ITPI20090067A1 - Metodo, e relativo apparato, per la gestione ed il condizionamento della produzione di energia da impianti fotovoltaici - Google Patents

Description

TITOLO

METODO, E RELATIVO APPARATO, PER LA GESTIONE

ED IL CONDIZIONAMENTO DELLA PRODUZIONE DI

ENERGIA DA IMPIANTI FOTOVOLTAICI.

SETTORE TECNICO

La presente invenzione concerne un metodo per il condizionamento dell’energia elettrica generata da stringhe di generatori di corrente continua connessi in serie per massimizzare l’efficienza di dette stringhe di generatori.

In particolare, una forma realizzativa preferita del metodo dell’invenzione concerne un metodo per il condizionamento dell’energia elettrica generata da pannelli fotovoltaici per massimizzare l’efficienza impianti fotovoltaici di produzione di energia elettrica comprendenti detti pannelli.

L’invenzione concerne anche un apparato elettronico da installare tra i pannelli fotovoltaici e gli inverter in impianti fotovoltaici, per la gestione ed il condizionamento di tali impianti.

STATO DELL’ARTE

Negli impianti fotovoltaici di tecnica nota un certo numero di pannelli fotovoltaici sono connessi in serie a formare una stringa. Un elevato numero di stringhe identiche sono quindi connesse in parallelo ad un power bus in corrente continua che le connette ad inverter centralizzato, generalmente un inverter di tipo “grid-tie†, vale a dire che connette direttamente l’impianto fotovoltaico alla rete elettrica pubblica a corrente alternata.

Elettricamente, un impianto fotovoltaico può essere visto come un parallelo di generatori di tensione, in serie con le loro rispettive resistenze interne ed un diodo di bypass cumulativo (corrispondente ad una stringa di pannelli fotovoltaici connessi in serie), la tensione al bus in corrente continua essendo quella della corrente continua principale di alimentazione dell’inverter.

Ogni contributo in corrente delle stringhe à ̈ una parte della corrente totale cosicché la quantità di energia in entrata all’inverter à ̈ pari alla corrente totale moltiplicata per la tensione nel bus in corrente continua.

La ripartizione della corrente, ovviamente, può essere ottenuta solo se la tensione di stringa à ̈ uguale alla tensione del bus in corrente continua meno il salto di tensione del diodo. Se la tensione di stringa à ̈ più piccola, il diodo viene inversamente polarizzato e ferma la conduzione, cosicché la stringa in questa condizione viene brutalmente disconnessa e si ha una brusca caduta del valore di energia in ingresso all’inverter. Un unico pannello in difficoltà compromette un’intera stringa.

E’ ovvio che la corrente viene decisa dal collo di bottiglia della stringa, e le tensioni risultano di conseguenza.

L’intero impianto comprende pannelli fotovoltaici, connettori, cablaggi in corrente continua, diodi di bypass, fusibili di stringa, string converters ed inverter centralizzati che compongono un complesso sistema elettrico che sviluppa la massima energia solo quando à ̈ perfettamente bilanciato, cioà ̈ quando tutti i pannelli sono irradiati nello stesso modo ed elettricamente bilanciati a tutti gli altri componenti sono omogenei e bilanciati.

Sfortunatamente, sporcizia, pioggia, nuvole, ombre, tolleranze nelle caratteristiche dei pannelli, differenti lunghezze dei cablaggi, disallineamenti delle celle, calore, vento, umidità e molti altri fattori influenzano notevolmente l’efficienza dell’impianto fotovoltaico.

Al fine di migliorare l’efficienza complessiva degli impianti di generazione di energia da fotovoltaico una prima soluzione sviluppata à ̈ stata l’introduzione di converters in corrente continua ad alta efficienza, normalmente chiamati string converters in quanto sono installati uno per stringa, e sono capaci di eseguire procedure di MPPT (inseguimento del punto di massima potenza). Per mezzo di uno string converters provvisto di sistema MPPT à ̈ possibile controllare la tensione prima dell’ingresso nel bus in corrente continua e quindi semplificare la suddivisione della corrente.

In questo modo, anche se le tensioni di stringa non sono perfettamente bilanciate, un MPPT string converter può compensarle richiedendo ai pannelli fotovoltaici una corrente maggiore o minore e stabilizzando il valore della tensione nel bus in corrente continua.

Tuttavia l’azione di ottimizzazione dello string converter à ̈ limitata alla tensione di stringa nel suo complesso ed esso non à ̈ in grado di riconoscere quale sia, o siano, il pannello fotovoltaico che, a causa di ombre, sporcizia o altri fattori, sta compromettendo la tensione di stringa.

