ITMO20130146A1 - Sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive - Google Patents

Description

SISTEMA INTEGRATO DI CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA DA FONTE RINNOVABILE IN BATTERIE ECOLOGICHE PASSIVE.

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce ad un sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive, ossia una nuova disposizione delle apparecchiature necessarie per la connessione tra un generatore di energia elettrica da fonte rinnovabile, tipicamente da pannelli fotovoltaici o pale eoliche, una o più batterie ecologiche passive ed una rete di utilizzo dell'energia elettrica all'interno dell'installazione di produzione o con connessione a rete privata/pubblica di distribuzione.

Arte nota

Lo stato della tecnica comprende le installazioni di impianti di produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile, come energia eolica od energia luminosa dal sole, in cui per compensare la variabilità di produzione dell'energia elettrica sono state impiegati vari tipi di accumulatori al piombo, al gel, al litio ed altre tecnologie ove la sollecitazione elettrica per la carica determina variazioni chimiche nelle parti costituenti la batteria. Questo tipo di batterie presenta la continua presenza di tensione ai poli anche con la batteria scarica. Questo consente di connettere la batteria direttamente all'impianto di produzione dell'energia elettrica ed al lato in corrente continua dell'apposito inverter di connessione alla rete elettrica pubblica od ai carchi interni propri nell'impianto del proprietario.

Nella tecnica, dal documento EP 2 339 713 è noto collegare tra il generatore da fonte rinnovabile, fotovoltaico in corrente continua (DC) o eolico in corrente alternata (AC) con inverter trifase, mediante una convertitore bidirezionale (dc-dc), detto anche converter, tra la batteria ed il generatore che coincide anche alla connessione tra il generatore e l'inverter, verso i carchi o verso la rete elettrica pubblica. In detto documento non è precisato il tipo di accumulatore utilizzato e lo scopo della utilizzazione della batteria, viene fatto per compensare l'acquisto dell'energia elettrica o la sua vendita alla rete pubblica in funzione del suo prezzo momentaneo; il fatto che il converter sia bidirezionale serve a realizzare lo scambio di energia da e verso la batteria nelle condizioni di convenienza economica discusse nel testo.

Un analogo documento è noto nello stato della tecnica, WO 2013/045194, ove viene descritto un impianto di connessione tra un generatore di corrente elettrica da fonte rinnovabile, un accumulatore di conservazione dell'energia elettrica prodotta, ma non venduta, ed un inverter per la connessione alla rete pubblica con lo scopo della cessione ad essa o l'acquisizione da essa di energia elettrica in base al suo prezzo momentaneo. In questo impianto è inserito un converter dc-dc mono-direzionale che è chiuso in un circuito con doppi interruttori tra le due parti, ingresso ed uscita del converter, e la parte in DC dell'inverter da una parte ed anche, dall'altro lato sempre con doppi interruttori, verso l'accumulatore o batteria; inoltre, al converter è collegato anche il generatore di energia elettrica protetto da interruttore. Nel documento è descritto il modo di connessione per la ricarica dell'accumulatore, la sua scarica con la cessione dell'energia elettrica alla rete pubblica o la sua conservazione nell'accumulatore se prodotta in eccesso, in base al prezzo momentaneo dell'energia elettrica. Anche in questo documento non viene descritto il tipo di accumulatore che, per la connessione descritta, sono impiegati solo accumulatori con residua tensione ai morsetti anche se scarichi.

Le batterie ecologiche passive sono accumulatori a reazione chimica non esplosiva Sodio-Nickel o simili, che rimangono completamente sicuri nel funzionamento, come spiegato nel documento EP 1 363 343, in quanto la reazione avviene con i sali di sodio alla temperatura di fusione nel campo da 200 a 350 °C, per la migrazione di ioni e non per reazione chimica. La loro gestione in base alla tensione ai morsetti, al carico istantaneo ed anche alla temperatura interna della batteria è controllata da un sistema interno di gestione della batteria (detto BMS). Quindi, queste batterie sono dotate di propria logica interna che effettua il controllo continuo dei parametri della batteria ed interviene se questi parametri si avvicinano ai limiti di funzionamento ammessi.

