ITMO20100011A1 - GROUP OF CONVERSION OF SOLAR ENERGY IN ELECTRICITY - Google Patents
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Description
"GRUPPO DI CONVERSIONE DELL'ENERGIA SOLARE IN ENERGIA ELETTRICA" . "GROUP FOR THE CONVERSION OF SOLAR ENERGY INTO ELECTRIC ENERGY".
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato ha per oggetto un gruppo di conversione dell'energia solare in energia elettrica . The present invention relates to a unit for converting solar energy into electrical energy.
Come noto al tecnico del ramo, i pannelli fotovoltaici, utilizzati per convertire energia solare in energìa elettrica, sono costituiti da una pluralità di celle fotovoltaiche tra loro collegate elettricamente. As known to the skilled in the art, photovoltaic panels, used to convert solar energy into electrical energy, consist of a plurality of photovoltaic cells electrically connected to each other.
Ciascuna di queste celle fotovoltaiche à ̈ a sua volta costituita da un semiconduttore, generalmente silicio, opportunamente drogato, generalmente con Boro e Fosforo, in modo tale da ottenere uno strato p (caratterizzato da un eccesso di lacune e quindi di cariche positive) ed uno stato n (caratterizzato da un eccesso di elettroni e quindi di cariche negative). Each of these photovoltaic cells is in turn made up of a semiconductor, generally silicon, suitably doped, generally with Boron and Phosphorus, in such a way as to obtain a p layer (characterized by an excess of gaps and therefore of positive charges) and a state n (characterized by an excess of electrons and therefore of negative charges).
A cavallo della zona di giunzione p-n, che separa i due strati di cui sopra, si crea un accumulo di cariche di segno opposto e, quindi, un campo elettrico . Straddling the p-n junction area, which separates the two layers above, an accumulation of charges of opposite sign is created and, therefore, an electric field.
L'incidenza della luce solare sulle celle fotovoltaiche, in particolare sul loro strato n, provoca uno spostamento di elettroni e di lacune in senso opposto e, quindi, la circolazione di corrente elettrica. The incidence of sunlight on photovoltaic cells, in particular on their n layer, causes a displacement of electrons and holes in the opposite direction and, therefore, the circulation of electric current.
Generalmente, le celle fotovoltaiche note sfruttano unicamente la luce solare che colpisce direttamente il loro strato n (sono posizionate tra loro affiancate con una faccia (corrispondente al relativo strato n) rivolta verso il sole, che quindi viene colpita direttamente dai raggi solari, ad una faccia (corrispondente al relativo strato p) che invece non viene raggiunta in modo diretto dai raggi solari). Generally, the known photovoltaic cells exploit only the sunlight that directly strikes their layer n (they are positioned side by side with a face (corresponding to the relative layer n) facing the sun, which is therefore hit directly by the sun's rays, to a face (corresponding to the relative layer p) which, on the other hand, is not directly reached by the sun's rays).
Ad oggi, le celle fotovoltaiche sfruttano unicamente l'energia solare che colpisce i rispettivi strati n. To date, photovoltaic cells exploit only the solar energy that hits the respective layers n.
Inoltre, la potenza emessa da ogni singola cella fotovoltaica varia durante l'arco della giornata, in quanto varia l'intensità e la lunghezza d'onda della luce incidente. Furthermore, the power emitted by each single photovoltaic cell varies throughout the day, as the intensity and wavelength of the incident light varies.
Per migliorare il tempo di captazione della luce solare e la potenza che à ̈ possibile ricavare dalle celle fotovoltaiche, queste ultime vengono trattate con due procedimenti descrìtti nei brevetti RM2003A000147 e VR2007A000148 di cui à ̈ titolare uno degli inventori. To improve the time of capturing sunlight and the power that can be obtained from photovoltaic cells, the latter are treated with two procedures described in the patents RM2003A000147 and VR2007A000148 owned by one of the inventors.
Inoltre, al fine di ridurre l'effetto Joule che si verifica per effetto delle differenze di potenziale microscopiche presenti sulla superficie delle celle, su queste ultime vengono definite una o più piste di scorrimento della corrente, sulle quali convergono uno o più convogliatori di corrente . Furthermore, in order to reduce the Joule effect that occurs due to the microscopic potential differences present on the cell surface, one or more current flow tracks are defined on the latter, on which one or more current conveyors converge.
