ITMI20110917A1 - Scatola di giunzione per pannelli fotovoltaici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

"SCATOLA DI GIUNZIONE PER PANNELLI FOTOVOLTAICI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

La presente invenzione ha per oggetto una scatola di giunzione per pannelli fotovoltaici.

L'invenzione ha altresì per oggetto un pannello fotovoltaico comprendente tale scatola di giunzione, ed un sistema di interconnessione per questa tipologia di pannelli fotovoltaici.

TECNICA NOTA

Come è ben noto, i sistemi di produzione di energia elettrica ottenibile dal sole, vale a dire pannelli solari fotovoltaici (monocristallini, policristallini o pellicole sottili (thin film)), sono interconnessi reciprocamente e con sistemi di trasformazione dell'energia prodotta, tramite un'apparecchiatura di cablaggio (scatola di giunzione o junction box) che svolge le funzioni di:

• Connessione delle stringe di celle fotovoltaiche di cui è composto il pannello;

• Protezione delle stringhe con diodi di bypass per ovviare al fenomeno di ombreggiamento parziale (hot spot).

• Integrazione di cavi e connettori per l'interconnessione tra i pannelli e per il trasporto dell'energia elettrica prodotta.

Una scatola di giunzione secondo la tecnica nota è solitamente costituita da 3 parti principali:

• Un contenitore e coperchio;

• Diodi di protezione;

• Un sistema di contatto tramite molle o circuito stampato per collegare tali diodi di protezione all'interno di ogni pannello;

• cavi e connettori per il collegamento elettrico tra pannelli fotovoltaici contigui.

Le scatole di giunzione presenti attualmente sul mercato sono realizzate in un unico contenitore che alloggia le componenti qui sopra elencate.

Le scatole di giunzione come attualmente concepite, presentano svantaggi tecnici abbastanza evidenti.

Per riparare una scatola di giunzione, in caso di guasto di un componente, è indispensabile aprirla ed accedere al componente guasto da sostituire.

Questa operazione può compromettere la tenuta stagna della scatola di giunzione e mettendone a rischio l'integrità e, di conseguenza mettendo a rischio il funzionamento del pannello su cui è montata.

Allo stato attuale della tecnica, una volta installati pannelli fotovoltaici con relative scatole di giunzione, non è possibile aggiungere delle funzioni "intelligenti" al sistema per incrementarne l'efficienza o per aggiungere funzionalità di controllo dell'energia prodotta; la scatola di giunzione deve essere smontata e sostituita da una più "evoluta" o dove essere sostituito l'intero pannello.

Poiché le scatole di giunzione standard sono solitamente incollate al pannello con silicone o con biadesivi strutturali, l'operazione di sostituzione diventa particolarmente difficile e può compromettere l'integrità del pannello.

Scopo generale della presente invenzione è risolvere i problemi della tecnica nota.

Scopo specifico della presente è fornire una scatola di giunzione adattabile funzionalmente a diverse caratteristiche di progetto.

Scopo ulteriore della presente invenzione è fornire una scatola di giunzione di semplice realizzazione e di semplice evoluzione.

Altro scopo della presente invenzione è fornire un pannello fotovoltaico di semplice ed affidabile funzionamento .

Altro scopo della presente invenzione è fornire un sistema d'interconnessione per pannelli fotovoltaici facilmente riparabile in caso di guasti alla scatola di giunzione .

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Questi ed altri scopi sono raggiunti da una scatola di giunzione per pannelli fotovoltaici, secondo quanto descritto nelle unite rivendicazioni.

La scatola di giunzione, secondo l'invenzione, consegue i seguenti principali effetti tecnici:

è di semplice strutturazione;

è di semplice riparazione;

è di semplice evoluzione/miglioramento.

L'invenzione descrive, altresì, un pannello fotovoltaico comprendente la scatola di giunzione, ed un sistema d'interconnessione per una pluralità di pannelli fotovoltaici .

