ITAN20120117A1 - Sensore per impianti fotovoltaici. - Google Patents

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Federico Cacciani
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Federico Cacciani
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Ruggieri Matteo
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Description

DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
“SENSORE PER IMPIANTI FOTOVOLTAICI”.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente domanda di brevetto per invenzione ha per oggetto un sensore per la rilevazione della caduta di potenziale ai capi di un pannello fotovoltaico di un impianto solare.
L’invenzione si colloca nell’ ambito del monitoraggio di singoli pannelli che compongono un impianto fotovoltaico e più ampiamente nel controllo e monitoraggio delle prestazioni deH’impianto nel suo complesso.
La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di una stringa (L) di pannelli (P) fotovoltaici secondo la tecnica nota. I pannelli (P) fotovoltaici sono collegati tra loro in serie mediante cavi di connessione (C). Ciascun cavo di connessione (C) comprende un connettore maschio (Mc) per collegarsi all’uscita di un primo pannello (P) fotovoltaico e un connettore femmina (Fc) per collegarsi all’ingresso del pannello fotovoltaico adiacente al primo pannello (P) fotovoltaico. Detti cavi di connessione (C) devono presentare un'adeguata resistenza ai raggi UV e alle elevate temperature che si raggiungono a seguito dell’ incidenza dei raggi solari sui pannelli (P) deirimpianto.
Un impianto solare comprende altresì un inverter, atto a stabilizzare l'energia raccolta dai pannelli (P) e a convertire la tensione in corrente continua, in uscita dalla stringa (L) di pannelli (P), in tensione in corrente alternata, al fine di immettere la tensione in corrente alternata nella rete.
Ciò che normalmente viene misurato in un impianto solare è la corrente generata dalla singola stringa (L) di pannelli (P), nonché la potenza prodotta (in KWh) dalla stringa. Per questo tipo di misurazioni si impiegano sonde ad effetto hall e normali voltmetri ai capi dell’ in verter.
Con riferimento a Fig. 1, il voltmetro misura la tensione VTOTai capi del primo e dell’ultimo pannello (P) della stringa (L). Tuttavia, il voltmetro non riesce a misurare le tensioni (VI, V2, V3, ....) ai capi dei singoli pannelli (P) della stringa (L).
Pertanto l’utilizzo di impianti fotovoltaici di questo tipo presenta l’inconveniente legato alla difficoltà nell’ individuare, all’ interno della stringa (L) di pannelli (P), gli eventuali pannelli (P) mal funzionanti.
A tale proposito, si precisa che la stringa (L) di pannelli (P), collegati in serie, è, per le leggi di Kirchoff, percorsa da un’unica corrente, la quale è funzione dello stato di tutti i pannelli (P) della stringa, sia in termini positivi sia in termini negativi.
Più precisamente, un pannello con problemi, ad esempio non illuminato o con componenti in via di degrado, non solo non produce energia, ma fa anche da “collo di bottiglia” per Γ intera stringa, limitandone la corrente complessiva di attraversamento.
Dalla misurazione della tensione ai capi di una stringa e dal confronto del valore ottenuto con quello ricavato da misurazioni effettuate su stringhe similari, è possibile, però, evincere esclusivamente che un pannello della stringa in questione non funziona bene, senza individuare precisamente il pannello in via di degrado.
Per risolvere tale inconveniente è noto effettuare un’analisi del corretto funzionamento di ogni singolo pannello di una stringa. Tale analisi del singolo pannello consente di identificare immediatamente il pannello in via di degrado, contraddistinto da prestazioni ridotte rispetto agli altri pannelli della medesima stringa.
Detta analisi, inoltre, fa sì che alcuni problemi o mal funzionamenti della stringa, derivanti dalle scarse prestazioni del pannello in via di degrado, possano essere previsti e, dunque, evitati attraverso il ricorso a misure preventive.
La misurazione della caduta di tensione ai capi di un singolo pannello diventa, quindi, lo strumento per ottimizzare le performance di un impianto fotovoltaico, sia esso di tipo industriale (per la produzione pura di energia) o di tipo civile (per lo scambio sul posto di pochi Watt).
La principale criticità nel misurare la caduta di tensione ai capi di tutti i singoli pannelli di una stringa, sia in impianti già in opera sia in impianti in fase di realizzazione, è data dal fatto che per effettuare tale misura è necessario cablare ulteriormente rimpianto fotovoltaico, sia per la misurazione che per la trasmissione dei dati letti.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare alle problematiche della tecnica nota, ideando un sensore, per la misurazione della caduta di tensione in stringhe di pannelli fotovoltaici che sia pratico, versatile, di facile istallazione e che non necessiti di alcun cablaggio dedicato.
