DOMANDA DI BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO: PATENT APPLICATION FOR INDUSTRIAL INVENTION WITH THE TITLE:
“Apparato di messa in sicurezza per pannelli fotovoltaici.†⠀ œSafety device for photovoltaic panels.â €
* ;CAMPO DELL’INVENZIONE ;La presente invenzione e si riferisce al campo tecnico dei pannelli fotovoltaici ed in particolare ai sistemi di sicurezza e di protezione degli utenti di detti pannelli fotovoltaici. ;STATO DELL’ARTE ;Un impianto fotovoltaico à ̈ un sistema di produzione di energia elettrica mediante la conversione diretta della radiazione solare in elettricità sfruttando il cosiddetto effetto fotovoltaico. ;Gli impianti fotovoltaici attuali comprendoni, generalmente, le seguenti parti componenti: ;un generatore fotovoltaico costituito da una pluralità di moduli fotovoltaici collegati in serie a formare stringhe che vengono, a loro volta, eventualmente collegate in parallelo per ottenere i valori di tensione e di corrente nominali richiesti; ;un gruppo di conversione costituito da una apparecchiatura elettrica o elettronica atta a convertire la corrente continua fornita in uscita dal generatore fotovoltaico in corrente alternata di valore compatibile con quella delle normali utenze domestiche e industriali; ;un sistema di controllo e monitoraggio dell’impianto atto a misurare la resa e i valori dei parametri significativi dell’impianto e a lanciare eventuali allarmi a seguito di rilevazioni di malfunzionamenti. ;Detto gruppo di conversione comprendente solitamente un inverter o un convertitore DC / AC, viene posizionato di norma in prossimità del generatore fotovoltaico per aumentare l'efficienza del sistema complessivo e quindi viene installato sui tetti degli edifici o in zone talvolta difficilmente raggiungibili in situazioni di emergenza. ;I singoli moduli fotovoltaici, che in condizioni standard e a pieno regime possono sviluppare valori di tensione dell'ordine di qualche decina di Volt, nei generatori fotovoltaici in uso vengono generalmente collegati in serie (ed eventualmente in parallelo) in modo da fornire in uscita i valori di tensione e corrente richiesti in ingresso agli inverter posti a valle. Dato che il rendimento complessivo dei generatori fotovoltaici aumenta all'aumentare della tensione di uscita e dato che gli inverter posti a valle dell’impianto fotovoltaico sono solitamente progettati per funzionare con tensioni in ingresso di valore elevato, sono richiesti valori di tensione, in uscita dalle stringhe di pannelli fotovoltaici, che raggiungono le centinaia di Volt. ;Fino ad oggi le tensioni di uscita delle varie stringhe di moduli fotovoltaici venivano limitate a tensioni complessive inferiori a 600 V. Questo limite, in Italia, veniva in precedenza regolamentato dal DPR 547/55 che stabiliva, appunto, la soglia massima per i sistemi a corrente continua (DC) a 600 V e per i sistemi in corrente alternata (AC) a 400V. ;Con la recente abrogazione, in Italia, del DPR 547, e la corrispondente entrata in vigore del D.Lgs.81/08 (cd. testo unico sulla sicurezza), la materia concernente le tensioni massime in uscita da sistemi fotovoltaici viene adesso regolata dalla norma CEI 64/8 relativa a “Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua†secondo cui le stringhe di moduli fotovoltaici possono raggiungere valori di tensione nettamente superiore alla tensione di sicurezza. ;E' da prevedere, pertanto, che in un prossimo futuro il valore di tensione in uscita dalle stringhe di moduli fotovoltaici raggiunga livelli ben superiori a quelli fino ad oggi realizzati anche in virtù dell’introduzione di nuove tecnologie per la realizzazione dei moduli fotovoltaici che tendono ad aumentare la tensione di uscita di detti moduli. Ad esempio, i moduli fotovoltaici realizzati in silicio micromorfo presentano caratteristiche intrinseche tali da realizzare in uscita, singolarmente, livelli di tensione superiori a 100V. ;Si pone dunque - al fine di realizzare un impianto a regola d'arte che tenga conto dei necessari requisiti di sicurezza per installatori, manutentori, utenti ed in genere per tutto il personale che à ̈ chiamato ad intervenire per situazioni di emergenza e calamità naturali - il problema della protezione dalla folgorazione. ;A causa delle suddette esigenze di protezione degli operatori dalla folgorazione e a causa dell’impossibilità di scollegare fisicamente i singoli pannelli fotovoltaici in caso di emergenza, l’impianto fotovoltaico risulta quindi caratterizzato da una pericolosità intrinseca che deve essere tenuta in debito conto. ;La messa in sicurezza degli impianti fotovoltaici risulta in