Gli effetti tecnici citati ed altri effetti tecnici dell'invenzione risulteranno più dettagliatamente dalla descrizione, fatta qui di seguito, di esempi di realizzazione dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La fig. 1 mostra una scatola di giunzione in una prima forma di realizzazione dell'invenzione.

La fig. 2 mostra la scatola di giunzione di figura 1 separata in un corpo principale ed un corpo secondario. La fig. 2a mostra la scatola di giunzione in una variante della prima forma di realizzazione dell'invenzione separata in un corpo principale ed un corpo secondario.

La fig. 3 mostra il corpo principale della scatola di giunzione delle figure 1 e 2.

La fig. 4 mostra un corpo secondario di una scatola di giunzione in una seconda forma di realizzazione dell'invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Una scatola di giunzione per un pannello fotovoltaico comprende un corpo principale, dotato di cavi e connettori per il collegamento con altre scatole di giunzione, e contatti elettrici per contattare il pannello fotovoltaico.

La scatola di giunzione comprende inoltre un corpo secondario rimovibilmente associato al corpo principale per un'attivazione elettrica della scatola di giunzione. Con particolare riferimento alle figure 1, 2 e 3, la scatola di giunzione 1 per pannelli fotovoltaici 10 comprende un corpo principale 20 altrimenti detto base di connessione.

Il corpo principale 20 comprende cavi e connettori 21 atti a realizzare un collegamento elettrico tra scatole di giunzione 1.

II corpo principale 20 comprende, inoltre, contatti elettrici 22 atti a realizzare una contatto con il pannello fotovoltaico 10.

Preferibilmente, ogni scatola di giunzione 1 è atta ad essere montata su di un corrispondente pannello fotovoltaico 10.

Ogni scatola di giunzione 1 realizza una connessione energetica tra due o più pannelli fotovoltaici 10.

In altre parole, ogni scatola di giunzione 1 è montata su di un pannello fotovoltaico 10, dal lato del pannello opposto a quello d'incidenza dei raggi solari, e realizza un collegamento con altre scatole di giunzione 1 montate sugli altri pannelli fotovoltaici 10.

Con particolare riferimento alle figure 1, 2 e 4, secondo l'invenzione, la scatola di giunzione 1 comprende un corpo secondario 30, altresì detto cartuccia, rimovibilmente associato al corpo principale 20.

Secondo l'invenzione, il corpo secondario 30 è atto ad attivare elettricamente la scatola di giunzione 1 in modo da realizzare un collegamento elettrico tra le scatole di giunzione 1, ed in modo da realizzare un contatto con il pannello fotovoltaico 10.

Con riferimento alle figure 1, 2 e 4, il corpo secondario 30 secondo l'invenzione, comprende un modulo di accoppiamento elettronico 40 ( tratteggiato nelle figure) atto a gestire l'attivazione elettrica della scatola di giunzione 1.

La scatola di giunzione 1 realizza funzioni elettroniche di base o funzioni elettroniche più evolute.

Le funzioni elettroniche di base consentono di utilizzare un corpo secondario 30 di dimensioni più ridotte rispetto ai corpi secondari richiesti per le funzioni più evolute.

Confrontando le figure 2 e 4 si può notare come il corpo secondario nella figura 4 ( dedicato a funzioni più evolute) abbia uno sviluppo planare ed un volume superiore al corpo secondario di figura 2 (dedicate alle funzioni di base).

Secondo l'invenzione, il corpo principale 20 comprende una sede di alloggiamento 23 (fig. 2 e 3) ed il corpo secondario 30 comprende un profilo d'inserimento 31 (fig. 2 e 4 ) complementare alla sede di alloggiamento 23.

Il profilo d'inserimento 31 è affacciato alla sedi alloggiamento 23.

