ITRM20110455A1

ITRM20110455A1 - SENSOR FOR DETECTING THE ALIGNMENT OF A PHOTOVOLTAIC PANEL COMPARED TO THE SUN.

Info

Publication number: ITRM20110455A1
Application number: IT000455A
Authority: IT
Inventors: Fabrizio Liberati; Mario Signorazzi; Pompilio Stropiccioli
Original assignee: Fabrizio Liberati; Pompilio Stropiccioli
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-03-03

Description

SENSORE PER RILEVARE IL DISALLINEAMENTO DI UN PANNELLO SENSOR TO DETECT THE MISALIGNMENT OF A PANEL

FOTOVOLTAICO RISPETTO AL SOLE PHOTOVOLTAIC WITH RESPECT TO THE SUN

La presente invenzione riguarda un sensore per rilevare un errore di disallineamento di un pannello fotovoltaico rispetto alla posizione del sole nel cielo. The present invention relates to a sensor for detecting a misalignment error of a photovoltaic panel with respect to the position of the sun in the sky.

Più specificatamente, l'invenzione si riferisce ad una struttura di un sensore del tipo detto che viene fissato su un pannello fotovoltaico e permette di rilevare l'errore di disallineamento tra il pannello fotovoltaico ed il sole in termini di angolo di azimut e di angolo di elevazione del sole. More specifically, the invention refers to a structure of a sensor of the aforementioned type which is fixed on a photovoltaic panel and allows to detect the misalignment error between the photovoltaic panel and the sun in terms of azimuth angle and angle of elevation of the sun.

Tale pannello fotovoltaico è preferibilmente un pannello fotovoltaico a concentrazione che può essere composto da uno o più moduli concentratori, ciascuno dei quali comprende un elemento ottico concentratore (generalmente una lente di Fresnel o uno specchio concavo) ed una cella fotovoltaica, posizionata sul piano focale, e dove l'asse ottico è definito dall'asse che congiunge il centro di detta lente con il centro di detta cella. This photovoltaic panel is preferably a concentrating photovoltaic panel which can be composed of one or more concentrator modules, each of which comprises an optical concentrator element (generally a Fresnel lens or a concave mirror) and a photovoltaic cell, positioned on the focal plane, and where the optical axis is defined by the axis which joins the center of said lens with the center of said cell.

Ai fini della presente invenzione, per posizione del sole si intende la posizione apparente del sole. È noto infatti che la luce del sole impiega un certo tempo (circa 8 minuti) per raggiungere la terra, e nel frattempo la posizione del sole è leggermente cambiata. For the purposes of the present invention, by position of the sun is meant the apparent position of the sun. In fact, it is known that the sunlight takes some time (about 8 minutes) to reach the earth, and in the meantime the position of the sun has changed slightly.

Attualmente, sono noti sensori che rilevano la posizione del sole nel cielo in funzione della direzione di provenienza della luce solare. Currently, sensors are known which detect the position of the sun in the sky as a function of the direction of origin of the sunlight.

Tali sensori vengono fissati su pannelli fotovoltaici in modo tale che detti pannelli fotovoltaici siano puntati costantemente verso il sole. These sensors are fixed on photovoltaic panels in such a way that said photovoltaic panels are constantly pointed towards the sun.

In particolare, nel caso di pannelli fotovoltaici a concentrazione, sono previsti due motori indipendenti, un primo motore per muovere il pannello fotovoltaico sul piano orizzontale in funzione dell'angolo orizzontale o angolo di azimut, ed un secondo motore per muovere il pannello fotovoltaico sul piano verticale in funzione dell'angolo verticale o angolo di elevazione. In altre parole, i motori muovono il pannello fotovoltaico in funzione della posizione apparente del sole che è nota in ogni istante ed in punto della terra ed il sensore corregge l'eventuale errore tra il puntamento nominale e la posizione del sole rispetto a detto pannello fotovoltaico. In particular, in the case of concentrating photovoltaic panels, two independent motors are provided, a first motor to move the photovoltaic panel on the horizontal plane as a function of the horizontal angle or azimuth angle, and a second motor to move the photovoltaic panel on the plane. vertical as a function of the vertical angle or elevation angle. In other words, the motors move the photovoltaic panel according to the apparent position of the sun which is known at every instant and in a point of the earth and the sensor corrects any error between the nominal pointing and the position of the sun with respect to said photovoltaic panel. .

Sebbene la traiettoria apparente del sole sia nota in ogni istante e in ogni punto della terra, è opportuno correggere un non corretto puntamento del pannello fotovoltaico a concentrazione a causa di eventuali errori dovuti ad esempio ad una non perfetta installazione del pannello fotovoltaico stesso, ad un cedimento del terreno su cui è fissato detto pannello fotovoltaico o la sua struttura portante, o dovuti all'azione del vento. Although the apparent trajectory of the sun is known in every instant and in every point of the earth, it is advisable to correct an incorrect aiming of the concentration photovoltaic panel due to any errors due for example to an imperfect installation of the photovoltaic panel itself, to a subsidence of the ground on which said photovoltaic panel or its supporting structure is fixed, or due to the action of the wind.

Nel caso in cui il corretto puntamento del sole venga meno a causa di uno di detti errori, l'immagine del sole si forma parzialmente o completamente al di fuori della cella fotovoltaica, su cui dovrebbe essere concentrata la luce solare, e l'efficienza di detta cella fotovoltaica è notevolmente ridotta. In the event that the correct pointing of the sun is lost due to one of these errors, the image of the sun is partially or completely formed outside the photovoltaic cell, on which the sunlight should be concentrated, and the efficiency of said photovoltaic cell is considerably reduced.