generale problematica per il fatto che non à ̈ sufficiente scollegare I'inverter dalla rete elettrica ed eventualmente scollegare le stringhe dai relativi inverter, in quanto il generatore fotovoltaico in presenza di radiazione solare continua a generare segnale elettrico e quindi all’uscita della stringa si possono manifestare tensioni continue dell'ordine di centinaia di Volt. ;Rappresenta pertanto uno scopo della presente invenzione l’introduzione di un apparato di sicurezza per pannelli fotovoltaici in grado di semplificarne e renderne più efficace e più rapida la messa in sicurezza realizzando un impianto fotovoltaico a sicurezza Intrinseca cioà ̈ un impianto nel quale, qualsiasi sia la condizione operativa contingente, il sistema risulti sempre in sicurezza. ;BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE ;Fig. 1 illustra uno schema a blocchi dell’apparato di sicurezza per pannelli fotovoltaici secondo la presente invenzione. ;Fig. 2 illustra uno schema a blocchi del modulo di controllo locale dell’apparato di sicurezza per pannelli fotovoltaici secondo la presente invenzione. ;Fig. 3 illustra uno schema a blocchi del modulo di controllo remoto dell’apparato di sicurezza per pannelli fotovoltaici secondo la presente invenzione. ;Fig. 4 illustra uno schema a blocchi del circuito generatore del segnale di abilitazione esterno dell’apparato di sicurezza per pannelli fotovoltaici secondo la presente invenzione. ;SOMMARIO DELL’INVENZIONE ;L’apparato secondo la presente invenzione à ̈ atto a mettere in sicurezza ogni singolo pannello fotovoltaico di una stringa di pannelli fotovoltaici in modo da consentire agli operatori di assemblare, manutenere, riparare l’impianto fotovoltaico e, in generale, intervenire in caso di emergenza, senza alcun rischio di folgorazione. L’apparato secondo la presente invenzione può essere applicato anche a impianti preesistenti in quanto non richiede cablaggi aggiuntivi per l’installazione e offre, pertanto, la possibilità di adeguare i suddetti impianti preesistenti alle normative relative alla sicurezza in vigore. ;DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE ;In riferimento alle figure allegate, l’apparato oggetto della presente invenzione comprende sostanzialmente due blocchi funzionali di controllo: un modulo di controllo locale 11 associato al pannello fotovoltaico 10 da controllare -comprendente un modulo di protezione 13 e un modulo di ricezione e abilitazione 14 ad esso associato - e un modulo di controllo remoto 12 della stringa di pannelli fotovoltaici, associato a detto modulo di controllo locale 11 e comprendente un modulo di trasmissione. ;Detto modulo di protezione 13 à ̈ atto a mantenere normalmente in corto circuito i terminali di uscita del pannello fotovoltaico 10 cui risulta associato, finché, a seguito della ricezione di un opportuno segnale di controllo, il suddetto corto circuito non viene rimosso e di conseguenza detto pannello fotovoltaico 10 viene abilitato al funzionamento. ;Detto modulo di ricezione e abilitazione 14, associato a detto modulo di protezione 13, à ̈ atto a riconoscere un opportuno segnale di abilitazione e a fornire, di conseguenza, detto opportuno segnale di controllo a detto modulo di protezione 13. ;Detto modulo di trasmissione, compreso in detto modulo di controllo remoto 12 della stringa di pannelli fotovoltaici, à ̈ atto a generare detto opportuno segnale di abilitazione e a trasmetterlo a detto modulo di ricezione e abilitazione 14 a seguito di opportuna abilitazione in tal senso ricevuta dall’esterno. ;Vantaggiosamente, ed in riferimento alla figura 1 allegata, detto modulo di controllo locale 11 e detto modulo di controllo remoto 12 sono atti ad essere collegati al cablaggio, sempre presente nei sistemi di pannelli fotovoltaici, che collega tra loro i terminali di uscita di ciascun pannello impiegato in modo da offrire a valle il valore di tensione di uscita desiderato. Nessun cablaggio o collegamento aggiuntivo à ̈ richiesto, l’apparato oggetto della presente invenzione può essere integrato con facilità nei pannelli fotovoltaici dello stato dell’arte sia in fase di assemblaggio e costruzione, sia in fase di eventuale retrofitting dei pannelli esistenti. ;Inoltre, il suddetto tipo di collegamento consente di impiegare un solo modulo di controllo remoto 12 in associazione ad una pluralità di moduli di controllo locale 11, in modo da controllare con un singolo segnale di controllo remoto la pluralità di pannelli fotovoltaici collegati a formare la stringa installata. Pertanto, nel caso di retrofitting di impianti esistenti, l’apparato secondo la presente