ITMI20070434A1 - Modulo fotovoltaico e sistema fotovoltaico ad efficienza ed affidabilita' migliorate - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un modulo fotovoltaico e ad un sistema fotovoltaico ad efficienza ed affidabilità migliorate.

I moduli fotovoltaici presentano solitamente una struttura fissa in cui è inserita una parte otticamente attiva, la quale è in grado di convertire una parte della energia solare in energia elettrica.

Detta parte otticamente attiva comprende una pluralità di celle fotovoltaiche collegate tra loro, ciascuna delle quali opera una conversione in energia elettrica della radiazione luminosa incidente sulla stessa.

Ciascun modulo fotovoltaico presenta inoltre una pluralità di elementi elettrici per il collegamento con altri dispositivi.

Tipicamente ciascun modulo fotovoltaico presenta in uscita a detta pluralità di elementi elettrici una energia elettrica in corrente continua a bassa tensione dell’ordine dei 12 V o 24 V.

Accompagnato a questo si hanno pertanto delle correnti elettriche piuttosto elevate.

Un primo svantaggio è che le sezioni dei cablaggi e dei componenti elettrici devono essere opportunamente dimensionati per sopportare delle correnti elettriche piuttosto elevate anche per piccole potenze elettriche.

Esistono inoltre sistemi fotovoltaici che spesso sono collegati ad una rete elettrica e che solitamente comprendono una pluralità di moduli fotovoltaici ed un inverter esterno collegato a detta rete elettrica.

Detta pluralità di moduli fotovoltaici sono collegati tra loro prima in serie per ottenere una tensione elevata in corrente continua, in modo tale da poter far funzionare correttamente detto inverter esterno.

Successivamente dette serie sono col legate in parallelo, per aumentare la potenza in ingresso a detto inverter esterno, il quale opera una conversione da energia in corrente continua in energia elettrica in corrente alternata (trifase) la quale viene iniettata in detta rete elettrica.

Per poter funzionare correttamente detto inverter esterno necessita di una tensione elevata, dell’ordine dei 340 V in corrente continua, o comunque di una tensione sostanzialmente corrispondente ad un valore massimo di una energia elettrica in corrente alternata monofase.

Al di sotto di questo valore di tensione detto inverter esterno è ancora capace di operare ma il suo rendimento di conversione peggiora notevolmente.

Un altro svantaggio è che collegando prima in serie e poi in parallelo i moduli fotovoltaici si ottengono delle tensioni che solo in alcune condizioni di illuminazione raggiungono un buon livello di tensione.

Un altro svantaggio è che quando un modulo fotovoltaico di una serie non è illuminato oppure è malfunzionante viene persa l’intera energia elettrica prodotta da detta serie di moduli fotovoltaici.

Questo comporta una notevole perdita in termini dì Kwh annui prodotti. Inoltre negli attuali sistemi fotovoltaici è solitamente presente solo un in verter esterno, e dato il suo costo non viene solitamente installato un inverter ausiliario.

Questo comporta che in caso di un malfunzionamento o di manutenzione dell’ inverter esterno stesso viene persa l’energia elettrica totale prodotta poiché l inverter non è in grado di trasformarla in energia elettrica in corrente alternata.

Conseguentemente si ha lo svantaggio che viene persa l’intera energia elettrica prodotta dal sistema fotovoltaico durante il tempo necessario alla riparazione o sostituzione dell’inverter stesso.

Ancora un altro svantaggio dei moduli fotovoltaici è che all’aumentare della temperatura di ciascuna cella fotovoltaica diminuisce Γ efficienza di conversione della stessa e conseguentemente diminuisce anche l' efficienza di conversione totale del modulo fotovoltaico.

Questo, in particolare diminuisce la conversione nel caso di un elevato irraggiamento in quanto la temperatura di cella aumenta non solo a causa del riscaldamento dovuto ad una parte della radiazione luminosa, ma anche a causa della dissipazione termica della parte otticamente attiva durante la conversione della radiazione luminosa stessa in energia elettrica.

In altri termini il riscaldamento del modulo fotovoltaico è dovuto sia al riscaldamento per irraggiamento della componente della radiazione luminosa che non presenta una energia E superiore all’energia Eg, sia per riscaldamento dovuto alla energia in eccesso della parte della componente della radiazione luminosa avente una energia in eccedenza rispetto a Eg, in quanto detta energia luminosa in eccedenza è dissipata in calore per decadimento delle coppie lacuna-elettrone a stati energetici inferiori nelle rispettive bande energetiche.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un modulo fotovoltaico ed un sistema fotovoltaico ad efficienza e affidabilità migliorate che consentano di evitare la necessità di un inverter esterno.