Preferibilmente, la sede di alloggiamento 23 comprende una pluralità di connettori femmina 24 e il corpo secondario 30 comprende una pluralità di connettori maschio 32 atti ad accoppiarsi con i connettori femmina 24 per attivare elettricamente la scatola di giunzione 1.

In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione (fig. 2), la sede di alloggiamento 23 comprende sei connettori femmina 24 ed il corpo secondario 30 comprende sei connettori maschio 32.Secondo l'invenzione, il corpo principale 20 comprende due appendici 26 che si estendono verso il corpo secondario 30.

Le appendici 26 comprendono rispettivi binari 25.

Il corpo secondario 30 comprende due guide 33 disposte su di un lato del corpo secondario 30 perpendicolare allo sviluppo planare prevalente del corpo secondario stesso .

Secondo l'invenzione, i binari 25 sono atti a scorrere nelle rispettive guide 33 per consentire un accoppiamento del corpo secondario 30 con il corpo principale 20.

Differenti lunghezze dei binari e/o guide 33 sono riscontrabili nel caso le funzioni elettroniche realizzate siano di base o evolute.

Preferibilmente, il corpo secondario 30 comprende due alette 34 (fig. 2 e 4), montate adiacenti al profilo d'inserimento 31.

Preferibilmente, le alette 34 sono montate ad opposte estremità del profilo d'inserimento 31.

Preferibilmente, il corpo principale 20 comprende due inviti 27 (fig 2,3) realizzati nelle appendici 26 in posizione prossimale allo sviluppo planare prevalente del corpo principale 20.

Secondo l'invenzione, gli inviti 27 sono atti a ricevere le corrispondenti alette 34 per consentire un serraggio del corpo secondario 30 con il corpo principale 20.

I binari 25 sono realizzati nelle appendici 26 in posizione distale rispetto allo sviluppo planare prevalente del corpo principale 20.

Con riferimento alla figure 1-3, preferibilmente i cavi e connettori 21 sono tra loro complanari e complanari allo sviluppo planare prevalente della scatola di giunzione 1.

In figura 2a è mostrata una variante della forma di realizzazione preferita in cui una scatola di giunzione 101 ha dimensioni ridotte rispetto alla scatola di giunzione 1 della forma di realizzazione preferita, pur mantenendo sostanzialmente invariate tutte le altre caratteristiche tecniche.

In figura 2a, i numeri identificativi sono aumentati di 100 rispetto ai componenti in comune con la figura 2. Differentemente dalla forma di realizzazione preferita, nella scatola di giunzione 101 un corpo principale 120 comprende una sede di alloggiamento 123 dotata di quattro connettori femmina 124.

La scatola di giunzione 101 comprende, inoltre, un corpo secondario 130 dotato di quattro connettori maschio 132. L'effetto tecnico di questa variante è la ridotta dimensione e peso della scatola di giunzione 101.

La scatola di giunzione realizzata è anche più economica.

Secondo l'invenzione il corpo secondario 30,130 comprende un modulo di accoppiamento elettronico 40,140 atto a gestire l'attivazione elettrica della scatola di giunzione 1.

Il modulo di accoppiamento elettronico 40,140 può essere definito come una "cartuccia" intercambiabile delle funzioni elettroniche della scatola di giunzione 1,101. Secondo l'invenzione, il modulo di accoppiamento elettronico 40,140 è atto a svolgere una o più tra funzionalità elettroniche di protezione, blocco, comunicazione, conversione, ottimizzazione, incremento efficienza, controllo energia prodotta, o simili.

Queste funzioni, nelle scatole di giunzione presenti attualmente sul mercato, sono solitamente inserite in un unico "contenitore" che forma la scatola di giunzione completa .

L'effetto tecnico conseguito dall'invenzione è, quindi, che le funzioni sono integrate in una "cartuccia" intercambiabile (il modulo di accoppiamento elettronico 40,140), che si innesta nel corpo principale della scatola di giunzione (sede di alloggiamento 23,123), che può quindi accogliere cartucce con funzionalità diverse pur mantenendo la stessa base di connessione (corpo principale 20,120).