Inoltre, un corretto puntamento non può essere garantito neppure quando detti pannelli fotovoltaici a concentrazione sono dotati di un apposito prisma incollato sulla cella fotovoltaica in modo tale che la luce solare raggiunga detta cella fotovoltaica con la maggiore uniformità possibile, così da aumentare l'efficienza della cella. Il prisma si comporta come guida di luce e la luce solare, che si riflette all'interno del prisma, giunge all'estremità del prisma dove è incollata la cella fotovoltaica con una distribuzione maggiormente uniforme rendendo la trasformazione della luce solare in energia elettrica più efficiente. Il prisma presenta generalmente una forma tronco-piramidale con basi quadrate, dove la base minore coincide con l'area della cella fotovoltaica e la base maggiore è rivolta verso la lente. In questo modo, anche in caso di leggero disallineamento il fascio di luce solare incide sulla base maggiore del prisma ed è perciò guidata verso la cella. Pertanto, un leggero disallineamento, che senza prisma sarebbe deleterio, può ancora essere tollerato in quanto la luce solare raggiunge la cella fotovoltaica. Furthermore, correct pointing cannot be guaranteed even when said concentrating photovoltaic panels are equipped with a special prism glued on the photovoltaic cell so that the sunlight reaches said photovoltaic cell with the greatest possible uniformity, so as to increase the efficiency of the photovoltaic cell. cell. The prism acts as a light guide and the sunlight, which is reflected inside the prism, reaches the end of the prism where the photovoltaic cell is glued with a more uniform distribution, making the transformation of sunlight into electricity more efficient . The prism generally has a truncated pyramidal shape with square bases, where the smaller base coincides with the area of the photovoltaic cell and the larger base faces the lens. In this way, even in the case of slight misalignment, the sunlight beam affects the major base of the prism and is therefore guided towards the cell. Therefore, a slight misalignment, which without a prism would be deleterious, can still be tolerated as sunlight reaches the photovoltaic cell.

Ciò non evita che possano verificarsi eventuali disallineamenti tra il pannello fotovoltaico ed il sole poiché se il sole non è centrato rispetto all'asse ottico, i.e. il sole è spostato di un certo angolo rispetto a detto asse ottico, l'immagine del sole che viene formata dalla lente di un modulo concentratore si sposta sul piano focale di una distanza pari al prodotto tra la tangente dell'angolo di disallineamento per la lunghezza focale della lente. Ad esempio, per un angolo di disallineamento tra il pannello fotovoltaico ed il sole pari a 0,1° ed una lunghezza focale di 200mm, l'immagine del sole è spostata di circa 0,35mm. This does not prevent any misalignments between the photovoltaic panel and the sun from occurring since if the sun is not centered with respect to the optical axis, i.e. the sun is displaced by a certain angle with respect to said optical axis, the image of the sun formed by the lens of a concentrator module moves on the focal plane by a distance equal to the product between the tangent of the misalignment angle and the length focal length of the lens. For example, for a misalignment angle between the photovoltaic panel and the sun of 0.1 ° and a focal length of 200mm, the image of the sun is shifted by about 0.35mm.

Alcuni sensori di tipo noto in grado di rilevare l'errore di disallineamento di un pannello fotovoltaico rispetto al sole sono costituiti da un involucro di protezione avente una superficie esposta alla luce solare sulla quale è prevista una apposita maschera e al suo interno quattro rivelatori di forma rettangolare che sono distanziati tra loro e disposti in modo tale da definire la sagoma di detta maschera. Quando il pannello fotovoltaico è allineato con il sole, detta maschera produce un'ombra che copre i quattro rilevatori, mentre quando il pannello fotovoltaico è disallineato rispetto al sole, la luce solare raggiunge uno o due dei quattro rivelatori. In quest'ultimo caso, viene generato un segnale che rivela un disallineamento . Some known sensors capable of detecting the misalignment error of a photovoltaic panel with respect to the sun consist of a protective casing having a surface exposed to sunlight on which a special mask is provided and inside it four shape detectors. rectangular which are spaced apart and arranged in such a way as to define the shape of said mask. When the photovoltaic panel is aligned with the sun, said mask produces a shadow that covers the four detectors, while when the photovoltaic panel is misaligned with the sun, sunlight reaches one or two of the four detectors. In the latter case, a signal is generated which reveals a misalignment.

Tuttavia, uno svantaggio è che detti sensori presentano ingombri notevoli e sono costosi a causa delle dimensioni dei fotodiodi utilizzati, che devono essere sufficientemente grandi per ottenere un ragionevole allineamento con la maschera. However, a disadvantage is that said sensors have considerable dimensions and are expensive due to the size of the photodiodes used, which must be sufficiently large to obtain a reasonable alignment with the mask.

Altri sensori di tipo noto sono costituiti da un involucro di protezione dotato di un foro per consentire il passaggio della luce solare all'interno dell'involucro stesso, e da un rivelatore a quattro quadranti, presente in detto involucro di protezione, per la ricezione della luce solare. Other known types of sensors consist of a protective casing equipped with a hole to allow the passage of sunlight inside the casing itself, and a four-quadrant detector, present in said protective casing, for receiving the sunlight.

Tuttavia, sebbene detti sensori rilevino la posizione del sole con accurata precisione, dovuta alla precisione intrinseca di fabbricazione del rivelatore, tali sensori hanno costi significativi. However, although said sensors detect the position of the sun with accurate precision, due to the intrinsic manufacturing precision of the detector, such sensors have significant costs.

Un altro sensore di tipo noto prevede che i fotodiodi siano disposti su facce inclinate di un elemento piramidale, il cui asse è diretto verso il sole. In questo caso, l'angolo di incidenza della luce solare sui fotodiodi è uguale soltanto in caso di allineamento. In caso di non allineamento, alcuni fotodiodi riceveranno una illuminazione meno intensa degli altri e verrà generato un segnale di sbilanciamento . Another known sensor provides that the photodiodes are arranged on inclined faces of a pyramidal element, the axis of which is directed towards the sun. In this case, the angle of incidence of sunlight on the photodiodes is the same only in the case of alignment. In case of non-alignment, some photodiodes will receive less intense illumination than others and an imbalance signal will be generated.

Tuttavia, anche tale sensore noto presenta alcuni svantaggi. However, even this known sensor has some disadvantages.

Un primo svantaggio è dato dal fatto che l'assemblaggio non è facilmente automatizzato perché intrinsecamente tridimensionale. Di conseguenza un altro svantaggio è rappresentato dal costo di produzione. A first disadvantage is given by the fact that the assembly is not easily automated because it is intrinsically three-dimensional. Consequently, another disadvantage is represented by the cost of production.

