ITTO20121014A1 - Dispositivo, sistema e metodo per il controllo di sistemi a pannelli fotovoltaici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“DISPOSITIVO, SISTEMA E METODO PER IL CONTROLLO DI SISTEMI A PANNELLI FOTOVOLTAICIâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un dispositivo, sistema e ad un metodo per il controllo di pannelli fotovoltaici (o pannelli solari).

Sono noti gli impianti a pannelli solari ed in particolare gli impianti fotovoltaici. In particolare, il brevetto europeo nr. EP 2317486 descrive un sistema di controllo e gestione dei pannelli fotovoltaici atto a gestire e controllare, singolarmente o in blocco, pannelli solari di un sistema fotovoltaico, in particolare per il blocco della produzione di energia elettrica (ad esempio a causa di un malfunzionamento di uno o più pannelli solari).

Il sistema descritto in EP 2317486, secondo una forma di realizzazione, prevede che una elettronica di controllo e gestione di pannello sia montata a bordo di ciascun pannello solare da gestire e controllare. Tale elettronica di controllo include un microprocessore ed à ̈ configurata per bloccare la produzione di tensione e corrente del pannello a seguito della ricezione di un comando modulato in ampiezza e/o in frequenza, secondo un protocollo predefinito.

La presenza di una elettronica basata su microprocessore a bordo del pannello, insieme con la necessità di definire un protocollo di comunicazione atto ad abilitare l’invio, e la corretta interpretazione, di comandi verso l’elettronica di pannello comporta un costo elevato e rende i pannelli solari così fabbricati maggiormente sensibili ai guasti dell’elettronica di bordo.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un sistema ed un metodo per il controllo di pannelli fotovoltaici, in grado di superare gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo la presente invenzione vengono forniti (“provided†) un sistema ed un metodo per il controllo di pannelli fotovoltaici, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 Ã ̈ uno schema a blocchi generale di un sistema di pannelli solari secondo la presente invenzione; - le figure 2a e 2b mostrano una elettronica associata ad un pannello solare in una prima e, rispettivamente, seconda condizione operativa;

- la figura 3 mostra l’elettronica di pannello delle figure 2a e 2b secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- le figure 4a-4d mostrano fasi di funzionamento dell’elettronica di pannello di figura 3; e

- la figura 5 mostra l’elettronica di pannello di figura 3 in maggior dettaglio, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

La figura 1 mostra un sistema di controllo 10 di uno o più impianti a pannelli fotovoltaici secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.

Il sistema di controllo 10 presenta una pluralità di pannelli solari 12, ad esempio pannelli fotovoltaici, configurati per generare, in modo noto, una tensione elettrica in corrente continua. Come mostrato schematicamente nelle figure 2a e 2b, o in figura 3, ciascun pannello solare 12 presenta, come noto, uno o più moduli fotovoltaici 11 comprendenti una pluralità di celle solari, ed una pluralità di diodi di bypass 13, ciascuno di essi collegato in parallelo ad un rispettivo modulo fotovoltaico 11. I diodi di bypass 13 sono tipicamente inseriti all'interno di moduli fotovoltaici 11 di un pannello solare 12 per evitare che una eventuale corrente inversa possa circolare nelle celle solari.

Come si nota dalla figura 1, i pannelli solari 12 sono disposti in gruppi di pannelli 20a-20n (anche detti stringhe di pannelli), in cui i pannelli solari 12 appartenenti ad uno stesso gruppo 20a-20n sono elettricamente collegati in serie tra loro. La tensione/corrente elettrica generata, in uso, dai pannelli solari 12 appartenenti ad una stessa stringa di pannelli 20a-20n, Ã ̈ proporzionale al numero di pannelli solari 12 di tale stringa di pannelli 20a-20n.

I pannelli solari 12 appartenenti ad una stessa stringa di pannelli 20a-20n, sono collegati ad un dispositivo convertitore 14, ad esempio un inverter, in modo noto mediante coppie 23a e 23b (terminazioni di stringa) di collegamenti elettrici 23. Il dispositivo convertitore 14 Ã ̈ atto a convertire la tensione elettrica generata dalle stringhe di pannelli 20a-20n in una tensione elettrica, ad esempio di tipo alternato, da distribuire ad una rete di distribuzione di energia elettrica (non mostrata in figura).

Secondo la presente invenzione, a ciascun pannello solare 12 à ̈ associato un dispositivo elettronico di pannello, o elettronica di pannello, 21. Il dispositivo elettronico di pannello, o elettronica di pannello, 21 à ̈, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, integrata in un rispettivo pannello solare 12 (ad es., integrata sullo stesso circuito stampato che alloggia i diodi di bypass 13). Secondo una diversa forma di realizzazione, l’elettronica di pannello 21 à ̈ esterna al pannello solare 12, ed elettricamente accoppiata ad esso. L’elettronica di pannello 21 à ̈ un circuito proprietario.

