ITMI20121139A1 - Dispositivo di misura di correnti di stringa, in particolare in impianti fotovoltaici - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DI MISURA DI CORRENTI DI STRINGA, IN PARTICOLARE IN IMPIANTI FOTOVOLTAICI

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo di misura di correnti di stringa, in particolare in impianti fotovoltaici.

Nei sistemi fotovoltaici costituiti da una o più stringhe possono venirsi a creare sbilanciamenti nelle correnti prodotte dalle varie stringhe per cause interne o esterne all'impianto; gli sbilanciamenti portano a una considerevole riduzione della capacità produttiva del sistema e, nei casi più gravi, possono causare danni permanenti ai dispositivi o innescare l'intervento delle protezioni con conseguente interruzione del servizio.

Il monitoraggio continuo delle correnti di stringa consente di identificare immediatamente il problema e minimizzare gli eventuali danni ad esso associati.

I dispositivi di misura di correnti di stringa oggigiorno largamente diffusi sono di tipo integrato ossia costituiti da componenti o schede elettroniche concepiti per essere inseriti all'interno dei quadri elettrici di parallelo degli impianti fotovoltaici. Gli impianti fotovoltaici devono pertanto essere sin dall'inizio progettati e costruiti per comprendere i dispositivi integrati di misura di correnti di stringa o, per lo meno, per disporre di spazio sufficiente ad accogliere tali dispositivi.

Inoltre, la maggior parte dei dispositivi noti di misura delle correnti di stringa non permette di essere integrato in un impianto già esistente senza apportare modifiche all'elettronica collegata al circuito di potenza dell'impianto, rendendo pertanto necessario sottoporre nuovamente l'impianto a certificazione.

In dettaglio, una prima tipologia di dispositivi di misura di correnti di stringa attualmente noti impiega un sensore costituito da una resistenza calibrata che viene attraversata dalla corrente generata dai pannelli fotovoltaici. La misura è effettuata da un circuito elettronico che rileva la tensione che si sviluppa ai capi della resistenza, ricavando così la corrente che la attraversa.

Oltre agli inconvenienti già discussi sopra, tale soluzione presenta lo svantaggio di essere particolarmente suscettibile ai disturbi elettromagnetici in quanto il circuito di misura è elettricamente in contatto con i circuiti di potenza. Inoltre, la presenza di morsetti di ingresso e uscita di potenza può essere fonte di guasti o punti caldi nel quadro. In aggiunta, il sensore genera calore per effetto Joule, portando a una perdita di efficienza e a un riscaldamento delle schede con riduzione dell'affidabilità nel tempo. Non ultimo, tale tipologia di dispositivi di misura presenta ingombri tali da risultare praticamente impossibile integrarli in quadri elettrici preesistenti.

Una seconda tipologia di dispositivi noti di misura di correnti di stringa impiega un sensore ad effetto Hall integrato, costituito da un tratto di conduttore in rame attraversato dalla corrente generata dai pannelli fotovoltaici. La misura è effettuata da un dispositivo integrato che rileva il flusso magnetico che si genera intorno al conduttore per effetto della circolazione di corrente, risultando il flusso misurato proporzionale alla corrente circolante.

Tale soluzione, pur eliminando in parte i problemi sopra prospettati, presenta tuttavia tutti gli inconvenienti correlati con l'integrazione in un quadro preesistente in termini di modifica all'elettronica collegata al circuito di potenza e di ingombri.

Una terza tipologia di dispositivi noti di misura di correnti di stringa fa impiego di un sensore magnetico inserito in un anello toroidale nel cui foro viene fatto passare il conduttore di potenza da misurare. Tuttavia, anche in questo caso la soluzione presenta notevoli ingombri, risultando altresì necessario interrompere almeno temporaneamente i contatti del circuito di potenza al fine di consentire al conduttore di essere infilato nell'anello toroidale, implicando la messa fuori servizio temporanea dell'impianto.

Secondo una variante nota della terza tipologia di dispositivi di misura di correnti di stringa, l'anello toroidale nel quale viene inserito il sensore magnetico è di tipo apribile al fine di consentire l'inserimento del cavo senza interruzione dei contatti del circuito di potenza.

Anche tale soluzione non è tuttavia scevra di inconvenienti in quanto i notevoli ingombri che presenta ne permettono l'utilizzo unicamente in quadri elettrici appositamente concepiti.