Inoltre l’intervallo di tensioni accettate in ingresso dallo string converter à ̈ di circa 5-10V intorno al valore nominale cosicché richiedere un incremento di tensione maggiore produrrebbe solo una brutale disconnessione dell’intera stringa.

Per migliorare l’efficienza dei singoli pannelli fotovoltaici à ̈ inoltre noto un dispositivo elettronico da installare all’uscita di ogni pannello. Le stringhe divengono serie di tali dispositivi che sono poi connessi o direttamente, tramite il bus in corrente continua all’inverter, oppure agli string converter.

Il dispositivo elettronico agisce come un limitatore di corrente/ alimentatore di tipo step-up (sempre ad incremento di tensione). Misurando la tensione e la corrente in uscita dal pannello e comparandole con le curve caratteristiche tensione/corrente e/o tensione/potenza del pannello, à ̈ in grado di determinare se il pannello non sta producendo la massima potenza ed eventualmente ferma la propria azione di incremento. In pratica aumenta la tensione in uscita limitando la corrente ed il pannello rimane così approssimativamente intorno al proprio punto di massima potenza.

Specialmente quando agiscono in combinazione con gli MPPT string converters tali dispositivi elettronici aumentano l’efficienza dell’impianto fotovoltaico ma no risolvono il problema della disconnessione brutale della stringa in quanto non c’à ̈ un sistema di feedback sulla tensione dell’intera stringa. Inoltre, tali dispositivi elettronici eseguono un condizionamento di potenza solo di tipo stepup (cioà ̈ in incremento) e non permettono quindi allo string converter (oppure al sistema MPPT dell’intero impianto) di raggiungere un punto di lavoro che sia effettivamente un massimo assoluto.

E’ anche noto un ulteriore dispositivo da connettere, esattamente come se fosse un ulteriore pannello, al termine della stringa. Questo à ̈ in grado di generare tensioni e correnti virtuali che partono dal bus in corrente continua e fluiscono verso il dispositivo, usando una configurazione di tipo step-down (a diminuire) in alta tensione. In questo modo il bus principale in corrente continua diventa la sorgente di energia ed il sistema di feedback dell’impianto permettendo così di bilanciare in modo efficace la stringa. Il suddetto dispositivo elettronico à ̈ inoltre in grado di fornire funzionalità diagnostiche e di prevedere il bisogno di operazioni di pulizia, dispersioni a terra o simili, ma solo a livello di stringa. Non à ̈ in grado di fornire precise informazioni sui singoli pannelli. Un altro limite del dispositivo consiste nel fatto che la corrente di stringa à ̈ ancora limitata dal modulo che costituisce il collo di bottiglia, cosicché anche l’ottimizzazione à ̈ limitata al bilanciamento della stringa meno le perdite di potenza nella conversione (che sono tanto maggiori tanto più aumenta l’incremento della tensione nel bus in corrente continua a causa del fatto che il coefficiente di riduzione diventa molto elevato e i componenti nello stadio di potenza del dispositivo devo fronteggiare pulsazioni di corrente molto grandi e di periodo estremamente corto).

Come risulta chiaro i dispositivi suddetti non soddisfano la necessità di massimizzare l’efficienza degli impianti fotovoltaici poiché nessun dispositivo della tecnica nota à ̈ in grado di eseguire una ottimizzazione dell’efficienza dei singoli pannelli e della loro combinazione per ottenere allo stesso tempo un ottimale bilanciamento dei pannelli, di ogni stringa e dell’intero insieme di stringhe.

Inoltre, nessun dispositivo della tecnica noto può fornire funzionalità diagnostiche a livello di pannello cosicché i pannelli in difficoltà non possono essere esattamente identificati e quindi riparati o corretti.

SINTESI DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un metodo per il condizionamento dell’energia prodotta da serie di generatori in corrente continua quali pannelli fotovoltaici, batterie connesse in serie in impianti UPS (gruppi di continuità), celle a combustibile, nel settore automobilistico, o simili.

In particolare, scopo principale della presente invenzione à ̈ proporre un metodo per il condizionamento dell’energia prodotta da pannelli fotovoltaici in impianti di produzione di energia da fotovoltaico al fine di massimizzare l’efficienza di tali impianti.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ proporre un apparato elettronico da installare in impianti fotovoltaici che possa superare i limiti sopra esposti della tecnica nota.

In particolare, scopo della presente invenzione à ̈ proporre un apparato elettronico atto a massimizzare l’efficienza di un impianto fotovoltaico bilanciando elettricamente l’impianto a livello di pannello, di stringa e di insieme di stringhe in modo sinergico.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ proporre un apparato elettronico atto ad eseguire procedure di diagnostica a livello di singolo pannello.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ proporre un apparato elettronico atto a raccogliere, elaborare e trasmettere dettagliate informazioni sul funzionamento dei componenti di un impianto fotovoltaico.