Un ulteriore svantaggio è dato dalla bassa sensibilità angolare che è generata solamente da variazioni dell'angolo di incidenza. A further disadvantage is given by the low angular sensitivity which is generated only by variations in the angle of incidence.

Scopo della presente invenzione è quello di superare detti svantaggi, fornendo un sensore per rilevare un errore di disallineamento di un pannello fotovoltaico rispetto al sole, strutturalmente semplice ed a basso costo, che può essere fissato a detto pannello fotovoltaico, preferibilmente un pannello fotovoltaico a concentrazione. Detto errore di disallineamento è espresso in termini di due componenti angolari, una prima componente angolare data all'angolo di azimut ed una seconda componente angolare data dall'angolo di elevazione. The purpose of the present invention is to overcome said disadvantages by providing a structurally simple and low-cost sensor for detecting a misalignment error of a photovoltaic panel with respect to the sun, which can be fixed to said photovoltaic panel, preferably a concentrating photovoltaic panel. . Said misalignment error is expressed in terms of two angular components, a first angular component given to the azimuth angle and a second angular component given by the elevation angle.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un sensore per rilevare almeno una delle due componenti angolari di detto errore di disallineamento. A further object of the invention is to provide a sensor for detecting at least one of the two angular components of said misalignment error.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un sensore installabile su un pannello fotovoltaico per rilevare e misurare un errore di disallineamento di detto pannello fotovoltaico rispetto al sole, dove detto sensore comprende un involucro di protezione avente una porzione per consentire il passaggio di luce solare all'interno di detto involucro di protezione, e comprende ulteriormente: Therefore, a specific object of the present invention is a sensor that can be installed on a photovoltaic panel to detect and measure a misalignment error of said photovoltaic panel with respect to the sun, where said sensor comprises a protective casing having a portion to allow the passage of sunlight to the sun. interior of said protective casing, and further comprises:

- due o più canali ottici, ciascuno dei quali è atto a incanalare la luce solare in modo da creare un rispettivo fascio di luce, ciascuno canale ottico avendo una prima porzione di estremità per l'ingresso della luce solare in detto canale ottico, detta prima porzione di estremità essendo rivolta verso la direzione di provenienza della luce solare e distanziata da detta porzione per il passaggio di luce solare, ed una seconda porzione di estremità per l'uscita di un fascio di luce, e - two or more optical channels, each of which is adapted to channel the sunlight so as to create a respective light beam, each optical channel having a first end portion for the entry of sunlight into said optical channel, called first end portion being turned towards the direction of origin of the sunlight and spaced from said portion for the passage of sunlight, and a second end portion for the output of a beam of light, and

un fotorivelatore per ciascun canale ottico, posizionato in modo tale da ricevere il fascio di luce in uscita al rispettivo canale ottico, il quale fotorivelatore genera un segnale proporzionale all'intensità luminosa del rispettivo fascio di luce. Detti canali ottici e detti fotorivelatori sono configurati in modo tale che, quando la luce solare attraversa la porzione per il passaggio della luce solare prevista sull'involucro di protezione, detta luce solare colpisce almeno parzialmente la prima porzione di estremità di almeno un canale ottico e, attraversando detto almeno un canale ottico, raggiunge il corrispondente fotorivelatore, così che, a partire dai segnali generati da detti fotorivelatori, le componenti di detto errore di disallineamento in termini di angolo di azimut e/o angolo di elevazione siano misurate. a photodetector for each optical channel, positioned in such a way as to receive the light beam at the output of the respective optical channel, which photodetector generates a signal proportional to the luminous intensity of the respective light beam. Said optical channels and said photodetectors are configured in such a way that, when the sunlight passes through the portion for the passage of sunlight provided on the protective casing, said sunlight strikes at least partially the first end portion of at least one optical channel and , crossing said at least one optical channel, it reaches the corresponding photodetector, so that, starting from the signals generated by said photodetectors, the components of said misalignment error in terms of azimuth angle and / or elevation angle are measured.

In una prima alternativa, nel caso di tre canali ottici, è preferibile che detti canali ottici siano posizionati a 120° l'uno dall'altro. In a first alternative, in the case of three optical channels, it is preferable that said optical channels are positioned at 120 ° from each other.

In una seconda alternativa, nel caso di quattro canali ottici, è preferibile che due di detti canali ottici siano disposti in modo tale da avere la seconda porzione di estremità su un primo asse, e che gli altri due canali ottici siano disposti in modo tale da avere la seconda porzione di estremità su un secondo asse, perpendicolare a detto primo asse, così che due fotorilevatori siano rispettivamente presenti su detto primo asse e su detto secondo asse. In tale seconda alternativa, è ulteriormente preferibilmente che ciascun fotorivelatore sia alla stessa distanza dal punto di intersezione tra detti due assi. In a second alternative, in the case of four optical channels, it is preferable that two of said optical channels are arranged in such a way as to have the second end portion on a first axis, and that the other two optical channels are arranged in such a way as to having the second end portion on a second axis, perpendicular to said first axis, so that two photodetectors are respectively present on said first axis and on said second axis. In this second alternative, it is further preferably that each photodetector is at the same distance from the point of intersection between said two axes.

Secondo l'invenzione, la distanza tra la prima porzione di estremità di detti canali ottici e detta porzione per il passaggio di luce solare può variare da 5mm a 10mm. According to the invention, the distance between the first end portion of said optical channels and said portion for the passage of sunlight can vary from 5mm to 10mm.

Ancora secondo l'invenzione, le prime porzioni di estremità di detti canali ottici possono essere raccordate con una camera di intercettazione di luce solare avente una superficie di estremità che è rivolta verso la direzione di provenienza della luce solare. Detta superficie di estremità può essere concava o convessa. Still according to the invention, the first end portions of said optical channels can be connected to a solar light interception chamber having an end surface which faces the direction of origin of the sunlight. Said end surface can be concave or convex.

Vantaggiosamente, detti canali ottici e detta camera di intercettazione di luce solare possono essere un unico elemento. Advantageously, said optical channels and said solar light interception chamber can be a single element.