Il sensore secondo il trovato comprende un primo connettore maschio, un primo connettore femmina, un secondo connettore maschio e un secondo connettore femmina.
Nella fattispecie, il primo connettore maschio e il primo connettore femmina sono connessi tra loro da primi mezzi di collegamento elettrico e sono atti a collegare detto sensore a due pannelli consecutivi di una stringa di pannelli.
Il secondo connettore maschio e il secondo connettore femmina, invece, sono connessi tra loro da secondi mezzi di collegamento elettrico e sono atti a collegare detto sensore ad una coppia di sensori uguali.
Il sensore secondo il trovato comprende altresì mezzi di rilevazione di tensione, operativamente connessi ai primi e ai secondi mezzi di collegamento elettrico, in modo da rilevare un valore di caduta di tensione di un singolo pannello fotovoltaico e un valore di tensione iniziale trasmesso da un sensore di un pannello precedente, in modo da trasmettere ad un sensore di un pannello successivo un valore finale di tensione pari alla somma del valore di caduta di tensione rilevato e del valore iniziale di tensione.
Il sensore comprende anche un trasmettitore per trasmettere i valori di tensione rilevati ad un ricevitore di un pannello di controllo.
Per maggior chiarezza esplicativa, la descrizione del sensore secondo il trovato prosegue con riferimento alle tavole di disegno allegate, aventi solo valore illustrativo e non certo limitativo, dove:
- La figura 1 è una rappresentazione schematica di una stringa di pannelli fotovoltaici secondo la tecnica nota.
- La figura 2 è una rappresentazione schematica del sensore secondo il trovato;
- La figura 3 è una rappresentazione schematica di una stringa di pannelli fotovoltaici collegati tra loro mediante l’utilizzo dei sensori secondo il trovato. Con particolare riferimento alla figura 2, il sensore (S) è inserito in un involucro (A), il quale ha la funzione di proteggere tutti i componenti del sensore stesso. Detto involucro (A) è preferibilmente di plastica e presenta una forma quadrangolare.
Con riferimento a Fig. 3, il sensore (S) secondo il trovato è destinato ad essere connesso ad una coppia di pannelli (P), consecutivi, mediante cavi di connessione standard (C) di per sé noti per collegare pannelli fotovoltaici tra loro. Tale cavo di connessione (C) comprende un connettore maschio (Mc) e un connettore femmina (Fc).
Con particolare riferimento alla figura 2, detto sensore (S) comprende un primo connettore maschio (Mp) e un primo connettore femmina (Fp), collegati tra loro mediante primi mezzi di collegamento elettrico (C^ e aventi la funzione di consentire il collegamento tra il sensore (S) e due pannelli (P); I primi mezzi di collegamento (CO sono anche i mezzi tramite i quali scorre la corrente prodotta dall’intero sistema fotovoltaico.
In particolare, il primo connettore maschio (Mp) del sensore sporge dall’ involucro (A) del sensore (S) ed è atto ad impegnarsi nel rispettivo connettore femmina (Fc) del cavo (C), mentre il primo connettore femmina (Fp) del sensore (S) è ricavato all’interno dell’involucro (A) del sensore (S) ed è atto ad alloggiare il connettore maschio (Mc) del cavo (C).
Con particolare riferimento alla figura 3, ogni sensore (S) è destinato ad essere connesso con una serie di identici sensori (S), così da formare una linea di connessione in cui tutti i sensori (S) risultano collegati in serie tra loro. Si precisa, quindi, che lungo detta linea di connessione, ogni sensore (S) è collegato con un identico sensore (S) precedente e con un identico sensore (S) successivo.
A quest’ultimo proposito, con particolare riferimento alla figura 2, il sensore (S), secondo il trovato, comprende altresì un secondo connettore maschio (Ms) e un secondo connettore femmina (Fs), atti a consentire la connessione di detto sensore (S) con una coppia di sensori identici (S) provvisti anch’essi degli stessi connettori maschio e femmina (Ms, Fs).
In particolare, il secondo connettore maschio (Ms) è dislocato esternamente all’involucro (A) del sensore (S) ed è atto ad impegnarsi nel rispettivo secondo connettore femmina (Fs) di un altro sensore (S). Vantaggiosamente, il secondo connettore maschio (Ms) è collegato all’involucro (A) tramite un cavo flessibile (D) per consentire un’agevole installazione.
Invece il secondo connettore femmina (Fs) del sensore (S) è ricavato all’ interno dell’involucro (A) che circonda il sensore (S) ed è atto ad alloggiare il rispettivo secondo connettore maschio (Ms) di un altro sensore (S).
La funzione del secondo connettore maschio (Ms) è quella di portare ai capi del sensore (S) successivo un valore finale di tensione rilevato dal sensore. Per questo motivo, il secondo connettore maschio (Ms) è collegato ai primi mezzi di collegamento elettrico (Cl) tramite secondi mezzi di collegamento elettrico (C2).