Può accadere che, per sfruttare meglio le dimensioni e la tensione delle celle, queste ultime vengano tagliate in più sottocelle comprendenti ciascuna una porzione delle piste e dei convogliatori di cui sopra. It may happen that, in order to better exploit the dimensions and tension of the cells, the latter are cut into several sub-cells each comprising a portion of the tracks and conveyors referred to above.
Generalmente, inoltre, i pannelli fotovoltaici vengono disposti tra loro in serie o in parallelo, e collegati elettricamente ad un unico inverter atto a trasformare la corrente continua emessa dai singoli pannelli in corrente alternata disponibile per l'immissione nella comune rete elettrica. Furthermore, the photovoltaic panels are generally arranged in series or parallel to each other, and electrically connected to a single inverter capable of transforming the direct current emitted by the individual panels into alternating current available for entry into the common electrical network.
Poiché, come sopra detto, le condizioni di funzionamento di ogni singola cella cambiano durante l'arco della giornata in modo tra loro differente, risulta che, la tensione alla quale le singole celle emettono la massima potenza (individuabile dalla curva caratteristica V/I nota al tecnico del settore) , si sposta in continuazione durante il giorno. Since, as mentioned above, the operating conditions of each single cell change during the day in a different way, it results that the voltage at which the individual cells emit the maximum power (identifiable from the V / I characteristic curve known to those skilled in the art), it moves continuously during the day.
Gli inverter noti utilizzati, sono caratterizzati da una funzione, detta MPPT (Maximum Power Point Tracker) che consente all'inverter stesso di cercare in modo continuo il miglior punto di funzionamento mediante variazioni continue a posteriori della tensione di funzionamento. The known inverters used are characterized by a function, called MPPT (Maximum Power Point Tracker) which allows the inverter itself to continuously search for the best operating point through continuous subsequent variations of the operating voltage.
Queste celle fotovoltaiche note non sono scevre di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che consentono di sfruttare solamente l’energia solare che incide direttamente il loro strato n. Le celle fotovoltaiche note hanno quindi un’efficenza limitata. These known photovoltaic cells are not free from drawbacks, including the fact that they allow to exploit only the solar energy which directly affects their layer n. The known photovoltaic cells therefore have a limited efficiency.
Inoltre, le sottocelle che derivano dalla frammentazione delle celle fotovoltaiche note, hanno un'efficenza ancora inferiore rispetto alle celle stesse, in quanto il posizionamento delle porzioni delle piste e dei convogliatori di corrente non à ̈ adeguato alla conformazione delle relative sottocelle e, quindi, non consente di ridurre a sufficienza l'effetto Joule su di esse. Anche i gruppi di pannelli fotovoltaici noti non sono scevri di inconvenienti, tra i quali va annoverato il fatto che 1'inverter ad essi associato, non consente di sfruttare al meglio la potenza massima messa a disposizione dalle singole celle nelle varie fasi della giornata. Furthermore, the subcells that derive from the fragmentation of the known photovoltaic cells, have an even lower efficiency than the cells themselves, since the positioning of the portions of the tracks and of the current conveyors is not adequate for the conformation of the relative subcells and, therefore, it does not allow to sufficiently reduce the Joule effect on them. Even known photovoltaic panel groups are not free from drawbacks, among which it should be noted that the inverter associated with them does not make it possible to make the most of the maximum power made available by the individual cells in the various phases of the day.
Infatti 1 'inverter, sebbene sia dotato della funzione MPPT precedentemente descritta, deve utilizzare una tensione di lavoro tale da ottimizzare il funzionamento dell'insieme di tutti i pannelli ai quali à ̈ collegato. In fact, although the inverter is equipped with the MPPT function described above, it must use a working voltage such as to optimize the operation of all the panels to which it is connected.
Questa tensione di lavoro, che certamente non corrisponde a quella ottimale per almeno alcuni dei pannelli fotovoltaici, viene definita in pratica da una media delle tensioni ottimali per ogni singolo pannello. This working voltage, which certainly does not correspond to the optimal one for at least some of the photovoltaic panels, is defined in practice by an average of the optimal voltages for each individual panel.
Un altro inconveniente dei gruppi di pannelli fotovoltaici noti, consiste nel fatto che la superficie di ciascun pannello disponibile a ricevere la luce del sole viene generalmente limitata dalla presenza di corpi esterni che si appoggiano sui pannelli stessi. Another drawback of known photovoltaic panel groups consists in the fact that the surface of each panel available to receive sunlight is generally limited by the presence of external bodies which rest on the panels themselves.