In particolare, ciascuno di detti canali ottici può essere una fibra ottica o una fibra cava, e ciascun fotorivelatore può essere fissato o a contatto con la seconda porzione di estremità di un rispettivo canale ottico, o accoppiato ad essa con colle ottiche, o distanziato rispetto ad essa. In particular, each of said optical channels can be an optical fiber or a hollow fiber, and each photodetector can be fixed or in contact with the second end portion of a respective optical channel, or coupled to it with optical glues, or spaced with respect to it.

Infine, con riferimento alla porzione per il passaggio di luce solare, essa può essere una porzione in materiale trasparente o un foro. Finally, with reference to the portion for the passage of sunlight, it can be a portion made of transparent material or a hole.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure allegate, in cui: The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to its embodiments, with particular reference to the attached figures, in which:

le figure 1A-1B mostrano schematicamente una vista rispettivamente prospettica e frontale di un sensore oggetto dell'invenzione installato su un pannello fotovoltaico a concentrazione; Figures 1A-1B schematically show a perspective and front view, respectively, of a sensor object of the invention installed on a concentrating photovoltaic panel;

la figura 2 mostra una prima forma di realizzazione del sensore oggetto dell'invenzione; Figure 2 shows a first embodiment of the sensor object of the invention;

la figura 3A mostra una seconda forma di realizzazione del sensore oggetto dell'invenzione; figure 3A shows a second embodiment of the sensor object of the invention;

la figura 3B mostra un particolare di una variante della seconda forma di realizzazione del sensore di fig. 3A; figure 3B shows a detail of a variant of the second embodiment of the sensor of fig. 3A;

la figura 4 mostra una terza forma di realizzazione del sensore oggetto dell'invenzione; figure 4 shows a third embodiment of the sensor object of the invention;

la figura 5 mostra una quarta forma di realizzazione del sensore oggetto dell'invenzione; figure 5 shows a fourth embodiment of the sensor object of the invention;

la figura 6 mostra una variante dell'elemento di chiusura dell'involucro di protezione del sensore. figure 6 shows a variant of the closing element of the sensor protection casing.

Con particolare riferimento alle figure 1A-1B si prevede un sensore 1 per rilevare un errore di disallineamento tra il pannello fotovoltaico a concentrazione P, su cui detto sensore è installato, ed il sole. With particular reference to Figures 1A-1B, a sensor 1 is provided for detecting a misalignment error between the photovoltaic panel at concentration P, on which said sensor is installed, and the sun.

Nella prima forma di realizzazione mostrata in figura 2, il sensore 1 comprende un involucro di protezione 2 avente una apertura, ed un elemento di chiusura 3 per detta apertura dotato di una porzione trasparente 3A di passaggio della luce solare per consentire il passaggio della luce solare all'interno di detto involucro di protezione 2. In particolare, detta porzione trasparente 3A può essere realizzata in vetro o in plastica ed evita che agenti atmosferici possano danneggiare la componentistica all'interno dell'involucro di protezione. In the first embodiment shown in Figure 2, the sensor 1 comprises a protective casing 2 having an opening, and a closing element 3 for said opening equipped with a transparent portion 3A for the passage of sunlight to allow the passage of sunlight inside said protective casing 2. In particular, said transparent portion 3A can be made of glass or plastic and prevents atmospheric agents from damaging the components inside the protective casing.

Vantaggiosamente, variando la trasparenza di detta porzione trasparente 3A si può adattare la sensibilità del sensore 1. Advantageously, by varying the transparency of said transparent portion 3A, the sensitivity of the sensor 1 can be adapted.

All'interno di detto involucro di protezione 2, è presente una guida di luce 4, preferibilmente in materiale trasparente, per ricevere la luce solare che attraversa la porzione trasparente 3A di detto elemento di chiusura 3 e generare una pluralità di fasci di luce, ed un fotorivelatore 5 per ciascuno di detti fasci di luce per rivelare l'intensità luminosa del rispettivo fascio di luce e generare un segnale proporzionale a tale intensità luminosa. Inside said protective casing 2, there is a light guide 4, preferably made of transparent material, to receive the sunlight that passes through the transparent portion 3A of said closing element 3 and generate a plurality of light beams, and a photodetector 5 for each of said light beams to detect the light intensity of the respective light beam and generate a signal proportional to said light intensity.

Secondo l'invenzione, la guida di luce 4 è configurata in modo tale da avere una pluralità di canali ottici così che la luce solare, incidente su detta guida di luce, venga suddivisa in una pluralità di fasci di luce, ciascuno dei quali è incanalato in un rispettivo canale ottico. According to the invention, the light guide 4 is configured in such a way as to have a plurality of optical channels so that the sunlight, incident on said light guide, is divided into a plurality of light beams, each of which is channeled in a respective optical channel.

In particolare, nella prima forma di realizzazione, la guida di luce 4 comprende un corpo, che è costituito da una camera di intercettazione della luce solare dotata di una superficie di estremità 4A rivolta verso la direzione di provenienza della luce solare, parallela o sostanzialmente parallela all'elemento di chiusura 3, e tre diramazioni 4B mediante le quali vengono realizzati detti canali ottici. Ciascuna diramazione 4B si estende da detta camera di intercettazione della luce solare e presenta una estremità libera su cui è fissato un rispettivo fotorivelatore 5. Ciascuna diramazione 4B è attraversata da un rispettivo fascio di luce che, dopo un certo numero di riflessioni interne, raggiunge il corrispondente fotorivelatore 5. In particular, in the first embodiment, the light guide 4 comprises a body, which consists of a solar light interception chamber provided with an end surface 4A facing the direction of origin of the sunlight, parallel or substantially parallel to the closing element 3, and three branches 4B by means of which said optical channels are formed. Each branch 4B extends from said solar light interception chamber and has a free end on which a respective photodetector 5 is fixed. Each branch 4B is crossed by a respective light beam which, after a certain number of internal reflections, reaches the corresponding photodetector 5.

La luce solare che entra nell'involucro di protezione 2 incide su almeno una porzione di detta superficie di estremità 4A della guida di luce 4, e attraversa almeno parzialmente detta camera di intercettazione della luce solare, venendo suddivisa in tre fasci di luce separati, uno per ciascuna diramazione 4B. The sunlight entering the protective casing 2 affects at least a portion of said end surface 4A of the light guide 4, and passes at least partially through said solar light interception chamber, being divided into three separate light beams, one for each branch 4B.