Gli scopi suddetti sono raggiunti grazie ad un metodo per la gestione ed il condizionamento di impianti di generazione di energia in cui generatori in corrente continua sono connessi in serie a formare almeno una stringa di generatori ed in cui, nel caso che l’impianto comprenda più stringhe, le stringhe sono connesse in parallelo ad un bus in corrente continua connesso ad almeno un inverter atto a trasformare la corrente continua in adeguata corrente alternata, in cui la tensione e/o la corrente in uscita da almeno due di detti generatori in corrente continua à ̈ soggetta a fasi di:

- misurazione;

- elaborazione dei valori misurati;

- alimentazione/trasformazione in corrente continua, ed in cui detta fase di alimentazione/trasformazione avviene in base ai risultati di detta fase di elaborazione, detta fase di elaborazione essendo eseguita in funzione dei valori di tensione e/o corrente misurati in uscita da detti almeno due generatori in corrente continua ed in funzione dei valori di tensione e corrente in uscita dalle relative almeno due fasi di alimentazione/trasformazione in corrente continua.

In una forma realizzativa preferita dell’invenzione l’impianto di generazione di energia à ̈ un impianto fotovoltaico ed i generatori in corrente continua sono pannelli fotovoltaici.

Vantaggiosamente detta fase di elaborazione à ̈ eseguita in base ad un algoritmo di ottimizzazione dei valori di tensione e corrente in ingresso all’inverter. Preferibilmente, tale algoritmo applica un modello matematico basato su reti neurali, in particolare un modello di adaptive multilayer perceptron neural network in cui i nodi di detta rete neurale corrispondono a dette fasi di alimentazione/trasformazione in corrente continua.

Ancora vantaggiosamente la tensione e/o la corrente all’uscita di ogni pannello dell’impianto fotovoltaico à ̈ soggetta alle suddette fasi, cosicché l’efficienza di ogni modulo à ̈ misurata in modo indipendente, e vengono quindi separatamente condizionati in modo comunque che sia tenuto in considerazione il comportamento di ogni modulo cosicché à ̈ possibile ottenere un funzionamento sinergico dei vari pannelli che porta all’ottimizzazione dell’efficienza dell’intera stringa e/o insieme di stringhe. Come ulteriore risultato la brutale disconnessione di uno o più pannelli in difficoltà può essere evitata nella maggior parte dei casi, ed essi sono così in grado di continuare a contribuire alla produzione di energia.

I suddetti scopi sono ottenuti anche per mezzo di un apparato elettronico per la gestione ed il condizionamento di impianti fotovoltaici in cui pannelli fotovoltaici sono connessi in serie a formare almeno una stringa di pannelli ed in cui, nel caso che l’impianto comprenda più stringhe, le stringhe sono connesse in parallelo ad un bus in corrente continua connesso ad almeno un inverter atto a trasformare la corrente continua in adeguata corrente alternata, detto apparato comprendendo alimentatori/trasformatori in corrente continua agenti sulla tensione e/o corrente in uscita da detti generatori fotovoltaici, mezzi di misurazione della tensione e/o corrente in uscita da detti generatori fotovoltaici, ulteriori mezzi di misurazione della tensione e/o corrente in uscita da detti alimentatori/trasformatori, mezzi di controllo di detti alimentatori/trasformatori, ed almeno una unità a microprocessore atta comandare detti mezzi di controllo in funzione della tensione e/o corrente in uscita da almeno due di detti generatori fotovoltaici ed in funzione della tensione e/o corrente in uscita da almeno due di detti alimentatori/trasformatori in corrente continua.

Vantaggiosamente una stringa di pannelli di detto impianto comprende almeno due unità elettroniche; ognuna di dette unità elettroniche à ̈ connessa ad almeno un pannello della stringa; dette almeno due unità elettroniche sono connesse in serie, ognuna di dette unità elettroniche comprende detti mezzi di misurazione della tensione e/o corrente in uscita da ogni generatore fotovoltaico ad essa associato, almeno uno stadio di potenza di detti alimentatori/trasformatori per ogni generatore fotovoltaico ad essa associato, un bus di potenza in corrente continua, o simili mezzi, per la connessione in parallelo delle uscite da ognuno di detti stadi di potenza in caso che più stadi di potenza siano presenti, detti mezzi di misurazione della tensione e/o corrente in uscita da detti alimentatori/trasformatori, mezzi di controllo di ognuno di detti stadi di potenza, detta almeno una unità a microprocessore atta a comandare detti mezzi di controllo; detta almeno una unità a microprocessore comprendendo mezzi di comunicazione per la comunicazione con almeno un’altra unità a microprocessore compresa in almeno un’altra di dette unità elettroniche.