Inoltre, ciascuna stringa di pannelli 20a-20n comprende un dispositivo elettronico di controllo (o elettronica di stringa) 26, configurato per alimentare elettricamente i dispositivi di pannello 21 della rispettiva stringa di pannelli 20a-20n. Inoltre, il dispositivo elettronico di controllo 26 à ̈ configurato per inviare, a ciascun dispositivo elettronico di pannello 21 della rispettiva stringa di pannelli 20a-20n, un segnale di controllo SOCper controllare ciascun dispositivo elettronico di pannello 21 in una modalità operativa predeterminata, come meglio descritto in seguito.

Sia i dispositivi di pannello 21 che i dispositivi di controllo 26 sono collegati alle coppie 23a, 23b di collegamenti elettrici 23 che collegano una o più stringhe di pannelli 20a-20n all'inverter 14.

Ancora più preferibilmente, ciascuna elettronica di pannello 21 à ̈ montata a bordo di un rispettivo pannello 12, ad esempio inglobata nel pannello 21 da parte di un Costruttore di pannelli, oppure cablata esternamente al pannello solare 12 da parte di un installatore, o altro ancora. L'elettronica di stringa 26 à ̈ montata “in cascata†tra le coppie 23a, 23b di collegamenti elettrici 23 e l’inverter 14 in modo da realizzare un'architettura in cui:

- ogni pannello solare 12 che deve essere gestito/controllato à ̈ associato ad un'elettronica di pannello 21;

- ogni gruppo di pannelli o stringa di pannelli 20a-20n che deve essere gestito à ̈ collegato all’inverter 14 attraverso un'elettronica di stringa 26.

Ciascuna elettronica di pannello 21, associata ad un rispettivo pannello solare 12, à ̈ preferibilmente realizzata nella forma di una scheda elettronica, e include almeno un circuito rilevatore di segnale 30 ed un circuito deviatore 34. Le figure 2a e 2b mostrano, schematicamente e secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, l’elettronica di pannello 21 che realizza una interfaccia tra un rispettivo pannello solare 12 e le coppie 23a, 23b dei collegamenti elettrici 23.

Il rilevatore di segnale 30 à ̈ accoppiato alle coppie 23a, 23b dei collegamenti elettrici 23 e al circuito deviatore 34 per comandare quest’ultimo in una prima e in una seconda condizione operativa mostrate, rispettivamente, nelle figure 2a e 2b.

Il circuito deviatore 34 à ̈ configurato per collegare elettricamente in serie , nella prima condizione operativa di figura 2a, il pannello solare 12 al collegamento elettrico 23a, e disaccoppiare, nella seconda condizione operativa di figura 2b, il pannello solare 12 dal collegamento elettrico 23a. Inoltre, nella seconda condizione operativa, il circuito deviatore 34 interrompe il collegamento tra il pannello solare 12 e il collegamento elettrico 23a; il collegamento tra l’inverter 14 e gli altri pannelli solari 12 appartenenti alla stessa stringa di pannelli 20a-20n tuttavia non à ̈ interrotto in quanto l’azione del circuito deviatore 34 à ̈ quella di bypassare il pannello solare 12 formando un collegamento passante che connette elettricamente il collegamento elettrico 23a con il collegamento elettrico 23b, favorendo il passaggio di segnale elettrico tra essi. La figura 3, descritta in seguito, mostra una forma di realizzazione del circuito deviatore 34.

Più in dettaglio, il circuito rilevatore di segnale 30 à ̈ configurato per rilevare la presenza del segnale di controllo SOCche transita sul collegamento elettrico 23a e, sulla base di un risultato di tale rilevazione (presenza o assenza del segnale di controllo SOC), controllare il circuito deviatore 34 nella prima o nella seconda condizione operativa.

Durante la prima condizione operativa del circuito deviatore 34, il pannello solare 12 fornisce energia elettrica ai collegamenti elettrici 23 che, come detto, la distribuiscono ad una rete di distribuzione di energia elettrica. Durante la seconda condizione operativa del circuito deviatore 34, la fornitura di energia elettrica dal pannello solare 12 verso i collegamenti elettrici 23 (e dunque verso la rete di distribuzione di energia elettrica) à ̈ interrotta. Interrompendo la connessione elettrica tra pannello solare 12 e collegamenti elettrici 23, le celle fotovoltaiche passano da uno stato di erogazione di energia elettrica ad uno stato di carico passivo. Il pannello solare 12 così escluso non dissipa energia, né eroga tensione. Si supera in questo modo il problema di avere un pannello solare 12 posto in serie ad altri pannelli solari 12 dello stesso gruppo 20a-20n, il quale potrebbe costituire una sorgente di alta tensione pericolosa in caso di incendio e/o spegnimento del pannello solare 12 stesso.