Ancora un altro scopo è quello di poter avere un modulo fotovoltaico ad efficienza e affidabilità migliorate che sia direttamente collegabile ad un dispositivo funzionante ad energìa elettrica in corrente continua ad alta tensione oppure funzionante ad energia elettrica in corrente alternata,

Altro scopo è quello di realizzare un sistema fotovoltaico ad efficienza ed affidabilità migliorate che consenta di evitare le perdite di potenza delle serie di moduli fotovoltaici quando uno o più moduli fotovoltaici non sono illuminati oppure sono malfunzionanti.

Ancora un altro scopo è di avere un modulo fotovoltaico ed un sistema fotovoltaico ad efficienza e affidabilità migliorate che consentano di evitare anche le perdite di efficienza di conversione dovute all’aumento della temperatura di ciascuna cella fotovoltaica.

Ancora un altro scopo è di avere un modulo fotovoltaico ed un sistema fotovoltaico ad efficienza e affidabilità migliorate che consentano una riduzione del numero dei componenti.

Ancora un altro scopo è di avere un modulo fotovoltaico ed un sistema fotovoltaico ad efficienza e affidabilità migliorate che consentano di monitorare la conversione dell’energia elettrica in maniera attiva e che inoltre consentano di evidenziare anomalie e malfunzionamenti.

Ulteriore scopo è di avere un modulo fotovoltaico ed un sistema fotovoltaico ad efficienza e affidabilità migliorate che siano integrabili con sistemi domotici e con reti elettriche intelligenti.

Questi scopi secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un modulo fotovoltaico e un sistema fotovoltaico ad efficienza ed affidabilità migliorate come esposto nella rivendicazione 1 e 30.

Ulteriori caratteristiche del l’invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni successive.

Le caratteristiche ed i vantaggi di un modulo fotovoltaico e di un sistema fotovoltaico ad efficienza di conversione migliorati secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 è una vista in alzata frontale di una forma preferita di realizzazione di un modulo fotovoltaico secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista in alzata frontale dal retro che del modulo fotovoltaico di figura 1 ;

la figura 3 è una vista laterale parzialmente sezionata di un particolare di un modulo fotovoltaico secondo una forma preterita di realizzazione della presente invenzione;

la figura 4 è una vista schematica in alzata frontale dal retro di una forma preferita di realizzazione di un sistema fotovoltaico secondo la presente invenzione, in cui sono mostrati i collegamenti idraulici;

la figura 5 è una vista schematica in alzata frontale dal retro di una forma preferita di realizzazione di un sistema fotovoltaico secondo la presente invenzione, in cui sono mostrati i collegamenti elettrici.

Con riferimento alle figure, viene mostrato un modulo fotovoltaico 20 comprendente una struttura esterna 22, una pluralità di elementi elettrici 24 atti a collegare esternamente detto modulo fotovoltaico 20, una pluralità di celle solari 23 inserite all’interno di detta struttura esterna 22 e collegato elettricamente tra loro e associate a detta pluralità di elementi elettrici 24 in modo da convertire l’energia solare in energia elettrica in corrente continua a bassa tensione.

Detto modulo fotovoltaico 20 comprende un convertitore elettrico 40 integrato al suo interno, ossia internamente a detta struttura esterna 22, il quale è collegato in ingresso a detta pluralità di celle solari 23 e in uscita a detta pluralità di elementi elettrici 24.

In altri termini detto convertitore elettrico 40 è inserito tra detta pluralità di celle solari 23 e detta pluralità di elementi elettrici 24 determinando vantaggiosamente anche una riduzione del numero dei componenti.

Detto convertitore elettrico 40 è in grado di ricevere in ingresso detta energia elettrica in corrente continua a bassa tensione e inoltre detto convertitore elettrico 40 è in grado di trasformare la stessa direttamente in energia elettrica in corrente continua ad aita tensione oppure in energia elettrica in corrente alternata.

Detta energia elettrica in corrente continua ad alta tensione è direttamente utilizzabile da un dispositivo funzionante ad alta tensione.

Detta energia elettrica in corrente alternata è direttamente iniettabile in una rete elettrica oppure direttamente utilizzabile da un dispositivo funzionante ad energia elettrica in corrente alternata.

L’innovazione tecnologica è quella di avere direttamente in uscita a detto modulo fotovoltaico 20 la tensione di utilizzo in corrente continua ad alta tensione o in corrente alternata, evitando la necessità di un convertitore DC/DC esterno o di un inverter DC/AC esterno.