L’unità a microprocessore controlla i relativi stadi di potenza secondo un algoritmo di ottimizzazione dei valori di tensione e corrente continua in ingresso all’inverter. Preferibilmente, tale algoritmo applica un modello matematico basato su reti neurali, in particolare un modello di adaptive multilayer perceptron neural network in cui i nodi di detta rete neurale corrispondono a dette unità a microprocessore.

Ancora vantaggiosamente l’apparato comprende almeno una unità di gestione atta a gestire le unità elettroniche di una stringa, detta unità di gestione comprendendo almeno una unità a microprocessore e mezzi di comunicazione per la comunicazione con ognuna delle unità elettroniche di quella stringa. In questa soluzione l’unità a microprocessore dell’unità di gestione comprende l’algoritmo di applicazione del modello a reti neurali mentre le unità a microprocessore delle unità elettroniche gestite da quella unità di gestione sono ulteriori nodi della rete neurale.

In una forma realizzativa preferita le unità elettroniche comprendono inoltre accumulatori elettrici, mezzi di ricarica di detti accumulatori elettrici e mezzi di segnalazione dello stato di funzionamento dell’unità.

Ancora in una forma realizzativa preferita l’unità di gestione comprende mezzi di memoria, mezzi di supervisione del funzionamento dell’unità e mezzi di interfaccia con reti di comunicazione utilizzanti vari protocolli di comunicazione per il collegamento con dispositivi esterni quali dispositivi di segnalazione acustica e/o luminosa, elaboratori, dispositivi GSM, dispositivi di visualizzazione, memorie esterne, dispositivi a PLC, dispositivi di inseguimento solare per gestire l’orientamento dei generatori fotovoltaici.

Il metodo e l’apparato dell’invenzione consentono di minimizzare le perdite di energia in impianti fotovoltaici che sono dovute a numerosi fattori esterni quali la sporcizia dei pannelli o le tolleranze nelle loro caratteristiche di funzionamento, pioggia, nuvole, ombre, differenti lunghezza dei cablaggi, non perfetto allineamento di ogni cella solare, calore, vento, umidità e molti altri fattori interni o esterni all’impianto.

Inoltre l’apparato esegue un controllo pannello per pannello che permette di rilevare pannelli disallineati e altri problemi ed inoltre à ̈ possibile integrare in modo molto semplice un allarme antifurto utilizzando misurazioni sulla continuità della tensione prodotta dai pannelli che possono essere segnalate dalla unità di gestione dell’apparato.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche dell’invenzione risulteranno più facilmente comprensibili dalla seguente descrizione di forme realizzative preferite dell’invenzione, fornite come esempi non limitativi, con riferimento alle figure allegate nelle quali:

- la figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un semplice impianto fotovoltaico comprendente un apparato secondo l’invenzione;

- la figura 2 mostra una porzione dell’impianto di fig.1; - la figura 3 mostra un diagramma funzionale a blocchi di una unità elettronica secondo l’invenzione;

- la figura 4 mostra un diagramma funzionale a blocchi di una unità di gestione secondo l’invenzione;

- la figura 5 mostra una rappresentazione schematica di un più complesso impianto fotovoltaico comprendente una pluralità di stringhe e l’apparato dell’invenzione. DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE

Con riferimento alla fig.1 à ̈ indicato complessivamente con 10 un impianto fotovoltaico comprendente un’unica stringa, 11, di pannelli fotovoltaici, da 12a a 12p, ognuno comprendente un reticolo di celle fotovoltaiche.

Ogni pannello à ̈ connesso ad un unità elettronica, da 20a a 20h, che sono la metà in numero dei pannelli in quanto ad ogni unità elettronica sono connessi due pannelli. Le unità elettroniche, da 20a a 20f, sono connesse in serie, esattamente come avviene per i pannelli fotovoltaici negli impianti di uso comune, e sono quindi connesse ad un inverter, 40, che potrebbe essere un grid-tie inverter, cioà ̈ un inverter atto a connettere l’impianto direttamente alla rete di distribuzione di energia elettrica pubblica. Tramite mezzi di comunicazione, 50, per esempio un bus di trasmissione dati, ogni unità elettronica comunica con una unità di gestione, 60, compreso in un centro di gestione, 70.