Con riferimento nuovamente alla figura 1, l'elettronica di pannello 21 viene alimentata sia dall’energia elettrica fornita dai pannelli solari 12, sia da un segnale in corrente alternata, ad esempio sinusoidale, generato dall’elettronica di stringa 26; tale segnale viene iniettato in “modalità corrente†sui collegamenti elettrici 23. In ogni caso, il segnale in corrente alternata à ̈ tale per cui esso à ̈ sufficiente ad alimentare l'elettronica di pannello 21 anche in assenza di energia fornita dai pannelli solari 12. Tale segnale à ̈, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il segnale di controllo SOC. Alternativamente, può essere previsto un segnale di alimentazione ulteriore al segnale di controllo SOC, ad esempio il segnale generato dai pannelli solari 12 stessi.

L'elettronica di stringa 26 à ̈, preferibilmente, realizzata nella forma di una o più schede elettroniche includenti un microprocessore, ed alimentate da una fonte di energia o circuito di alimentazione preferibilmente indipendente dall’inverter 14, possibilmente da una tensione erogata da un gruppo di continuità o gruppo di backup 25.

Secondo una forma di realizzazione, l'elettronica di stringa 26 à ̈ atta ad alimentare elettricamente i dispositivi di pannello 21 associati ad una o più stringhe di pannelli 20a-20n ed a scambiare informazioni con una o più stringhe di pannelli. Nel seguito, per semplicità di descrizione, viene assunto che un'elettronica di stringa 26 sia connessa ad una sola stringa e che “veda†le elettroniche di pannello 21 connesse alla stringa.

Inoltre, il sistema 10, comprendente una pluralità di stringhe di pannelli 20a-20n, comprende una elettronica di stringa, preferibilmente a parità di struttura circuitale, configurata come elettronica di stringa “Master†26M.

In accordo ad ulteriori forme di realizzazione, à ̈ previsto che le elettroniche di stringa 26 o, preferibilmente, l'elettronica di stringa Master 26M siano collegate a dispositivi esterni (non mostrati in quanto non oggetto della presente invenzione) così da permetterne una gestione o un controllo da dispositivi collegati da remoto.

In generale, à ̈ previsto che le elettroniche di stringa 26 e/o l'elettronica di stringa Master 26M siano atte ad eseguire, all'interno del sistema 10, una o più funzioni tra:

- raccogliere e memorizzare le informazioni relative alle stringhe di pannelli;

- determinare lo stato del sistema 10 o della stringa di pannelli;

- gestire la comunicazione di allarmi e di misure energetiche provenienti dalle stringhe di pannelli;

- misurare e memorizzare temperatura ed umidità ambiente ed irraggiamento del sistema a mezzo appositi sensori ad esse connessi;

- scambiare istruzioni e comandi con dispositivi collegati da remoto.

Naturalmente nel caso in cui il sistema comprenda una sola stringa di pannelli (ad esempio la stringa di pannelli 20a), l'elettronica di stringa 26 corrisponde all'elettronica di stringa Master 26M, come facilmente comprensibile per un tecnico del settore.

L'elettronica di stringa, 26 o 26M à ̈ configurata per immettere uno o più segnali, ad esempio del tipo in corrente alternata, in particolare segnali sinusoidali, lungo i collegamenti elettrici 23. Ancora più in particolare, à ̈ previsto che lungo i collegamenti 23 coesistono due tipologie di segnali elettrici:

- un primo segnale, o segnale di potenza, in corrente continua (DC) dovuto ai pannelli 12;

- un secondo segnale, o segnale di bassa potenza, in corrente alternata generato dall'elettronica di stringa 26 e trasmesso ai dispositivi di pannello 21.

Il segnale di potenza (primo segnale) à ̈ costituito dal segnale in corrente continua prodotto dai pannelli 12 ed immesso nell’inverter 14 per produrre energia verso la rete di distribuzione.

Il segnale di bassa potenza (secondo segnale) à ̈, ad esempio, un segnale avente frequenza compresa tra circa 70 e 100 kHz ed una corrente di circa 20 mA, iniettato in serie, ad esempio sul collegamento elettrico 23a a cui l'elettronica di stringa 26 à ̈ collegata. Il segnale di bassa potenza à ̈ atto svolgere, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, sia la funzione di alimentazione che di comunicazione logica per le elettroniche di pannello 21; tale segnale a bassa potenza à ̈ il segnale di controllo SOCprecedentemente menzionato.