Conseguentemente detto modulo fotovoltaico 20 è quindi direttamente collegabile ad un dispositivo oppure direttamente collegabile ad una rete elettrica per iniettare nella stessa energia elettrica in corrente alternata, evitando vantaggiosamente la necessità di un inverter esterno.

P.referibilmente detta pluralità di elementi elettrici 24 comprende attacchi elettrici o poli elettrici o conduttori elettrici o connettori elettrici o morsetti elettrici o sezionatori elettrici.

Detta pluralità di elementi elettrici 24 è sporgente esternamente a detta struttura esterna 22 di detto modulo fotovoltaico 20.

All’interno di detto modulo fotovoltaico 20 l’energia solare viene convertita da detta pluralità di celle solari 23 collegate tra loro in energia elettrica a bassa tensione.

Secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione detto convertitore elettrico 40 comprende un primo stadio di conversione elettrica 42 capace di trasformare detta energia elettrica a bassa tensione in corrente continua in energia elettrica in corrente continua ad alta tensione.

Detto primo stadio di conversione elettrica 42 è collegato a detta pluralità di celle solari 23 ed inoltre è preferibilmente associato a detta pluralità di elementi elettrici 24, in modo da fornire in uscita a detto modulo fovotoltaico 20 energia elettrica in corrente continua ad alta tensione capace di alimentare direttamente un dispositivo utilizzatore evitando la necessità di un convertitore DC/DC esterno.

In altri termini detto convertitore elettrico 40 è molto più affidabile poiché è in grado di regolare e mantenere la tensione ad un livello predeterminato, ossia è in grado di fornire una alta tensione stabilizzata.

Tipicamente per alta tensione in corrente continua si intende una tensione compresa tra 60 V e 340 V in corrente continua.

Inoltre per alta tensione in corrente alternata sì intende una tensione in grado di alimentare un dispositivo elettrico per uso civile o industriale.

Preferibilmente detto livello predeterminato di tensione è prossimo ad un valore di cresta di tensione di una energia elettrica in corrente alternata monofase.

Secondo una ulteriore forma preferita di realizzazione detto convertitore elettrico 40 comprende un secondo stadio di conversione elettrica 44 collegato a valle di detto primo stadio di conversione elettrica 42 ed inoltre preferibilmente associato a detta pluralità di elementi elettrici 24, il quale è capace di trasformare detta energia elettrica ad alta tensione in corrente continua in energia elettrica in corrente alternata.

Secondo una forma preferita di realizzazione detto primo stadio di conversione elettrica 42 è un convertitore DC/DC innalzatone con tecnica polifasica ad alto rendimento che garantisce una tensione sempre ottimale a detto secondo stadio di conversione elettrica 44 oppure in uscita a detta pluralità di elementi elettrici 24.

In altri termini detto convertitore elettrico 40 mediante detto secondo stadio di conversione elettrica 44 produce una energia elettrica trasformata la quale è direttamente iniettabile in una rete elettrica oppure direttamente utilizzabile da un dispositivo funzionante ad energia elettrica in corrente alternata.

In altri termini detto secondo stadio di conversione elettrica 44 opera come un inverter Dc/ Ac integrato internamente a detto modulo fotovoltaico 20, Vantaggiosamente in questo modo si evita la necessità di un inverter esterno o di un convertitore DC/DC per convertire detta energia elettrica in corrente continua a bassa tensione.

Secondo una forma preferita di realizzazione detto secondo stadio di conversione elettrica 44 è un dispositivo di conversione ad onda sinusoidale con tecnologia PWM di tipo vettoriale con struttura di potenza a ponte intero capace di poter funzionare sia come generatore di tensione puro, che come generatore di corrente quando posto in parallelo ad un altro generatore.

In altri termini detto secondo stadio dì conversione elettrica 44 è in grado di operare come un inverter integrato per impieghi civili e industriali.

Mediante detto modulo fotovoltaico 20 si ottengono numerosi vantaggi. infatti anche nel caso di parziale illuminazione di detto modulo fotovoltaico 20 detto convertitore elettrico 40 è comunque in grado di disaccoppiare elettronicamente le celle o le serie di celle che non sono illuminate o che non funzionano, massimizzando la conversione dell’energia solare e determinando conseguentemente vantaggi in termini dì maggiore energia elettrica convertita rispetto agli attuali moduli fotovoltaici ed anche in termini di maggiore affidabilità.

Inoltre detto convertitore elettrico 40 abilita detto modulo fotovoltaico 20 ad un collegamento con altri moduli fotovoltaici direttamente in parallelo.

Vantaggiosamente in questo modo si evita di dover col legare in serie più moduli fotovoltaici, e conseguentemente si evitano le perdite dovute a moduli fotovoltaici non illuminati oppure malfunzionanti.

