ITPD20070082A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE ORIENTATION COMMAND OF SURFACES SURFACES OF PHOTO-VOLTAIC PANELS INTENDED FOR PLANTS FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITY - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione concerne un metodo per il comando operativo di orientamento delle superfici captanti di pannelli foto-voltaici, avente le caratteristiche enunciate nel preambolo della rivendicazione principale n. 1 . I l trovato riguarda altresì un dispositivo di comando operante secondo il metodo anzidetto. The present invention relates to a method for the operative control of orientation of the absorbing surfaces of photovoltaic panels, having the characteristics set out in the preamble of the main claim n. 1. The invention also relates to a control device operating according to the aforementioned method.
Nell’ambito tecnico di riferimento, relativo agli impianti per la produzione di energia elettrica tramite conversione della radiazione luminosa per effetto fotovoltaico, sono notoriamente impiegati elementi captanti la radiazione (celle foto-voltaiche o com unque fotosensibili) realizzati in forma di pannelli, i quali sono montati su strutture di supporto e sono suscettibili di essere comandati in un movimento di orientamento attorno ad uno o più assi. In the technical field of reference, relating to plants for the production of electrical energy by converting light radiation by photovoltaic effect, radiation-capturing elements (photovoltaic cells or photosensitive cells) made in the form of panels are notoriously used. they are mounted on support structures and are capable of being controlled in an orientation movement around one or more axes.
Il movimento del pannello permette di orientare la superficie captante rispetto alla direzione della radiazione luminosa incidente, al variare del posizionamento relativo tra terra e sole durante le ore giornaliere di soleggiamento, al fine di massimizzare la produzione di energia. E’ tipico, al riguardo, predisporre metodi di comando che permettano di muovere il pannello cercando di ottenere un posizionamento relativo con la superficie captante perpendicolare ai raggi della radiazione luminosa, per avere la massima intensità luminosa diretta sulla superficie. The movement of the panel allows to orient the capturing surface with respect to the direction of the incident light radiation, as the relative positioning between earth and sun varies during the daily hours of sunshine, in order to maximize energy production. In this regard, it is typical to provide control methods that allow the panel to be moved trying to obtain a relative positioning with the absorbing surface perpendicular to the rays of the light radiation, in order to have the maximum direct light intensity on the surface.
Una prima metodologia nota prevede che il pannello foto-voltaico sia movimentato, nel suo movimento di orientamento, in una sequenza di posizioni pre-calcolate, e determ inate tenendo conto della posizione geografica del pannello (latitudine e longitudine), la quale determ ina un certo posizionamento relativo rispetto al sole variabile nel corso dell’anno solare. In altre parole, tramite opportuni algoritmi, viene individuato, per ciascuna unità di tempo, ad esempio per ogni ora della giornata di ogni giorno dell’anno solare, il rispettivo posizionamento del pannello, rispetto alla radiazione lum inosa, che assicura il miglior angolo di incidenza. In questo caso sono predisposti comandi ad inseguimento che permettono di orientare il pannello in funzione della sequenza di posizioni pre-calcolate. A first known methodology provides that the photovoltaic panel is moved, in its orientation movement, in a sequence of pre-calculated positions, and determined taking into account the geographical position of the panel (latitude and longitude), which determines a certain relative positioning with respect to the sun which varies during the solar year. In other words, by means of appropriate algorithms, the respective positioning of the panel with respect to the luminous radiation is identified for each unit of time, for example for each hour of the day of each day of the calendar year, which ensures the best angle of incidence. In this case, tracking commands are provided which allow the panel to be oriented according to the sequence of pre-calculated positions.
Questo metodo presenta un principale limite nel fatto che, per effetto della variabilità delle condizioni climatiche, ad esempio legata al differente grado di nuvolosità del cielo, la posizione di migliore incidenza teorica, non corrisponde spesso alla posizione di massima produzione energetica, proprio perché le condizioni meteorologiche disturbano e possono alterare le condizioni ideali teoriche, con fenomeni di riflessione o rifrazione della radiazione lum inosa che possono determinare posizioni di massima efficienza diverse da quelle teoriche precalcolate. This method has a main limitation in the fact that, due to the variability of climatic conditions, for example linked to the different degree of cloudiness of the sky, the position of the best theoretical impact, does not often correspond to the position of maximum energy production, precisely because the conditions meteorological disturbances and can alter ideal theoretical conditions, with phenomena of reflection or refraction of luminous radiation that can determine positions of maximum efficiency different from the theoretical pre-calculated ones.