L'elettronica di stringa 26, che à ̈ collegata tra le terminazioni di stringa 23a, 23b e l’inverter 14, si presenta, ai fini della circolazione della corrente continua, come un circuito passante e non presenta cadute o perdite relativamente all'energia elettrica generata dai pannelli 12. Secondo una forma di realizzazione, l'elettronica di stringa 26, che à ̈ configurata per trasmettere il secondo segnale verso le varie elettroniche di pannello 21, à ̈ connessa in serie al collegamento elettrico 23a mediante un collegamento passante, ad esempio un trasformatore opportunamente dimensionato, ed inietta il secondo segnale sul collegamento elettrico 23a. In particolare, tale trasformatore à ̈ dimensionato in modo tale che la corrente continua che lo attraversa non lo porti in saturazione, e la sua resistenza elettrica alla corrente continua sia bassa, ad esempio di poche decine di milli Ohm.

Il secondo segnale (segnale di controllo SOC), iniettato in corrente alternata, percorre il collegamento elettrico 23a ed attraversa i pannelli 12, sommato al primo segnale in corrente continua.

Preferibilmente, anche le elettroniche di pannello 21 sono connesse mediante collegamenti passanti al collegamento elettrico 23a, ad esempio mediante rispettivi trasformatori di corrente, in modo analogo a quanto descritto per l'elettronica di stringa 26, per cui tali trasformatori sono attraversati dalle due tipologie di segnali.

Anche per le elettroniche di pannello 21 Ã ̈ previsto, ad esempio, che il relativo trasformatore soddisfi una, alcune o tutte le seguenti caratteristiche:

- presenti resistenza praticamente nulla (qualche decina di milli Ohm) per il passaggio della corrente continua;

- sia tale da non andare in saturazione a causa della corrente continua che lo attraversa;

- presenti un’impedenza caratteristica corrispondente a quella del segnale generato dall'elettronica di stringa;

- riporti al suo secondario una tensione tale da alimentare l’elettronica di pannello, ad esempio 10V picco.

Come si può facilmente evincere, il sistema di comunicazione fin qui descritto si basa su onde convogliate lungo una linea di potenza, normalmente attraversata da corrente continua.

Risulta evidente che, in una situazione notturna in cui lungo la linea di potenza non scorre corrente elettrica, il segnale di controllo SOCnon à ̈ un segnale a onde convogliate, in quanto non à ̈ contestualmente presente un segnale di alimentazione.

Il segnale di controllo SOCiniettato ha una duplice funzione:

1) tele alimentazione;

2) controllo del circuito deviatore 34 appartenente all’elettronica di pannello 21.

La funzione (1), di tele alimentazione, consente di inviare energia per il funzionamento dell’elettronica di pannello 21. Questo à ̈ utile, in particolare, durante una situazione notturna, o altra situazione contingente, in cui sui collegamenti elettrici 23 non scorre corrente elettrica di alimentazione.

La funzione (2), di controllo, viene realizzata nel modo seguente:

- in caso di presenza del segnale di controllo SOCsul collegamento elettrico 23a, il circuito rilevatore di segnale 30 rileva la presenza di tale segnale di controllo SOCe controlla il circuito deviatore 34 in stato chiuso (cioà ̈ in conduzione): siamo in questo caso nella summenzionata prima condizione operativa di figura 2a; - in caso di assenza del segnale di controllo SOCsul collegamento elettrico 23a, il circuito rilevatore di segnale 30 rileva tale assenza e controlla il circuito deviatore 34 in stato aperto (cioà ̈ isolando il pannello solare 12): siamo in questo caso nella summenzionata seconda condizione operativa di figura 2b.

Ne consegue che, per qualsiasi motivo venga a mancare il segnale di controllo SOCsui collegamenti elettrici 23 di una o più stringhe di pannelli 20a-20n, tale stringa o stringhe di pannelli 20a-20n non genera più alcuna tensione in quanto tutti i suoi pannelli solari 12 sono interdetti.

La figura 3 mostra, con maggior dettaglio, l’elettronica di pannello 21 delle figure 2a, 2b, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. In particolare, la figura 3 mostra una forma di realizzazione del circuito deviatore 34, secondo cui il circuito deviatore 34 comprende un transistore 34a, ad esempio un MOSFET, ed un relà ̈ 34b, collegati in serie tra loro e accoppiati al collegamento elettrico 23a. Il transistore 34a include un terminale di controllo (“gate†); il circuito rilevatore di segnale 30 à ̈ accoppiato al terminale di controllo del transistore 34a, per comandare il transistore 34a, mediante un segnale S1, in stato acceso (conduzione) o spento (interdizione) sulla base della presenza o, rispettivamente, assenza, del segnale di controllo SOC.