Il centro di gestione 70 comprende inoltre mezzi di trasmissione senza fili, 71, e relativi mezzi di interfaccia, 72, per la trasmissione di dati dall’unità di gestione 60 a dispositivi esterni, mezzi di segnalazione acustica, 73, e relativi mezzi di attivazione, 74, per l’emissione di segnali di allarme, ed una batteria con mezzi di controllo dello stato di carica, 75, atti ad alimentare il centro di gestione 70, grazie anche alla presenza di un pannello fotovoltaico ausiliario, 76.

In fig.2 à ̈ possibile osservare più in dettaglio una porzione dell’impianto fotovoltaico di fig.1 dove sono raffigurati quattro pannelli connessi a coppie a due unità elettroniche. Le unità elettroniche sono quindi connesse in serie.

Come mostrato in fig.3 una unità elettronica, 20, comprende, secondo una specifica forma realizzativa dell’invenzione: almeno due connettori di ingresso, 21a e 21b, per la connessione con l’uscita di due pannelli fotovoltaici; almeno due mezzi di misurazione della tensione e della corrente, 22a e 22b, per la misurazione delle tensioni e delle correnti in uscita dai pannelli fotovoltaici,almeno due stadi di potenza, 23a e 23b, di un alimentatore/trasformatore in corrente continua, 24; un bus di potenza in corrente continua, 25, atto a connettere in parallelo le uscite degli stadi di potenza; ulteriori mezzi di misurazione della tensione e della corrente, 26, per la misurazione della tensione e della corrente in uscita dall’unità elettronica; una unità a microprocessore, 27, che riceve dati dai mezzi di misurazione 22a, 22b e 26 e può comunicare, tramite opportuni mezzi di interfaccia, 28, ed i mezzi di comunicazione 50, con l’unità di gestione 60; mezzi di controllo, 29a, 29b, comandati dall’unità a microprocessore ed atti ad azionare gli stadi di potenza 23a e 23b; mezzi di allarme, 30, controllati dall’unità a microprocessore; e mezzi di ricarica/alimentazione, 31, dell’unità elettronica.

Le unità elettroniche potrebbero anche essere configurate per connettersi con un singolo pannello fotovoltaico oppure con un numero maggiore di essi, ed in quest’ultimo caso sarebbero provviste di ulteriori connettori di ingresso, 21n, di altri mezzi di misurazione della tensione e della corrente, 22n, di ulteriori stadi di potenza, 23n, e relativi mezzi di controllo, 29n.

In una forma realizzativa preferita l’alimentatore/trasformatore in corrente continua 24 à ̈ in particolare un alimentatore switching di tipo boost e le unità elettroniche comprendono inoltre batterie elettrche, LEDs per segnalare lo stato e la connessione dell’unità e ulteriori connettori di ingresso/uscita analogici e digitali.

L’unità di gestione 60 comprende principalmente una unità a microprocessore, 61, dove viene eseguito un algoritmo basato su un modello a reti neurali, e mezzi di interfaccia di comunicazione, 62, per la comunicazione con ogni unità elettronica, da 20a a 20h, della stringa, attraverso i mezzi di comunicazione 50.

In una forma realizzativa preferita, mostrata in fig.4, l’unità di gestione 60 comprende inoltre mezzi di memoria, 63, per la raccolta e la registrazione, mezzi di supervisione, 64, atti a controllare lo stato di funzionamento e le attività dell’unità di gestione, ed un bus interno, 65, per la comunicazione interna tra le unità sopra menzionate.

I mezzi di interfaccia di comunicazione 62 sono in grado di interfacciare l’unità di gestione con reti dati, 51, che utilizzano protocolli di comunicazione vari e supportano inoltre uscite digitali, 52, generiche.

Grazie alla possibilità di interfaccia con le reti dati 51 e alle uscite digitali generiche 52 †̃unità di gestione 60 può essere connessa a dispositivi esterni quali dispositivi di segnalazione acustica o luminosa, 73, elaboratori esterni, dispositivi per la comunicazione GSM, mezzi di visualizzazione, mezzi di memoria esterni, dispositivi a PLC, dispositivi di inseguimento solare per gestire l’orientamento dei pannelli fotovoltaici e molti altri dispositivi ancora.

In fig.5 à ̈ mostrato l’apparato dell’invenzione integrato in un impianto fotovoltaico multi-stringa.

Ci sono otto stringhe identiche, 11, di pannelli connessi ad unità elettroniche collegate tra loro in serie, esattamente come in fig.1.

Le stringhe sono connesse a coppie a string converters a due canali, 80, ognuno provvisto di due dispositivi MPPT, uno per stringa, atti a bilanciare e ottimizzare l’energia generata dalla relativa stringa secondo modalità note.

Le uscite degli string converters 80 vengono messe in parallelo e condotte all’inverter, 40.