In questo senso sono state proposte soluzioni tecniche che prevedono l’utilizzo di sensori della radiazione luminosa montati a bordo dei pannelli foto-voltaici. Questi sensori, tramite i movimenti di rotazione permessi al pannello, vengono movimentati lungo certe sequenze di rotazioni a passo angolare prescelto, acquisendo, in ogni posizionamento angolare, un segnale correlato alla radiazione luminosa incidente il sensore. Tramite comparazione dei segnali acquisti viene successivamente prescelto il posizionamento corrispondente alla maggiore efficienza e di conseguenza il pannello è orientato in tale posizione. A certi intervalli temporali, il metodo noto prevede che vengano ripetute le scansioni anzidette, in un certo spazio angolare prefissato (per esplorare una parte significativa della volta celeste) , così da variare nel tempo il posizionamento del pannello durante la giornata. In this sense, technical solutions have been proposed that involve the use of light radiation sensors mounted on the photovoltaic panels. These sensors, by means of the rotational movements allowed to the panel, are moved along certain sequences of rotations at a preselected angular pitch, acquiring, in each angular positioning, a signal correlated to the light radiation incident on the sensor. By comparing the purchase signals, the positioning corresponding to the highest efficiency is subsequently selected and consequently the panel is oriented in this position. At certain time intervals, the known method provides for the aforementioned scans to be repeated, in a certain predetermined angular space (to explore a significant part of the celestial vault), so as to vary over time the positioning of the panel during the day.
Per ogni punto di orientamento del pannello è quindi preliminarmente eseguita la scansione anzidetta per permettere al sensore di acquisire i segnali e, tramite comparazione dei medesimi, scegliere il posizionamento ottimale. Questo metodo, se da un lato presenta il vantaggio di consentire la scelta dell ’orientamento del pannello in funzione delle reali condizioni di irraggiamento, tramite la scansione effettuata dal sensore, dall’altro lato presenta il limite di dover richiedere la movimentazione di tutta la superficie captante del pannello, nella fase di acquisizione dei segnali da parte del sensore, aspetto penalizzante sia per il tempo richiesto, sia per l’energia richiesta nella movimentazione dell’intero pannello, sia per le sollecitazioni indotte nella struttura del pannello durante i ripetuti movimenti del medesimo, che ne possono compromettere l’efficienza e la durata. For each orientation point of the panel the aforementioned scan is therefore preliminarily performed to allow the sensor to acquire the signals and, by comparing them, to choose the optimal positioning. This method, if on the one hand it has the advantage of allowing the choice of the orientation of the panel according to the real irradiation conditions, through the scanning carried out by the sensor, on the other hand it has the limit of having to request the movement of the entire surface. capturing the panel, in the phase of acquisition of the signals by the sensor, a penalizing aspect both for the time required, for the energy required in the movement of the entire panel, and for the stresses induced in the structure of the panel during the repeated movements of the panel. itself, which can compromise its efficiency and duration.
Inoltre, al fine di aumentare l’efficienza dell’impianto è necessario ridurre il più possibile il passo angolare di scansione nel movimento del sensore, richiedendo, per contro, un aumento del numero di movimentazioni del pannello, con incremento degli inconvenienti legati ai limiti anzidetti. Furthermore, in order to increase the efficiency of the system, it is necessary to reduce as much as possible the angular step of scanning in the movement of the sensor, requiring, on the other hand, an increase in the number of movements of the panel, with an increase in the problems linked to the aforementioned limits. .
Sono per altro note soluzioni tecniche in cui la metodologia dei posizionamenti pre-calcolati viene integrata con la metodologia dei sensori di rilevazioni a bordo dei pannelli, soluzioni che tuttavia evidenziano comunque i lim iti sum menzionati e non ovviano agli inconvenienti citati. On the other hand, technical solutions are known in which the methodology of the pre-calculated positioning is integrated with the methodology of the detection sensors on board the panels, solutions which however show the limits mentioned above and do not obviate the aforementioned drawbacks.
Vi è altresì da notare che i mezzi sensori previsti sui pannelli foto-voltaici possono a loro volta presentare limiti funzionali e quindi rendere incerta l'individuazione del punto di massima produzione energetica. I nfatti, tale individuazione si basa generalmente sulla comparazione di segnali acquisiti dal sensore durante movimenti di orientamento, ad esempio condotti attorno ad una coppia di assi (un asse azimutale ed un asse di oscillazione attorno ad un asse perpendicolare a quello azimutale) , la scelta essendo effettuata sulla base dell ’uguaglianza dei segnali rilevati nelle due rotazioni, o su un prefissato valore di soglia entro cui deve collocarsi la differenza dei segnali acquisiti in un medesimo punto di posizionamento, il criterio quindi, introducendo un certo livello di approssimazione e di compromesso nella scelta del punto di massima efficienza, determ ina di conseguenza un certo grado di incertezza in tale individuazione. It should also be noted that the sensor means provided on the photovoltaic panels can in turn have functional limits and therefore make the identification of the point of maximum energy production uncertain. In fact, this identification is generally based on the comparison of signals acquired by the sensor during orientation movements, for example conducted around a pair of axes (an azimuth axis and an oscillation axis around an axis perpendicular to the azimuth axis), the choice being carried out on the basis of the equality of the signals detected in the two rotations, or on a predetermined threshold value within which the difference of the signals acquired in the same positioning point must be placed, the criterion therefore, introducing a certain level of approximation and compromise in the choice of the point of maximum efficiency, it consequently determines a certain degree of uncertainty in such identification.