Nel caso in cui la luce solare colpisca la superficie di estremità 4A della guida di luce 4 molto lateralmente l'errore di disallineamento può essere significativo. In questo caso, la luce solare viene incanalata soltanto verso un canale ottico e raggiunge il corrispondente fotorivelatore 5, senza che venga inficiato il funzionamento del sensore 1. L'assenza di altri segnali indica la direzione di detto errore di disallineamento e la sua ampiezza. In the event that the sunlight hits the end surface 4A of the light guide 4 very laterally, the misalignment error can be significant. In this case, the sunlight is channeled only towards an optical channel and reaches the corresponding photodetector 5, without affecting the operation of the sensor 1. The absence of other signals indicates the direction of said misalignment error and its amplitude.

Sebbene nella figura 2 la superficie di estremità 4A della guida di luce 4 sia piana ed abbia una forma circolare, detta superficie di estremità può essere anche concava o convessa, o avere una qualsiasi altra forma, senza per questo uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione. Although in Figure 2 the end surface 4A of the light guide 4 is flat and has a circular shape, said end surface can also be concave or convex, or have any other shape, without thereby departing from the protection scope of the 'invention.

Vantaggiosamente, nel caso in cui la guida di luce abbia una superficie di estremità concava, la superficie di estremità 4A di detta guida di luce 4 riesce ad intercettare la luce solare entrante nell'involucro di protezione 2 anche quando l'errore di disallineamento tra il pannello fotovoltaico P ed il sole è maggiore di 10°. Di conseguenza, almeno una porzione della luce solare che attraversa la porzione trasparente 3A raggiunge almeno un fotorivelatore 5 e ciò permette al sensore 1 di funzionare. Advantageously, if the light guide has a concave end surface, the end surface 4A of said light guide 4 is able to intercept the sunlight entering the protective casing 2 even when the misalignment error between the photovoltaic panel P and the sun is greater than 10 °. Consequently, at least a portion of the sunlight that passes through the transparent portion 3A reaches at least one photodetector 5 and this allows the sensor 1 to function.

Le diramazioni 4B sono disposte a 120' una dall'altra in modo tale da calcolare l'errore di disallineamento in termini di coordinate polari, ampiezza e verso del disallineamento del pannello fotovoltaico P rispetto al sole. Dette coordinate polari sono facilmente trasformabili in termini di angolo di azimut e angolo di elevazione. The branches 4B are arranged at 120 'from each other in such a way as to calculate the misalignment error in terms of polar coordinates, amplitude and direction of the misalignment of the photovoltaic panel P with respect to the sun. These polar coordinates are easily transformable in terms of azimuth angle and elevation angle.

Nella forma di realizzazione che si descrive, ciascun fotorivelatore 5 è fissato all'estremità libera di una rispettiva diramazione 4B, ma è possibile prevedere che ciascun fotorivelatore 5 sia semplicemente appoggiato, incastrato, accoppiato con colle ottiche, o distanziato dall'estremità libera di una rispettiva diramazione 4B, senza per questo uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione. In the embodiment that is described, each photodetector 5 is fixed to the free end of a respective branch 4B, but it is possible to provide that each photodetector 5 is simply rested, wedged, coupled with optical glues, or spaced from the free end of a respective branch 4B, without thereby departing from the scope of protection of the invention.

I segnali generati dai fotorivelatori 5 vengono elaborati dalla componentistica elettronica del sensore 1 o in maniera analogica o tramite una logica programmabile per ottenere le componenti angolari dell'errore di disallineamento tra il pannello fotovoltaico P ed il sole in termini di angolo di azimut e/o di angolo di elevazione. In caso di elaborazione tramite logica programmabile, è possibile prevedere un microprocessore o una unità di elaborazione che contiene preferibilmente delle costanti di calibrazione. The signals generated by the photodetectors 5 are processed by the electronic components of the sensor 1 either in an analog way or by means of a programmable logic to obtain the angular components of the misalignment error between the photovoltaic panel P and the sun in terms of azimuth angle and / or of elevation angle. In the case of processing by programmable logic, it is possible to provide a microprocessor or a processing unit which preferably contains calibration constants.

Nell'esempio che si descrive, detta componentistica elettronica comprende un sistema analogico di amplificatori (non mostrati) ed è prevista all'interno della base 6 dell'involucro di protezione 2, che è contrapposta all'elemento di chiusura 3. In the example described, said electronic components comprise an analog system of amplifiers (not shown) and is provided inside the base 6 of the protective casing 2, which is opposite the closing element 3.

Detta base 6 può essere parte dell'involucro di protezione 2 oppure un elemento da fissare ad esso in modo rimovibile. Indipendentemente dal tipo di base, non è necessario che essa sia perfettamente allineata all'elemento di chiusura 3. Said base 6 can be part of the protective casing 2 or an element to be fixed to it in a removable way. Regardless of the type of base, it does not need to be perfectly aligned with the closing element 3.

Da una apposita elaborazione di tipo noto dei segnali generati dai fotorivelatori 5 è possibile determinare l'errore di disallineamento del pannello fotovoltaico P rispetto al sole. From a suitable processing of the known type of the signals generated by the photodetectors 5 it is possible to determine the misalignment error of the photovoltaic panel P with respect to the sun.

Per correggere l'errore di disallineamento, il sensore 1 controlla e comanda dei mezzi di movimentazione noti per muovere il pannello fotovoltaico P su un asse orizzontale e/o su un asse verticale, in modo tale che detto pannello fotovoltaico sia puntato verso il sole. To correct the misalignment error, the sensor 1 controls and commands known movement means for moving the photovoltaic panel P on a horizontal axis and / or on a vertical axis, so that said photovoltaic panel is pointed towards the sun.

In particolare, nel caso sia necessario controllare un solo asse di rotazione (orizzontale o verticale) di un pannello fotovoltaico P, è sufficiente che la guida di luce 4 abbia due diramazioni 4B. In particular, if it is necessary to control only one rotation axis (horizontal or vertical) of a photovoltaic panel P, it is sufficient that the light guide 4 has two branches 4B.