Inoltre la conversione dell’energia elettrica a bassa tensione mediante detto convertitore elettrico 40 integrato determina altresì una riduzione delle sezioni dei cablaggi e dei componenti elettrici necessari poiché a parità di potenza elevando la tensione le correnti elettriche si riducono.

Preferibilmente detto convertitore elettrico 40 comprende una unità elettronica di controllo e gestione 46.

Preferibilmente detta unità elettronica di controllo e gestione 46 è una unità elettronica a microprocessore che controlla e coordina detto convertitore elettrico 40.

Secondo una forma preferita di realizzazione detta unità elettronica di controllo e gestione 46 è un processore di segnale digitale, noto comunemente con il termine inglese DSP ( Digital Signal Processor).

Questo è un particolare tipo di microprocessore ottimizzato per eseguire, in maniera estremamente efficiente, sequenze di istruzioni molto ricorrenti nel condizionamento di segnali digitalizzati (come ad esempio somme, moltiplicazioni e traslazioni).

Inoltre preferibilmente detta unità elettronica di controllo e gestione 46 svolge contemporaneamente anche la funzione di inseguimento del punto di massima potenza, agendo come un dispositivo di inseguimento del punto di massima potenza noto anche comunemente con il termine inglese MPPT (Maximum power poìnt tracking).

Detta unità elettronica di controllo e gestione 46 è in grado di controllare la conversione di ciascuna cella o di ciascuna serie di celle solari di detta pluralità di celle solari 23 al fine di massimizzare la prima conversione delPenergìa solare in energia elettrica in corrente continua a bassa tensione, in particolare a 12 V oppure 24 V.

Conseguentemente detto modulo fotovoltaico 20 è individualmente ottimizzato e questo abilita alla possibilità di avere uno o più moduli fotovoltaici montati su una struttura non planare, come ad esempio un tetto curvo oppure un tetto di una automobile senza avere perdite di conversione.

Secondo una forma preferita di realizzazione detta unità elettronica di controllo e gestione 46 è preferibilmente eollegata a detto primo stadio di conversione elettrica 42.

Secondo una ulteriore forma preferita di realizzazione detta unità elettronica di controllo e gestione 46 è preferibilmente col legata a detto primo stadio di conversione elettrica 42 ed inoltre a detto secondo stadio di conversione elettrica 44.

Secondo una ulteriore forma preferita di realizzazione detto modulo fotovoltaico 20 comprende una pluralità di elementi di connessione 26 per un bus seriale i quali sono sporgenti esternamente da detta struttura esterna 22 ed inoltre sono collegati a detto convertitore elettrico 40.

Preferibilmente detta pluralità di elementi di connessione 26 è collegata a detta unità elettronica di controllo e gestione 46.

Secondo ancora un'altra forma preferita di realizzazione detto convertitore elettrico 40 comprende un dispositivo selezionatore 50 per poter selezionare il tipo di energia elettrica desiderata in corrente continua o in corrente alternata.

Preferibilmente detto dispositivo selezionatore 50 è collegato a detta unità elettronica di controllo e gestione 46 ed è inoltre collegato a detto primo stadio di conversione elettrica 42 e a detto secondo stadio di conversione elettrica 44.

Secondo una forma preferita di realizzazione detto dispositivo selezionatore 50 comprende un interruttore 52 accessibile dall’ esterno di detto modulo fotovoltaico 20.

Alternativamente secondo un’altra forma preferita di realizzazione detto dispositivo selezionatore 50 comprende una morsettiera accessibile dall' esterno di detto modulo fotovoltaico 20, non mostrata nelle figure, la quale consente di selezionare tramite dei cablaggi l’uscita desiderata in corrente continua ad alta tensione oppure in energia alternata.

Preferibilmente detto modulo fotovoltaico 20 comprende un blocco di protezione elettronico 29 per rendere sicura la connessione elettrica allo stesso.

Preferibilmente detto blocco di protezione elettronico 29 è anch’esso interno a detto convertitore elettrico 40 ed è collegato a detta pluralità di elementi elettrici 24.

Preferibilmente detto blocco di protezione elettronico 29 è collegato a detta unità elettronica di controllo e gestione 46 ed associato a detto primo stadio di conversione elettrica 42 e a detto secondo stadio di conversione elettrica 44.

Vantaggiosamente è possibile utilizzare detto modulo fotovoltaico 20 sia in impianti di bassa potenza sia in impiantì ad alta potenza, poiché esso è in grado di fornire una tensione continua preferibilmente intorno a 340 V ad un blocco inverter esterno quando la tipologia dell’ impianto ha comunque la necessità di averne uno, ossia per impianti di media e grande potenza.