La conseguenza di un intervento della logica interna, anche se permette di escludere la batteria dalle connessioni di quel momento, ad evitare danneggiamenti o repentini raffreddamenti del sale fuso, è quello di staccare completamente la batteria dall'impianto, ponendola in stato di "blocco”. La batteria in “blocco” risulta un circuito aperto e non presenta alcun segnale in tensione, così da risultare impossibile da connettere ad un normale circuito con un inverter, che non rileva la presenza di “chiusura di circuito” e non effettua alcuna alimentazione. Quindi, la batteria del tipo con sali di sodio alla temperatura di fusione, oltre a presentare indubbi vantaggi sulla sicurezza di funzionamento e sulla resa di energia elettrica, presenta la limitazione di gestione delle condizioni ed effetti delle azioni della e sulla batteria, cioè il sistema che la contiene deve prevedere la gestione delle situazioni di blocco così da permettere di riattivare la batteria, che un normale inverter non può eseguire in quanto, come detto, non rileva ai morsetti alcuna tensione ne' la presenza di un “circuito chiuso".

Tale stato della tecnica è suscettibile di notevoli perfezionamenti con riguardo alla possibilità di realizzare un sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in cui l'energia prodotta sia immagazzinata in batterie ecologiche passive così da superare i suddetti limiti della tecnica nota cioè di impiego in essi delle batterie ecologiche passive rendendole adatte alla gestione del sistema stesso.

Il problema tecnico, quindi, che sta alla base della presente invenzione è quello di realizzare una costituzione di un sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile, che permetta l'utilizzo di batterie ecologiche passive ed, inoltre, che inserito in una installazione anche di piccole dimensioni, come gli impianti di generazione residenziale lo renda autonomo.

Uno scopo insito nel problema tecnico precedente è quello di realizzare il sistema suddetto che possa contemporaneamente risultare semplice nella costituzione, ma permetta di alimentare la batterìa ecologica passiva in condizione di blocco, cosi da superare la condizione stessa.

Un ulteriore e non ultimo scopo della presente invenzione è quello di rendere versatile l'installazione della batteria in qualsiasi parte di una casa per un impianto residenziale e renderlo autonomo anche nella gestione dei momenti di blocco di qualsiasi tipo della batteria ecologica passiva.

Un altro scopo della presente invenzione, ma non meno importante nella gestione del sistema di produzione energia elettrica da fonte rinnovabile, di cui al problema tecnico esposto, riguarda l'integrazione del sitema di produzione di energia anche con la gestione di energia termica co-prodotta dal generatore.

Infine, una ulteriore parte del problema tecnico è di realizzare l'interfacciabilità del sistema con altri sistemi simili o identici così da realizzare una rete locale intelligente che permetta di gestire localmente nella rete medesima i surplus o le carenze di energia richieste o generate dai componenti la rete locale.

Sommario dell'invenzione

Questo problema è risolto, secondo la presente invenzione, da un sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive, comprendente: almeno un generatore di energia naturale rinnovabile; almeno un accumulatore connesso alla rete alimentata dal generatore; un processore di controllo del funzionamento dei componenti dell'impianto; un inverter per la conversione dell'energia elettrica continua in energia elettrica alternata di rete, bidirezionale dal lato corrente continua e monodirezionale in entrata da rete esterna all'impianto e con connessione separata monodirezionale in uscita verso rete interna con i carichi dell'impianto dell'utente; caratterizzato da ciò che l'accumulatore è del tipo a batteria passiva con sali fusi, controllata da un proprio sistema di protezione interno e dotata di interruttore interno di protezione; nella connessione tra generatore di energia rinnovabile e la batteria è presente un apparecchio di condizionamento monodirezionale dell'energia prodotta dal generatore alla tensione in corrente continua ammessa dalla batteria; un interruttore di sicurezza normalmente chiuso, protegge la batteria da malfunzionamenti dell'apparecchio di condizionamento suddetto; il processore di controllo rileva i dati di funzionamento degli apparecchi mediante una connessione digitale di scambio dati e mediante sensori specifici per ogni apparecchio e comanda gli interruttori di sicurezza; una batteria tampone alimenta continuamente il processore di controllo ed alla necessità un alimentatore da corrente alternata in continua di condizionamento in tensione della linea in corrente continua connessa alla batteria passiva.

In una ulteriore forma costruttiva il generatore di energia elettrica rinnovabile è un impianto fotovoltaico e l'apparecchio di condizionamento è un convertitore di corrente continua monodirezionale con riduzione della tensione dalla tensione in uscita del generatore alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva.

Più ancora, in una diversa realizzazione il generatore di energia elettrica rinnovabile è un impianto eolico e l'apparecchio di condizionamento è un inverter monodirezionale di corrente alternata in continua con riduzione della tensione alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva.