Con particolare riferimento alla figura 2, il sensore (S) comprende mezzi di rilevazione di tensione (R). I mezzi di rilevazione di tensione (R) sono operativamente connessi ai primi mezzi di collegamento elettrico (CO al fine di rilevare un valore di tensione di un singolo pannello (P) collegato al sensore (S).
I mezzi di rilevazione di tensione (R) del sensore (S) sono operativamente connessi al secondo connettore femmina (Fs), tramite terzi mezzi di collegamento elettrico (C3), per rilevare un valore di tensione iniziale trasmesso dal sensore del pannello precedente.
In questo modo ciascun sensore (S) rileva un valore di tensione iniziale dal sensore del pannello precedente e un valore di tensione ai capi del proprio pannello e trasmette al sensore del pannello successivo un valore finale di tensione che è pari alla somma del valore iniziale di tensione e del valore di tensione rilevato ai capi del proprio pannello.
II sensore (S) comprende un trasmettitore (T) collegato ai mezzi di rilevazione di tensione (R) per trasmettere il valore di tensione rilevato ad un ricevitore (11) di un panello di controllo (10), in modo che l’utente possa leggere il valore di tensione di ciascun pannello fotovoltaico.
Vantaggiosamente il trasmettitore (T) è di tipo wireless, e preferibilmente è un trasmettitore a radiofrequenze.
I mezzi di rilevazione di tensione (R) e il trasmettitore (T) consistono preferibilmente in un circuito integrato (I). Detto circuito integrato (I) è preferibilmente montato su una scheda di circuito stampato (B) disposta dentro rinvolucro (A). Sulla scheda di circuito stampato (B) vengono montati anche il primo connettore maschio (Mp), il primo connettore femmina (Fp) e il secondo connettore femmina (Fs). Infatti il secondo connettore maschio (Ms) è dislocato esternamente all’ involucro (A) ed è collegato a detta scheda di circuito stampato (B), tramite il cavo flessibile (D). Il cavo flessibile (D) può essere parte integrante dell’involucro (A) (ad esempio co-stampato con l’involucro stesso) oppure ad esso connesso tramite apposito connettore maschio/femmina.
I mezzi di rilevazione di tensione (R) prevedono mezzi di alimentazione elettrica (V) alimentati direttamente dalla differenza di tensione fornita dai pannelli fotovoltaici (P) presente tra i primi mezzi di collegamento elettrico (CO ed i terzi mezzi di collegamento elettrico (C3). I mezzi di alimentazione elettrica consistono in un alimentatore atto ad essere alimentato con tensioni da 5 a 60 Vdc. Infatti bisogna considerare che generalmente la tensione massima fornita da un pannello fotovoltaico è di 40 Vdc.
Inoltre ogni sensore (S) della stringa (L) è identificato da un proprio codice identificativo, corrispondente al pannello (P) fotovoltaico sul quale rileva la tensione.
In questo modo, il sensore (S) si autoalimenta all’ accendersi della coppia di pannelli (P) con cui è connesso ed è identificato con un numero seriale progressivo. Il numero seriale di ciascun sensore (S) e la tensione rilevata da ciascun sensore (S) sono trasmessi via radio da ogni singolo sensore, in modo da avere un’informazione sul funzionamento di ciascun pannello (P) della stringa (L).
Con riferimento a Fig. 3, per misurare una stringa (L) di cinque pannelli (P) si utilizzano sei sensori (S). Il primo sensore, disposto all’ inizio della stringa (L), serve solo per impostare uno “zero” di tensione (o valore iniziale di misurazione). Invece ciascuno dei successivi sensori (S) misura la caduta di tensione ai capi del rispettivo pannello (P) della stringa (L).
In questo modo ciascun sensore dopo il primo sensore riporta un valore di tensione iniziale che corrisponde al valore finale di tensione rilevato dal sensore precedente e un valore di tensione ai capi del rispettivo pannello (P) e trasmette al sensore del pannello successivo il valore di tensione finale che corrisponde alla somma del valore di tensione iniziale e al valore di tensione rilevato per il rispettivo pannello (P). Il sensore del pannello successivo utilizza come valore di tensione iniziale, il valore di tensione finale trasmesso dal sensore del pannello precedente.
L’ultimo sensore misurerà la caduta di tensione ai capi dell’ultimo pannello (P) della stringa (L) e non dovrà trasmettere alcun valore di tensione finale ad un sensore successivo.