Il relà ̈ 34b à ̈, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, di tipo bistabile e include una o più bobine comandabili per operare il relà ̈ 34b in stato acceso e, alternativamente, spento; il circuito rilevatore di segnale 30 à ̈ accoppiato al relà ̈ 34b, per comandare quest’ultimo, mediante un segnale S2, in stato acceso (conduzione) o spento (interdizione) sulla base della presenza o, rispettivamente, assenza, del segnale di controllo SOC.

Sia il transistore 34a che il relà ̈ 34b hanno la funzione di interrompere la linea elettrica che collega il pannello solare 12 con il collegamento elettrico 23a. Sebbene sia possibile prevedere l’utilizzo del solo transistore 34a, la presenza del relà ̈ 34b consente di migliorare l’isolamento tra il pannello solare 12 e il collegamento elettrico 23a durante la seconda condizione operativa (cioà ̈ in assenza di segnale di controllo SOC). In questo modo l’isolamento elettrico à ̈ garantito anche in presenza di eventuali malfunzionamenti del dispositivo MOSFET, che anche in stato interdetto potrebbe consentire il passaggio di una corrente di perdita tra i sui terminali di sorgente (“source†) e pozzo (“drain†). In ogni caso, l’isolamento galvanico garantito dal relà ̈ 34b à ̈ superiore all’isolamento che garantisce la tecnologia del silicio.

Il circuito deviatore 34 comprende inoltre un diodo 35, atto ad accoppiare elettricamente il collegamento elettrico 23a con il collegamento elettrico 23b, così da bypassare il pannello solare 12. Il diodo 35 entra in conduzione solo quando il transistore 34a e/o il relà ̈ 34b sono interdetti.

Durante il passaggio dalla prima condizione operativa alla seconda condizione operativa, il relà ̈ 34b viene preferibilmente azionato dopo l’interdizione (apertura) del transistore 34a. Questa accortezza consente di utilizzare un relà ̈ 34b di dimensioni ridotte ed ottenere una maggiore vita operativa dello stesso, in quanto i suoi contatti vengono sempre azionati in assenza di corrente (questo impedisce il verificarsi di archi voltaici sui contatti del relà ̈ 34b). Interrompendo il flusso di corrente sul collegamento elettrico 23a, il diodo 35 conduce, bypassando il pannello solare 12. In altre parole, il diodo 35 apporta la funzione di contatto in deviazione.

Le figure 4a-4d mostrano, utilizzando una stessa scala temporale sull’asse delle ascisse, un andamento nel tempo esemplificativo di segnali operativi dell’elettronica di pannello 21.

La figura 4a mostra un segnale intermedio Sintindicativo della presenza o assenza del segnale di controllo SOC; tale segnale Sintha, nel contesto della presente descrizione, lo scopo di indicare la presenza o l’assenza, sul collegamento elettrico 23a, del segnale di controllo S0C.

Come mostrato in figura 4b, nel caso di presenza sul collegamento 23a del segnale di controllo SOC, il circuito rilevatore di segnale 30 controlla il transistore 34a e il relà ̈ 34b in stato acceso. Pertanto, la corrente generata dai pannelli solari 16 può fluire sul collegamento elettrico 23, come mostrato esemplificativamente in figura 4d (corrente ION).

All’istante temporale t1, il segnale di controllo SOCviene a mancare sul collegamento 23a. Il circuito rilevatore di segnale 30, rilevando questa mancanza, controlla il transistore 34a in interdizione (istante t1) e, dopo un intervallo temporale di guardia t1-t2, ad esempio da 1 ms a 100 ms, in particolare pari a 5mS, spegne il relà ̈ 34b. Viene garantito in questo modo che il relà ̈ sia operato in assenza di corrente, ovvero dopo che il transistore 34a à ̈ stato spento.

A partire dall’istante temporale t1, la corrente generata dai pannelli solari 16 non fluisce più sul collegamento elettrico 23 (si veda nuovamente la figura 4d).

All’istante temporale t3, il segnale di controllo SOCsi ripresenta sul collegamento 23a. Il circuito rilevatore di segnale 30, rilevando la presenza del segnale di controllo SOC, controlla in accensione il relà ̈ 34b (istante temporale t3) e, dopo un intervallo temporale di guardia t3-t4, ad esempio da 10 ms a 100 ms, in particolare pari a 10 ms, controlla in accensione il transistore 34a. Questo garantisce che il relà ̈ 34b sia operato in assenza di corrente.