Soltanto in condizioni di allineamento tra il sole ed il pannello fotovoltaico P, la luce solare viene divisa in fasci di luce aventi uguale intensità. Pertanto, i fotorivelatori generano segnali nominalmente uguali, a parte l'eventuale calibrazione dei fotorivelatori. Only in conditions of alignment between the sun and the photovoltaic panel P, the sunlight is divided into light beams having equal intensity. Therefore, the photodetectors generate nominally equal signals, apart from the eventual calibration of the photodetectors.

In particolare, la guida di luce 4 è posizionata all'interno dell'involucro di protezione 2 ad una apposita distanza dall'elemento di chiusura 3 in modo tale da essere colpita almeno parzialmente dalla luce solare che entra nell'involucro di protezione 2. In particular, the light guide 4 is positioned inside the protective casing 2 at a suitable distance from the closing element 3 in such a way as to be hit at least partially by the sunlight entering the protective casing 2.

La distanza tra l'elemento di chiusura 3 e la guida di luce 4 è un parametro che viene dimensionato in relazione ad ulteriori parametri, quali ad esempio dimensioni della porzione trasparente 3A, della guida di luce 4, e dei fotorivelatori 5. The distance between the closing element 3 and the light guide 4 is a parameter which is sized in relation to further parameters, such as for example dimensions of the transparent portion 3A, of the light guide 4, and of the photodetectors 5.

È preferibile che tale distanza vari da 5mm a 10mm, in funzione dei requisiti di progetto. Aumentare la distanza significa aumentare l'accuratezza della misura della posizione del sole nel cielo. Tuttavia, ad aumentare la distanza si corre il rischio che la luce solare entrante nell'involucro di protezione 2 non venga intercettata dalla guida di luce 4, limitando l'angolo di accettazione della guida di luce stessa. Ridurre tale distanza può comportare una sensibilità troppo bassa da parte del sensore 1 per la precisione che si desidera avere. It is preferable that this distance varies from 5mm to 10mm, depending on the project requirements. Increasing the distance means increasing the accuracy of the measurement of the position of the sun in the sky. However, increasing the distance runs the risk that the sunlight entering the protective casing 2 will not be intercepted by the light guide 4, limiting the angle of acceptance of the light guide itself. Reducing this distance can result in sensor 1 sensitivity that is too low for the accuracy you want.

In una seconda forma di realizzazione mostrata figura 3A, la guida di luce 4 ha quattro diramazioni 4B così che le due componenti angolari dell'errore di disallineamento siano separate già al momento della intercettazione della luce solare da parte della stessa guida di luce 4. Un fotorivelatore 5 è previsto sull'estremità libera di ciascuna diramazione 4B. In a second embodiment shown in Figure 3A, the light guide 4 has four branches 4B so that the two angular components of the misalignment error are already separated at the moment of the interception of sunlight by the same light guide 4. A photodetector 5 is provided on the free end of each branch 4B.

I fotorivelatori 5 sono posizionati sulle estremità libere delle diramazioni 4B della guida di luce 4 in modo tale da risultare disposti a coppie su due assi X, Y perpendicolari tra loro. In particolare, una prima coppia di fotorilevatori 5 è presente sull'asse X, ed una seconda coppia di fotorivelatori 5 è presente sull'asse Y, e ciascun fotorivelatore è posto alla stessa distanza dal punto di intersezione tra detti due assi. The photodetectors 5 are positioned on the free ends of the branches 4B of the light guide 4 in such a way as to be arranged in pairs on two axes X, Y perpendicular to each other. In particular, a first pair of photodetectors 5 is present on the X axis, and a second pair of photodetectors 5 is present on the Y axis, and each photodetector is placed at the same distance from the point of intersection between said two axes.

Se il centro della porzione 3A ed il punto del corpo della guida di luce 4 da cui si dipartono le singole diramazioni sono allineati con la direzione di provenienza della luce solare, che corrisponde al centro apparente del sole, i quattro fasci di luce in cui è divisa la luce solare sono uguali tra loro ed i quattro segnali generati dal rispettivo fotorivelatore 5 sono uguali, a meno di variazioni di sensibilità dei componenti del sensore. In caso contrario, viene rivelata una differenza tra i segnali generati dai fotorivelatori 5, che vengono elaborati per misurare l'errore di disallineamento. If the center of the portion 3A and the point of the body of the light guide 4 from which the individual branches depart are aligned with the direction of origin of the sunlight, which corresponds to the apparent center of the sun, the four beams of light in which it is divided the sunlight are equal to each other and the four signals generated by the respective photodetector 5 are equal, except for variations in the sensitivity of the sensor components. Otherwise, a difference is detected between the signals generated by the photodetectors 5, which are processed to measure the misalignment error.

In particolare, una prima componente angolare dell'errore di disallineamento rispetto all'asse X è proporzionale al seguente rapporto: In particular, a first angular component of the misalignment error with respect to the X axis is proportional to the following ratio:

(S1-S2)/(S1+S2) (S1-S2) / (S1 + S2)

dove: where is it:

51 è un segnale generato da un primo fotorivelatore 5 presente sull'asse X, 51 is a signal generated by a first photodetector 5 present on the X axis,

52 è un segnale generato da un secondo fotorivelatore 5 presente sull'asse X, in posizione diametralmente opposta al primo fotorivelatore. 52 is a signal generated by a second photodetector 5 present on the X axis, in a position diametrically opposite to the first photodetector.

L'altra componente angolare dell'errore di disallineamento è proporzionale ad un analogo rapporto, dove i segnali sono quelli generati dagli altri due fotorivelatori presenti sull'asse Y. The other angular component of the misalignment error is proportional to a similar ratio, where the signals are those generated by the other two photodetectors present on the Y axis.

In altre parole, ciascuna componente angolare dell'errore di disallineamento è proporzionale ad una differenza tra segnali generati da una coppia di fotorivelatori, normalizzata rispetto alla somma degli stessi segnali. In other words, each angular component of the misalignment error is proportional to a difference between signals generated by a pair of photodetectors, normalized with respect to the sum of the same signals.