Uno scopo principale della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un metodo ed un dispositivo per il comando di orientamento della superficie captante di pannelli foto-voltaici, strutturalmente e funzionalmente concepiti per superare i limiti evidenziati con riferimento alla tecnica nota citata. A main object of the present invention is to provide a method and a device for controlling the orientation of the absorbing surface of photovoltaic panels, structurally and functionally designed to overcome the limits highlighted with reference to the cited prior art.
Questo ed altri scopi che appariranno chiaramente nel seguito sono raggiunti da un metodo e da un dispositivo realizzati in accordo con le rivendicazioni che seguono. This and other objects which will appear clearly in the following are achieved by a method and a device made in accordance with the following claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue di un suo preferito esempio di attuazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the detailed description which follows of a preferred example of embodiment illustrated, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:
- le figure da 1 a 3 sono viste rispettivamente prospettica, in alzato frontale ed in pianta dall’alto di un dispositivo operante con il metodo dell'invenzione, - Figures 1 to 3 are respectively perspective, front elevation and top plan views of a device operating with the method of the invention,
- la figura 2 è una vista parziale prospettica di un pannello foto-voltaico predisposto per essere orientato con un dispositivo di comando operante con il metodo dell’invenzione, - Figure 2 is a partial perspective view of a photovoltaic panel designed to be oriented with a control device operating with the method of the invention,
- la figura 5 è una vista in alzato frontale del pannello di figura 4, figure 5 is a front elevation view of the panel of figure 4,
- la figura 6 è una vista prospettica, in scala ingrandita, di un particolare del pannello delle figure 4 e 5, - figure 6 is a perspective view, on an enlarged scale, of a detail of the panel of figures 4 and 5,
- la figura 7 è una vista corrispondente a quella di figura 1 in una variante realizzativa del dispositivo dell'invenzione, - figure 7 is a view corresponding to that of figure 1 in a variant embodiment of the device of the invention,
- la figura 8 è una vista schematica del sistema di comando di orientamento del pannello con il metodo dell'invenzione, Figure 8 is a schematic view of the panel orientation control system with the method of the invention,
- la figura 9 è una vista corrispondente a quella di figura 8 in una ulteriore variante realizzativa. Figure 9 is a view corresponding to that of Figure 8 in a further embodiment variant.
Con riferimento alle figure citate, con 1 è complessivamente indicata una struttura di supporto (solo parzialmente rappresentata) di una pluralità di pannelli foto-voltaici, tutti indicati con 2, alloggiati in una coppia di telai 3a, 3b supportati girevolmente sulla struttura, attorno ad un asse di rotazione X. La struttura di supporto è conformata a cavalletto con una coppia di gambe 1 a (una sola delle quali è rappresentata) tra le quali è girevolmente supportato un albero 5, in corrispondenza delle proprie estrem ità assiali. With reference to the aforementioned figures, 1 generally indicates a support structure (only partially represented) of a plurality of photovoltaic panels, all indicated with 2, housed in a pair of frames 3a, 3b rotatably supported on the structure, around an axis of rotation X. The support structure is shaped like a gantry with a pair of legs 1 a (only one of which is shown) between which a shaft 5 is rotatably supported, at its axial ends.
I telai 3a, 3b sono solidarizzati all’albero 5 da parti lateralmente contrapposte, in una configurazione tale per cui le superfici di captazione della radiazione luminosa dei pannelli 2 siano complanari fra loro. I noltre mediante rotazione attorno all’asse X, la superficie complessiva di captazione dei pannelli 2, indicata con 2a, può essere orientata rispetto alla struttura di supporto 1 , tale orientamento essendo richiesto per posizionare la superficie captante 2a con la angolazione più opportuna rispetto alla direzione di incidenza dei raggi luminosi, tale direzione variando durante la giornata per effetto del movimento relativo tra sole e terra, al fine di ottenere la massima produzione energetica nei pannelli foto-voltaici 2. The frames 3a, 3b are solidarized to the shaft 5 from laterally opposite sides, in a configuration such that the surfaces for capturing the light radiation of the panels 2 are coplanar with each other. Furthermore, by rotation around the X axis, the overall surface of the collector of the panels 2, indicated with 2a, can be oriented with respect to the support structure 1, this orientation being required to position the absorbing surface 2a at the most appropriate angle with respect to the direction of incidence of light rays, this direction varying during the day due to the effect of the relative movement between the sun and the earth, in order to obtain the maximum energy production in the photovoltaic panels 2.
