IT201600097456A1 - PHOTOVOLTAIC MODULE WITH INTEGRATED ACCUMULATION SYSTEM - Google Patents
PHOTOVOLTAIC MODULE WITH INTEGRATED ACCUMULATION SYSTEMInfo
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Description
Descrizione di una domanda di brevetto d’invenzione avente per titolo: "MODULO FOTOVOLTAICO CON SISTEMA DI ACCUMULO INTEGRATO” Description of an invention patent application entitled: "PHOTOVOLTAIC MODULE WITH INTEGRATED STORAGE SYSTEM"
La presente invenzione si riferisce ad un modulo fotovoltaico con sistema di accumulo completamente integrato. The present invention refers to a photovoltaic module with a fully integrated storage system.
La tecnologia fotovoltaica sta incontrando un rapido sviluppo grazie all'impulso che ha avuto il mercato degli impianti fotovoltaici a livello mondiale. Sulla spinta del mercato fotovoltaico che chiede soluzioni sempre più efficienti e architettonicamente integrate è costante l’impegno a ricercare tecnologie innovative e sempre più compatibili con le esigenze di minimo ingombro e/o impatto ambientale, che possano essere facilmente scalabili e modulari a seconda delle esigenze e necessità del momento. Photovoltaic technology is experiencing rapid development thanks to the impetus that the market for photovoltaic systems has had worldwide. Driven by the photovoltaic market that asks for increasingly efficient and architecturally integrated solutions, the commitment to research innovative technologies that are increasingly compatible with the needs of minimum space and / or environmental impact, which can be easily scalable and modular according to needs, is constant. and needs of the moment.
Allo stato dell’arte esistono diversi brevetti che focalizzano l’attenzione su questi scopi. Per esempio, US20090014049, CN202534751U, DE10201100514 e US4740431 descrivono sistemi fotovoltaici aventi un sistema integrato di accumulo energetico all’interno del modulo, allo scopo di minimizzare l’ingombro di eventuali accumulatori di energia. Nella stessa ottica di minimizzare l’impatto ambientale, i documenti US2015171484A1 e CN202352792U descrivono l’uso di batterie sottili ed accumulatori di energia in moduli fotovoltaici o accoppiati agli stessi. Tuttavia, in questi sistemi gli accumulatori di energia sono comunque associati al sistema modulare fotovoltaico, creando quindi un sistema poco duttile per essere scalabile e modulare; altro svantaggio dei sistemi descritti nello stato dell’arte è quello della sovraproduzione di calore derivante dalle batterie impiegate, di tipo sottile ed usate per minimizzare l’ingombro dei moduli fotovoltaici. Pertanto, a questi moduli viene spesso associato un sistema raffreddante, causando un rilevante ingombro finale e consumo energetico aggiuntivo. At the state of the art, there are several patents that focus attention on these purposes. For example, US20090014049, CN202534751U, DE10201100514 and US4740431 describe photovoltaic systems having an integrated energy storage system inside the module, in order to minimize the size of any energy accumulators. In the same vein of minimizing the environmental impact, documents US2015171484A1 and CN202352792U describe the use of thin batteries and energy accumulators in photovoltaic modules or coupled to them. However, in these systems the energy accumulators are in any case associated with the modular photovoltaic system, thus creating a system that is not very flexible to be scalable and modular; another disadvantage of the systems described in the state of the art is that of the overproduction of heat deriving from the batteries used, of the thin type and used to minimize the size of the photovoltaic modules. Therefore, a cooling system is often associated with these modules, causing a significant final footprint and additional energy consumption.
Esiste pertanto la necessità di sviluppare moduli fotovoltaici che offrano soluzioni più compatte, con un sistema di accumulo possibilmente integrato all’interno del volume degli stessi, e che contemporaneamente possano garantire un sistema di raffreddamento naturale efficace e la modularità e compattezza di detti moduli fotovoltaici. Therefore, there is a need to develop photovoltaic modules that offer more compact solutions, with a storage system possibly integrated within the volume of the same, and which can simultaneously ensure an effective natural cooling system and the modularity and compactness of said photovoltaic modules.