Formule diverse possono essere implementate in modo analogico o digitale per avere differenti curve di sensibilità o per ricavare informazioni di disallineamento da un diverso numero di fotorivelatori. Different formulas can be implemented analogically or digitally to have different sensitivity curves or to obtain misalignment information from a different number of photodetectors.

Il calcolo dell'errore non verrà descritto ulteriormente in quanto di tipo noto e non oggetto dell'invenzione . The calculation of the error will not be described further as it is of a known type and not the subject of the invention.

In una prima variante della seconda forma realizzativa, si prevede che i fotorivelatori 5 siano incorporati nella base 6 dell'involucro di protezione 2 (fig. 3B), unitamente alla componentistica elettronica del sensore 1 (non mostrata in fig. 3B). In a first variant of the second embodiment, it is envisaged that the photodetectors 5 are incorporated in the base 6 of the protective casing 2 (fig. 3B), together with the electronic components of the sensor 1 (not shown in fig. 3B).

Nella terza forma di realizzazione mostrata in figura 4, la guida di luce della prima forma di realizzazione è sostituita da tre guide di luce 41, disposte a 120° una dall'altra. In the third embodiment shown in Figure 4, the light guide of the first embodiment is replaced by three light guides 41, arranged at 120 ° from each other.

Ciascuna guida di luce 41 realizza un canale ottico differente ed ha due porzioni di estremità libere, una prima porzione di estremità per l'ingresso della luce solare in detto canale, ed una seconda porzione di estremità, opposta alla precedente, per l'uscita di un fascio di luce. Su detta seconda porzione di estremità è fissata un fotorivelatore 51. Each light guide 41 realizes a different optical channel and has two free end portions, a first end portion for the entry of sunlight into said channel, and a second end portion, opposite to the previous one, for the exit of a beam of light. A photodetector 51 is fixed on said second end portion.

In particolare, la prima porzione di estremità è distanziata da detto elemento di chiusura 3 e rivolta verso la direzione di provenienza della luce solare. In particular, the first end portion is spaced from said closing element 3 and facing the direction of origin of the sunlight.

Le guide di luce 41 sono posizionate all'interno dell'involucro di protezione 2 in modo tale che la luce solare colpisca almeno parzialmente una o più di dette prime porzioni di estremità. Pertanto, in detta terza forma di realizzazione, la luce solare colpisce almeno parzialmente ciascuna di dette prime porzioni di estremità e viene suddivisa in una pluralità di fasci di luce, ciascuno dei quali è incanalato in una rispettiva guida di luce 41 e rivelato da un corrispondente fotorivelatore 51. The light guides 41 are positioned inside the protective casing 2 in such a way that the sunlight strikes at least partially one or more of said first end portions. Therefore, in said third embodiment, the sunlight strikes at least partially each of said first end portions and is divided into a plurality of light beams, each of which is channeled into a respective light guide 41 and detected by a corresponding photodetector 51.

Ciascuna di dette guide di luce 41 può essere una fibra ottica, che può essere di vetro, plastica o altro materiale, o una fibra cava. Each of said light guides 41 can be an optical fiber, which can be of glass, plastic or other material, or a hollow fiber.

In una quarta forma realizzativa mostrata in figura 5, le guide di luce 41 sono in numero pari a quattro. In a fourth embodiment shown in Figure 5, the light guides 41 are four in number.

Come mostrato in figura 6, è possibile prevedere che l'elemento di chiusura 3 sia dotato di un foro 3A' per consentire il passaggio della luce solare all'interno dell'involucro di protezione, in alternativa alla porzione trasparente. As shown in Figure 6, it is possible to provide that the closing element 3 is provided with a hole 3A 'to allow the passage of sunlight inside the protective casing, as an alternative to the transparent portion.

Nelle forme di realizzazione e varianti sopra descritte, l'elemento di chiusura 3 e l'involucro di protezione 2 sono assorbenti, i.e. opachi al passaggio della luce. In the embodiments and variants described above, the closure element 3 and the protective casing 2 are absorbent, i.e. opaque to the passage of light.

In alternativa, secondo l'invenzione è possibile prevedere che l'involucro di protezione 2 abbia una superficie esterna bianca e una superficie interna nera, e che l'elemento di chiusura 3 sia opaco. Alternatively, according to the invention it is possible to provide that the protective casing 2 has a white outer surface and a black inner surface, and that the closing element 3 is opaque.

Inoltre, è possibile prevedere che l'involucro di protezione 2 e l'elemento di chiusura 3 formino un unico elemento, senza per questo uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione. Furthermore, it is possible to provide that the protective casing 2 and the closing element 3 form a single element, without thereby departing from the scope of the invention.

Un primo vantaggio del sensore, oggetto dell'invenzione, come già accennato, è dato dalla semplicità della struttura del sensore oggetto dell'invenzione e dal basso costo di realizzazione. Ciò è dovuto sia al fatto che la precisione del sensore è determinata dall'allineamento tra due elementi, i.e. la porzione 3A per il passaggio della luce solare prevista sull'elemento di chiusura 3 e la guida di luce 4, che possono essere ottenuti mediante tecnologie di stampaggio di tipo note, che al fatto che la componentistica elettronica (fotorivelatori compresi) può essere prevista all'interno di un apposito elemento, i.e. la base 6. A ciò si aggiunga che la dimensione dei fotorivelatori (e quindi il loro costo) non è un fattore rilevante. In particolare, è preferibile che essi abbiano sostanzialmente dimensioni più piccole o più grandi della corrispondente estremità della diramazione di una guida di luce in modo tale da eliminare qualsiasi criticità di allineamento, e conseguentemente ridurre ulteriormente i costi di assemblaggio. A first advantage of the sensor, object of the invention, as already mentioned, is given by the simplicity of the structure of the sensor object of the invention and by the low manufacturing cost. This is due both to the fact that the accuracy of the sensor is determined by the alignment between two elements, i.e. the portion 3A for the passage of sunlight provided on the closing element 3 and the light guide 4, which can be obtained by means of known molding technologies, which due to the fact that the electronic components (including photodetectors) can be provided in 'inside of a specific element, i.e. base 6. In addition, the size of the photodetectors (and therefore their cost) is not a relevant factor. In particular, it is preferable that they have substantially smaller or larger dimensions than the corresponding end of the branch of a light guide in such a way as to eliminate any alignment criticalities, and consequently further reduce assembly costs.