In sostanza, nessuno dei dispositivi di misura delle correnti di stringa noto è impiegabile in associazione a un quadro elettrico preesistente, senza alterarne lo schema circuitale o per lo meno l'involucro esterno. Peraltro, in caso l'involucro esterno sia sostituito con uno più capiente, potrebbero nascere problematiche relative all'alloggiamento in vani sin dall'inizio concepiti per accogliere volumi inferiori.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un dispositivo di misura di correnti di stringa che sia validamente impiegabile in associazione a un quadro elettrico di un impianto fotovoltaico preesistente.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di misura di correnti di stringa che sia installabile senza alterare l'elettronica o interrompere, seppur temporaneamente, i contatti di quadri elettrici di impianti preesistenti.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di misura di correnti di stringa che, al fine di un corretto funzionamento, non necessiti obbligatoriamente di essere alloggiato all'interno di un quadro elettrico.

Questi e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un dispositivo di misura di correnti di stringa come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche del dispositivo sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi di un dispositivo di misura di correnti di stringa 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 sezione di una forma di realizzazione preferenziale di un dispositivo di misura di correnti di stringa secondo la presente invenzione in configurazione assemblata;

- la figura 2 è una vista prospettica di un primo semiguscio del dispositivo di misura di correnti di stringa di figura 1;

- la figura 3 è una vista in prospettica di un secondo semiguscio del dispositivo di misura di correnti di stringa di figura 1;

la figura 4 è una vista prospettica del secondo semiguscio di figura 3 in associazione a una pluralità di stringe da monitorare;

- la figura 5 è una vista prospettica del dispositivo di misura di correnti di stringa di figura 1 in configurazione assemblata e operativa.

Con riferimento alle figure, viene mostrato un dispositivo di misura di correnti di stringa, complessivamente indicato con 10.

Il dispositivo 10 di misura di correnti di stringa comprende un involucro 11 costituito da un primo Ila e da un secondo llb semiguscio reciprocamente vincolati in maniera rilasciabile, in modo tale da definire internamente all'involucro 11 almeno una camera 12a,12b nella quale è alloggiata una pluralità di circuiti magnetici 13 del tipo apribile, laddove a ogni circuito magnetico 13 è associato almeno un sensore di campo magnetico 14.

Ogni circuito magnetico 13 di tipo apribile è costituito da un corpo in materiale ferromagnetico, preferibilmente ferrite, a conformazione anulare definente centralmente un canale di induzione 13c avente asse coincidente con l'asse dell'anello.

Con conformazione anulare è intesa una generica configurazione a corona a pianta e sezione qualsiasi quale ad esempio circolare o poligonale.

Nella forma di realizzazione preferenziale illustrata, i circuiti magnetici 13 sono realizzati a corona con pianta rettangolare e sezione quadrata.

I corpi a conformazione anulare, ciascuno costituente un circuito magnetico 13 della pluralità di circuiti magnetici 13, presentano ognuno un traferro 14' nel quale è alloggiato il rispettivo sensore di campo magnetico 14.

Vantaggiosamente, ciascun corpo a conformazione anulare della pluralità di circuiti magnetici 13 è costituito da una prima 13a e da una seconda 13b porzione, laddove le prime 13a porzioni sono vincolate al primo ila semiguscio, mentre le seconde 13b porzioni sono vincolate al secondo llb semiguscio in modo tale per cui, quando il primo ila e il secondo llb semiguscio sono in configurazione di vincolo reciproco, le prime porzioni 13a dei corpi anulari sono sovrapposte alle rispettive seconde porzioni 13b dei corpi anulari così da chiudere i circuiti magnetici 13.

Preferibilmente, in caso di circuiti magnetici 13 realizzati a corona con pianta rettangolare, ciascuna prima porzione 13a dei corpi anulari è costituita da un blocchetto lineare, mentre ciascuna seconda porzione 13b dei corpi anulari è costituita da un corpo conformato a "U", vincolato al secondo semiguscio llb in modo tale per cui i gambi liberi del corpo a "U" sporgono in direzione del primo semiguscio ila.

Preferibilmente, ciascuna seconda porzione 13b dei corpi anulari è vincolata al secondo semiguscio llb mediante un piano forato 15 da cui sporge parzialmente. Il piano forato 15 garantisce in tal modo il mantenimento del corretto posizionamento di ciascuna seconda porzione 13b.

Utilmente, al fine di ottenere un dispositivo 10 di misura di correnti di stringa particolarmente compatto, i corpi anulari di circuiti magnetici 13 attigui sono disposti parzialmente sovrapposti. La sovrapposizione dei corpi anulari attigui è comunque tale da evitare una concatenazione con i flussi magnetici dei circuiti attigui. In particolare, la disposizione è tale da evitare una sovrapposizione tra i fori centrali 13c dei corpi anulari.

Vantaggiosamente, tra la seconda porzione 13b del corpo anulare e il secondo semiguscio llb è interposto un elemento comprimibile 16 in grado di assorbire parzialmente una compressione sulla seconda porzione 13b del corpo anulare, esercitata in configurazione di vincolo reciproco tra i due semigusci Ila,llb dell'involucro 11 al fine di garantire il contatto tra la prima 13a e la seconda 13b porzione del corpo anulare e, conseguentemente, la chiusura del circuito magnetico 13 risultante.