Alternativamente selezionando l’uscita in alternata una pluralità di moduli fotovoltaici 20 possono essere direttamente connessi tutti in parallelo, questo al fine di formare una linea generale avente direttamente le caratteristiche elettriche necessarie ad un punto di utilizzo.

Secondo una forma preferita di realizzazione detto modulo fotovoltaico 20 comprende un dispositivo di raffreddamento 30 a liquido integrato all’intemo di detta struttura esterna 22,

In particolare, rispetto ad una direzione di incidenza 70 della radiazione luminosa detto dispositivo di raffreddamento 30 è preferibilmente associato in serie a detta pluralità di celle solari 23.

Vantaggiosamente in questo modo è possibile massimizzare la conversione in energia elettrica e in energia termica dalla radiazione solare incidente.

Secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione detto modulo fotovoltaico 20 comprende un substrato termicamente conduttivo 34 disposto tra detta pluralità di cella solari 23 e detto dispositivo di raffreddamento 30.

Preferibilmente detto substrato termicamente conduttivo 34 è realizzato con un materiale elettricamente isolante, in particolare detto substrato termicamente conduttivo 34 è realizzato in allumina.

In particolare detto modulo fotovoltaico 20 comprende un ulteriore strato 35 di materiale termicamente conduttivo capace di massimizzare la superficie di contatto tra detto substrato termicamente conduttivo 34 e detta pluralità di celle solari 23 al fine di migliorare lo scambio termico.

Questo, in modo tale da evitare discontinuità di contatto dovute a non planarità e a tolleranze di fabbricazione delle superfìci dei componenti.

Detto dispositivo di raffreddamento 30 comprende uno scambiatore di calore in particolare comprendente uno strato o lamina metallica 32 solidale ad una serpentina metallica 33, realizzati preferibilmente in alluminio e/o rame.

In questo modo vantaggiosamente mediante detto substrato termicamente conduttivo 34 è risolto il problema di massimizzare lo scambio termico tra detta pluralità di celle solari 23 e detto strato o lamina metallica 32 mantenendo allo stesso tempo un buon isolamento elettrico.

In altri termini è quindi possibile raffreddare detta pluralità di celle solari 23 mantenendo l’isolamento elettrico.

Secondo una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione detto dispositivo di raffreddamento 30 comprende almeno un attacco di ingresso 17 e almeno un attacco di uscita 18 per un liquido di raffreddamento.

in particolare detto almeno un attacco di ingresso 17 e detto almeno un attacco di uscita 18 sono collegati a detto scambiatore di calore di detto dispositivo di raffreddamento 30.

In una forma pretèrita di realizzazione della presente invenzione detto almeno un attacco di ingresso 17 e detto almeno un attacco di uscita 18 sono collegati a detta serpentina metallica 33 di detto dispositivo di raffreddamento 30, nella quale fluisce detto fluido di raffreddamento.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione viene fornito un sistema fotovoltaico 10 comprendente una pluralità di moduli fotovoltaici 20 dei tipo precedentemente descritto, evitando vantaggiosamente la necessità di un inverter esterno.

Vantaggiosamente mediante ciascun convertitore elettrico 40 integrato si ottiene una conversione in energia elettrica ad alta tensione direttamente all’interno di ciascun modulo fotovoltaico 20; questo determina una conversione elettrica distribuita rendendo vantaggiosamente molto più affidabile Finterò sistema fotovoltaico 10.

In altri termini la conversione in energia elettrica in corrente continua o alternata ad alta tensione non essendo più concentrata in un unico in verter esterno ma bensì distribuita internamente a ciascun modulo fotovoltaico 20 riduce notevolmente la probabilità che contemporaneamente piu moduli fotovoltaici 20 siano malftmzionanti.

Inoltre le potenze elettriche convertite da ciascun convertitore elettrico 40 dotato di detto secondo stadio di conversione elettrica 44 sono molto più piccole.

Conseguentemente si ha anche una riduzione notevole del costo totale per la conversione in energia elettrica in corrente alternata ad aita tensione rispetto al costo di un unico inverter esterno per l'intero sistema fotovoltaico 10.

Preferibilmente detta pluralità di moduli fotovoltaici 20 sono collegati tra loro direttamente in parallelo.

In questo modo evitando la necessità di collegare in serie i moduli fotovoltaici come nel caso del Parte nota è possibile evitare i conseguenti svantaggi.