Compito precipuo del presente trovato à ̈ quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota escogitando un procedimento per la realizzazione di celle fotovoltaiche che consenta di aumentare l'efficenza delle celle così ottenute rispetto a quelle note, sfruttando anche l'energia solare che colpisce per diffusione lo strato p delle celle stesse. The main aim of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks of the known art by devising a process for the production of photovoltaic cells which allows to increase the efficiency of the cells thus obtained with respect to the known ones, also exploiting the solar energy which diffusion affects the p layer of the cells themselves.
Uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare dei pannelli fotovoltaici ad elevato rendimento . An object of the present invention is to provide high-performance photovoltaic panels.
Un altro scopo del presente trovato à ̈ quello di escogitare un procedimento di segmentazione delle celle fotovoltaiche per migliorare l'efficenza delle singole sottocelle ottenute dalla segmentazione . Another object of the present invention is to devise a segmentation process of the photovoltaic cells to improve the efficiency of the individual subcells obtained from the segmentation.
Ancora uno scopo del presente trovato à ̈ quello di escogitare un gruppo di conversione dell'energia solare che consenta di ottimizzare la massima potenza disponibile per ciascun pannello fotovoltaico in qualsiasi condizione di irradiazione . Another object of the present invention is to provide a solar energy conversion unit which allows to optimize the maximum power available for each photovoltaic panel in any irradiation condition.
Un altro scopo ancora del presente trovato à ̈ quello di escogitare un procedimento per la realizzazione di pannelli fotovoltaici che consenta di mantenere la superficie esterna dei pannelli fotovoltaici rivolta verso i raggi solari sempre libera da corpi esterni e quindi disponibile all’assorbimento della corrispondente energia solare. Yet another object of the present invention is to devise a method for manufacturing photovoltaic panels which allows to keep the external surface of the photovoltaic panels facing the sun's rays always free from external bodies and therefore available for the absorption of the corresponding energy. solar.
Nell'ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato à ̈ quello di assolvere i compiti precedenti con una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto. Within the scope of this technical task, another object of the present invention is to perform the preceding tasks with a simple structure, relatively easy to implement in practice, safe in use and effective in operation, as well as relatively low cost.
Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dal presente gruppo di conversione dell'energia solare in energia elettrica comprendente una pluralità di pannelli fotovoltaici tra loro elettricamente collegati in serie e/o parallelo e mezzi di conversione, collegati elettricamente ad almeno uno di detti pannelli fotovoltaici, della corrente elettrica continua emessa dai pannelli fotovoltaici stessi in corrente elettrica alternata da destinarsi ad una rete elettrica d'utenza; caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di detti mezzi di conversione, ciascuno dei quali à ̈ collegato elettricamente ad uno di detti pannelli fotovoltaici per la conversione della porzione di energia elettrica continua emessa dal corrispondente pannello fotovoltaico in corrente alternata da destinarsi a detta rete elettrica d’utenza. This task and these purposes are all achieved by the present group for the conversion of solar energy into electrical energy comprising a plurality of photovoltaic panels electrically connected to each other in series and / or parallel and conversion means, electrically connected to at least one of said photovoltaic panels. , of the direct electric current emitted by the photovoltaic panels themselves in alternating electric current to be destined to an electric user network; characterized in that it comprises a plurality of said conversion means, each of which is electrically connected to one of said photovoltaic panels for the conversion of the portion of direct electrical energy emitted by the corresponding photovoltaic panel into alternating current to be destined for said electrical network. € ™ users.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di dettaglio di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un pannello fotovoltaico lenticolare, illustrato a titolo indicativo, ma non limitativo nel seguito. Further characteristics and advantages of the present invention will become more evident from the detailed description of a preferred, but not exclusive, embodiment of a lenticular photovoltaic panel, illustrated by way of example, but not of limitation below.
Il presente trovato si riferisce, inoltre, ad un gruppo di conversione dell’energia solare in energia elettrica comprendente una pluralità di pannelli fotovoltaici tra loro collegati elettricamente in serie e/o parallelo. The present invention also relates to a group for converting solar energy into electrical energy comprising a plurality of photovoltaic panels electrically connected to each other in series and / or parallel.