invenzione può essere opportunamente realizzato in forma di kit comprendente un modulo di controllo remoto 12 e un numero di moduli di controllo locale 11 pari al numero dei pannelli fotovoltaici assemblati a formare la stringa installata. ;In riferimento alla figura 2 allegata, una realizzazione preferita di detto modulo di controllo locale 11 comprende un modulo di protezione 13 - a sua volta comprendente un interruttore controllato, ad esempio un interruttore controllato di tipo elettronico come un Mosfet o un IGBT - e un modulo di ricezione e abilitazione 14 a sua volta comprendente un dispositivo di prelievo 17 di detto opportuno segnale di abilitazione, preferibilmente realizzato tramite un’impedenza di lettura disposta in serie sul cavo collegato al morsetto “freddo†di uscita del pannello fotovoltaico 10 e preferibilmente munita di un modulo di protezione da sovratensioni 18 disposto in parallelo; un dispositivo di disaccoppiamento e amplificazione 19 atto a bloccare la componente continua del segnale prelevato su detto dispositivo di prelievo 17 e amplificarne l’ampiezza; un dispositivo di separazione 20 comprendente un circuito di separazione tra detto dispositivo di disaccoppiamento e amplificazione 19 e lo stadio successivo; un filtro passa banda 21; un ulteriore modulo di condizionamento del segnale 22 atto a modellare la forma d’onda del segnale e un ulteriore modulo di limitazione dell’ampiezza del segnale 23. ;In riferimento alla figura 3 allegata, detto modulo di controllo remoto 12 associato a detto blocco locale 11 comprende un modulo di trasmissione che, in una realizzazione preferita, a sua volta comprende almeno un dispositivo di accoppiamento 24; un dispositivo di bypass 25 del segnale atto ad impedire al segnale di abilitazione di propagarsi verso l’inverter a valle e un dispositivo 26 atto a generare detto opportuno segnale di abilitazione a seguito della ricezione di un segnale di abilitazione dall’esterno. ;Detto segnale di abilitazione, ad esempio, può essere generato a partire da un circuito come quello schematizzato nella figura 4 allegata in cui un opportuno modulo di alimentazione 27 fornisce un livello di tensione che, attraverso l’abilitazione di un interruttore 28, preferibilmente del tipo a chiave, raggiunge detto dispositivo 26 atto a generare detto opportuno segnale di abilitazione. Vantaggiosamente un interruttore di emergenza 29, preferibilmente del tipo a pulsante, potrà essere collegato a monte di detto interruttore 28 in modo da consentire, in caso di emergenza, una rapida disabilitazione del sistema e la conseguente messa in corto circuito delle uscite dei pannelli della stringa. ;Appare evidente che con l’impiego dell’apparato secondo la presente invenzione il pannello fotovoltaico si presenta sempre in condizioni di sicurezza avendo ai propri terminali di uscita una tensione pressoché pari a zero, anche in fase di montaggio e assemblaggio e collegamento per realizzare le stringhe, nonostante un’eventuale esposizione alla radiazione solare. ;Una volta disabilitato il blocco trasmettitore, tutti i pannelli entrano automaticamente in protezione e la tensione di stringa si riporta a valori circa nulli. Pertanto, un’eventuale rottura dei conduttori, ad esempio dovuta al cedimento della struttura portante, l’impianto fotovoltaico presenta automaticamente tensione di stringa nulla e non presenta più un pericolo per gli operatori e i manutentori. Il sistema risulta efficace anche in caso di incendio, di calamità naturale o di qualsiasi altro evento distruttivo di natura accidentale, dato che la disattivazione del trasmettitore permette sempre e comunque il raggiungimento delle condizioni di sicurezza di ciascun modulo. Pertanto, la disattivazione del trasmettitore può essere vantaggiosamente comandata da opportuni sistemi di rilevazione di condizioni di emergenza (incendio, allagamento, fulminazione etc.) associati a detto trasmettitore. ;Nel caso di guasto di detto modulo di protezione 13 del singolo pannello fotovoltaico si potranno presentare due casi possibili a seconda del fatto che detto modulo di protezione 13 si trovi, dopo il guasto, in condizione di corto circuito (come nella stragrande maggioranza dei casi trattandosi di un interruttore elettronico a semiconduttore come un MOSFET o un IGBT) oppure di circuito aperto. Nel caso di corto circuito, il pannello risulta comunque in protezione e la tensione ai suoi morsetti nulla, nel caso di circuito aperto avremo sui morsetti di uscita della stringa la tensione del singolo pannello guasto. ;L’apparato secondo la presente invenzione à ̈ quindi atto a mettere in