Inoltre il collegamento direttamente in parallelo di detti moduli fotovoltaici 20 facilita e semplifica vantaggiosamente anche le operazioni di manutenzione e/o di riparazione poiché solo il modulo fotovoltaico 20 interessato viene scollegato, con notevole risparmio in termini di tempi e di costi.

Inoltre durante la riparazione o la manutenzione di un modulo fotovoltaico gli altri moduli fotovoltaici continuano a convertire l’energia solare.

Vantaggiosamente col legando i moduli fotovoltaici direttamente in parallelo si semplifica anche l’installazione degli stessi, riducendo altresì i tempi e i costi di installazione.

Preferi talmente detto sistema fotovoltaico 10 comprende un bus seriale 82 collegato in particolare a ciascun convertitore elettrico 40 di ciascun modulo fotovoltaico 20.

In questo modo è possibile controllare e monitorare lo stato di funzionamento di ciascun modulo fotovoltaico 20.

Secondo una forma preferita di realizzazione detto sistema fotovoltaico IO comprende una unità elettronica di controllo 80 collegata a detto bus seriale 82 avente la funzione dì monitorare lo stato ed il funzionamento di ciascun modulo fotovoltaico 20 e dell’intero sistema fotovoltaico 10.

Inoltre vantaggiosamente detta unità elettronica di controllo 80 è collegabile ad altri dispositivi di generazione elettrica, ed inoltre è in grado di monitorare il consumo di energia elettrica e la produzione di energia elettrica.

Inoltre detto sistema fotovoltaico è un sistema di generazione elettrica attivo ed intelligente, in quanto mediante detta unità elettronica di controllo 80 è in grado di monitorare non solo la produzione dì energia elettrica ma anche il consumo elettrico dei dispositivi utilizzatori.

Questo tipo dì sistema fotovoltaico è quindi vantaggiosamente integrabile con sistemi domotici, ed abilita alla possibilità dì avere una rete elettrica intelligente.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, con riferimento alla figura 4, viene fornito un sistema fotovoltaico 10 comprendente una pluralità di moduli fotovoltaici 10 secondo una qualsiasi forma di realizzazione del tipo precedentemente descritta.

In particolare con riferimento alla figura 4, in accordo ad una vantaggiosa forma preferita di realizzazione di detto sistema fotovoltaico 10 detto almeno un attacco di ingresso 17 di ciascun modulo fotovoltaico 20 è collegato ad un corrispondente attacco di ingresso 17 di ciascun altro modulo fotovoltaico 20 di detta pluralità di moduli fotovoltaici 20,

Allo stesso modo, detto almeno un attacco di uscita 18 di ciascun modulo fotovoltaico 20 è collegato ad un corrispondente attacco di uscita 18 di ciascun altro modulo fotovoltaico 20 di detta pluralità di moduli fotovoltaici 20.

In altri termini dal punto di vista del raffreddamento detta pluralità di moduli fotovoltaici 20 sono disposti in parallelo.

Questo, in modo tale uniformare il raffreddamento degli stessi ed avere quindi sostanzialmente per ciascun modulo fotovoltaico 20 la stessa temperatura di cella Tc.

Preferibilmente detto sistema fotovoltaico 10 comprende un circuito di raffreddamento 65 il quale è collegato a detta pluralità di moduli fotovoltaici 20.

Preferibilmente detto circuito di raffreddamento 65 comprende un condotto di collegamento ad una sorgente di liquido di raffreddamento 91.

Preferibilmente detto sistema fotovoltaico 10 comprende un serbatoio 61 per detto liquido di raffreddamento, il quale è collegato a detto circuito di raffreddamento 65.

Preferibilmente detto serbatoio 61 comprende un condotto di evacuazione 92 di detto liquido di raffreddamento.

Vantaggiosamente nel caso in cui il liquido di raffreddamento sia acqua, è possibile ottenere energia elettrica ed allo stesso tempo acqua calda per cogenerazione.

In questo modo è possibile ottenere acqua calda per usi domestici oppure dalla quale è possibile ottenere ulteriore energia attraverso un ciclo termodinamico secondario.

Secondo una ulteriore forma preferita di realizzazione della presente invenzione detto sistema fotovoltaico 10 comprende uno scambiatore di calore 62 preferibilmente inserito all’ interno di detto serbatoio 61.

Vantaggiosamente nel caso di moduli fotovoltaici a base di silicio monocristallino o policristallino, è possibile convertire una maggiore quantità di energia solare in energia termica, in quanto vi sono delle parti del modulo fotovoltaico 20 non coperte dalla parte attiva dello stesso, ossia dalle celle solari 23 dello stesso.