Il gruppo secondo il trovato comprende, poi, mezzi di conversione, collegati elettricamente ad almeno uno dei pannelli fotovoltaici, della corrente continua emessa dai pannelli fotovoltaici stessi in corrente alternata da destinarsi ad una rete elettrica d'utenza. The unit according to the invention then comprises conversion means, electrically connected to at least one of the photovoltaic panels, of the direct current emitted by the photovoltaic panels themselves into alternating current to be destined for an electrical user network.
Secondo il trovato, il gruppo di conversione dell’energia solare comprende una pluralità di mezzi di conversione, ciascuno dei quali à ̈ collegato elettricamente ad uno solo dei pannelli fotovoltaici per la conversione della porzione di energia elettrica emessa dal corrispondente pannello fotovoltaico in corrente alternata da destinarsi alla rete elettrica d'utenza. According to the invention, the solar energy conversion unit comprises a plurality of conversion means, each of which is electrically connected to only one of the photovoltaic panels for converting the portion of electrical energy emitted by the corresponding photovoltaic panel into alternating current. to be allocated to the electricity network of users.
Vantaggiosamente, ciascuno dei mezzi di conversione comprende almeno un inverter. Advantageously, each of the conversion means comprises at least one inverter.
Preferibilmente, ciascuno dei mezzi di conversione comprende almeno un chopper per la conversione dell'energia statica della tensione di corrente da un valore di ingresso variabile derivante dal corrispondente pannello fotovoltaico, ad un valore di uscita fisso verso il relativo inverter e compatìbile con il valore di tensione della rete elettrica d'utenza. Preferably, each of the conversion means comprises at least one chopper for converting the static energy of the current voltage from a variable input value deriving from the corresponding photovoltaic panel, to a fixed output value towards the relative inverter and compatible with the voltage value of the user electrical network.
Vantaggiosamente, almeno una delle celle fotovoltaiche appartenenti ad uno dei pannelli fotovoltaici, preferibilmente tutte le celle fotovoltaiche, Ã ̈ trattata chimicamente in corrispondenza almeno del relativo strato n. Advantageously, at least one of the photovoltaic cells belonging to one of the photovoltaic panels, preferably all the photovoltaic cells, is chemically treated in correspondence with at least the relative layer n.
Più particolarmente, tale trattamento chimico di almeno una delle celle fotovoltaiche prevede l'aggiunta di almeno un elemento chimico posizionato, nella tavola periodica degli elementi, fra i Gruppi 11 e 16 e le righe 2 e 5 per l'aumento dell'efficienza delle fasi di captazione e conversione dell'energia solare che colpisce direttamente lo strato n della stessa cella fotovoltaica. Preferibilmente, l'elemento chimico aggiunto à ̈ scelto tra i Gruppi 14 e 16 della tavola periodica degli elementi. More particularly, this chemical treatment of at least one of the photovoltaic cells involves the addition of at least one chemical element positioned, in the periodic table of elements, between Groups 11 and 16 and lines 2 and 5 to increase the efficiency of the phases for the collection and conversion of solar energy which directly affects the n layer of the same photovoltaic cell. Preferably, the chemical element added is chosen between Groups 14 and 16 of the periodic table of elements.
In una forma di realizzazione preferita, la cella fotovoltaica trattata chimicamente in corrispondenza del suo strato n, viene trattata chimicamente anche in corrispondenza del suo strato p. In a preferred embodiment, the photovoltaic cell chemically treated at its n layer is also chemically treated at its p layer.
Più particolarmente, in corrispondenza del relativo strato p viene aggiunto almeno un elemento chimico posizionato, nella tavola periodica degli elementi, fra i Gruppi 14 e 17 e le righe 3 e 6, per consentire la captazione e la conversione dell'energia solare incidente per diffusione lo strato p. More particularly, at least one chemical element is added in correspondence with the relative p layer, positioned, in the periodic table of elements, between Groups 14 and 17 and lines 3 and 6, to allow the uptake and conversion of incident solar energy by diffusion the p layer.
