ITPD20110374A1 - SAFETY DEVICE FOR PHOTOVOLTAIC MODULES - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO DI SICUREZZA PER IMPIANTI A MODULI FOTOVOLTAICI SAFETY DEVICE FOR PHOTOVOLTAIC MODULES SYSTEMS
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo di sicurezza per impianti a moduli fotovoltaici. Oggigiorno la diffusione degli impianti a pannelli fotovoltaici à ̈ sempre maggiore ed in continua crescita. The present invention relates to a safety device for photovoltaic module systems. Nowadays the diffusion of photovoltaic panel systems is ever greater and in continuous growth.
Negli impianti fotovoltaici i pannelli, o moduli, sono posti in serie fino ad ottenere tensioni fino a 700 Volt. In photovoltaic systems the panels, or modules, are placed in series until voltages up to 700 Volts are obtained.
Una serie di moduli fotovoltaici à ̈ nota in gergo come "stringa "; una pluralità di stringhe possono essere connesse in parallelo in numero tale da generare una certa potenza desiderata, la quale può raggiungere anche alcuni Megawatt. A series of photovoltaic modules is known in jargon as a "string"; a plurality of strings can be connected in parallel in such a number as to generate a certain desired power, which can even reach a few megawatts.
Le stringhe sono connesse ad un quadro elettrico e poi a uno o più inverter connessi alla rete elettrica. The strings are connected to an electrical panel and then to one or more inverters connected to the electrical network.
E' noto che quando i pannelli sono sottoposti ad irraggiamento solare, Ã ̈ sempre presente tensione ai capi del modulo. It is known that when the panels are subjected to solar radiation, there is always voltage across the module.
Ad oggi, gli impianti di pannelli fotovoltaici non sono attrezzati per ovviare ad inconvenienti legati a situazioni di incendio di uno o più pannelli. To date, photovoltaic panel systems are not equipped to overcome problems related to fire situations involving one or more panels.
Nelle ore diurne, in caso si debba effettuare della manutenzione o si verifichino degli incendi e' possibile solo spegnere gli inverter a valle dei pannelli ma non e' possibile "spegnere" i pannelli stessi, che quindi continuano a generare tensione. During the day, in case of maintenance or fires, it is only possible to switch off the inverters downstream of the panels but it is not possible to "switch off" the panels themselves, which therefore continue to generate voltage.
Si instaura quindi una situazione di grande pericolo, specialmente in caso di incendio, poiché la fase di spegnimento diventa rischiosissima, essendo gli impianti sempre sotto tensione. A situation of great danger therefore arises, especially in the event of fire, since the extinguishing phase becomes extremely risky, since the systems are always under voltage.
Inoltre i danni che un incendio fuori controllo può arrecare alle cose sono notevoli, dal momento che un simile incendio à ̈ imprevedibile nei suoi sviluppi e sovente difficile da domare. Furthermore, the damage that an out of control fire can cause to things is considerable, since such a fire is unpredictable in its development and often difficult to tame.
Il compito del presente trovato à ̈ quello di realizzare un dispositivo di sicurezza per impianti a moduli fotovoltaici capace di ovviare alle problematiche sopracitate. The object of the present invention is to provide a safety device for photovoltaic module systems capable of obviating the aforementioned problems.
Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato à ̈ quello di mettere a punto un dispositivo di sicurezza capace di isolare elettricamente i moduli in modo che l'impianto fotovoltaico non presenti, in caso di incendio o di manutenzione, parti in tensione o attraversate da correnti letali per un essere umano. Within this aim, an object of the invention is to provide a safety device capable of electrically insulating the modules so that the photovoltaic system does not present, in the event of fire or maintenance, live parts or crossed by lethal currents for a human being.
Un altro scopo del trovato à ̈ quello di mettere a punto un dispositivo di sicurezza facilmente installabile mediante semplici modifiche alla portata di qualsiasi tecnico del settore anche a impianti già installati. Another object of the invention is to provide a safety device which can be easily installed by means of simple modifications within the reach of any person skilled in the field even with systems already installed.
Non ultimo scopo del trovato à ̈ quello di proporre un dispositivo di sicurezza per impianti a pannelli fotovoltaici, producibile con tecnologie di tipo noto. Not least object of the invention is to propose a safety device for photovoltaic panel systems, which can be manufactured with known technologies.