L'elemento comprimibile 16 è ad esempio costituito da una porzione in spugna comprimibile.

I sensori di campo magnetico 14 sono collegati a una componentistica elettronica 17 di elaborazione delle misure di flusso magnetico rilevate.

Nella forma di realizzazione preferenziale illustrata, la componentistica elettronica 17 è alloggiata nell'almeno una camera 12a,12b definita internamente all'involucro 11 e i collegamenti ai sensori di campo magnetico 14 sono realizzati attraverso una basetta per circuiti stampati 20 nella quale sono realizzate una pluralità di piste elettriche 21.

In forme di realizzazione alternative non illustrate, la componentistica elettronica 17 è alloggiata esternamente all'involucro 11, ad esempio in un dispositivo separato, e i collegamenti ai sensori di campo magnetico 14 sono realizzati mediante appositi cavi elettrici.

Preferibilmente, 1'almeno una camera 12a,12b definita internamente all'involucro il comprende una prima camera 12a di alloggiamento dei circuiti magnetici 13 e una seconda camera 12b per l'alloggiamento della componentistica elettronica 17, laddove almeno la seconda camera 12b di alloggiamento della componentistica elettronica 17 è di tipo stagno.

A tal fine è prevista una guarnizione perimetrale 18 interposta tra il primo ila e il secondo llb semiguscio posta in corrispondenza del perimetro della seconda camera 12b, in modo tale da realizzare una tenuta stagna quando i due semigusci ila,llb dell'involucro il si trovano in configurazione di vincolo reciproco.

Inoltre, in ingresso all'involucro il, preferibilmente in corrispondenza della componentistica elettronica 17, è previsto un passacavo 22 in materiale idoneo a mantenere stagna 1'almeno una camera 12a,12b, ad esempio materiale gommoso.

Il sensore di campo magnetico 14 e i collegamenti 21 alla componentistica elettronica 17 sono preferibilmente annegati in uno strato di resina 19, garantendo in tal modo un'impermeabilizzazione di tali elementi.

Tale accorgimento risulta superfluo in caso anche la prima camera 12a interna all'involucro il sia di tipo stagno o di camera unica stagna.

Almeno un semiguscio lla,llb dell'involucro 11 presenta perimetralmente, su lati opposti, una struttura a pettine Ile per il posizionamento e il centraggio di una pluralità di conduttore di corrente 30.

La struttura a pettine Ile è realizzata in modo tale da far corrispondere le sedi realizzate dalla struttura a pettine Ile con il centro delle strutture anulari costituenti i circuiti magnetici 13, ossia con i relativi canali di induzione.

In tal modo, posizionando un conduttore di corrente 30 in una coppia di sedi contrapposte definite dalle strutture a pettine Ile realizzate su lati opposti di almeno un semiguscio lla,llb dell'involucro 11, è garantito il passaggio del conduttore 30 internamente al corpo anulare del rispettivo circuito magnetico 13 in seguito all'accoppiamento dei due semigusci lla,llb per portarli in configurazione di vincolo reciproco. Il funzionamento del dispositivo 10 di misura di correnti di stringa è il seguente.

Al fine di monitorare in continuo le correnti di stringa, ad esempio di un impianto fotovoltaico (non illustrato), è sufficiente posizionare i conduttori di corrente in uscita dal circuito di potenza dell'impianto fotovoltaico in modo tale che siano accolti in sedi contrapposte definite dalle strutture a pettine Ile realizzate sull'involucro 11, passando così attraverso le porzioni della seconda porzione 13b di un circuito magnetico 13, sporgenti dal piano forato 15 del secondo semiguscio llb. Tale disposizione è illustrata in figura 4.

Attraverso il posizionamento del primo semiguscio Ila sul secondo semiguscio llb al fine di portarli in configurazione di vincolo reciproco, la prima porzione 13a del circuito magnetico 13 va sovrapporsi alla rispettiva seconda porzione 13b del circuito magnetico così da chiuderlo attorno al conduttore 30.

Nella particolare forma di realizzazione illustrata, in configurazione sovrapposta, i blocchetti lineari 13a si trovano in contatto con le estremità libere dei gambi del corpo conformato a "U" 13b.

II sensore di campo magnetico 14 posto in corrispondenza del traferro 14' del circuito magnetico 13 è dunque in grado di rilevare la corrente che fluisce nel conduttore 30 passante nel foro centrale 13c del circuito magnetico 13.

La componentistica elettronica 17 risulta inoltre alloggiata in una camera stagna 12b, mentre il collegamento tra la componentistica 17 e il sensore di campo magnetico 14 è reso impermeabile dallo strato di resina 19.