sicurezza ogni singolo pannello fotovoltaico e consentire agli operatori di assemblare, manutenere e riparare l’impianto fotovoltaico senza alcun rischio. ;L’apparato secondo la presente invenzione può, infine, essere applicato anche a impianti esistenti, in quanto non richiede cablaggi aggiuntivi per l’installazione. Risulta, infatti, possibile e anche agevole installare detti moduli di controllo locale 11 sui singoli pannelli installati e detto modulo di controllo remoto 12 a valle della stringa di pannelli fotovoltaici effettuando in tal modo il retrofitting e la messa in sicurezza. ** FIELD OF THE INVENTION The present invention refers to the technical field of photovoltaic panels and in particular to the safety and protection systems of the users of said photovoltaic panels. ; STATE OF THE ART; A photovoltaic system is a system of electricity production through the direct conversion of solar radiation into electricity by exploiting the so-called photovoltaic effect. ; Current photovoltaic systems generally comprise the following component parts:; a photovoltaic generator consisting of a plurality of photovoltaic modules connected in series to form strings which are, in turn, possibly connected in parallel to obtain the voltage and rated current required; ; a conversion unit consisting of an electrical or electronic device suitable for converting the direct current supplied at the output of the photovoltaic generator into alternating current of a value compatible with that of normal domestic and industrial users; a control and monitoring system of the plant designed to measure the yield and the values of the significant parameters of the plant and to launch any alarms following the detection of malfunctions. ; Said conversion unit usually comprising an inverter or a DC / AC converter, is normally positioned near the photovoltaic generator to increase the efficiency of the overall system and is therefore installed on the roofs of buildings or in areas that are sometimes difficult to reach in situations of emergency. ; The individual photovoltaic modules, which in standard conditions and at full capacity can develop voltage values of the order of a few tens of Volts, in the photovoltaic generators in use are generally connected in series (and possibly in parallel) in order to supply the voltage and current values required at the input of the downstream inverters. Given that the overall efficiency of photovoltaic generators increases as the output voltage increases and since the inverters located downstream of the photovoltaic system are usually designed to operate with high input voltages, voltage values are required at the output. from the strings of photovoltaic panels, which reach hundreds of Volts. ; Until now, the output voltages of the various strings of photovoltaic modules were limited to overall voltages below 600 V. This limit, in Italy, was previously regulated by Presidential Decree 547/55 which established, in fact, the maximum threshold for systems for direct current (DC) at 600 V and for alternating current (AC) systems at 400V. ; With the recent repeal, in Italy, of Presidential Decree 547, and the corresponding entry into force of Legislative Decree 81/08 (so-called consolidated text on safety), the matter concerning the maximum output voltages from photovoltaic systems is now regulated by the CEI 64/8 standard relating to â € œElectrical installations with nominal voltage not exceeding 1000 V in alternating current and 1500 V in direct currentâ € according to which the strings of photovoltaic modules can reach voltage values significantly higher than the safety voltage. ; It is therefore to be expected that in the near future the output voltage value from the strings of photovoltaic modules will reach levels well above those achieved up to now also thanks to the introduction of new technologies for the construction of photovoltaic modules. which tend to increase the output voltage of said modules. For example, photovoltaic modules made of micromorphic silicon have intrinsic characteristics such as to realize, individually, voltage levels higher than 100V. ; It therefore arises - in order to create a state-of-the-art system that takes into account the necessary safety requirements for installers, maintenance technicians, users and in general for all personnel who are called to intervene for emergency situations and natural disasters - the problem of protection from electrocution. Due to the aforementioned protection needs of operators from electrocution and due to the impossibility of physically disconnecting the individual photovoltaic