L'effetto tecnico conseguito è, quindi, di realizzare una struttura di elevata adattabilità a soluzioni elettroniche differenti di base o evolute senza necessità di aprire la scatola di giunzione, né di staccarla dal pannello fotovoltaico su cui è montata. In una forma di realizzazione di base, il modulo di accoppiamento elettronico 40,140 comprende un diodo di bypass.

Preferibilmente, in questo caso, viene utilizzata la scatola di giunzione 101 di fig. 2a che prevede quattro connettori femmina 124 nella sede di alloggiamento 123 e quattro connettori maschio 132 nel corpo secondario 130, garantendo dimensioni e, quindi, ingombri ridotti.

Come è ben noto, i diodi di bypass consentono di evitare il danneggiamento di un stringa di celle solari in caso di oscuramento di una o più celle della stringa.

Questo fenomeno è noto con il termine "hot spot".

Poiché in un modulo fotovoltaico un determinato numero di celle vengono poste in serie, e in assenza di luce diretta le celle fotovoltaiche tendono a spegnersi diminuendo la conducibilità di tutta la serie, si possono verificare delle sovratensioni inverse ai capi delle celle oscurate, causate dal fatto che le altre celle producono tensione mentre quelle oscurate agiscono come un carico.

I diodi di bypass consentono di evitare il danneggiamento di queste ultime poiché vengono posti in anti-parallelo alla cella, in modo da permettere il flusso della corrente attraverso il diodo evitando quindi che passi attraverso la cella oscurata.

Altre forme di realizzazione più evoluta dell'invenzione implementano funzioni più evolute.

In una forma di realizzazione evoluta, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un diodo di bypass evoluto (cool bypass diode o cool bypass device).

In altre parole, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un diodo con un miglior rendimento rispetto ai diodi di bypass standard, consentendo tensioni inverse e correnti residue inverse molto basse.

In un'altra forma di realizzazione evoluta, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un microinverter .

In altre parole, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un dispositivo elettronico in grado di convertire la corrente continua proveniente dalle unità fotovoltaiche in corrente alternata, utilizzata in ambito domestico e nella rete di distribuzione.

Il microinverter, date le ridotte dimensioni, può essere accoppiato ad ogni pannello 10.

In questo modo non è più necessario un inverter centralizzato .

L'utilizzo di microinverter associati al corpo secondario 30 della scatola di giunzione 1 consente una massimizzazione della potenza in uscita, ed una maggiore flessibilità del sistema fotovoltaico.

Un ulteriore vantaggio risiede nel fatto che i microinverter associati al corpo secondario 30 consentono di usare ogni pannello 10 come sorgente di alimentazione separata consentendo di scegliere la destinazione dell'energia prodotta, cioè di decidere se usare parte delle'energia prodotta per necessità personali e parte per l'immissione nella rete nazionale.

In un'altra forma di realizzazione evoluta, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un circuito elettronico di comunicazione

In altre parole, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un circuito elettronico in grado di realizzare una comunicazione via PLM o wireless per inviare dati relativi ai parametri funzionali quali temperatura, potenza generata, stato del pannello ecc. e ricevere comandi per eseguire lo spegnimento del pannello in caso di manutenzione o in caso di incendio. In un'altra forma di realizzazione più evoluta, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un circuito per calcolo del MPPT (Maximum Power Point Tracker) .

In altre parole, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un circuito di calcolo del corretto bilancio tensione - corrente che consente al pannello fotovoltaico di lavorare in condizioni di massima efficienza.

Il calcolo varia in funzione di una pluralità di parametri tra cui quelli più importanti sono l'intensità della radiazione solare incidente sul pannello, la temperatura del pannello ecc.

In un'altra forma di realizzazione evoluta, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un circuito elettronico d'incremento di potenza.