Per il comando in rotazione dell’albero 5, attorno all’asse X, nel movimento di orientamento della superficie captante 2a, è prevista una trasmissione cinematica comprendente un motore 6, operativamente collegato all’albero 5, un riduttore 7, ad alberi ortogonali, il cui albero di uscita è coassialmente collegato all’albero 5. For the rotation control of the shaft 5, around the X axis, in the orientation movement of the capturing surface 2a, a kinematic transmission is provided comprising a motor 6, operatively connected to the shaft 5, a reduction gear 7, with orthogonal shafts, whose output shaft is coaxially connected to shaft 5.
Per movimentare la superficie captante 2a nell’orientamento attorno all’asse X è previsto un dispositivo di comando, globalmente indicato con 10, operante secondo il metodo del trovato, che verrà descritto in dettaglio di seguito. Il dispositivo 10 comprende un supporto stazionario 1 1 , sul quale è supportato girevolmente un sensore 12 di irraggiamento della radiazione luminosa, attorno ad un asse, indicato con X’. Più in particolare, il sensore 12, di per sé convenzionale, comprende una superficie piana captante 12a, atta ad essere investita dalla radiazione luminosa e mezzi trasduttori per trasformare la quantità di energia rilevata dal sensore in un segnale di tensione (mmVolt) reso in uscita a terminali 13 del sensore. Detto sensore è convenientemente un sensore analogico di irraggiamento, atto a m isurare la quantità di energia prodotta dalla radiazione che incide sulla superficie captante 12a. Al sensore 12 è inoltre operativamente associato un sensore 14 di posizione angolare atto a rilevare l’angolo di rotazione percorso a seguito di una rotazione attorno all’asse X’ dalla superficie 12a. Preferibilmente il sensore 14 è di tipo analogico, ad esempio potenziometrico. Con 15 è altresì indicato un motore elettrico, a rotazione reversibile, preferibilmente in corrente continua, predisposto per comandare in rotazione il sensore 12 di irraggiamento, con conseguente orientamento della superficie 12a attorno all’asse X’. To move the absorbing surface 2a in the orientation around the X axis, a control device is provided, globally indicated with 10, operating according to the method of the invention, which will be described in detail below. The device 10 comprises a stationary support 11, on which a sensor 12 of irradiation of the light radiation is rotatably supported, around an axis, indicated with X '. More specifically, the sensor 12, which is conventional per se, comprises a flat surface 12a capable of being hit by the light radiation and transducer means for transforming the amount of energy detected by the sensor into a voltage signal (mmVolt) output to terminals 13 of the sensor. Said sensor is conveniently an analog irradiation sensor, adapted to measure the quantity of energy produced by the radiation which affects the absorbing surface 12a. The sensor 12 is also operatively associated with an angular position sensor 14 capable of detecting the angle of rotation traveled following a rotation around the X axis from the surface 12a. Preferably the sensor 14 is of the analog type, for example potentiometric. 15 also indicates an electric motor, with reversible rotation, preferably in direct current, designed to control the radiation sensor 12 in rotation, with consequent orientation of the surface 12a around the X axis'.
Con 16 è contrassegnato un complesso circuitale, ad esempio realizzato in forma di scheda elettronica, predisposto per le funzioni che verranno chiarite in dettaglio nella descrizione del metodo resa di seguito, il quale è concepito per comandare l’orientamento dei pannelli foto-voltaici. 16 indicates a circuit complex, for example made in the form of an electronic card, designed for the functions that will be clarified in detail in the description of the method given below, which is designed to control the orientation of the photovoltaic panels.
Il complesso circuitale è provvisto di mezzi circuitali 17 di acquisizione di segnali dal dispositivo 10, di mezzi 18 di memorizzazione di segnali, di mezzi 19 di confronto di segnali e di mezzi 20 per generare segnali di comando ai motori 6 e 15. Mezzi per la trasmissione di segnali, in forma di conduttori elettrici 21 , sono previsti tra il dispositivo 10 e la scheda elettronica 16 e tra questa ed i mezzi motori di comando dei pannelli 2. The circuit assembly is provided with circuit means 17 for acquiring signals from the device 10, with means 18 for storing signals, with means 19 for comparing signals and with means 20 for generating control signals for the motors 6 and 15. Means for the transmission of signals, in the form of electrical conductors 21, are provided between the device 10 and the electronic board 16 and between this and the motor control means of the panels 2.