Come mostrato in figura 4d, i pannelli solari 16 riprendono ad erogare corrente elettrica IONsul collegamento elettrico 23 a partire dall’istante temporale t4.

Risulta evidente che le figure 4a-4d sono esemplificative e, in caso reale, sono tipicamente presenti dei ritardi tra la rilevazione della presenza/assenza del segnale di controllo SOCe il conseguente pilotaggio del transistore 34a e/o relà ̈ 34b. Allo stesso modo, la rappresentazione della corrente di figura 4d non mostra periodi di transitorio della corrente sul collegamento elettrico 23 in corrispondenza degli istanti temporali t1e t4.

La figura 5 mostra l’elettronica di pannello 21 in maggior dettaglio. Come si nota dalla figura 5, il transistore 34a e il relà ̈ 34b sono accoppiati al collegamento 23a per mezzo di un avvolgimento primario 41a di un trasformatore 41, ad esempio un trasformatore in ferrite.

L’avvolgimento primario 41a del trasformatore 41 include un primo terminale di conduzione 41a’ direttamente accoppiato al collegamento 23a, ed un secondo terminale di conduzione 41a†direttamente accoppiato ad un terminale di controllo del relà ̈ 34b. In questo modo, l’avvolgimento primario 41a à ̈ accoppiato tra il collegamento elettrico 23a e il relà ̈ 34b e connette elettricamente il transistore 34a e il relà ̈ 34b al collegamento elettrico 23a. L’avvolgimento primario 41a à ̈ caratterizzato da una bassa resistenza elettrica, ad esempio dell’ordine di circa 5mΩ. L’avvolgimento secondario 41b del trasformatore 41 à ̈ elettricamente collegato tra un terminale a potenziale di riferimento GND (terminale di massa, ad esempio a tensione nulla) e un terminale di ingresso 30’ del circuito rilevatore di segnale 30. Il segnale di controllo SOC, quando presente sul collegamento 23a, viene portato dall’avvolgimento primario 41a sull’avvolgimento secondario 41b del trasformatore 41, trasformando la corrente del segnale di controllo SOCin transito sul primario del trasformatore 41, in tensione appropriata.

In parallelo all’avvolgimento secondario 41b del trasformatore 41 à ̈ collegato un condensatore 42. In questo modo si realizza un filtro risonante parallelo 44, che risuona alla frequenza del segnale di controllo SOC. Il filtro risonante parallelo 44 ha la funzione di selezionare ed amplificare la rivelazione del segnale di controllo SOC(altri eventuali segnali di rumore vengono reiettati).

Il filtro 44 à ̈ un filtro LC, configurabile, come noto, sulla base della sua funzione di trasferimento. Inoltre, poiché la frequenza di risonanza f0del filtro 44 à ̈ data da:

1

f 0 =

2 Л √LC

Pertanto, conoscendo l’induttanza secondaria L del trasformatore 41, la frequenza del segnale di controllo SOC(nota), si ottiene il valore di capacità C del condensatore così da ottenere un filtro rinante alla frequenza del segnale di controllo SOC, come desiderato.

L’elettronica di pannello 21 comprende inoltre il diodo di bypass 35, collegato tra il secondo terminale di conduzione 41a†dell’avvolgimento primario 41a e il collegamento 23b (sostanzialmente in parallelo al rispettivo pannello solare 12 quando il transistore 34a e il relà ̈ 34b conducono). Il diodo di bypass 35, come detto precedentemente, entra in conduzione quando il transistore 34a e il relà ̈ 34b sono aperti (interdetti); pertanto, l’apertura del transistore 34a e del relà ̈ 34b causa l’immediata commutazione della corrente che fluisce sul collegamento 23a attraverso il diodo di bypass 35. In parallelo al diodo di bypass 35 à ̈ inoltre collegato un condensatore 48; quest’ultimo à ̈ caratterizzato da una bassa impedenza alla frequenza del segnale di controllo SOC, e viene utilizzato per facilitare il flusso di corrente del segnale di controllo SOCattraverso il primario del trasformatore 41.