In un impianto fotovoltaico così configurato il centro di gestione, 70, contiene un numero di unità di gestione 60 pari al numero di stringhe 11. Ogni unità di gestione comunica con e gestisce le unità elettroniche 20 di una stringa.

Il metodo dell’invenzione ed il principio di funzionamento di un apparato secondo l’invenzione sono descritti di seguito.

I pannelli fotovoltaici sono generatori in corrente continua (con un diodo intrinseco in parallelo) ma, a causa dell’andamento delle loro curve caratteristiche di funzionamento, ed alla presenza di molti fattori (sporcizia, pioggia, nuvole, ombre, tolleranze nelle caratteristiche di funzionamento dei pannelli, non perfetto allineamento di ogni cella, calore, umidità, condizioni di ombreggiatura rapidamente variabili, e così via) che influenzano la loro efficienza, al fine di ottenere la massima energia dall’intero impianto, l’energia generata deve essere adeguatamente condizionata degli alimentatori/trasformatori in corrente continua 24. Infatti, secondo una specifica forma realizzativa del metodo dell’invenzione, in una unità elettronica 20 i mezzi di misurazione 22a e 22b eseguono una fase di misurazione dei valori di tensione e corrente in uscita da due pannelli, quindi la tensione e la corrente vengono adeguatamente sottoposti ad una fase di alimentazione/trasformazione in corrente continua negli stadi di potenza 23a e 23b e quindi, dopo essere state accoppiate, i valori di tensione e corrente in uscita dall’unità elettronica vengono misurati da ulteriori mezzi di misurazione 26 per ottenere valori di feedback sul condizionamento operato.

La fase di alimentazione/trasformazione in corrente continua à ̈ controllata dall’unità a microprocessore 27 che riceve i dati dai mezzi di misurazione 22a, 22b e 26 e, insieme al microprocessore 61 dell’unità di gestione 60, li elabora insieme ai dati relativi a tensione e corrente di altre unità elettroniche della stringa e quindi invia i segnali di comando appropriati ai mezzi di controllo 29a e 29b che comandano gli stadi di potenza 23a e 23b.

In pratica, nell’esempio realizzativo descritto, l’unità elettronica 20 à ̈ un alimentatore switching di tipo boost a due canali, controllato dall’unità a microprocessore, ed accoppia le correnti in arrivo da due pannelli fotovoltaici, ne misura i valori in ingresso ed in uscita, e quindi passa i relativi dati al microprocessore che comanda i mezzi di controllo degli stadi di potenza.

Per ottenere il miglior condizionamento possibile da ogni singolo alimentatore switching 24, l’unità a microprocessore 61 dell’unità di gestione 60 raccoglie i dati (principalmente i valori di tensione e corrente ma potrebbero essere anche le temperature o altri parametri di funzionamento) dalle unità a microprocessore 27 delle unità elettroniche da 20a a 20h, ed esegue un algoritmo basato su un modello a reti neurali. Infine l’unità a microprocessore 61 invia alle unità a microprocessore 27 i nuovi parametri di funzionamento elaborati per gli stadi di potenza.

Per esempio, nel caso che un pannello sia soggetto ad una diminuzione di irradianza del 20% (piccola ombreggiatura, sporcizia o simili) il comportamento dell’intera stringa viene modificato e la corrente nella stringa sarebbe limitato al massimo valore consentito dal pannello soggetto alla diminuzione d’irradianza. Gli altri pannelli avrebbero un innalzamento della tensione dovuto alla diminuzione di corrente e l’energia prodotta dall’intera stringa si ridurrebbe di una certa percentuale. In tal caso l’unità di gestione richiederebbe alle unità elettroniche associate ai moduli che hanno irradianza maggiore di portare una corrente maggiore, in modo da evitare perdite di energie o quantomeno limitarle fortemente.

Avere due pannelli connessi ad ogni unità elettronica permette di far fronte a riduzioni di corrente anche molto elevate. Infatti, poiché à ̈ molto difficile che due pannelli adiacenti abbiano contemporaneamente seri problemi, essi si aiuteranno a vicenda a mantenere la corrente di stringa ad un valore accettabile. Ulteriore vantaggio di avere due pannelli associati ad una unità elettronica consiste nel fatto che può essere raddoppiato il numero di pannelli per stringa.

L’apparato del il metodo dell’invenzione hanno ulteriori ed indubbi vantaggi: le unità elettroniche eseguono un controllo pannello per pannello che consente di rilevare pannelli disallineati o problematici e agisce da allarme antifurto in seguito a semplici misurazioni della tensione in uscita dai pannelli e di continuità della stessa.

Certamente differenti forme realizzative del metodo e della apparato sopra descritti possono essere previste senza uscire dal concetto inventivo del presente trovato.