Il metodo del trovato prevede una prima fase preliminare di cosiddetta taratura in cui la superficie 12a del sensore 12 è orientata in modo tale da risultare complanare con la superficie complessiva 2a captante dei pannelli fotovoltaici. A questo riguardo possono essere usate attrezzature di tipo convenzionale quali livelle o simili dispositivi. Per orientare opportunamente il sensore 12, questo può essere oscillato attorno all’asse X’ e, in aggiunta attorno ad un asse Y, ortogonale a X’, in corrispondenza del quale il sensore è montato in modo articolato sul supporto 1 1 . Su tale asse Y sono previsti mezzi di bloccaggio a vite per vincolare il sensore 12 relativamente al supporto 1 1 , una volta individuata la posizione di complanarità con la superficie 2a. The method of the invention provides a first preliminary step of so-called calibration in which the surface 12a of the sensor 12 is oriented in such a way as to be coplanar with the overall capturing surface 2a of the photovoltaic panels. In this regard, conventional equipment such as spirit levels or similar devices can be used. To properly orient the sensor 12, this can be oscillated around the X 'axis and, in addition around a Y axis, orthogonal to X', at which the sensor is mounted in an articulated manner on the support 1 1. Screw locking means are provided on this axis Y to constrain the sensor 12 relative to the support 11, once the position of coplanarity with the surface 2a has been identified.
Alla fase di taratura segue una fase di rilevazione, in cui la superficie 12a del sensore è oscillata, attorno all’asse X’, in una sequenza di posizioni angolari consecutive, angolarmente distanziate, ed in ciascuna di tali posizioni viene rilevato il corrispondente irraggiamento incidente la superficie 12a. La quantità di energia prodotta per effetto foto-voltaico è proporzionalmente correlata al segnale di tensione V reso in uscita ai terminali 13 del sensore, il quale è inviato ed acquisito nella scheda elettronica 16, tramite i mezzi 17. Con riferimento alla figura 2, una scelta preferita prevede che la superficie captante 12a sia oscillata a passo angolare costante, ad esempio pari ad 1 °, da una posizione angolare di -60° rispetto ad un asse teor ico orizzontale, indicato con P, ad un posizione angolare di 60° rispetto a tal e piano, come illustrato nella figura. In ciascuna delle posizioni angolari comprese nella porzione angolare anzidetta, e significative per una scansione adeguata della volta celeste, è quindi rilevato un segnale V corrispondente alla produzione di energia correlata alla radiazione incidente la superficie, tale valore dipendendo sia dalla direzione di incidenza della radiazione sia dagli effetti di disturbo sulla intensità della radiazione (condizioni meteo) presenti nel momento della rilevazione. The calibration phase is followed by a detection phase, in which the surface 12a of the sensor is oscillated, around the X 'axis, in a sequence of consecutive angular positions, angularly spaced, and in each of these positions the corresponding incident irradiation is detected. the surface 12a. The quantity of energy produced by the photovoltaic effect is proportionally correlated to the voltage signal V output at the terminals 13 of the sensor, which is sent and acquired in the electronic board 16, through the means 17. With reference to Figure 2, a preferred choice provides that the capturing surface 12a is oscillated at a constant angular pitch, for example equal to 1 °, from an angular position of -60 ° with respect to a theoretical horizontal axis, indicated with P, to an angular position of 60 ° with respect to to this and plan, as shown in the figure. In each of the angular positions included in the aforementioned angular portion, and significant for an adequate scan of the celestial vault, a signal V corresponding to the production of energy correlated to the radiation incident on the surface is therefore detected, this value depending on both the direction of incidence of the radiation and from the disturbing effects on the intensity of the radiation (weather conditions) present at the time of detection.
Per il comando di rotazione della superficie 12a, è previsto che il motore 15 sia azionato da un segnale controllato dal sensore di posizione angolare 14, con il quale il motore è arrestato ogni volta che è percorso il passo angolare prescelto, nella rotazione attorno ad X’. For the rotation command of the surface 12a, it is provided that the motor 15 is driven by a signal controlled by the angular position sensor 14, with which the motor is stopped every time the chosen angular step is covered, in the rotation around X '.