Il circuito deviatore 34 comprende inoltre un blocco di alimentazione 49, configurato per alimentare il circuito deviatore 34 mediante due sorgenti di segnale: (i) una tensione di alimentazione VALin corrente continua ad esempio di valore pari a circa 12 V, fornita dal pannello solare 12 stesso; e (ii) il segnale di controllo SOC(segnale ad onde convogliate, sinusoidale). A questo fine, il blocco di alimentazione 49 comprende un resistore 50, un diodo 51 ed un diodo Zener 53 collegati in serie tra loro tra il collegamento 23b e il terminale di riferimento GND. Più in dettaglio, il resistore 50 à ̈ collegato tra il collegamento 23b e l’anodo del diodo 51; quest’ultimo ha il catodo polarizzato alla tensione di alimentazione VAL. Il diodo Zener 53 ha il catodo polarizzato alla tensione di alimentazione VALe l’anodo collegato al terminale di riferimento GND. Il blocco di alimentazione 49 comprende inoltre un diodo 52 ed un condensatore 54 collegati in serie tra loro fra il terminale di ingresso 30’ del circuito rilevatore di segnale 30 e il terminale di riferimento GND. Più in dettaglio, l’anodo del diodo 52 à ̈ collegato al terminale di ingresso 30’ del circuito rilevatore di segnale 30, mentre il catodo del diodo 52 à ̈ connesso alla tensione di alimentazione VAL; il condensatore 54 à ̈ collegato tra il catodo del diodo 52 e il terminale di riferimento GND. Il blocco di alimentazione 49 garantisce dunque una alimentazione locale di 12 Vdc per il funzionamento del circuito deviatore 34.

Il relà ̈ 34b à ̈, secondo una forma di realizzazione preferita, di tipo bistabile. Come noto, un relà ̈ bistabile ha due posizioni stabili, che possono essere raggiunte con l'applicazione di un segnale su uno dei due ingressi corrispondente alla posizione. In figura 5 il relà ̈ 34b à ̈ schematizzato mediante una bobina avente i propri terminali di conduzione collegati al circuito rilevatore di segnale 30; à ̈ dunque quest’ultimo che genera, quando necessario come descritto con riferimento alle figure 4a-4d, il segnale di apertura/chiusura del relà ̈ 34b. Risulta evidente che il relà ̈ 34b, di tipo bistabile, può essere realizzato in qualunque tecnologia, ad esempio può essere a ritenuta magnetica o a ritenuta meccanica, e comprendere ad esempio due avvolgimenti separati costituiti da un sottile filo conduttivo arrotolato a spirale su un supporto isolante, e con all'interno un elemento, tipicamente cilindrico, di metallo ferroso.

Una caratteristica del relà ̈ 34b à ̈ l'assenza di consumo energetico per mantenere la posizione aperta/chiusa e la persistenza dello stato aperto/chiuso anche in assenza di alimentazione del circuito rilevatore di segnale 30. La commutazione aperto/chiuso, e viceversa, avviene pilotando il corrispettivo avvolgimento con un picco di corrente, in modo di per sé noto.

Il circuito deviatore 34 comprende inoltre un resistore 60 e un condensatore 62 collegati in modo tale da generare ai capi del diodo Zener 64 una tensione DC di circa 5.1 V, dedicata a fornire il picco di corrente (ottenuto dalla carica del condensatore) che aziona uno dei due avvolgimenti del relà ̈ bistabile 34b.

Il resistore 60 e il condensatore 62 condividono dunque un terminale di conduzione (indicato in figura 5 con il numero di riferimento 63). Tale terminale di conduzione condiviso 63 à ̈ elettricamente accoppiato al relà ̈ 34b, in modo da formare un elemento di immagazzinamento per energia utile alla commutazione del relà ̈ 34b. Riassumendo, lo scopo del resistore 60 e del condensatore 62 à ̈ quello di creare un polmone di energia elettrica (immagazzinata nel condensatore 62) che può essere applicata, quando necessario (cioà ̈ al momento della commutazione del relà ̈ 34b), ad una delle due bobine del relà ̈ 34b per attivarlo in uno dei due possibili stati (conduzione o interdizione). Da un lato, il contatto centrale della bobina del relà ̈ 34b à ̈ connesso al condensatore 62, mentre dai lati opposti un primo circuito di pilotaggio 70 provvede alla chiusura delle bobine verso massa quando si deve attivare il relà ̈ in una condizione operativa oppure nell’altra.

Inoltre, tra il terminale di conduzione condiviso 63 e il terminale di riferimento GND Ã ̈ collegato un diodo Zener 64 che serve a limitare la tensione di carica del condensatore 62 a circa 5V DC.

Il circuito rilevatore di segnale 30 comprende preferibilmente un primo e un secondo circuito di pilotaggio 70, 72.

Il primo circuito di pilotaggio 70 à ̈ configurato per ricevere in ingresso un segnale presente sul collegamento 23a (opportunamente filtrato mediante il filtro 44), rilevare se tale segnale ricevuto in ingresso include le caratteristiche (ad esempio di frequenza) attese e caratterizzanti il segnale di controllo SOCa onde convogliate, e generare in uscita un segnale atto a controllare in conduzione o interdizione il transistore 34a (polarizzando opportunamente il terminale di gate di quest’ultimo).