Questo compito, nonchà ̈ questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dispositivo di sicurezza per impianti a moduli fotovoltaici, che si caratterizza per il fatto di comprendere per ciascun modulo fotovoltaico di una stringa di moduli fotovoltaici un interruttore elettronico per lo spegnimento d'emergenza dell'interconnesso modulo, detto interruttore essendo comandato tramite un trasformatore amperometrico, ciascun trasformatore amperometrico essendo attraversato da un medesimo cavo elettrico di alimentazione dei trasformatori a sua volta connesso ad un generatore di corrente alternata operativamente associato ad una centralina di controllo. This task, as well as these and other purposes that will appear better later, are achieved by a safety device for photovoltaic module systems, which is characterized by the fact that it includes an electronic switch for each photovoltaic module of a string of photovoltaic modules. the emergency shutdown of the interconnected module, said switch being controlled by an amperometric transformer, each amperometric transformer being crossed by the same electrical power cable of the transformers in turn connected to an alternating current generator operatively associated with a control unit .
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the second invention, illustrated, by way of non-limiting example, in the accompanying drawings, in which:
- la figura 1 illustra una rappresentazione esemplificativa di un dispositivo secondo il trovato; Figure 1 shows an exemplary representation of a device according to the invention;
- la figura 2 rappresenta schematicamente un dispositivo secondo il trovato; Figure 2 schematically represents a device according to the invention;
- la figura 3 rappresenta un particolare di un dispositivo secondo il trovato. Figure 3 shows a detail of a device according to the invention.
Con riferimento alle figure citate, un dispositivo di sicurezza per impianti a moduli fotovoltaici à ̈ indicato nel suo complesso con il numero 10. With reference to the aforementioned figures, a safety device for photovoltaic module systems is indicated as a whole with the number 10.
Una pluralità di moduli fotovoltaici sono indicati in figure con M1, M2 e M3, mentre una stringa di moduli in serie à ̈ indicata genericamente con S. A plurality of photovoltaic modules are indicated in the figures with M1, M2 and M3, while a string of modules in series is generically indicated with S.
Tale dispositivo di sicurezza 10 comprende, per ciascun modulo fotovoltaico di una stringa S di moduli fotovoltaici collegati in serie mediante una linea di connessione L, un interruttore elettronico 11 per la disconnessione d'emergenza dalla stringa S dell'associato modulo M1, M2, M3. Tale interruttore elettronico 11 Ã ̈ alimentato e comandato tramite un trasformatore amperometrico 12. This safety device 10 comprises, for each photovoltaic module of a string S of photovoltaic modules connected in series by means of a connection line L, an electronic switch 11 for emergency disconnection from the string S of the associated module M1, M2, M3 . This electronic switch 11 is powered and controlled by an amperometric transformer 12.
Ciascun trasformatore amperometrico 12 à ̈ attraversato da un medesimo cavo elettrico 13 di alimentazione dei trasformatori amperometrici 12. Il cavo elettrico 13 di comando e di alimentazione dei trasformatori à ̈ a sua volta connesso ad un generatore di corrente alternata 14 operativamente associato ad una centralina di controllo 15. Each current transformer 12 is crossed by the same electric cable 13 for supplying the current transformers 12. The electric cable 13 for the control and power supply of the transformers is in turn connected to an alternating current generator 14 operatively associated with a control unit control 15.
Tale configurazione del dispositivo di sicurezza 10 permette con un singolo cavo elettrico 13 di gestire numerosi trasformatori amperometrici 12 e quindi di intervenire contemporaneamente su altrettanti moduli fotovoltaici. This configuration of the safety device 10 allows with a single electric cable 13 to manage numerous current transformers 12 and therefore to intervene simultaneously on as many photovoltaic modules.
Alla fine del suo percorso il capo opposto del cavo elettrico 13 di alimentazione dei trasformatori ritorna al generatore 14. At the end of its path, the opposite end of the transformer power supply cable 13 returns to the generator 14.
L'interruttore elettronico 11 à ̈ di tipo normalmente aperto, ed à ̈ posto ad esempio sulla linea di ingresso 16, con la linea d'uscita indicata con 17, del rispettivo modulo fotovoltaico, ad esempio M1. The electronic switch 11 is of the normally open type, and is placed for example on the input line 16, with the output line indicated by 17, of the respective photovoltaic module, for example M1.
Tale interruttore elettronico 11 Ã ̈ dato da un MOSFET a canale N, o da un 'Insulated Gate Bipolar Transistor', o altro interruttore simile ed equivalente. This electronic switch 11 is given by an N-channel MOSFET, or by an 'Insulated Gate Bipolar Transistor', or other similar and equivalent switch.
L’interruttore elettronico 11 à ̈ normalmente aperto, e quando viene chiuso si determina la connessione del modulo fotovoltaico corrispondente, M1, M2, M3, alla stringa S. The electronic switch 11 is normally open, and when it is closed, the connection of the corresponding photovoltaic module, M1, M2, M3, to the string S is determined.