La presente invenzione risolve vantaggiosamente i problemi sopra indicati in accordo con le caratteristiche di cui alla rivendicazione 1. The present invention advantageously solves the problems indicated above in accordance with the characteristics of claim 1.
Il modulo fotovoltaico con sistema di accumulo integrato oggetto della presente invenzione offre contemporaneamente la possibilità di usare un modulo fotovoltaico -anche tradizionale- combinato ad accumulatori di energia (o batterie) sottili ed a un sistema automatico di inseguimento della massima potenza (MPPT) e regolazione di carica, dove detti accumulatori di energia sottili sono integrati nel modulo stesso (non eccedendone l’ingombro), e la possibilità di un sistema di raffreddamento del modulo e delle batterie impiegate che non richiede l’inserimento di apparecchi di ventilazione. The photovoltaic module with integrated storage system object of the present invention simultaneously offers the possibility of using a photovoltaic module - even traditional - combined with thin energy accumulators (or batteries) and an automatic maximum power tracking (MPPT) and regulation system. of charge, where said thin energy accumulators are integrated in the module itself (not exceeding its overall dimensions), and the possibility of a cooling system of the module and of the batteries used that does not require the insertion of ventilation devices.
DESCRIZIONE DELLE FIGURE DESCRIPTION OF THE FIGURES
Le caratteristiche costruttive e funzionali del modulo fotovoltaico con sistema di accumulo integrato della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne illustrano una forma di realizzazione data solo a scopo esemplificativo e non limitativo ed in cui: The constructive and functional characteristics of the photovoltaic module with integrated storage system of the present invention can be better understood from the detailed description that follows, in which reference is made to the attached drawing tables which illustrate an embodiment given only by way of example and not limiting and in which:
La Figura 1 è una vista prospettica schematica frontale di un modulo fotovoltaico con accumulo integrato secondo la presente invenzione; Figure 1 is a schematic front perspective view of a photovoltaic module with integrated storage according to the present invention;
la Figura 2 è una vista posteriore schematica del modulo fotovoltaico della figura 1; Figure 2 is a schematic rear view of the photovoltaic module of Figure 1;
la Figura 3 è una vista laterale schematica del modulo fotovoltaico della Figura 1. Figure 3 is a schematic side view of the photovoltaic module of Figure 1.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PRESENTE INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENT INVENTION
Con riferimento alle Figure citate, viene mostrato un modulo fotovoltaico 1 comprendente: With reference to the cited figures, a photovoltaic module 1 is shown comprising:
-una struttura di supporto 2 comprendente una faccia frontale 2A ed una faccia posteriore 2B opposta a detta faccia frontale 2A, detta faccia posteriore 2B comprendente un supporto perimetrale 2C, -a support structure 2 comprising a front face 2A and a rear face 2B opposite to said front face 2A, said rear face 2B comprising a perimeter support 2C,
-un gruppo di conversione 3 disposto su detta faccia frontale 2A, detto gruppo di conversione 3 comprendente una superficie di assorbimento di energia solare 3A, detta superficie di assorbimento di energia solare 3A di detto gruppo di conversione 3 comprendente almeno un elemento fotovoltaico (non indicato nelle figure) atto ad assorbire l’energia solare ed a convertirla in corrente elettrica (figura 1), -a conversion unit 3 arranged on said front face 2A, said conversion unit 3 comprising a solar energy absorption surface 3A, said solar energy absorption surface 3A of said conversion unit 3 comprising at least one photovoltaic element (not indicated in the figures) suitable for absorbing solar energy and converting it into electric current (figure 1),
- un gruppo di accumulo 4 (schematizzato in Fig. 2), essendo detto gruppo di accumulo 4 collegato elettricamente a detto gruppo di conversione 3 ed atto ad accumulare l’energia elettrica prodotta da detto gruppo di conversione. - an accumulation group 4 (schematized in Fig. 2), said accumulation group 4 being electrically connected to said conversion group 3 and able to accumulate the electrical energy produced by said conversion group.
Secondo l’invenzione, detto gruppo di accumulo 4 è alloggiato all’interno della struttura di supporto perimetrale 2C senza eccederne dall’ingombro del modulo fotovoltaico. According to the invention, said accumulation group 4 is housed inside the perimeter support structure 2C without exceeding the size of the photovoltaic module.