In altre parole, una volta calcolato il MMPT, questo circuito elettronico realizza il funzionamento nelle condizioni ottimali.

In un'altra forma di realizzazione evoluta, il modulo di accoppiamento elettronico 40 comprende un circuito elettronico di protezione da incendio.

In altre parole, questo circuito elettronico disconnette le tensioni in uscita dal pannello nel caso da remoto, via PLM o wireless venga inviato il comando di emergenza incendio.

Il comando di spegnimento del pannello viene inviato per disconnettere le uscite in tensione del pannello e permettere un intervento in sicurezza dei Vigili del Fuoco evitando rischi di folgorazione durante lo spegnimento di un incendio che coinvolge le strutture su cui sono montati i pannelli solari o l'edificio sottostante.

La stessa funzione può essere utilizzata per permettere interventi di manutenzione sui pannelli in sicurezza. L'invenzione, come sopra descritta, ha per oggetto anche un pannello fotovoltaico 10 che comprende la scatola di giunzione 1, 101 di cui sono state mostrate le caratteristiche tecniche principali.

Come già detto, la scatola di giunzione 1, 101 è atta ad essere montata sul pannello 10 ed è in connessione con esso tramite i contatti elettrici 22.

L'invenzione ha per oggetto, inoltre, un sistema d'interconnessione di pannelli fotovoltaici 10 che comprende una pluralità di pannelli fotovoltaici 10.

L'invenzione (scatola di giunzione e/o pannelli e/o sistema d'interconnessione) consegue una pluralità di effetti tecnici/vantaggi, come brevemente di seguito riportato.

Allo stato attuale della tecnica, i produttori di pannelli fotovoltaici garantiscono i pannelli fotovoltaici per dieci anni sui difetti di fabbricazione e venticinque sulla funzionalità di produzione di energia.

Secondo l'invenzione, il corpo principale/base di connessione viene montato e sigillato senza avere più la necessità di riaprire la scatola di giunzione.

In caso di guasto si sostituisce direttamente il corpo secondario, unitamente al relativo modulo di accoppiamento elettronico, senza dover intervenire riaprendo il corpo principale, garantendo un'operazione rapida, senza la necessità di attrezzature particolari e sopratutto senza compromettere la tenuta stagna della scatola di giunzione, e mantenendo invariata l'aspettativa di vita del pannello.

Il processo di montaggio della scatola di giunzione dell'invenzione sul pannello e la connessione di bandelle in uscita dal pannello con i contatti elettrici di connessione della scatola di giunzione, può essere mantenuto invariato anche per pannelli di tipo e funzionalità diverse semplificando quindi il processo e la relativa automazione per i produttori di pannelli. In altre parole, è possibile sfruttare lo stesso corpo principale anche per pannelli che avranno funzionalità diverse .

Il produttore del pannello fotovoltaico, monta in fase di costruzione dello stesso il solo corpo principale comprendente i cavi ed i connettori e può mantenere un magazzino di pannelli come semilavorati.

In funzione delle richieste del mercato il produttore può consegnare i pannelli e ed i corpi secondari/cartucce con le funzionalità richieste dal cliente finale, senza dover quindi specializzare preventivamente in fase di costruzione le funzioni del pannello .

In questo modo è anche semplificata la gestione del magazzino.

Se il cliente finale, dopo aver già installato i pannelli fotovoltaici dell'invenzione, vuole aggiungere delle funzioni "intelligenti" al proprio impianto, per incrementarne l'efficienza o per aggiungere funzionalità di controllo dell'energia prodotta, può semplicemente sostituire il corpo secondario, ed il relativo modulo di accoppiamento elettronico, con un altro corpo secondario dotato di un evoluto modulo di accoppiamento elettronico .

L'operazione risulta semplice e veloce.