Inoltre, in una ulteriore forma costruttiva integrata, sono presenti e cooperanti due generatori da energia rinnovabile un impianto fotovoltaico e l'apparecchio di condizionamento è un convertitore di corrente continua monodirezionale con riduzione della tensione dalla tensione in uscita del generatore alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva; un impianto eolico e l'apparecchio di condizionamento è un inverter monodirezionale di corrente alternata in continua con riduzione della tensione alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva; entrambi i generatori sono connessi alla linea in corrente continua protetta dai detti interruttori di sicurezza.

Più ancora, in una specifica realizzazione perfezionata sulla linea in corrente continua è posto un condensatore tra i due fili della linea ed a monte dell'apparecchio inverter.

Inoltre, in una ulteriore forma costruttiva all'ingresso monodirezionale in corrente alternata dell'inverter è collegato tramite un selettore un generatore elettrico esterno di riserva od in alternativa una connessione alla rete elettrica pubblica.

Più ancora, in una specifica realizzazione, la batteria tampone con ingresso ed uscita in corrente alternata è alimentata continuamente dall'uscita in corrente alternata monodirezione dall'inverter e controllata dal processore di controllo mediante un interruttore; alla medesima batteria tampone è connessa la rete interna dell'utente tramite un apposito interruttore.

Inoltre, in una ulteriore forma costruttiva, più unità locali di cui almeno una di esse è di tipo descritto nel testo e rivendicato in una delle rivendicazioni precedenti.

Più ancora, in una specifica realizzazione, tutte le unità locali sono del tipo descritto e rivendicato nelle rivendicazioni precedenti; inoltre esse condividono lo stesso generatore di riserva e condividono, inoltre, l'energia prodotta per la propria rete locale in una rete locale condivisa e ristretta ai partecipanti.

Infine, almeno uno degli impianti di generazione di energia elettrica di tipo fotovoltaico è integrato ad un impianto di raccolta e conservazione dell'energia termica da irraggiamento o da raffreddamento delle celle dei pannelli fotovoltaici del generatore elettrico; il processore di controllo essendo collegato alle parti costituenti l'impianto termico e ne controlla il funzionamento.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione, nella realizzazione di un sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive, risulteranno dalla descrizione, fatta di seguito, di un esempio di realizzazione dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento alle due tavole di disegno allegate.

Breve descrizione dei disegni

- La Figura 1 rappresenta uno schema a blocchi del sistema di connessione tra le parti dell'impianto: il generatore di energia elettrica da fonte rinnovabile, la batteria d'accumulo e l'apparecchio inverter per la connessione ai carichi od alla rete pubblica di distribuzione dell'energia elettrica, secondo la presente invenzione;

- Figura 2 rappresenta una raffigurazione schematica di un impianto residenziale con un gruppo di panelli ad irraggiamento solare e le connessioni con la batteria, l'accumulatore di acqua calda e rete elettrica pubblica od anche locale, limitata ad una stretta cerchia di utenti, con condivisione della energia elettrica generata in sovrappiù e di connessione ad generatore elettrico di riserva per gli utenti locali.

Descrizione dettagliata di preferite forme di realizzazione

Nelle Figure sono visibili i componenti dell'impianto in cui il sitema oggetto dell'invenzione viene realizzato e tramite cui viene gestito. L'impianto comprende: un generatore elettrico 1 da energie rinnovabili con una uscita in corrente continua (DC), tipicamente dell'ordine di 70/140 Volt, nel caso esso è formato da un numero di stringhe di pannelli fotovoltaici così da raggiungere la potenza richiesta dall'utenza. Al generatore 1 è connesso un convertitore 2 di corrente continua (DC/DC) monodirezionale, per abbassarne la tensione al valore di connessione alla batteria ecologica passiva 3 e contemporaneamente, mediante un MPPT (Maximum Power Point Tracker), regolare il prelievo di corrente dal generatore 1. A valle del convertitore 2 è presente un interruttore di sicurezza 4 per controllare la connessione del generatore 1 con la batteria 3, normalmente chiuso, ma comandato all'apertura nel caso di danneggiamento del convertitore medesimo con passaggio diretto della tensione del generatore 1 verso la batteria. Il circuito in corrente continua regolata dal convertitore 2 è connesso ad un inverter 5, un condensatore 7 di adeguata capacità è posto sulla linea in corrente continua 6 appena a monte del detto inverter che è bidirezionale nella parte in corrente continua. A completamento dell'impianto, la parte 8 in corrente alternata è monodirezionale in uscita verso i carichi Gr di tipo alimentazione elettrica AC civile del sistema e monodirezionale in ingresso da un generatore esterno GE od a scelta dalla rete elettrica pubblica PN; quindi in uscita l'inverter è connesso con un doppio interruttore 9 e 10 con la rete elettrica dell'utente e con la rete locale di utenti interconnessi Gr tramite un usuale sezionatore 11. Un generatore di corrente elettrica 12 di tipo eolico può essere connesso alla linea in DC 6 mediante un inverter 13 utilizzato come raddrizzatore da AC in DC e connesso subito a valle del detto interruttore di sicurezza 4v; un analogo interruttore di sicurezza 4e protegge la batteria 3 da malfunzionamenti dell'inverter 13. La batteria 3, essendo di tipo passivo a sali di sodio fusi, è dotata di un sistema interno di gestione della batteria BMS che presenta un interruttore interno di sicurezza 14.