Preferibilmente, detto gruppo di accumulo 4 comprende uno o più accumulatori di energia 5, una o più unità di controllo 6, uno o più convertitori di energia 7. Preferibilmente, detta unità di controllo comprende una scatola di derivazione del modulo fotovoltaico. Preferably, said storage group 4 comprises one or more energy accumulators 5, one or more control units 6, one or more energy converters 7. Preferably, said control unit comprises a junction box of the photovoltaic module.
Detti uno o più accumulatori di energia 5, una o più unità di controllo 6, e uno o più convertitori di energia 7 sono collegati tra loro elettricamente tramite dei mezzi di collegamento elettrico 8, di tipo convenzionale (figura 2). Said one or more energy accumulators 5, one or more control units 6, and one or more energy converters 7 are electrically connected to each other by means of electrical connection means 8, of a conventional type (Figure 2).
Ancor più preferibilmente, detto uno o più accumulatori di energia 5 sono definiti da batterie ultrasottili. Preferibilmente, dette una o più batterie ultrasottili sono batterie ultrasottili al litio, ancor più preferibilmente aventi uno spessore uguale od inferiore a 0,8 cm. Even more preferably, said one or more energy accumulators 5 are defined by ultra-thin batteries. Preferably, said one or more ultra-thin batteries are ultra-thin lithium batteries, even more preferably having a thickness equal to or less than 0.8 cm.
Preferibilmente, detta faccia posteriore 2B di detta struttura di supporto 2 comprende ulteriormente uno o più elementi riflettenti il calore, preferibilmente detti elementi sono definiti da lastre in alluminio (bassa emissività). In questo modo, il calore trasmesso dalla faccia posteriore 2B della struttura di supporto 2 del modulo fotovoltaico 1 viene vantaggiosamente ulteriormente limitato. Preferably, said rear face 2B of said support structure 2 further comprises one or more heat reflecting elements, preferably said elements are defined by aluminum plates (low emissivity). In this way, the heat transmitted by the rear face 2B of the support structure 2 of the photovoltaic module 1 is advantageously further limited.
Preferibilmente, detto supporto perimetrale 2C è costituito da profilati a sezione “a C”. Detto supporto perimetrale 2C è atto ad alloggiare uno o più accumulatori di energia 5, una o più unità di controllo 6, uno o più convertitori di energia 7. Preferibilmente, detto supporto perimetrale 2C ha uno spessore di 3 cm. Preferably, said perimeter support 2C consists of “C” section profiles. Said perimeter support 2C is adapted to house one or more energy accumulators 5, one or more control units 6, one or more energy converters 7. Preferably, said perimeter support 2C has a thickness of 3 cm.
Preferibilmente detti uno o più accumulatori di energia 5, una o più unità di controllo 6, uno o più convertitori di energia 7 sono alloggiati in detto supporto perimetrale 2C, preferibilmente distanziati da detto gruppo di conversione 3, ancora più preferibilmente in prossimità di detta faccia posteriore 2B, come si può vedere in figura 3. Preferably said one or more energy accumulators 5, one or more control units 6, one or more energy converters 7 are housed in said perimeter support 2C, preferably spaced from said conversion unit 3, even more preferably in proximity of said face rear 2B, as can be seen in figure 3.
In questo ultimo caso, è vantaggioso prevedere l’impiego di elementi di supporto 9 (figura 2) per gli accumulatori di energia 5 che siano dei profilati con sezione a C che vengono fissati in modo convenzionale (ad esempio tramite delle viti od altrimenti noti mezzi di ritegno) in corrispondenza di detta faccia posteriore 2B di detto supporto perimetrale 2C. Detti elementi di supporto 9 hanno uno spessore leggermente superiore allo spessore di dette batterie 5 in modo da poterci inserire rispettivi bordi di dette batterie 5. In this last case, it is advantageous to provide for the use of support elements 9 (figure 2) for the energy accumulators 5 which are C-section profiles which are fixed in a conventional way (for example by means of screws or otherwise known means retainer) in correspondence with said rear face 2B of said perimeter support 2C. Said support elements 9 have a thickness slightly greater than the thickness of said batteries 5 so as to be able to insert respective edges of said batteries 5.