panels in an emergency, the photovoltaic system is therefore characterized by an intrinsic danger that must be taken into due account. ; The safety of photovoltaic systems is generally problematic due to the fact that it is not sufficient to disconnect the inverter from the electricity grid and possibly disconnect the strings from the relative inverters, as the photovoltaic generator in the presence of solar radiation continues to generate a signal electrical and therefore at the output of the string continuous voltages of the order of hundreds of Volts can occur. ; Therefore, an aim of the present invention is the introduction of a safety apparatus for photovoltaic panels capable of simplifying and making their safety more effective and quicker by creating an Intrinsically safe photovoltaic system, that is a system in which, any both the contingent operating condition, the system is always safe. ; BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES; Fig. 1 illustrates a block diagram of the safety apparatus for photovoltaic panels according to the present invention. ; Fig. 2 illustrates a block diagram of the local control module of the safety apparatus for photovoltaic panels according to the present invention. ; Fig. 3 illustrates a block diagram of the remote control module of the safety apparatus for photovoltaic panels according to the present invention. ; Fig. 4 illustrates a block diagram of the generator circuit of the external enabling signal of the safety apparatus for photovoltaic panels according to the present invention. ; SUMMARY OF THE INVENTION; The apparatus according to the present invention is suitable for securing each individual photovoltaic panel of a string of photovoltaic panels so as to allow operators to assemble, maintain, repair the photovoltaic system and , in general, to intervene in an emergency, without any risk of electrocution. The apparatus according to the present invention can also be applied to pre-existing systems as it does not require additional wiring for installation and therefore offers the possibility of adapting the aforementioned pre-existing systems to the safety regulations in force. ; DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION; With reference to the attached figures, the apparatus object of the present invention substantially comprises two functional control blocks: a local control module 11 associated with the photovoltaic panel 10 to be controlled - comprising a protection module 13 and a receiving and enabling module 14 associated with it - and a remote control module 12 of the string of photovoltaic panels, associated with said local control module 11 and comprising a transmission module. ; Said protection module 13 is adapted to keep the output terminals of the photovoltaic panel 10 to which it is associated normally in short circuit, until, following the receipt of an appropriate control signal, the aforementioned short circuit is removed and consequently said photovoltaic panel 10 is enabled for operation. ; Said receiving and enabling module 14, associated with said protection module 13, is able to recognize a suitable enabling signal and consequently to supplying said suitable control signal to said protection module 13.; Said transmission module , included in said remote control module 12 of the string of photovoltaic panels, is able to generate said appropriate enabling signal and to transmit it to said receiving and enabling module 14 following suitable enabling in this sense received from the outside. Advantageously, and with reference to the attached figure 1, said local control module 11 and said remote control module 12 are adapted to be connected to the wiring, always present in photovoltaic panel systems, which connects the output terminals of each panel used in such a way as to offer the desired output voltage value downstream. No additional wiring or connection is required, the apparatus object of the present invention can be easily integrated into state-of-the-art photovoltaic panels both in the assembly and construction phase, and in the eventual retrofitting of existing panels. Furthermore, the aforesaid type of connection allows to use a single remote control module 12 in association with a plurality of local control modules 11, so as to control with a single remote control signal the plurality of photovoltaic panels connected to form the string installed. Therefore, in the case of retrofitting of existing plants, the apparatus according to the present invention can be suitably made in the form of a kit comprising a remote control module 12 and a number