Un secondo vantaggio è dato dalla possibilità di variare la risposta angolare del sensore semplicemente variando la geometria della guida di luce. In questo modo, ad esempio, è possibile correggere errori di disallineamento dell'ordine del centesimo di grado sessagesimale, senza ricorrere a medie temporali o ad altre tecniche, o realizzare apposite curve di sensibilità angolari. A second advantage is given by the possibility of varying the angular response of the sensor simply by varying the geometry of the light guide. In this way, for example, it is possible to correct misalignment errors of the order of one hundredth of a sexagesimal degree, without resorting to temporal averages or other techniques, or to create special angular sensitivity curves.

Un altro vantaggio è dato dal fatto che un corretto dimensionamento della porzione trasparente, dell'elemento di chiusura, della/e guida/e di luce e della distanza tra detta/e guida/e di luce e detto elemento di chiusura permette di misurare, oltre all'errore angolare di disallineamento tra il pannello fotovoltaico ed il sole, anche l'intensità della luce solare che raggiunge il pannello fotovoltaico stesso. In altre parole, la somma dei segnali generati dai fotorivelatori resta sostanzialmente costante al variare dell'errore angolare, sino a errori dell'ordine di un 1°. Pertanto, il sensore può essere usato come pireliometro, in quanto la somma dei segnali sui quattro fotorivelatori è costante fino a disallineamenti dell'ordine del grado. Di conseguenza, un ulteriore vantaggio è che è possibile evitare l'utilizzo di uno strumento che è normalmente presente su un modulo concentratore e serve per misurare in tempo reale l'efficienza del pannello fotovoltaico, segnalare eventuali malfunzionamenti ed effettuare rilievi statistici. Another advantage is given by the fact that a correct dimensioning of the transparent portion, of the closing element, of the light guide (s) and of the distance between said light guide (s) and said closing element allows to measure, in addition to the angular error of misalignment between the photovoltaic panel and the sun, also the intensity of the sunlight that reaches the photovoltaic panel itself. In other words, the sum of the signals generated by the photodetectors remains substantially constant as the angular error varies, up to errors of the order of 1 °. Therefore, the sensor can be used as a pyrheliometer, since the sum of the signals on the four photodetectors is constant up to misalignments of the order of one degree. Consequently, a further advantage is that it is possible to avoid the use of an instrument that is normally present on a concentrator module and is used to measure the efficiency of the photovoltaic panel in real time, report any malfunctions and carry out statistical surveys.

Un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che il sensore oggetto dell'invenzione può essere applicato su specchi parabolici cilindrici a concentrazione solare. In questo caso specifico, è sufficiente che la guida di luce comprenda due diramazioni e che il sensore preveda due fotorivelatori. A further advantage is given by the fact that the sensor object of the invention can be applied on cylindrical parabolic mirrors with solar concentration. In this specific case, it is sufficient that the light guide comprises two branches and that the sensor has two photodetectors.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione , ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protez ione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described by way of illustration, but not of limitation, according to its preferred embodiments, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection, such as defined by the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Sensor (1) installable on a photovoltaic panel (P) to detect and measure a misalignment error of said photovoltaic panel (P) with respect to the sun, said sensor comprising a protective casing (2) having a portion (3A, 3A ') to allow the passage of sunlight inside said protective casing (2), characterized in that it further comprises: - two or more optical channels (4B, 41), each of which is adapted to channel the sunlight so as to create a respective light beam, each optical channel (4B, 41) having a first end portion for the entrance of the sunlight in said optical channel, said first end portion being turned towards the direction of origin of the sunlight and spaced from said portion (3A, 3A ') for the passage of sunlight, and a second end portion for the output of a beam of light, a photodetector (5, 51) for each optical channel (4B, 41), positioned in such a way as to receive the light beam exiting the respective optical channel, which photodetector generates a signal proportional to the light intensity of the respective light beam , said optical channels (4B, 41) and said photodetectors (5, 51) being configured in such a way that, when sunlight passes through said portion (3A, 3A ') of said protective casing (2), said sunlight strikes at least partially the first end portion of at least one optical channel (4B, 41) and, crossing said at least one optical channel, reaches the corresponding photodetector (5, 51), so that, starting from the signals generated by said photodetectors (5, 51) ), the components of said misalignment error in terms of azimuth angle and / or elevation angle are measured.

Sensor (1) according to claim 1, characterized in that, in the case of three optical channels (4B, 41), said optical channels are positioned at 120 ° from each other.

Sensor (1) according to claim 1, characterized in that, in the case of four optical channels (4B, 41), two of said optical channels are arranged in such a way as to have the second end portion on a first axis ( X), and the other two optical channels are arranged in such a way as to have the second end portion on a second axis (Y), perpendicular to said first axis (X), so that two photodetectors (5, 51) are respectively present on said first axis (X) and on said second axis (Y).

Sensor (1) according to the preceding claim, characterized in that each photodetector (5, 51) is at the same distance from the point of intersection between said two axes (X, Y).

5. Sensor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the distance between the first end portion of said optical channels (4B, 41) and said portion (3A, 3A ') for the passage of sunlight varies from 5mm to 10mm.

6. Sensor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first end portions of said optical channels (4B, 41) are connected to a solar light interception chamber having an end surface (4A) facing towards the direction of origin of the sunlight.

Sensor (1) according to the preceding claim, characterized in that said end surface (4A) is concave or convex.

Sensor (1) according to claim 6 or 7, characterized in that said optical channels (4B, 41) and said sunlight interception chamber are a single element (4).

Sensor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that each of said optical channels (4B, 41) is an optical fiber or a hollow fiber.

Sensor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that each photodetector (5, 51) is fixed either in contact with the second end portion of a respective optical channel (4B, 41), or coupled to it with with the optics, or spaced from it.

Sensor (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said portion (3A, 3A ') for the passage of sunlight is a portion (3A) made of transparent material or a hole (3A').