Un processore programmato e di controllo 15 dell'impianto rileva i segnali di stato dal generatore 1 , dal convertitore 2, dalla batteria passiva 3 e dall'inverter 5 nonché dall'inverter 13; nell'elaborazione dei dati comanda la batteria, il convertitore e gli inverter mediante un bus 16 di scambio dei dati di stato, così da agire tempestivamente sull'impianto; al processore giungono i segnali di stato di sensori direttamente dalle apparecchiature controllate come 17v dal generatore fotovoltaico 1 , 17e dal generatore eolico 13, 18v dal convertiore 2, 18e dall'inverter 13, ed inoltre il processore 15 comanda con linee separate 19v e 19e lo stato degli interruttori di sicurezza 4v e 4e, con linea 20 lo stato dell'interuttore di sicurezza 14, solo per il resettaggio, con linea 21 la connessione del generatore elettrico esterno GE od in alternativa con la rete pubblica PN di distribuzione dell'energia elettrica in AC mediante un selettore 22 verso l'inverter 5; con linea 23 lo stato dell'interruttore 9 verso i carichi Gr. Il processore programmato 15 viene costantemente alimentato da una linea in AC di ripristino 24 proveniente da un gruppo di continuità, una comune unità UPS per elaboratore elettronico, costantemente alimentato da una linea in alternata AC connessa tra gli interruttori 9 e 10 suddetti. Sulla detta linea 24 di ripristino è connesso anche un alimentatore 25 dalla corrente alternata AC di rete dei carichi Gr in DC a tensione nominale della batteria 3, connesso alla linea 6 principale con una linea 26 in corrente continua attivata all'occorrenza: detto alimentatore è controllato da una specifica linea 27 dal processore di controllo 15. Infine, nel sistema è presente un modulo di trasmissione dati via etere con antenna 28 per la connessione di trasmissione dati di funzionamento all'utente e di intervento per la manutenzione/resettaggio del sistema a distanza da parte di una centrale di controllo esterna.

Nella raffigurazione di Figura 2, in uno schema a blocchi descrittivi, il sistema complesso UN1 sopra descritto viene alimentato dall’impianto ad energia solare combinato FV1 con l'energia elettrica prodotta in DC; connette la batteria 3 (o gruppo di batterie) ed è connesso all'utenza GM , operando con il controllo della potenza prodotta dal generatore FV1 tramite il MPPT (Maximum Power Point Tracker) interno al convertitore 2. FV1 produce acqua calda, per il raffreddamento delle celle fotovoltaiche, che con la tubazione 30 viene immessa nel circuito d'utilizzo 31 e di accumulo TA1 ; l'accumulo e la distribuzione sono controllati dall'unità UN1 ; una connessione 32 consente alla unità UN1 , col processore 15, di controllare la parte termica del sitema. Il sistema descritto può essere la base di una rete locale, tra più installazioni simili, in cui ciascuna unità UN connessa (esempio con UN2 e UN3 di Figura) può essere a scelta connessa alla rete pubblica PN od al generatore condiviso GE tramite il già descritto selettore 22 della propria unità UN, secondo necessità e stato della rete locale o come già descritto dare o ricevere energia elettrica dalle altre installazioni locali con un interscambio, ma solo tra utenti della rete locale (Gr1, Gr2 o Gr3).