In sostanza quando l’impianto fotovoltaico à ̈ in funzione, tutti gli interruttori elettronici 11 sono chiusi. Basically, when the photovoltaic system is in operation, all the electronic switches 11 are closed.
Nel momento in cui si voglia 'spegnere' l’impianto fotovoltaico, à ̈ necessario e sufficiente sezionare il generatore 14, e così facendo si interrompe il flusso di corrente nel cavo elettrico 13, causando l’immediata apertura di tutti gli interruttori elettronici 11 e la conseguente disconnessione dalla stringa S dei moduli M1, M2, M3. When you want to 'turn off' the photovoltaic system, it is necessary and sufficient to disconnect the generator 14, and in doing so the flow of current in the electrical cable 13 is interrupted, causing the immediate opening of all the switches electronic modules 11 and the consequent disconnection from the string S of modules M1, M2, M3.
Il trasformatore amperometrico 12 Ã ̈ dato, ad esempio, da un trasformatore di corrente con un rapporto spire di 1:1000 spire. The current transformer 12 is given, for example, by a current transformer with a turn ratio of 1: 1000 turns.
Il trasformatore amperometrico 12 presenta una sagoma toroidale e per il suo foro centrale 18 passa detto cavo elettrico 13. The current transformer 12 has a toroidal shape and said electric cable 13 passes through its central hole 18.
Il cavo elettrico di comando e di alimentazione 13 à ̈ di sezione tale da condurre corrente alternata in bassa frequenza avente intensità tra 1 e 2 Ampere. The electric control and power supply cable 13 has a section such as to conduct alternating current in low frequency having an intensity between 1 and 2 Ampere.
Tra il trasformatore amperometrico 12 e l'interruttore elettronico 11 Ã ̈ interposto un circuito raddrizzatore della tensione di alimentazione di un circuito elettronico di comando di detto interruttore elettronico 11. A rectifier circuit for the supply voltage of an electronic control circuit of said electronic switch 11 is interposed between the amperometric transformer 12 and the electronic switch 11.
L'interruttore elettronico 11, assieme agli associati circuiti elettronici e ai capi dei cavi di collegamento d'ingresso 16 e uscita 17 di un modulo, e le estremità 22 e 23 delle tratte di linea L tra cui l'interruttore 11 à ̈ interposto, à ̈ racchiuso in un corpo scatolare di protezione e contenimento 21. The electronic switch 11, together with the associated electronic circuits and at the ends of the input 16 and output 17 connection cables of a module, and the ends 22 and 23 of the line sections L between which the switch 11 is interposed, It is enclosed in a box-like body for protection and containment 21.
La centralina di controllo 15 comprende un comando manuale 20, ad esempio un pulsante a fungo, di spegnimento del dispositivo stesso. The control unit 15 comprises a manual command 20, for example a mushroom button, for switching off the device itself.
Tale centralina di controllo 15 comprende un misuratore della corrente alternata che scorre in detto cavo elettrico di comando e di alimentazione 13 atto a rilevare eventuali valori anomali della stessa. Said control unit 15 comprises an alternating current meter which flows in said electric control and power supply cable 13 suitable for detecting any anomalous values of the same.
La centralina di controllo 15 à ̈ dotata di più uscite, ognuna in grado di generare una corrente alternata tra 1 e 2 Ampere, e tra i due poli dell'uscita viene collegato il cavo elettrico 13 di sezione adeguata, tra i 4 ed i 6 millimetri quadrati, e avente lunghezza che può arrivare anche a qualche chilometro. The control unit 15 is equipped with several outputs, each capable of generating an alternating current between 1 and 2 Ampere, and the electric cable 13 of suitable section, between 4 and 6, is connected between the two poles of the output. square millimeters, and having a length that can even reach a few kilometers.
Il dispositivo di sicurezza 10 secondo il trovato permette di accendere e spegnere simultaneamente tutti i moduli di un impianto fotovoltaico mettendo cosi in sicurezza l'intero sistema. The safety device 10 according to the invention allows all the modules of a photovoltaic system to be switched on and off simultaneously, thus securing the entire system.
Ogni sottosistema 26 comprendente un interruttore elettronico 11 con il corrispondente trasformatore amperometrico 12 può singolarmente gestire una potenza limitata a poche centinaia di watt, ma essendo un tale sottosistema dedicato ad un singolo pannello, la potenza commutabile totale à ̈ comunque tale da consentire di gestire impianti da pochi Kw fino ad impianti da Megawatt. Each subsystem 26 comprising an electronic switch 11 with the corresponding current transformer 12 can individually manage a power limited to a few hundred watts, but being such a subsystem dedicated to a single panel, the total switchable power is in any case such as to allow the management of systems. from a few Kw to megawatt plants.
