado di rilevare l’interruzione di un cavo elettrico arbitrariamente disposto nei pressi dell’impianto da proteggere. 6. Apparatus according to claim 5, in which the safety device consists of a circuit capable of detecting the interruption of an electric cable arbitrarily placed near the plant to be protected. 7. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la presenza di condizioni anomale è segnalata automaticamente tramite uno o più eventi (suoni, lampeggio di cifre, invio di messaggi SMS, invio di email). 7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the presence of anomalous conditions is automatically signaled by one or more events (sounds, flashing of digits, sending of SMS messages, sending of emails). 8. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, in cui detta condizione anomala è costituita dal valore del rendimento complessivo inferiore ad un valore prestabilito. 8. Apparatus according to claim 7, in which said anomalous condition is constituted by the value of the overall efficiency lower than a predetermined value. 9. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, in cui detta condizione anomala è costituita dalla la presenza di almeno un valore della potenza generata da una sezione dell’impianto inferiore a quanto prestabilito. 9. Apparatus according to claim 7, in which said anomalous condition is constituted by the presence of at least one value of the power generated by a section of the system lower than that predetermined. 10. Apparecchio secondo la rivendicazione 9, dove il criterio di discriminazione utilizzato è il rapporto Pmin/Pmax avendo indicato con Pmin la potenza generata dalla sezione di minore produzione e Pmax la potenza generata dalla sezione di maggiore produzione. 10. Apparatus according to claim 9, where the discrimination criterion used is the ratio Pmin / Pmax having indicated with Pmin the power generated by the section with less production and Pmax the power generated by the section with the greatest production. 11. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, in cui detta condizione anomala è costituita è costituita dalla presenza di un’effrazione al sistema rivelata dal dispositivo di sicurezza. 11. Apparatus according to claim 7, in which said anomalous condition consists of the presence of a break-in to the system detected by the safety device. 12. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le grandezze acquisite e le grandezze elaborate possono essere comunicate via remota tramite un’interfaccia di comunicazione seriale standard, cablata o wireless. 12. Apparatus according to claim 1, characterized in that the acquired quantities and the processed quantities can be communicated remotely via a standard serial communication interface, wired or wireless. 13. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le grandezze acquisite e le grandezze elaborate sono memorizzate in un archivio storico interno, consultabile tramite accesso remoto. 13. Apparatus according to claim 1, characterized in that the acquired quantities and the processed quantities are stored in an internal historical archive, which can be consulted via remote access. 14. Apparecchio secondo le rivendicazioni 12 o 13, caratterizzato dal fatto che l’accesso remoto è implementato tramite un WEB browser. 14. Device according to claims 12 or 13, characterized by the fact that remote access is implemented via a WEB browser. 15. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i parametri di configurazione e/o il firmware possono essere modificati tramite accesso remoto via reti GSM o WEB.15. Apparatus according to claim 1, characterized in that the configuration parameters and / or the firmware can be modified by remote access via GSM or WEB networks.
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