Il funzionamento dell'impianto così realizzato avviene come segue. Il generatore 1 produce energia elettrica in corrente continua DC e la cede al convertitore 2. La generazione della corrente è monitorata dal processore di controllo 15 tramite i sensori 17v ed il processore 15 scambia dati di funzionamento con il convertitore 2 tramite la linea dati 16. Il convertitore 2 mediante il tracciatore di punto di massima potenza (MPPT) permette al generatore il carico massimo, che lo stesso può supprotare senza arrivare al danneggiamento delle parti costituenti, le stringhe di celle; ovviamente il calcolo viene fatto istantaneo ed al variare delle condizioni di funzionamento del generatore varia anche la potenza ceduta al convertitore 2, che esegue lo stepdown, cioè la riduzione della tensione e di conseguenza l'aumento della corrente, dalla tensione alta delle stringhe alla tensione di ingresso nella batteria 3. Il controllo fatto dal detto tracciatore limita le punte di assorbimento dal generatore 1 con una rampa di carico a pendenza lieve e controllata.

La corrente continua così generata alimenta la batteria passiva 3 portandola a regime, nella prima fase, cioè rendendo il sale fuso recettore dell'energia elettrica che può accumulare; a questo provvede il BMS gestore interno della batteria passiva, che altri non è che un computer programmato per controllare lo stato di connessione ai capi della batteria e lo stato interno della stessa. Questo gestore interno della batteria (BMS) provvede a gestire il distacco di essa in presenza di sollecitazioni di scariche scorrette od altre sitazioni anomale. La batteria passiva in blocco, cioè con l'interruttore interno di sicurezza 14 aperto, risulta distaccata completamente dalla linea 6 e cioè distaccata dai morsetti de 'inverter 5. Le situazioni di blocco della batteria passiva è noto che possono essere di due tipi “recoverable”, cioè ripristinabile anche con azioni interne del BMS, oppure “unrecoverable" più seri e che necessitano l'intervento di controllo dall'esterno della batteria passiva 3. Quindi, l'azione di controllo del processore di controllo 15 oltre a monitorare lo stato della batteria passiva, scambiando dati sul bus di dati 16, provvede a riarmare l'interruttore interno di sicurezza 14 nel caso di blocco “unrecoverable”. Tale operazione può avvenire solo se il BMS riconosce che la batterìa è connessa ad una rete in DC, cioè se sulla linea 6 è presente la tensione continua nominale della batteria, l'interruttore interno 14 può essere comandato al riarmo, con comando diretto dal processore 15, cioè al ripristino della connessione della batteria con la linea 6. La situazione di blocco di per se' non incide sull'effettiva carica momentanea della batteria, ma solo sulla sua presenza od assenza dalla rete elettrica a cui è connessa. Cioè, dopo il ripristino del blocco la batteria può continuare a fornire l'energia elettrica ancora immagazzinata in essa, che il blocco, per salvaguardare l'integrità della stessa batteria, ha temporaneamente distaccato dalla rete; infatti nella situazione di distacco la batterìa inizia a raffeddarsi diminuendo la temperatura di fusione dei sali lenta, ma costante arrivando anche sotto al minimo di funzionamento, situazione che può durare anche un tempo valutabile in ore.