Per accendere o spegnere il dispositivo di sicurezza 10 basta far scorrere o meno una corrente alternata sul cavo elettrico di comando e alimentazione 13; facendo scorrere corrente nel cavo elettrico di comando elettrico di comando e di alimentazione 13 si ottiene la chiusura degli interruttori 11 e la messa in funzione della stringa S. To turn the safety device 10 on or off, it is sufficient to slide or not an alternating current on the electric control and power supply cable 13; by flowing current in the electric command and power supply cable 13, the switches 11 are closed and the string S is put into operation.
La semplicità del dispositivo di sicurezza 10, basato sul cavo elettrico 13 che scorre dentro al foro dei trasformatori amperometrici 12, permette inoltre di eliminare i connettori, i cavi multipli, la manodopera e le problematiche dei sistemi tradizionali di tipo noto, basati ad esempio su un bus di campo di commercio, il quale, avendo appunto sistemi elettronici di comando piuttosto complessi, soffre di elevate probabilità di guasto. The simplicity of the safety device 10, based on the electric cable 13 which runs inside the hole of the current transformers 12, also allows to eliminate the connectors, multiple cables, labor and the problems of traditional systems of known type, based for example on a commercial field bus, which, having rather complex electronic control systems, suffers from high probability of failure.
Facendo passare la corrente nel trasformatore amperometrico il circuito si alimenta e si accende, togliendo la corrente si toglie alimentazione ed il circuito si spegne. By passing the current through the amperometric transformer, the circuit is powered and switched on, by removing the current, power is removed and the circuit is switched off.
La centralina 15 comprende, come detto, un generatore di corrente alternata 14, realizzato o con un trasformatore e un carico che può essere una semplice resistenza (carico passivo), ed in tal caso sono presenti più valori di resistenza a seconda della lunghezza e del tipo di cavo elettrico di comando e di alimentazione 13, oppure con un carico di tipo attivo, elettronico, ed in tal caso il circuito si adatta da solo alla lunghezza del cavo elettrico di comando e di alimentazione 13, facendo passare una corrente alternata costante. The control unit 15 comprises, as mentioned, an alternating current generator 14, made either with a transformer and a load which can be a simple resistance (passive load), and in this case there are several resistance values depending on the length and type of electric control and power cable 13, or with an active, electronic load, and in this case the circuit adapts itself to the length of the electric control and power cable 13, passing a constant alternating current.
Il consumo di ciascun sottosistema 26 Ã ̈ molto basso, ed e' pari a circa 1mW come ordine di grandezza. The consumption of each subsystem 26 is very low, and is equal to about 1mW as an order of magnitude.
Il sottosistema 26 à ̈ adatto ad essere integrato nella 'Junction Box' di ogni modulo fotovoltaico, elemento quindi 'di fabbrica', e può essere altresì messo a punto come un accessorio da applicare successivamente sui moduli di impianti fotovoltaici già installati. Subsystem 26 is suitable for being integrated into the 'Junction Box' of each photovoltaic module, therefore a 'factory' element, and can also be developed as an accessory to be subsequently applied to the modules of photovoltaic systems already installed.
Si à ̈ in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti. In practice it has been found that the invention achieves the intended aim and objects.
In particolare, con il trovato si à ̈ messo a punto un dispositivo di sicurezza capace di isolare elettricamente i moduli in modo che l'impianto fotovoltaico non presenti, in caso di incendio o di manutenzione, parti in tensione o attraversate da correnti letali per un essere umano. In particular, the invention has developed a safety device capable of electrically isolating the modules so that the photovoltaic system does not present, in the event of fire or maintenance, live parts or parts crossed by lethal currents for a human being.
In più, con il trovato si à ̈ messo a punto un dispositivo di sicurezza facilmente installabile mediante semplici modifiche alla portata di qualsiasi tecnico del settore anche a impianti già installati. In addition, the invention has developed a safety device that can be easily installed by means of simple modifications within the reach of any technician in the sector, even with systems already installed.
Non ultimo, con il trovato si à ̈ realizzato un dispositivo di sicurezza per impianti a pannelli fotovoltaici, producibile con tecnologie di tipo noto. Last but not least, the invention provides a safety device for photovoltaic panel systems, which can be produced with known technologies.
Il trovato, così concepito, à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; moreover, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements and to the state of the art.
Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento. Where the features and techniques mentioned in any claim are followed by reference marks, such marks have been affixed for the sole purpose of increasing the intelligibility of the claims and consequently such reference marks have no limiting effect on the interpretation of each element. identified by way of example by these reference signs.
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