Complessivamente si determina quindi una maggiore efficienza di conversione della radiazione luminosa incidente, in particolare radiazione solare, in energia elettrica e allo stesso tempo termica, a parità dì superfìcie incidente.

Vantaggiosamente in questo modo si minimizza anche il peso ed il volume di detto modulo fotovoltaico 20 integrato con detto dispositivo di raffreddamento, in particolare in forma di un modulo solare termico integrato all' interno dello stesso.

Si è così visto che un modulo fotovoltaico e un sistema fotovoltaico ad efficienza ed affidabilità migliorate secondo la presente invenzione realizzano gli scopi in precedenza evidenziati.

Il modulo fotovoltaico ed il sistema fotovoltaico ad efficienza ed affidabilità migliorate della presente invenzione così concepiti sono suscettibili dì numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo.

Inoltre, in pratica ì materiali utilizzati, nonché le loro dimensioni ed i componenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (37)

1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo fotovoltaico (20) ad efficienza ed affidabilità migliorate comprendente una struttura esterna (22), una pluralità di elementi elettrici (24) atti a collegare esternamente detto modulo fotovoltaico (20), una pluralità di celle solari (23) inserite all' interno di detta struttura esterna (22) e col legate elettricamente tra loro e associate a detta pluralità di elementi elettrici (24) in modo da convertire l’energia solare in energia elettrica in corrente continua a bassa tensione, caratterizzato dal fatto di comprendere un convertitore elettrico (40) integrato all’ interno di detto modulo fotovoltaico (20), il quale è collegato in ingresso a detta pluralità di celle solari (23) e in uscita a detta pluralità di elementi elettrici (24) in modo da ricevere e trasformare detta energia elettrica in corrente continua a bassa tensione in energia elettrica in corrente continua ad alta tensione oppure in energia elettrica in corrente alternata direttamente iniettabile in una rete elettrica.
2. 2. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto convertitore elettrico (40) comprende un primo stadio di conversione elettrica (42) capace di trasformare detta energia elettrica a bassa tensione in corrente continua in energia elettrica in corrente continua ad alta tensione.
3. 3. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto primo stadio di conversione elettrica (42) è collegato a detta pluralità di celie solari (23) ed inoltre è preferibilmente associato a detta pluralità di elementi elettrici (24).
4. 4. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto convertitore elettrico (40) comprende un secondo stadio di conversione elettrica (44) collegato a valle di detto primo stadio di conversione elettrica (42) ed inoltre preferibilmente associato a detta pluralità dì elementi elettrici (24).
5. 5. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delie rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che detto primo stadio di conversione elettrica (42) è un convertitore DC/DC innalzatore con tecnica polifasica ad alto rendimento.
6. 6. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detto secondo stadio di conversione elettrica (44) è un dispositivo di conversione ad onda sinusoidale con tecnologia PWM di tipo vettoriale con struttura di potenza a ponte intero.
7. 7. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dai fatto che detto convertitore elettrico (40) comprende una unità elettronica di controllo e gestione (46).
8. 8. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica di controllo e gestione (46) è una unità elettronica a microprocessore che controlla e coordina detto convertitore elettrico (40).
9. 9. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica di controllo e gestione (46) è un processore di segnale digitale.
10. 10. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica di controllo e gestione (46) svolge contemporaneamente anche la funzione di inseguimento del punto di massima potenza, agendo come un dispositivo di inseguimento del punto di massima potenza.
11. 11. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica di controllo e gestione (46) è collegata a detto primo stadio di conversione elettrica (42).
12. 12. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzato dal fatto che detta unità elettronica di controllo e gestione (46) è col legata a detto primo stadio dì conversione elettrica (42) ed inoltre a detto secondo stadio di conversione elettrica (44).
13. 13. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che detto convertitore elettrico (40) comprende un dispositivo selezionatore (50) per poter selezionare il tipo di energia elettrica desiderata in corrente continua o alternata.
14. 14. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 13, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo selezionatore (50) è collegato a detta unità elettronica di controllo e gestione (46).
15. 15. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo selezionatore (50) comprende un interruttore (52) accessibile dall’ esterno di detto modulo fotovoltaico (20).
16. 16. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 13 o 14, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo selezionatore (50) comprende una morsettiera accessibile dall’esterno dì detto modulo fotovoltaico (20) la quale consente di selezionare tramite dei cablaggi l’uscita desiderata in corrente continua ad alta tensione oppure in energia alternata.