Pertanto, la batteria passiva 3, quando soggetta a situazioni di blocco, può essere rimessa in connessione al circuito in modo automatico, se il BMS riscontra che il blocco è “recoverable”, cioè autoripristinabile, e se vi è tensione sulla linea esterna DC 6, tramite regolatore interno al BMS provvedendo a ripristinare la connessione della batterìa e della riconnessione dell'inverter 5; nel caso di situazioni di blocco più serio, cioè con stato "unrecoverable", il riarmo deve essere preparato e condotto dall'esterno attraverso il processore di controllo 15, sempre dopo la verifica dello stato della linea esterna in DC 6. Così il caso di "recoverable" notturno od in mancanza di vento, cioè di mancata produzione di energia dai generatori 1 e/o 12, risulta simile ad una situazione “unrecoverable” suddetta, cioè necessita del riarmo dall'esterno attraverso il processore di controllo 15. Nel caso di “unrecoverable", invece, si resetta anche il BMS e la connessione della batteria 3 con un apposito comando sul bus 16 di dati. Tale situazione è un fatto normale e facilmente superabile se avviene con il generatore 1 o 12 in funzione, infatti l'energia elettrica fluisce da esso verso la batteria e l'inverter 5, mentre risulta impossibile se il blocco avviene mentre il generatore 1 o 12 non produce energia elettrica, tipicamente di notte o quando manca un sufficiente irraggiamento solare o il vento; pertanto l'impianto descritto è dotato di batteria tampone (UPS) che provvede due azioni essenziali all'autonomia dell'impianto stesso: l'alimentazione in corrente alternata di rete al processore di controllo 15, in modo che continui a sovraintendere al funzionamento dell'impianto e del complesso sitema in cui l'unità UN è inserita; l'alimentazione in DC dalla linea 26 della linea principale 6 dell'impianto, alimentazione di riserva fornita con l'energia immagazzinata nell'UPS e raddrizzata dall'alimentatore 25 col comando del processore di controllo 15. La tensione di nuovo ai morsetti della batteria passiva 3 consente al processore di controllo 15 di comandare il riarmo dall'esterno dell'interruttore interno di sicurezza 14, in pratica effettuando il resettaggio del BMS cioè del sistema di gestione batteria interno alla batteria stessa. Quindi, la presenza della batteria tampone UPS nella sola condizione di alimentazione del processore di controllo 15 e di alimentazione dell'alimentatore 25 consente di ripristinare la funzionalità dell'impianto, cioè dell'intero sistema, anche in presenza di completo spegnimento dello stesso e distacco della rete elettrica pubblica PN e mancanza di funzionamento del generatore elettrico esterno GE, anomalia sempre possibile, che può essere resa più improbabile, ma non annullata, da una rete locale di interscambio tra utenti con apparati simili, come raffigurato dalle interconnessioni di Figura 2.

Peraltro, se la batteria passiva 3 non può essere riarmata, il processore di controllo 15 gestisce la partenza in automatico di un generatore elettrico esterno, eventualmente condiviso in rete locale, GE od anche l’intervento della rete pubblica PN operando sul selettore 22 di connessione d'alimentazione dell'intverter 5. L'intervento del generatore esterno o della rete pubblica permane fino al completo ripristino della funzionalità del sistema. Così, la indipendenza dalla rete elettrica pubblica è realizzata se non in casi di malfunzionamento non recuperabili dell'impianto. Dal lato dell'utilizzatore, la rete interna Gr può essere realizzata anche in forma di rete locale Gr1+Gr2+Gr3 di Figura 2, essa rimane sempre alimentata in funzione della disponibilità di alimentazione dell'inverter 5, direttamente dalla linea 6 in DC o dalla linea esterna pubblica PN o locale da altre reti GrX.

II processore di controllo 15 gestisce anche la potenza massima erogabile dal sistema lato utente Gr, avvisandolo nel caso in cui ecceda il valore disponibile al momento o di potenza ammessa per l'impianto; se, anche dopo l'avviso, la situazione persiste, il processore di controllo disconnette con l'interruttore 9 il carico Gr dell'utente e segnala all’utente stesso di scollegare una parte di carico e di riarmare tutto tramite un pulsante luminoso nel processore di controllo medesimo.

Nella gestione descritta più sopra può essere compreso un generatore di energia rinnovabile come il generatore 12 eolico, che produce energia elettrica con parametri e tempistiche indipendenti dal generatore di tipo fotovoltaico 1 . Peraltro, come raffigurato nello schema di Figura 1 il generatore 12 produce energia elettrica quando investito dall'energia eolica sufficiente così da alimentare la linea 6 in DC anche indipendentemente ed in mancanza di alimentazione dal generatore 1 e convertitore 2; gli stati di gestione della batteria passiva 3 ed il suo riarmo eventuale possono essere effettuati senza l'intervento della batteria tampone UPS se la linea 6 in corrente continua viene alimentata dal generatore 12, cioè non risulta necessario avviare l'alimentatore 25 visto che in questo caso la batteria 3 può essere riarmata perchè la linea 6 rimane alimentata dalla corrente elettrica generata dal generatore eolico 12.

Il processore di controllo, tramite la rete telefonica mobile comunica all'utente lo stato dell'impianto e di gestione del sitema complesso, considerato anche i carichi che l'utente applica alla propria rete interna. Avvisa l'utente quando è disponibile una energia supplementare in concomitanza di eccessiva produzione del generatore 1 , con la batteria passiva 3 completamente carica e utilizzo di poca energia dall'utente. In questo caso viene segnalata la possibilità di sfruttare l’energia supplementare disponibile, che altrimenti andrebbe persa, sfruttandola in proprio o condividendola nella rete locale, cioè rendendola disponibile agli altri utenti della rete locale GrX.