Infatti, mentre le scatole di giunzione attualmente in commercio sono incollate al pannello con silicone o con biadesivi strutturali, per cui l'operazione di sostituzione diventa particolarmente difficile e può compromettere l'integrità del pannello, secondo l'invenzione, solo il corpo principale 20, 120 è incollato al pannello 10 e rimane sempre solidale al pannello 10, mentre il corpo secondario 30,130 è sostituibile ed innestabile nel corpo principale 20, 120.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Scatola di giunzione (1,101) per pannello fotovoltaico (10) comprendente: • Un corpo principale (20,120) comprendente: o cavi e connettori (21) atti a realizzare un collegamento elettrico tra scatole di giunzione (1); o Contatti elettrici (22) atti a realizzare una contatto con detto pannello fotovoltaico (10); · un corpo secondario (30,130) rimovibilmente associato a detto corpo principale (20,120), ed atto ad attivare elettricamente detta scatola di giunzione (1,101) in modo da realizzare detto collegamento elettrico tra dette scatole di giunzione (1,101), e detto contatto con detto pannello fotovoltaico (10).
2. 2. Scatola di giunzione (1,101) secondo la rivendicazione 1 in cui: · detto corpo principale (20,120) comprende due appendici (26,126) che si estendono da detto corpo principale (20,120) verso detto corpo secondario (30,130), dette appendici (26,126) essendo dotate di rispettivi binari (25,125) e · detto corpo secondario (30,130) comprende due guide (33,133), detti binari (25,125) essendo atti a scorrere in dette rispettive guide (33,133) per consentire un accoppiamento di detto corpo secondario (30,130) con detto corpo principale (20,120).
3. 3. Scatola di giunzione (1,101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2 in cui detto corpo secondario (30,130) comprende un modulo di accoppiamento elettronico (40,140) atto a gestire detta attivazione elettrica di detta scatola di giunzione (1,101).
4. 4. Scatola di giunzione (1,101) secondo una qualsiasi delle rivendicazione precedenti in cui detta corpo principale (20,120) comprende una sede di alloggiamento (23,123) e detto corpo secondario (30,130) comprende un profilo d'inserimento (31,131) complementare a detta sede di alloggiamento (23,123).
5. 5. Scatola di giunzione (1,101) secondo la rivendicazione 4 in cui detta sede di alloggiamento (23.123) comprende una pluralità di connettori femmina (24.124) e detto corpo secondario (30,130) comprende una pluralità di connettori maschio (32,132) atti ad accoppiarsi con detti connettori femmina (24,124) per attivare elettricamente detta scatola di giunzione (1,101).
6. 6. Scatola di giunzione (1,101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto modulo di accoppiamento elettronico (40,140) comprende un diodo di bypass atto a consentire un flusso di corrente attraverso di esso, evitando che la corrente fluisca attraverso una corrispondente cella di detto pannello fotovoltaico (10).
7. 7. Scatola di giunzione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui detto modulo di accoppiamento elettronico (40) comprende un diodo di bypass evoluto.
8. 8. Scatola di giunzione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui detto modulo di accoppiamento elettronico (40) comprende un microinverter .
9. 9. Scatola dì giunzione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui detto modulo di accoppiamento elettronico (40) comprende un circuito elettronico di comunicazione.
10. 10. Scatola di giunzione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui detto modulo di accoppiamento elettronico (40) un circuito elettronico d'incremento di potenza.
11. 11. Scatola di giunzione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui detto modulo di accoppiamento elettronico (40) comprende un circuito per calcolo di MPPT.
12. 12. Pannello fotovoltaico (10) comprendente una scatola di giunzione (1,101), secondo le rivendicazioni da 1 a 11, montata su di esso ed in connessione con esso tramite detti contatti elettrici (22).
13. 13. Sistema d'interconnessione di pannelli fotovoltaici (10) comprendente una pluralità di pannelli fotovoltaici (10), secondo la rivendicazione 12.