Detti elementi di supporto 9 con profilo in sezione a C consentono anche l’inserimento di detti elementi riflettenti il calore, in particolare se essi comprendono dette lastre di alluminio. Le lastre di alluminio risultano così distanziate di circa 2 cm dal lato posteriore plastico (backsheet) del modulo fotovoltaico, consentendo la libera circolazione dell’aria e quindi il raffreddamento naturale. Said support elements 9 with a C-section profile also allow the insertion of said heat reflecting elements, in particular if they include said aluminum plates. The aluminum sheets are thus spaced about 2 cm from the plastic rear side (backsheet) of the photovoltaic module, allowing free circulation of air and therefore natural cooling.
In una forma di realizzazione preferita, il modulo fotovoltaico 1 della presente invenzione comprende un modulo fotovoltaico standard (tipicamente 150-300 Wp, opzionalmente scalabile verso il basso), un convertitore buck e/o boost con controllore MPPT (Maximum Power Point Tracking) e gestione di carica, un sistema di controllo e monitoraggio della ricarica (BMS, Battery Management System), ed un set di 4-16 batterie ultrasottili al litio collegate in serie (ovvero accumulatori di energia 5) (ad esempio, 8 batterie collegate in serie sono preferite) aventi uno spessore tipico di 0,8 cm. Dette batterie vengono tipicamente montate sulla faccia posteriore 2B di detta struttura di supporto 2 del modulo fotovoltaico 1 (figura 3), essendo alloggiate nel supporto perimetrale 2C. Le batterie non eccedono l’ingombro del supporto perimetrale 2C del modulo fotovoltaico 1 stesso. L’ingombro tipico di detto supporto perimetrale 2C, ovvero lo spessore di detto supporto perimetrale, è di 3 cm; in questo modo, si evita il sovrariscaldamento delle batterie in quanto viene consentita la circolazione naturale dell’aria nell’intercapedine derivante tra la faccia posteriore 2B e detti accumulatori di energia (batterie) 5 (in questa forma di realizzazione preferita, pari a circa 2 cm). Inoltre, in questa forma di realizzazione preferita, viene interposto l’elemento riflettente a bassa remissività termica, costituito da una lastra di alluminio, avente lo spessore di 0.5 mm; tale lastra è riflettente al calore e limita ulteriormente il sovrariscaldamento delle batterie, dove la temperatura massima raggiunta è compresa nell’intervallo di 50-60°C. In a preferred embodiment, the photovoltaic module 1 of the present invention comprises a standard photovoltaic module (typically 150-300 Wp, optionally scalable downwards), a buck and / or boost converter with MPPT (Maximum Power Point Tracking) controller and charge management, a charging control and monitoring system (BMS, Battery Management System), and a set of 4-16 ultra-thin lithium batteries connected in series (i.e. 5 energy accumulators) (for example, 8 batteries connected in series are preferred) having a typical thickness of 0.8 cm. Said batteries are typically mounted on the rear face 2B of said support structure 2 of the photovoltaic module 1 (Figure 3), being housed in the perimeter support 2C. The batteries do not exceed the size of the perimeter support 2C of the photovoltaic module 1 itself. The typical size of said perimeter support 2C, or the thickness of said perimeter support, is 3 cm; in this way, the overheating of the batteries is avoided since the natural circulation of the air is allowed in the interspace arising between the rear face 2B and said energy accumulators (batteries) 5 (in this preferred embodiment, equal to about 2 cm). Furthermore, in this preferred embodiment, the reflecting element with low thermal remissivity is interposed, consisting of an aluminum plate, having a thickness of 0.5 mm; this plate is heat reflective and further limits the overheating of the batteries, where the maximum temperature reached is within the range of 50-60 ° C.