In particolare, il trasmettitore (T) del sensore (S) trasmette in radio frequenza il proprio codice identificativo univoco ed il valore di caduta di potenziale letto ai capi del pannello (P), verso il ricevitore (11) del pannello di controllo (10). Un software di acquisizione, installato nel panello di controllo (10), memorizza i dati in un database e ne gestisce la visualizzazione in modo che un utente può leggere i valori di tensione rilevati dai sensori (S). Inoltre il software confronta i valori di tensione rilevati con valori di soglia preimpostati dall’utente. In questo modo il software può gestire allarmi al verificarsi di scostamenti oltre soglie predefinite.
Vantaggiosamente il pannello di controllo (10) è collegato alla rete Internet in modo da poter erogare informazioni anche su web.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Sensore (S) per la misurazione della caduta di tensione in stringhe (L) di pannelli (P) fotovoltaici comprendente: - un primo connettore maschio (Mp) e un primo connettore femmina (Fp) per collegare detto sensore (S) a due pannelli (P) consecutivi della stringa (L); - primi mezzi di collegamento elettrico (Ci) che collegano detto primo connettore maschio (Mp) a detto primo connettore femmina (Fp) e permettono il funzionamento deirimpianto fotovoltaico facendo passare la corrente prodotta dall’ impianto stesso; - un secondo connettore maschio (Ms) e un secondo connettore femmina (Fs) per collegare detto sensore (S) a due sensori uguali (S); - secondi mezzi di collegamento elettrico (C2) che collegano detto secondo connettore maschio (Ms) a detti primi mezzi di collegamento elettrico (CO; - mezzi di rilevazione di tensione (R) operativamente connessi a detti primi mezzi di collegamento elettrico (CO e a terzi mezzi di collegamento elettrico (C3) collegati a detto secondo connettore femmina (Fs), per rilevare il valore di caduta di tensione ai capi di un singolo pannello fotovoltaico (P) e un valore iniziale di tensione trasmesso dal secondo connettore maschio di un sensore precedente, detto secondo connettore maschio (Ms) del sensore essendo atto ad accoppiarsi entro il secondo connettore femmina (Fs) di un sensore successivo per trasmettere al sensore successivo un valore finale di tensione ottenuto dalla somma del valore di tensione rilevato dal sensore e del valore iniziale di tensione trasmesso dal sensore precedente, - un trasmettitore (T) atto a trasmettere i valori di tensione rilevati dal sensore (S) verso un ricevitore (11) di un pannello di controllo (10).
  2. 2) Sensore (S) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto trasmettitore (T) è di tipo wireless a radiofrequenze.
  3. 3) Sensore (S) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rilevazione di tensione (R) e detto trasmettitore (T) sono integrati in un circuito integrato (I).
  4. 4) Sensore (S) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto circuito integrato (I) è montato su una scheda di circuito stampato (B), sulla quale vengono montati anche il primo connettore maschio (Mp), il primo connettore femmina (Fp) e il secondo connettore femmina (Fs) di detto sensore (S).
  5. 5) Sensore (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzo dal fatto di comprendere un involucro (A), e in cui il primo connettore maschio (MP) sporge dall’involucro (A), il primo e il secondo connettore femmina (FP, Fs) sono incassati nell’ involucro (A) e il secondo connettore maschio (Ms) è dislocato esternamente a detto involucro (A) ed è collegato a detto involucro (A) tramite un cavo flessibile (D).
  6. 6) Sensore (S) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzo dal fatto di comprendere mezzi di alimentazione elettrica consistenti in un alimentatore elettrico (V) atto ad essere alimentato con tensioni da 5 a 60 Vdc provenienti direttamente del pannello (P) fotovoltaico al quale il sensore (S) è collegato.
  7. 7) Impianto fotovoltaico comprendente una pluralità di pannelli (P) fotovoltaici collegati in serie a formare una stringa (L), caratterizzato per il fatto di comprendere una pluralità di sensori (S), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6; detti sensori (S) essendo connessi in serie tra loro e collegando in serie detti pannelli (P) fotovoltaici.
  8. 8) Impianto fotovoltaico secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un pannello di controllo (10) collegato a ciascuno di detti sensori (S) per visualizzare i valori di tensione rilevati da detti sensori (S).
  9. 9) Impianto fotovoltaico secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detti sensori (S) comprendono un trasmettitore (T) di tipo wireless a radiofrequenze e detto pannello di controllo (10) comprende un ricevitore (11) accoppiato a detto trasmettitore (T) dei sensori (S).
  10. 10) Impianto fotovoltaico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto di comprendere cavi di connessione elettrica (C) comprendenti un connettore maschio (Mc) e un connettore femmina (Fc) atti a collegarsi con rispettivi connettori femmina e maschio dei pannelli (P) fotovoltaici e con detti primo connettore femmina (Fp) e primo connettore maschio (Mp) del sensore (S).
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