Infine, il processore di controllo 15 memorizza costantemente in tempo reale tutti i dati delle apparecchiature connesse convertitore 2, batteria passiva 3, inverter 5, gestendo gli allarmi che gli stessi comunincano, ed analogamente dal inverter 13 se presente un generatore eolico; pertanto con la connessione via rete telefonica mobile comunica tempestivamente lo stato dell'impianto con tutti i dati all'utente stesso in qualunque luogo raggiungibile dalla rete sitrovi in forma comprensibile e limitata tramite App per smartphone, tablet e web, nonché al web server aziendale, tramite una trasmissione dati avanzata GPRS per la gestione in automatico degli allarmi che il processore di controllo gestisce.

I vantaggi nell’uso di un sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive, secondo l’invenzione, possono essere riassunti in quanto segue.

II sistema descritto più sopra permette la gestione di batterie ecologiche intelligenti, non di tipo tradizionale al piombo Pb, ioni di litio Li o al gel e tecnologie simili, ma utilizza l’energia elettrica prodotta da fonte rinnovabile e l’immagazzina in una batteria speciale “power-green". Essa è una batteria ecologica che non ha restrizioni legislative, non rilascia neH'aria sostanze nocive, ne' è soggetta a pericolo di esplosioni, cioè non necessita di stoccaggio in ambienti speciali quali gli “ATEX”.

Il processore di controllo gestisce l'immagazzinamento dell’energia prodotta da fonte rinnovabile senza l’utilizzo dell’inverter che è utilizzato esclusivamente per convertire la tensione continua in alternata. Il controllo integrato garantisce la sicurezza dell'impianto, gestendone allarmi, avvertenze e le relative manutenzioni da remoto, anche in luoghi non raggiunti da rete telefonica a filo. Con il controllo a distanza la supervisione dell'impianto consente all’amministratore di intervenire tempestivamente in caso di allarmi o malfunzionamenti; consente anche di pianificare la manutenzione in base ai dati ricevuti dall'impianto stesso. Nel funzionamento dell'impianto, con la gestione delle condizioni di blocco della batteria passiva 3, sono superati i limiti di gestione che notoriamente la batteria passiva a sali di sodio fusi presenta. Gli impianti noti non riescono a gestire il distacco della batteria, che causa la disconnessione e che in mancanza di riarmo la batteria passiva non viene riconnessa negli impianti noti. Nell'impianto descritto la tensione proveniente dalla linea in corrente continua 26 permette il consenso al BMS (sistema interno di gestione della batteria) per rimettere connessa la batteria passiva 3 alla linea 6, mediante la energia fornita dalla batteria tampone UNS che determina la operatività continua del processore 15 ed il riarmo della batteria passiva, ed effettuarne la ricarica anche con il generatore esterno GE o la rete elettrica pubblica PN.

Come descritto nel testo possono essere interfacciati due o più sistemi formando, così, una rete elettrica locale autosufficiente o “smart grid”, per condividere l’energia a disposizione tra più utilizzatori. Inoltre, il processore di controllo 15 può essere interfacciato con impianti di automazione e di demotica.

La supervisione dell’impianto gestisce completamente tutte le fasi di immagazzinamento, carica, scarica di energia, ed inoltre, garantisce un controllo costante e istantaneo, non solo per l'Amministratore, ma anche per l’utilizzatore, grazie alle App per smartphone/tablet/PC; la supervisione dell'impianto avviene anche via remoto tramite un livello superiore, cioè indipendentemente dai prodotti utilizzati.