Infatti, i vari componenti compresi nelle unità elettroniche 20 o nelle unità di gestione 60 potrebbero essere sostituiti da componenti funzionalmente analoghi o in grado di eseguire, nel complesso, le funzioni svolte dalle suddette unità.

Per svariati motivi potrebbe essere previsto che non tutti i pannelli di una stringa o non tutte le stringhe dell’impianto fotovoltaico siano soggette al metodo dell’invenzione o siano connesse alle unità elettroniche.

La configurazione delle unità elettroniche e delle unità di gestione potrebbe differire anche fortemente da quanto sopra descritto. Infatti, secondo una variante l’unità a microprocessore 61 dell’unità di gestione potrebbe essere compresa in una delle unità elettroniche, verosimilmente la più vicina all’inverter o allo string converter.

In un’altra variante l’unità a microprocessore 61 potrebbe non essere prevista e l’algoritmo a reti neurali, o altro tipo di algoritmo di ottimizzazione avente simile funzione, potrebbe essere implementato nelle unità a microprocessore 27 delle unità elettroniche.

In una ulteriore variante ancora potrebbe essere prevista una singola unità elettronica comprendente tanti stadi di potenza quanti sono i pannelli ad essa connessi. In questa unica unità elettronica potrebbero essere comprese numerose unità a microprocessore 27 ed una unità a microprocessore 61 o addirittura in una singola unità a microprocessore potrebbero girare contemporaneamente un certo numero di algoritmi in modo da realizzare una rete neurale virtuale in un singolo microprocessore.

Infine, nella descrizione precedente, il metodo dell’invenzione à ̈ applicato per la ottimizzazione dell’efficienza di pannelli fotovoltaici in impianti fotovoltaici, ma esso potrebbe essere vantaggiosamente applicato a differenti tipologie di generatori in corrente continua connessi in serie. Per esempio il metodo potrebbe ottimizzare l’efficienza di accumulatori elettrici o di celle a combustibile connessi in serie in sistemi UPS (gruppi di continuità), in veicoli ibridi o elettrici o in altri impianti ancora che prevedano serie di generatori in corrente continua.