In tali condizioni, il dispositivo 10 di misura di correnti di stringa non richiede di essere posizionato all'interno del quadro elettrico dell'impianto fotovoltaico.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del dispositivo oggetto della presente invenzione, così come sono chiari i relativi vantaggi. Il dispositivo di misura di correnti di stringa secondo la presente invenzione è infatti impiegabile in associazione a un quadro elettrico di un impianto fotovoltaico preesistente, senza alterarne lo schema circuitale né tanto meno l'involucro esterno.

Per l'installazione non è infatti necessario interrompere, nemmeno temporaneamente, i contatti del circuito di potenza dell'impianto fotovoltaico.

Inoltre, è anche possibile applicare il dispositivo di misura secondo l'invenzione alle stringhe di corrente a valle del quadro elettrico ed esternamente allo stesso, non necessitando tale dispositivo di essere obbligatoriamente alloggiato in un ambiente stagno. È chiaro, infine, che il dispositivo così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'invenzione. Così ad esempio, può essere qualsiasi il numero di circuiti magnetici e delle corrispondenti sedi di alloggiamento dei conduttori, realizzate dalla struttura a pettine. Ciò si traduce, vantaggiosamente, in una elevata duttilità di impiego del dispositivo, opportunamente dimensionabile per la misura di gruppi diversi di conduttori in uscita dall'impianto fotovoltaico.

Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa caratterizzato dal fatto di comprendere un involucro (11) costituito da un primo (Ila) e da un secondo (llb) semiguscio reciprocamente vincolati in maniera rilasciabile in modo tale da definire internamente a detto involucro (11) almeno una camera (12a,12b) nella quale è alloggiata una pluralità di circuiti magnetici (13) del tipo apribile, laddove a ogni circuito magnetico (13) è associato almeno un sensore di campo magnetico (14).
2. 2) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che ogni circuito magnetico (13) di detta pluralità di circuiti magnetici (13) è costituito da un corpo a conformazione anulare definente centralmente un canale di induzione (13c) avente asse coincidente con un asse di detto corpo anulare, detto corpo anulare essendo costituito da una prima (13a) e da una seconda (13b) porzione, laddove detta prima (13a) porzione è vincolata a detto primo (H a) semiguscio e detta seconda (13b) porzione è vincolata a detto secondo (llb) semiguscio in modo tale per cui, quando detto primo (Ila) e detto secondo (llb) semiguscio sono in configurazione di vincolo reciproco, detta prima porzione (13a) di detto corpo anulare è sovrapposta a detta seconda porzione (13b) di detto corpo anulare così da realizzare detto circuito magnetico (13).
3. 3) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta prima porzione (13a) di detto circuito magnetico (13) è costituita da un blocchetto lineare e detta seconda porzione (13b) di detto circuito magnetico (13) è costituita da un corpo conformato a "U", vincolato a detto secondo semiguscio (llb) in modo tale per cui i gambi liberi di detto corpo conformato a "U" (13b) sporgono in direzione di detto primo semiguscio (Ila), in detta configurazione sovrapposta detto blocchetto lineare (13a) essendo in contatto con le estremità libere di detti gambi di detto corpo conformato a "U" (13b).
4. 4) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo la rivendicazione 2 o 3 caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione (13b) è vincolata a detto secondo semiguscio (llb) mediante un piano forato (15) da cui sporge parzialmente in direzione di detto primo semiguscio (Ila).
5. 5) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4 caratterizzato dal fatto che detta seconda porzione (13b) è vincolata a detto secondo semiguscio (llb) mediante interposizione di un elemento comprimibile (16).
6. 6) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che circuiti magnetici (13) attigui sono disposti parzialmente sovrapposti, in assenza di sovrapposizione dei rispettivi canali di induzione (13c).
7. 7) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che almeno un semiguscio (Ila,llb) di detto involucro (11) presenta perimetralmente, su lati opposti, una struttura a pettine (Ile) per il centraggio di una pluralità di conduttori di corrente (30) e il posizionamento internamente a detti circuiti magnetici (13).
8. 8) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore di campo magnetico (14) è collegato mediante collegamenti elettrici (21) a una componentistica elettronica (17) di elaborazione di misure di flusso magnetico rilevate da detto almeno un sensore (14).
9. 9) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che detta almeno una camera (12a,12b) definita internamente a detto involucro (11) comprende una prima camera (12a) di alloggiamento di detta pluralità di circuiti magnetici (13) e una seconda camera (12b) di alloggiamento di detta componentistica elettronica (17), almeno detta seconda camera (12b) essendo di tipo stagno .
10. 10) Dispositivo (10) di misura di correnti di stringa secondo la rivendicazione 8 o 9 caratterizzato dal fatto che detto almeno un sensore di campo magnetico (14) e detti collegamenti elettrici (21) sono annegati in uno strato di resina (19).