Ovviamente, al sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive, sopra descrìtto, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze, potrà apportare numerose modifiche, tutte peraltro contenute nell’ambito di protezione della presente invenzione quale definita dalle seguenti rivendicazioni. Così seppur meno vantaggiosamente, la “smart grid”, ottenuta con la rete locale di connessione tra utenti, comprende anche solo una installazione di sistema integrato di conservazione dell'energia come più sopra descritto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 , Sistema integrato di conservazione dell'energia elettrica da fonte rinnovabile in batterie ecologiche passive, comprendente: almeno un generatore (1 , 12) di energia naturale rinnovabile; almeno un accumulatore connesso alla rete alimentata dal generatore; un processore di controllo (15) del funzionamento dei componenti deirimpianto; un inverter (5) per la conversione dell'energia elettrica continua in energia elettrica alternata di rete, bidirezionale dal lato corrente continua e monodirezionale in entrata da rete (AC) esterna all'impianto e con connessione separata monodirezionale in uscita verso rete (AC) interna con i carichi dell'impianto dell'utente (Gr); caratterizzato da ciò che l'accumulatore è del tipo a batteria passiva (3) con sali fusi, controllata da un proprio sistema di protezione interno (BMS) e dotata di interruttore interno di protezione (14); nella connessione tra generatore di energia rinnovabile e la batteria è presente un apparecchio di condizionamento monodirezionale dell'energia prodotta dal generatore alla tensione in corrente continua ammessa dalla batteria; un interruttore di sicurezza (4v; 4e) normalmente chiuso, protegge la batteria da malfunzionamenti dell'apparecchio di condizionamento suddetto; il processore di controllo (15) rileva i dati di funzionamento degli apparecchi mediante una connessione digitale di scambio dati (bus 16) e mediante sensori specifici per ogni apparecchio e comanda gli interruttori di sicurezza; una batteria tampone (UPS) alimenta continuamente il processore di controllo ed alla necessità un alimentatore da corrente alternata in continua (AC-DC, 25) di condizionamento in tensione della linea in corrente continua (6) connessa alla batteria passiva.
2. 2, Sistema integrato secondo la rivendicazione 1 , in cui il generatore (1) di energia elettrica rinnovabile è un impianto fotovoltaico e l'apparecchio di condizionamento è un convertitore (2) di corrente continua monodirezionale con riduzione della tensione (step-down DC/DC) dalla tensione in uscita del generatore alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva (3).
3. 3, Sistema integrato secondo la rivendicazione 1 , in cui il generatore di energia elettrica rinnovabile è un impianto eolico (12) e l'apparecchio di condizionamento è un inverter (13) monodirezionale di corrente alternata in continua con riduzione della tensione (AC/DC) alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva (3).
4. 4, Sistema integrato secondo la rivendicazione 1 , in cui sono presenti e cooperanti due generatori (1 , 12) da energia rinnovabile un impianto fotovoltaico e l'apparecchio di condizionamento è un convertitore (2) di corrente continua monodirezionale con riduzione della tensione (step-down DC/DC) dalla tensione in uscita del generatore alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva (3); un impianto eolico (12) e l'apparecchio di condizionamento è un inverter (13) monodirezionale di corrente alternata in continua con riduzione della tensione (AC/DC) alla tensione nominale accettata dalla batteria passiva (3); entrambi i generatori sono connessi alla linea in corrente continua (6) protetta dai detti interruttori di sicurezza (4v, 4e).
5. 5, Sistema integrato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui sulla linea in corrente continua (6) è posto un condensatore (7) tra i due fili della linea ed a monte dell'apparecchio inverter (5).
6. 6, Sistema integrato secondo una delle rivendicazioni 1-4 precedenti, in cui all'ingresso monodirezionale in corrente alternata (AC) deH'inverter (5) è collegato tramite un selettore (22) un generatore elettrico esterno (GE) di riserva od in alternativa una connessione alla rete elettrica pubblica (PN).
7. 7, Sistema integrato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la batteria tampone (UPS) con ingresso ed uscita in corrente alternata è alimentata continuamente dall'uscita in corrente alternata monodirezione dall'inverter (8) e controllata dal processore di controllo (15) mediante un interruttore (9); alla medesima batteria tampone è connessa la rete interna dell'utente (Gr) tramite un apposito interruttore (10).
8. 8, Sistema integrato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui più unità locali (UN1 , UN2, UN3) di cui almeno una di esse è di tipo descritto nel testo e rivendicato in una delle rivendicazioni precedenti.
9. 9, Sistema integrato secondo la rivendicazione 8, in cui tutte le unità locali (UN1 , UN2, UN3) sono del tipo descritto e rivendicato nelle rivendicazioni precedenti; inoltre esse condividono lo stesso generatore di riserva (GE) e condividono, inoltre, l'energia prodotta per la propria rete locale in una rete locale condivisa e ristretta ai partecipanti (Gr1 , Gr2, Gr3).
10. 10, Sistema integrato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno uno degli impianti di generazione di energia elettrica di tipo fotovoltaico (FV1) è integrato ad un impianto di raccolta (30, 31) e conservazione (TA1) dell'energia termica da irraggiamento o da raffreddamento delle celle dei pannelli fotovoltaici del generatore elettrico; il processore di controllo essendo collegato (32) alle parti costituenti l'impianto termico e ne controlla il funzionamento.