Il metodo prevede altresì una fase di comparazione che si alterna alla fase di rilevazione ad ogni coppia di rilevazioni consecutive effettuate dal sensore 12. In altre parole, è previsto che per ogni coppia di posizionamenti angolari consecutivi, i segnali acquisiti siano confrontati fra loro ed il valore dei due relativo al segnale di maggiore produzione energetica sia memorizzato assieme alla sua posizione angolare corrispondente. Per ciascuna rilevazione successiva è operato tale confronto, in modo tale che i mezzi di memorizzazione 18 conservino in memoria il maggiore (Vmax) dei segnali V acquisiti nella scansione. Una volta completata la scansione viene quindi mantenuta in memoria la posizione angolare del sensore 12 corrispondente al punto di massima produzione energetica. Mediante tale informazione, in una fase successiva, identificata come fase di comando di orientamento dei pannelli, è previsto che il motore 6 sia azionato in rotazione, sino a che la superficie 2a venga orientata con lo stesso angolo di orientamento del sensore corrispondente alla massima produzione energetica. In altri termini la superficie 2a è ruotata attorno all’asse X sino a raggiungere una configurazione complanare con la superficie 12a corrispondente al punto di massima produzione energetica. Il controllo della rotazione attorno all’asse X è demandato ad un sensore di posizione angolare 6a, associato al motore 6, del tutto analogo al sensore di posizione 14, mediante il quale il motore 6 è arrestato quando, con un segnale di retroazione inviato alla scheda elettronica dal sensore 6a, è raggiunto il posizionamento angolare prescelto. The method also provides for a comparison phase which alternates with the detection phase at each pair of consecutive detections carried out by the sensor 12. In other words, it is envisaged that for each pair of consecutive angular positioning, the acquired signals are compared with each other and the the value of the two relating to the signal with the greatest energy production is stored together with its corresponding angular position. For each subsequent detection, this comparison is made, in such a way that the storage means 18 retain in memory the largest (Vmax) of the signals V acquired in the scan. Once the scan has been completed, the angular position of the sensor 12 corresponding to the point of maximum energy production is then kept in memory. By means of this information, in a subsequent step, identified as the panel orientation control step, the motor 6 is rotated until the surface 2a is oriented with the same orientation angle of the sensor corresponding to the maximum production. energy. In other words, the surface 2a is rotated around the X axis until it reaches a coplanar configuration with the surface 12a corresponding to the point of maximum energy production. The control of the rotation around the X axis is entrusted to an angular position sensor 6a, associated with the motor 6, completely similar to the position sensor 14, by means of which the motor 6 is stopped when, with a feedback signal sent to the electronic board from the sensor 6a, the selected angular positioning is reached.
Il metodo prevede che l’insieme delle fasi di rilevazione, comparazione e comando in orientamento dei pannelli, sia ripetuto in intervalli temporali prestabiliti, durante la giornata, ad esempio, secondo una scelta preferita, con intervalli di 15-20 minuti. In tal modo alla fine di ogni intervallo, eseguita la fase di rilevazione e comparazione, viene individuato il posizionamento angolare relativo al punto di massima produzione energetica e la superficie captante 2a dei pannelli 2 viene ruotata di conseguenza. Ne deriva che tale superficie è convenientemente ruotata esclusivamente per raggiungere il posizionamento individuato in ogni intervallo temporale, mentre le rotazioni richieste alla scansione della volta celeste, nella fase di rilevazione, sono effettuate dal sensore 12 di irraggiamento, il quale è movimentato in modo indipendente dai pannelli fotovoltaici. Inoltre il dispositivo 10 di comando, con il sensore 12, può essere collocato in posizione remota dalla struttura 1 dei pannelli 2, essendo solo necessario garantire la complanarità delle superfici captanti 2a dei pannelli e 12a del sensore, preliminarmente alla fase di orientamento. The method provides that the set of phases of detection, comparison and command in the orientation of the panels, is repeated in predetermined time intervals, during the day, for example, according to a preferred choice, with intervals of 15-20 minutes. In this way, at the end of each interval, once the detection and comparison step has been performed, the angular positioning relative to the point of maximum energy production is identified and the capturing surface 2a of the panels 2 is rotated accordingly. It follows that this surface is conveniently rotated exclusively to reach the positioning identified in each time interval, while the rotations required to scan the celestial vault, in the detection phase, are carried out by the irradiation sensor 12, which is moved independently of the photovoltaic panels. Furthermore, the control device 10, with the sensor 12, can be located in a remote position from the structure 1 of the panels 2, it being only necessary to ensure the coplanarity of the absorbing surfaces 2a of the panels and 12a of the sensor, prior to the orientation step.
In una variante realizzativa del dispositivo 10, illustrata in figura 7, è previsto che anche la rotazione del sensore 12 attorno all’asse Y sia controllata mediante un sensore 22 di posizione angolare, diretto a controllare il comando di rotazione di un motore 23 atto a condurre in rotazione il sensore attorno all’asse Y. I l sensore di posizione angolare 22 è convenientemente scelto di tipo analogico, ad esempio potenziometrico e può essere del tutto analogo ai sensori di posizione angolare 6a e 14. In a variant embodiment of the device 10, illustrated in Figure 7, the rotation of the sensor 12 around the Y axis is also controlled by means of an angular position sensor 22, aimed at controlling the rotation command of a motor 23 adapted to to rotate the sensor around the Y axis. The angular position sensor 22 is conveniently selected of the analog type, for example potentiometric and can be completely similar to the angular position sensors 6a and 14.