of local control modules 11 equal to the number of photovoltaic panels assembled at form the installed string. With reference to the attached figure 2, a preferred embodiment of said local control module 11 comprises a protection module 13 - in turn comprising a controlled switch, for example an electronic controlled switch such as a Mosfet or an IGBT - and a receiving and enabling module 14 in turn comprising a device 17 for picking up said appropriate enabling signal, preferably made by means of a reading impedance arranged in series on the cable connected to the `` cold '' output terminal of the photovoltaic panel 10 and preferably equipped with a surge protection module 18 arranged in parallel; a decoupling and amplification device 19 adapted to block the continuous component of the signal picked up on said pickup device 17 and to amplify its amplitude; a separation device 20 comprising a separation circuit between said decoupling and amplification device 19 and the subsequent stage; a band pass filter 21; a further signal conditioning module 22 suitable for shaping the waveform of the signal and a further module for limiting the signal amplitude 23.; With reference to the attached figure 3, said remote control module 12 associated with said local block 11 comprises a transmission module which, in a preferred embodiment, in turn comprises at least one coupling device 24; a signal bypass device 25 suitable for preventing the enabling signal from propagating towards the downstream inverter and a device 26 suitable for generating said suitable enabling signal following the reception of an enabling signal from the outside. Said enabling signal, for example, can be generated starting from a circuit like the one schematized in the attached figure 4 in which a suitable power supply module 27 provides a voltage level which, through the enabling of a switch 28, preferably of the key type, it reaches said device 26 adapted to generate said appropriate enabling signal. Advantageously, an emergency switch 29, preferably of the push-button type, can be connected upstream of said switch 28 so as to allow, in an emergency, a rapid disabling of the system and the consequent short-circuiting of the outputs of the string panels. . ; It is evident that with the use of the apparatus according to the present invention, the photovoltaic panel is always in safe conditions having a voltage almost equal to zero at its output terminals, even in the assembly and assembly and connection phases. to make the strings, despite a possible exposure to solar radiation. ; Once the transmitter block has been disabled, all the panels automatically enter protection and the string voltage returns to approximately zero values. Therefore, a possible breakage of the conductors, for example due to the failure of the supporting structure, the photovoltaic system automatically presents zero string voltage and no longer presents a danger for operators and maintenance personnel. The system is also effective in the event of fire, natural disaster or any other destructive event of an accidental nature, since the deactivation of the transmitter always allows the safety conditions of each module to be reached. Therefore, the deactivation of the transmitter can be advantageously controlled by suitable systems for detecting emergency conditions (fire, flooding, lightning etc.) associated with said transmitter. ; In the event of failure of said protection module 13 of the single photovoltaic panel, two possible cases may arise depending on the fact that said protection module 13 is, after the failure, in a short circuit condition (as in the vast majority of cases being a semiconductor electronic switch such as a MOSFET or an IGBT) or an open circuit. In the event of a short circuit, the panel is in any case in protection mode and the voltage at its terminals null, in the event of an open circuit we will have the voltage of the single faulty panel on the output terminals of the string. The apparatus according to the present invention is therefore suitable for securing each individual photovoltaic panel and allowing operators to assemble, maintain and repair the photovoltaic system without any risk. Finally, the apparatus according to the present invention can also be applied to existing systems, as it does not require additional wiring for installation. In fact, it is possible and also easy to install said local control modules 11 on the individual panels installed and said remote control module 12 downstream of the string of photovoltaic panels, thus carrying out the retrofitting and safety measures. *