Queste ed altre varianti o modifiche potrebbero essere apportate al metodo e all’apparato per la gestione ed il condizionamento dell’energia prodotta in impianti fotovoltaici secondo l’invenzione, pur sempre rimanendo all’interno dell’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la gestione ed il condizionamento della produzione di energia da impianti di generazione di energia in cui generatori in corrente continua sono collegati in serie a formare almeno una stringa (11) di generatori ed in cui, nel caso che siano presenti più stringhe (11), le stringhe sono connesse in parallelo ad un bus di potenza in corrente continua connesso ad almeno un inverter (40) per la trasformazione della corrente continua in corrente alternata caratterizzato dal fatto che la tensione e/o la corrente in uscita da almeno due di detti generatori in corrente continua sono sottoposte a fasi di: - misurazione; - elaborazione dei valori misurati; - alimentazione/trasformazione in corrente continua, detta fase di alimentazione/trasformazione avvenendo in base ai risultati di detta fase di elaborazione, detta fase di elaborazione essendo eseguita in funzione dei valori di tensione e/o corrente misurati in uscita da detti almeno due generatori in corrente continua ed in funzione dei valori di tensione e corrente in uscita dalle relative almeno due fasi di alimentazione/trasformazione in corrente continua.
2. 2. Metodo per la gestione ed il condizionamento di impianti di generazione di energia secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti impianti di generazione di energia sono impianti fotovoltaici (10) e detti generatori in corrente continua sono pannelli fotovoltaici (12).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detta fase di elaborazione avviene secondo un algoritmo di ottimizzazione dei valori di tensione e corrente continua in ingresso a detto inverter (40).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detto algoritmo à ̈ in particolare un algoritmo di applicazione di un modello matematico basato su rete neurale in cui i nodi di detta rete neurale si trovano in corrispondenza di dette fasi di alimentazione/trasformazione in corrente continua.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detto algoritmo à ̈ in particolare basato su un modello di “adaptive multilayer perceptron neural network†.
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la tensione e/o la corrente in uscita da ognuno di detti generatori fotovoltaici (12) di una stringa (11) sono sottoposte a dette fasi, la tensione e/o la corrente in uscita da due generatori fotovoltaici (12) essendo accoppiata in parallelo all’uscita dalla relativa fase di alimentazione/trasformazione in corrente continua, il valore della tensione e/o corrente accoppiata essendo misurato ed utilizzato in detta fase di elaborazione.
7. 7. Apparato per la gestione ed il condizionamento della produzione di energia da impianti fotovoltaici in cui generatori fotovoltaici (12) sono collegati in serie a formare almeno una stringa (11) di generatori (12) ed in cui, nel caso che siano presenti più stringhe (11), le stringhe sono connesse in parallelo ad un bus di potenza in corrente continua connesso ad almeno un inverter (40) per la trasformazione della corrente continua in corrente alternata caratterizzato dal fatto di comprendere alimentatori/trasformatori in corrente continua (24) agenti sulla tensione e/o corrente in uscita da detti generatori fotovoltaici (12), mezzi di misurazione (22) della tensione e/o corrente in uscita da detti generatori fotovoltaici (12), ulteriori mezzi di misurazione (26) della tensione e/o corrente in uscita da detti alimentatori/trasformatori in corrente continua (24), mezzi di controllo (29) di detti alimentatori/trasformatori in corrente continua (24), ed almeno una unità a microprocessore (27) atta comandare detti mezzi di controllo (29) in funzione della tensione e/o corrente in uscita da almeno due di detti generatori fotovoltaici (12) ed in funzione della tensione e/o corrente in uscita da almeno due di detti alimentatori/trasformatori in corrente continua (24).
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che una stringa (11) di generatori (12) di detto impianto fotovoltaico comprende almeno due unità elettroniche (20); che ognuna di dette unità elettroniche (20) à ̈ associata ad almeno un generatore fotovoltaico (12) di detta stringa (11); che dette almeno due unità elettroniche (20) sono connesse in serie; che ognuna di dette unità elettronica (20) comprende detti mezzi di misurazione (22) della tensione e/o corrente in uscita da ogni generatore fotovoltaico (12) ad essa associato, almeno uno stadio di potenza (23) di detti alimentatori/trasformatori in corrente continua (24) per ogni generatore fotovoltaico (12) ad essa associato, un bus di potenza in corrente continua (25), o simili mezzi, per la connessione in parallelo delle uscite da ognuno di detti stadi di potenza (23) in caso che più stadi di potenza (23) siano presenti, ulteriori mezzi di misurazione (26) della tensione e/o corrente in uscita da detti alimentatori/trasformatori in corrente continua (24), mezzi di controllo (29) di ognuno di detti stadi di potenza (23), almeno una unità a microprocessore (27) atta a comandare detti mezzi di controllo (29); che detta almeno una unità a microprocessore (27) comprende mezzi di comunicazione (28, 50) con almeno una unità a microprocessore (27) compresa in almeno una ulteriore unità elettronica (20) di detta stringa (11).
9. 9. Apparato secondo la rivendicazione 7 o 8 caratterizzato dal fatto che dette unità a microprocessore (27) controllano i relativi stadi di potenza (23) in base ad un algoritmo di ottimizzazione dei valori di tensione e corrente continua in ingresso a detto inverter (40).
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detto algoritmo à ̈ in particolare un algoritmo di applicazione di un modello matematico basato su rete neurale in cui i nodi di detta rete neurale si trovano in corrispondenza di dette unità a microprocessore (27).
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 7 o successive caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una unità di gestione (60) delle unità elettroniche (20) di una stringa (11), detta unità di gestione (60) comprendendo almeno una unità a microprocessore (61) e mezzi di comunicazione (62, 50) con ogni unità elettronica (20) di detta stringa (11).
12. 12. Apparato secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detta almeno una unità a microprocessore (61) di detta unità di gestione (60) comprende detto algoritmo di applicazione di un modello a reti neurali, l’unità a microprocessore (61) di detta unità di gestione (60) costituendo il nodo centrale di detta rete neurale, le unità a microprocessore (27) delle unità elettroniche (20) gestite da detta unita di gestione (60) costituendo ulteriori nodi di detta rete neurale.
13. 13. Apparato secondo la rivendicazione 8 o successive caratterizzato dal fatto che dette unità elettroniche (20) comprendono accumulatori elettrici, mezzi di ricarica (31) di detti accumulatori elettrici e mezzi di segnalazione dello stato di funzionamento dell’unità.
14. 14. Apparato secondo la rivendicazione 11 o 12 caratterizzato dal fatto che dette unità di gestione (60) comprendono mezzi di memoria, mezzi di supervisione (64) del funzionamento dell’unità e mezzi di interfaccia (62) con reti di comunicazione utilizzanti vari protocolli di comunicazione per il collegamento con dispositivi esterni quali dispositivi di segnalazione acustica e/o luminosa, elaboratori, dispositivi GSM, dispositivi di visualizzazione, memorie esterne, dispositivi a PLC, dispositivi di inseguimento solare per gestire l’orientamento dei generatori fotovoltaici.