In una ulteriore variante del trovato, può essere previsto che il dispositivo 10 sia dotato di un terzo asse Z motorizzato di rotazione, diretto ortogonalmente agli assi X’ ed Y sopra descritti, così da formare una terna di assi ortonormale. Questo terzo grado di libertà di cui si può dotare il dispositivo può essere controllato da un sensore di misura della corrispondente posizione angolare (analogo a quelli descritti in precedenza) in modo da conoscerne l’orientamento rispetto al predetto terzo asse ad orientamento verticale, (azimuthale) . Questo asse motorizzato permette al dispositivo sopra descritto di diventare un dispositivo di scansione (scanner) tridimensionale dell’irraggiamento proveniente dalla volta celeste e quindi si può prestare alla mappatura dell’irraggiamento trovando il massimo di questo ovunque sia e permettendo di movimentare in modo completamente autonomo eventuali sistemi inseguitori biassiali (rotazione attorno a due assi ortogonali, il primo azimuthale ed il secondo attorno ad un asse orizzontale). I vantaggi descritti sopra per l’inseguitore monoassiale si ripercuotono in modo diretto e parimenti sugli inseguitori biassiali che possono essere mossi in modo molto più razionale riducendo le sollecitazioni e potendo usare un inverter, come descritto più oltre in maggior dettaglio, per il comando dei loro motori riducendo i costi. In a further variant of the invention, the device 10 may be provided with a third motorized rotation axis Z, directed orthogonally to the X 'and Y axes described above, so as to form a triad of orthonormal axes. This third degree of freedom which the device can be equipped with can be controlled by a sensor measuring the corresponding angular position (similar to those described above) in order to know its orientation with respect to the aforementioned third vertical axis (azimuth ). This motorized axis allows the device described above to become a three-dimensional scanning device (scanner) of the radiation coming from the celestial vault and therefore can be used for mapping the radiation, finding the maximum of this wherever it is and allowing it to move in a completely autonomous way. any biaxial tracker systems (rotation around two orthogonal axes, the first azimuth and the second around a horizontal axis). The advantages described above for the uniaxial follower have a direct impact and equally on the biaxial followers which can be moved in a much more rational way by reducing the stresses and being able to use an inverter, as described later in more detail, for the control of their engines reducing costs.
Nello schema di figura 8 si può notare come con un singolo dispositivo 10 si possa comandare l’orientamento di superfici captanti 2a appartenenti ad una pluralità di strutture di supporto 1 di pannelli 2. In the diagram of figure 8 it can be seen how with a single device 10 it is possible to control the orientation of absorbing surfaces 2a belonging to a plurality of support structures 1 of panels 2.
Nello schema di figura 9 è illustrata una configurazione preferita del dispositivo 10 secondo l’invenzione, concepito per comandare l’orientamento di una pluralità di superficie captanti 2a, ottenute disponendo in modo modulare gruppi di pannelli 2 associati a rispettive strutture di supporto 1 a collocate adiacenti l’una all’altra. The diagram of figure 9 illustrates a preferred configuration of the device 10 according to the invention, conceived to control the orientation of a plurality of absorbing surfaces 2a, obtained by arranging in a modular way groups of panels 2 associated with respective support structures 1 a located adjacent to each other.
Per chiarezza i motori 6 associati a ciascuna struttura 1 a sono indicati come 6’, 6”, 6”’,.. e così via. Con 25 è indicato un dispositivo invertitore (inverter) integrato nella scheda elettronica 16 e predisposto per fornire il segnale di comando di potenza ai motori anzidetti. È previsto che sulla linea di collegamento di potenza di ciascun motore 6’, 6”, 6”’, ... con la scheda 16 sia interposto un rispettivo interruttore 26’, 26”, 26”, .., di linea, azionabile in apertura/ chiusura da un segnale inviato dalla scheda. In tal modo, è possibile realizzare un azionamento dei motori in sequenza, chiudendo ad uno ad uno gli interruttori 26’, 26”, 26”, .., , per un orientamento delle strutture attuato in una prescelta sequenza temporale. Tale azionamento è convenientemente accettabile e permette vantaggiosamente di dimensionare l’invertitore 25 sulla potenza del singolo motore 6, benché possa l’invertitore provvedere all’azionamento di tutti i motori presenti. E’ inoltre possibile prevedere sequenze di orientamento delle strutture differenti fra loro (sempre con azionamenti di un singolo motore alla volta) per specifiche esigenze legate alla zona coperta dai pannelli. For clarity, the motors 6 associated with each structure 1 a are indicated as 6 ', 6 ", 6"', .. and so on. The reference number 25 indicates an inverter device integrated in the electronic board 16 and arranged to supply the power command signal to the aforesaid motors. It is foreseen that on the power connection line of each motor 6 ', 6 ", 6"', ... with the board 16 there is a respective switch 26 ', 26 ", 26", .., of the line, which can be operated in opening / closing by a signal sent by the board. In this way, it is possible to drive the motors in sequence, closing the switches 26 ', 26 ", 26", .. one by one, for an orientation of the structures implemented in a selected time sequence. This drive is conveniently acceptable and advantageously allows the inverter 25 to be dimensioned on the power of the single motor 6, although the inverter can operate all the motors present. It is also possible to provide orientation sequences of different structures (always with drives of a single motor at a time) for specific needs related to the area covered by the panels.