Vantaggiosamente, il modulo fotovoltaico 1 della presente invenzione, presentando un accumulo integrato allo stesso modulo fotovoltaico 1, non necessita di ulteriori sistemi di accumulo esterni, rendendo quindi il sistema completamente Advantageously, the photovoltaic module 1 of the present invention, having an accumulation integrated with the same photovoltaic module 1, does not require further external accumulation systems, thus making the system completely
- stand-alone; - stand alone;
- modulare; e - modular; And
- montabile dal punto di vista meccanico in tutte le possibili configurazioni tipiche e/o necessitate per i moduli fotovoltaici. - mountable from a mechanical point of view in all possible typical and / or necessary configurations for photovoltaic modules.
Il modulo fotovoltaico 1 della presente invenzione presenta il gruppo di accumulo 4 integrato che evita di aumentare l’ingombro del modulo fotovoltaico 1; in tal modo, è possibile montare detto modulo fotovoltaico 1, integrante quindi anche l’accumulatore di energia 5, in tutte le configurazioni possibili a seconda delle esigenze del caso. Il modulo in questo senso può essere vantaggiosamente scalabile. The photovoltaic module 1 of the present invention has the integrated accumulation group 4 which avoids increasing the size of the photovoltaic module 1; in this way, it is possible to mount said photovoltaic module 1, therefore also integrating the energy accumulator 5, in all possible configurations according to the needs of the case. The module in this sense can be advantageously scalable.
Inoltre, altro vantaggio della presente invenzione è che vengono risolte le problematiche di sovratemperatura degli accumulatori di energia 5 e del modulo fotovoltaico 1 stesso; infatti, l’alloggiamento degli accumulatori di energia 5 all’interno di detto supporto perimetrale 2C, consente la circolazione dell’aria tra la faccia posteriore 2B di detta struttura di supporto 2 di detto modulo fotovoltaico 1 e detti uno o più accumulatori di energia 5. Furthermore, another advantage of the present invention is that the overtemperature problems of the energy accumulators 5 and of the photovoltaic module 1 itself are solved; in fact, the housing of the energy accumulators 5 inside said perimeter support 2C, allows air circulation between the rear face 2B of said support structure 2 of said photovoltaic module 1 and said one or more energy accumulators 5 .
Il funzionamento del modulo fotovoltaico 1 della presente invenzione è come segue. The operation of the photovoltaic module 1 of the present invention is as follows.
I raggi solari incidono la superficie di assorbimento di energia solare 3A della faccia frontale 2A del modulo fotovoltaico 1. The solar rays affect the solar energy absorption surface 3A of the front face 2A of the photovoltaic module 1.
L’energia assorbita viene convertita in energia elettrica per mezzo di detta superficie di assorbimento di energia solare 3A e trasmessa all’unità di controllo 6 di detto gruppo di accumulo 4. Detta unità di controllo 6 gestisce il controllo e il direzionamento della corrente elettrica a detto uno o più accumulatori di energia 5 di detto gruppo di accumulo 4. The absorbed energy is converted into electrical energy by means of said solar energy absorption surface 3A and transmitted to the control unit 6 of said storage group 4. Said control unit 6 manages the control and direction of the electric current to said one or more energy accumulators 5 of said accumulation group 4.
In una forma di realizzazione, l’energia è trasferita dal modulo fotovoltaico (celle) alle batterie tramite il dispositivo di inseguimento della massima potenza e gestione della ricarica. In one embodiment, the energy is transferred from the photovoltaic module (cells) to the batteries via the maximum power tracking and charging management device.
L’uscita del dispositivo è costituita dai due morsetti che fanno capo al collegamento (in serie) delle batterie. In altri termini e vantaggiosamente, è come se fosse una unica batteria che viene ricaricata tramite il modulo fotovoltaico. Il carico/utenza viene collegato a questi due morsetti, ovvero si possono collegare altri moduli con accumulo in parallelo in modo da formare un impianto di dimensioni maggiori costituito da più moduli di conversione e accumulo in serie e/o in parallelo, così come si fa con i moduli di accumulatori tradizionali ed anche con le batterie. The output of the device consists of the two terminals that refer to the connection (in series) of the batteries. In other words and advantageously, it is as if it were a single battery that is recharged through the photovoltaic module. The load / user is connected to these two terminals, i.e. other modules with storage can be connected in parallel so as to form a larger system consisting of several conversion and storage modules in series and / or in parallel, as is done with traditional accumulator modules and also with batteries.
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