17. 17. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 16, caratterizzato dal fatto che detto modulo fotovoltaico (20) comprende un blocco di protezione elettronico (29) per rendere sicura la connessione elettrica allo stesso.
18. 18. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che detto blocco di protezione elettronico (29) è anch’esso interno a detto convertitore elettrico (40) ed è collegato a detta pluralità dì elementi elettrici (24).
19. 19. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 17 o 18, caratterizzato dal fatto che detto blocco di protezione elettronico (29) è collegato a detta unità elettronica di controllo e gestione (46) ed associato a detto primo stadio di conversione elettrica (42) e a detto secondo stadio di conversione elettrica (44).
20. 20. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 19, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di elementi elettrici (24) comprende attacchi elettrici o poli elettrici o conduttori elettrici o connettori elettrici o morsetti elettrici.
21. 21. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di elementi elettrici (24) è sporgente esternamente a detta struttura esterna (22) di detto modulo fotovoltaico (20).
22. 22. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 21, caratterizzato dal fatto che detto modulo fotovoltaico comprende un dispositivo dì raffreddamento (30) a liquido integrato all’ interno di detta struttura esterna (22),
23. 23. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che rispetto ad una direzione di incidenza (70) della radiazione luminosa detto dispositivo di raffreddamento (30) è preferibilmente associato in serie a detta almeno una detta pluralità di celle solari (23).
24. 24. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 22 o 23, caratterizzato dal fatto di comprendere un substrato termicamente conduttivo (34) disposto tra detta pluralità di cella solari 23 e detto dispositivo di raffreddamento (30).
25. 25. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che detto substrato termicamente conduttivo (34) è realizzato con un materiale elettricamente isolante, in particolare detto substrato termicamente conduttivo (34) è realizzato in allumina.
26. 26. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 22 a 25, caratterizzato dal fatto di comprendere un ulteriore strato (35) di materiale termicamente conduttivo capace di massimizzare la superficie di contatto tra detto substrato termicamente conduttivo (34) e detta pluralità di celle solari (23) al fine di migliorare lo scambio termico.
27. 27. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 22 a 26, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di raffreddamento (30) comprende uno scambiatore di calore in particolare comprendente uno strato o lamina metallica (32) solidale ad una serpentina metallica (33).
28. 28. Modulo fotovoltaico (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 22 a 27, caratterizzato dai fatto che detto dispositivo di raffreddamento (30) comprende almeno un attacco di ingresso (17) e almeno un attacco di uscita (18) per un liquido di raffreddamento.
29. 29. Modulo fotovoltaico (20) secondo la rivendicazione 28, caratterizzato dal fatto che detto almeno un attacco di ingresso (17) e detto almeno un attacco di uscita (18) sono collegati a detta serpentina metallica (33) di detto dispositivo di raffreddamento (30), nella quale fluisce detto fluido di raffreddamento.
30. 30. Sistema fotovoltaico (10) comprendente una pluralità di moduli fotovoltaici (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 29.
31. 31. Sistema fotovoltaico (10) secondo la rivendicazione 30, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di moduli fotovoltaici (20) sono collegati tra loro direttamente in parallelo.
32. 32. Sistema fotovoltaico (10) secondo la rivendicazione 30 o 31, caratterizzato dal fatto che detto sistema fotovoltaico (10) comprende un bus seriale (82) collegato in particolare a ciascun convertitore elettrico (40) di ciascun modulo fotovoltaico (20).
33. 33. Sistema fotovoltaico (IO) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 30 a 32, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità elettronica di controllo (80) collegata a detto bus seriale (82) avente la funzione di monito rare lo stato ed il funzionamento di ciascun modulo fotovoltaico (20) e dell'intero sistema fotovoltaico (10).
34. 34. Sistema fotovoltaico (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 30 a 33, caratterizzato dal fatto che detto almeno un attacco di ingresso (17) di ciascun modulo fotovoltaico (20) è collegato ad un corrispondente attacco di ingresso (17) di ciascun altro modulo fotovoltaico (20) di detta pluralità di moduli fotovoltaici (20), e dal fatto che detto almeno un attacco di uscita (18) di ciascun modulo fotovoltaico (20) è collegato ad un corrispondente attacco di uscita (18) di ciascun altro modulo fotovoltaico (20) di detta pluralità di moduli fotovoltaici (20).
35. 35. Sistema fotovoltaico (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 30 a 34, caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di raffreddamento (65) il quale è collegato a detta pluralità di moduli fotovoltaici (20).
36. 36. Sistema fotovoltaico (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 30 a 35, caratterizzato dal fatto di comprendere un serbatoio (61) di detto liquido di raffreddamento.
37. 37. Sistema fotovoltaico (10) secondo la rivendicazione 36, caratterizzato dal fatto di comprendere uno scambiatore di calore (62) preferibilmente inserito all’ interno di detto serbatoio (61).