L’invenzione raggiunge così gli scopi proposti conseguendo numerosi vantaggi rispetto alle soluzioni note. The invention thus achieves the proposed purposes, achieving numerous advantages over known solutions.
Un primo vantaggio è legato al fatto che grazie al dispositivo ed al metodo dell’invenzione, si ha innanzitutto la certezza che il posizionamento individuato sia quello di massima produzione energetica, per il fatto che la scansione della volta celeste è fatta in tempo reale con le condizioni effettive di irraggiamento nonché con le reali condizioni meteo. I noltre con il metodo del trovato si evita di dover muovere l’intera superficie captante dei pannelli durante la fase di scansione, per ricercare il posizionamento più efficace, tale movimentazione essendo eseguita dal sensore remoto di irraggiamento. Ciò consente risparmi energetici nella movimentazione, per la ridotta massa ed inerzia del sensore rispetto alla struttura dei pannelli fotovoltaici, consente maggiore rapidità, comporta maggiore durata delle struttura dei pannelli, per le m inori sollecitazioni dinamiche, legate al minor numero di movimentazioni richieste, per una maggiore efficienza complessiva dell’impianto. A first advantage is linked to the fact that thanks to the device and method of the invention, it is first of all the certainty that the identified positioning is that of maximum energy production, due to the fact that the scanning of the celestial vault is done in real time with the actual irradiation conditions as well as with real weather conditions. Furthermore, with the method of the invention it is avoided having to move the entire capturing surface of the panels during the scanning phase, to search for the most effective positioning, this movement being performed by the remote irradiation sensor. This allows energy savings in handling, due to the reduced mass and inertia of the sensor compared to the structure of the photovoltaic panels, allows greater speed, leads to longer duration of the structure of the panels, due to the lower dynamic stresses, linked to the lower number of movements required, for greater overall plant efficiency.
Da notare altresì il vantaggio che con un singolo dispositivo di comando è possibile comandare l’orientamento di una pluralità di strutture di pannelli fotovoltaici fra loro strutturalmente indipendenti. Con tali configurazioni è inoltre vantaggiosamente ottenuto che i pannelli della pluralità di strutture siano comandati in orientamento mediante un dispositivo con un unico sensore di irraggiamento, secondo sequenze desiderate e prescelte, nonché programmabili. Also note the advantage that with a single control device it is possible to control the orientation of a plurality of structurally independent photovoltaic panel structures. With these configurations it is also advantageously obtained that the panels of the plurality of structures are controlled in orientation by means of a device with a single irradiation sensor, according to desired and selected sequences, as well as programmable.
Inoltre, mediante l’impiego di un inverter, come sopra evidenziato, con il quale è comandata in frequenza la tensione di alimentazione di un motore, si può avere una partenza ed un avviamento molto graduali con riduzione delle sollecitazioni. L’utilizzo di un singolo inverter con un sistema ad interruttori, predisposto per il comando dei motori di una pluralità di strutture di pannelli si dimostra poi vantaggioso poiché comporta sensibili riduzioni dei costi. In addition, through the use of an inverter, as highlighted above, with which the power supply voltage of a motor is controlled in frequency, it is possible to have a very gradual starting and starting with a reduction in stress. The use of a single inverter with a switch system, designed to control the motors of a plurality of panel structures, is also advantageous as it involves significant cost reductions.
In altri termini, il vantaggio del dispositivo di scansione e di comando è quello di permettere la memorizzazione della esatta posizione in cui orientare (tale posizione essendo valida per tutte le aree captanti) , di effettuare la scansione velocemente e con una struttura remota indipendente a bassa inerzia e criticità meccanica. Inoltre, potendo essere il comando dato agli inseguitori sequenziale, può essere vantaggiosamente previsto un inverter, tale soluzione consentendo una doppia riduzione delle sollecitazioni meccaniche, la prima derivante dal fatto che le strutture di inseguimento ed i loro azionamenti si muovono esattamente per ciò che serve ad andare in posizione e la seconda derivante dal fatto che può essere usato un inverter. In other words, the advantage of the scanning and control device is to allow the memorization of the exact position to orient (this position being valid for all the receiving areas), to perform the scan quickly and with an independent remote structure with low inertia and mechanical criticality. Furthermore, since the command given to the sequential trackers can be advantageously provided, an inverter can be advantageously provided, this solution allowing a double reduction of the mechanical stresses, the first deriving from the fact that the tracking structures and their drives move exactly for what is needed to go into position and the second resulting from the fact that an inverter can be used.
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