Vantaggiosamente, almeno una delle facce del pannello fotovoltaico, rivolte rispettivamente dalla parte dello strato n e dello strato p delle relative celle fotovoltaiche, comprende rispettivamente un primo ed un secondo strato di materiale plastico sostanzialmente trasparente. Il materiale plastico utilizzato à ̈ ottenuto mediante il raffreddamento di una miscela comprendente un materiale polimerico in concentrazione dal 5 al 96% in peso del peso della miscela, uno o più elementi chimici posizionati tra i Gruppi 11 e 16, preferibilmente tra i Gruppi 14 e 16, della tavola periodica degli elementi in quantità da 0,01% a 9,5% in peso del peso della miscela ed acqua quanto basta al raggiungimento del 100% in peso del peso della miscela. Advantageously, at least one of the faces of the photovoltaic panel, facing respectively the part of the layer n and the layer p of the relative photovoltaic cells, comprises respectively a first and a second layer of substantially transparent plastic material. The plastic material used is obtained by cooling a mixture comprising a polymeric material in a concentration from 5 to 96% by weight of the weight of the mixture, one or more chemical elements positioned between Groups 11 and 16, preferably between Groups 14 and 16, of the periodic table of the elements in quantities from 0.01% to 9.5% by weight of the weight of the mixture and water enough to reach 100% by weight of the weight of the mixture.
Il primo ed il secondo strato di materiale plastico hanno tra loro differente composizione in peso, in modo tale che il secondo strato, rivolto dalla parte dello strato p delle celle fotovoltaiche, sia sostanzialmente opaco alla luce diffusa . The first and second layers of plastic material have different weight compositions, so that the second layer, facing the side of the p layer of the photovoltaic cells, is substantially opaque to diffused light.
In una forma di realizzazione preferita, ciascuno dei pannelli fotovoltaici à ̈ operativamente collegato in ingresso ad una centralina elettronica atta ad emettere un segnale funzione dello stato di funzionamento del relativo pannello fotovoltaico. Ciascuna centralina elettronica à ̈ poi collegata in ingresso, ad esempio via radio, ad un'unità centrale di controllo atta ad informare un operatore sullo stato di funzionamento di ciascun pannello fotovoltaico. Più particolarmente, ciascuna centralina elettronica comprende un microprocessore che elabora il segnale ricevuto dal circuito elettrico del corrispondente pannello fotovoltaico in termini di tensione e di corrente e lo invia all'unità centrale di controllo. In a preferred embodiment, each of the photovoltaic panels is operatively connected at the input to an electronic control unit capable of emitting a signal which is a function of the operating status of the relative photovoltaic panel. Each electronic control unit is then connected in input, for example via radio, to a central control unit capable of informing an operator about the operating status of each photovoltaic panel. More particularly, each electronic control unit comprises a microprocessor which processes the signal received from the electrical circuit of the corresponding photovoltaic panel in terms of voltage and current and sends it to the central control unit.
Preferibilmente, ciascuna centralina elettronica comprende mezzi di identificazione e riconoscimento comunicanti con l'unità centrale di controllo ed univocamente associabili a quest 'ultima. Preferably, each electronic control unit comprises identification and recognition means communicating with the central control unit and univocally associable with the latter.
Più particolarmente, ciascuna centralina elettronica à ̈ in grado di interiacciarsi solamente con la relativa unità centrale di controllo, per cui, qualora tale centralina elettronica venga collegata ad una differente unità centrale di controllo, i mezzi di identificazione e riconoscimento inibirebbero il funzionamento delle stessa centralina elettrica e del circuito elettrico del corrispondente pannello fotovoltaico . More particularly, each electronic control unit is able to interact only with the relative central control unit, therefore, if this electronic control unit is connected to a different central control unit, the identification and recognition means would inhibit the operation of the same control unit. and the electrical circuit of the corresponding photovoltaic panel.
Vantaggiosamente, il gruppo secondo il trovato comprende almeno un ricevitore GPS associato a ciascuno pannello fotovoltaico ed operativamente collegato in ingresso all'unità centrale di controllo per rilevare la posizione geografica dei pannelli fotovoltaici stessi. L'unità centrale di controllo comprende, opportunamente, mezzi per confrontare la posizione geografica rilevata di ciascun pannello fotovoltaico con una relativa posizione geografica pre-impostata e comprende mezzi per bloccare la relativa centralina elettronica nel caso in cui la posizione geografica rilevata di un pannello fotovoltaico sia differente dalla corrispondente posizione geografica pre-impostata. Advantageously, the unit according to the invention comprises at least one GPS receiver associated with each photovoltaic panel and operatively connected at the input to the central control unit to detect the geographical position of the photovoltaic panels themselves. The central control unit conveniently comprises means for comparing the detected geographic position of each photovoltaic panel with a relative pre-set geographic position and comprises means for locking the relative electronic control unit in the event that the detected geographic position of a photovoltaic panel is different from the corresponding pre-set geographical position.
Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti . Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements without thereby abandoning the scope of the protection of the following claims.
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