Il secondo circuito di pilotaggio 72 à ̈ anch’esso configurato per ricevere in ingresso il segnale presente sul collegamento 23a (opportunamente filtrato mediante il filtro 44), rilevare se tale segnale ricevuto in ingresso include le caratteristiche (ad esempio di frequenza) attese e caratterizzanti il segnale di controllo SOCa onde convogliate, e generare in uscita un segnale atto a controllare in conduzione o interdizione il relà ̈ 34b.

La realizzazione circuitale del primo e del secondo circuito di pilotaggio 70, 72 non à ̈ di per sé oggetto della presente invenzione, ed à ̈ immediatamente evidente ad un tecnico esperto (†skilled technician†).

Dunque, l'elettronica di pannello 21 à ̈ atta a bloccare, ad esempio su istruzioni provenienti dall'elettronica di stringa 26, la produzione di energia elettrica del pannello 12 ad essa associato. La funzione di blocco à ̈ ottenuta attivando la commutazione del circuito deviatore 34, che in pratica sostituisce il pannello posto in serie alla stringa con il diodo di bypass 35. In accordo a tale forme di realizzazione l’elettronica di pannello 21 à ̈ atta, a seguito di un comando logico seriale in arrivo dall’elettronica di stringa 26, a controllare il circuito deviatore 34 in modo da escludere il pannello 12 dai collegamenti elettrici 23a, 23b. A seguito dell’esclusione del pannello 12, l'elettronica di pannello 21 à ̈, ad esempio configurando opportunamente l'elettronica di pannello, sempre in grado di misurare la tensione emessa dal pannello. Secondo la forma di realizzazione descritta e mostrata, l'elettronica di stringa 26 invia il comando di esclusione a tutte le elettroniche di pannello 21, semplicemente inibendo la generazione del segnale di controllo SOC; alternativamente possono essere previsti collegamenti dedicati tra l'elettronica di stringa 26 e le elettroniche di pannello 21 in modo da escludere solo quelle desiderate.

Normalmente, in caso di incendio, Ã ̈ opportuno escluderle tutte.

In caso di rilevazione di incendio, ove il sistema 10 lo preveda, l’elettronica di stringa Master 26M e le elettroniche di stringa 26 provvedono a sopprimere l’emissione del segnale SOCverso le rispettive elettroniche di pannello 21, in modo tale da produrre la commutazione del deviatore 30 (bypassando tutti i pannelli solari 12 mediante l’associato diodo 35), così da interrompere l’erogazione di energia da parte di tutti i pannelli solari 12, e, quindi, dalla stringa 20a-20n associata. In queste condizioni la/le stringa/stringhe 20a-20n non genera/generano più tensione DC. In questo momento, ad esempio in una situazione di incendio, à ̈ possibile avviare procedure di estinzione dell’incendio (es., con acqua o simili).

La presente invenzione come descritta può permettere di raggiungere uno o più dei vantaggi riportati di seguito: 1) la realizzazione di un sistema integrato, tecnologicamente avanzato, facile da installare, ed in grado di espletare le funzioni di antifurto e sistema antincendio (inteso come blocco della produzione di corrente e tensione di tutto il sistema o di singole stringhe di pannelli);

2) la possibile applicazione ad un qualsiasi impianto fotovoltaico, indipendentemente dalla tipologia dei pannelli fotovoltaici installati;

3) la possibile integrazione di elettronica di controllo direttamente all’interno dei pannelli.

In sintesi, a parere della Richiedente, l’invenzione realizza i seguenti obiettivi:

- la realizzazione di un sistema elettronico di antifurto e/o antincendio per impianti fotovoltaici applicabile in poco tempo, semplicemente e su qualsiasi impianto fotovoltaico sia in fase di costruzione che su quelli già in essere, fornendo altresì la possibilità di integrare l’elettronica di pannello direttamente all’interno del pannello stesso;

- la possibilità di gestire in modalità remota (tramite un qualsiasi browser per la navigazione internet) l’eventuale blocco della produzione di energia dell’impianto mediante collegamenti locali o remoti all'elettronica di stringa, in particolare all'elettronica di stringa Master 26M.

Le elettroniche di stringa 26 possono naturalmente interrompere l’erogazione del segnale di controllo SOCquando richiesto dall’elettronica di stringa master 26M, che a sua volta potrebbe anche aver ricevuto la stessa richiesta ad un’unità logica remota, di livello gerarchico superiore. in caso si voglia ottenere maggiore sicurezza (non à ̈ detto che la comunicazione logica tra l’elettronica master 26M e le elettroniche 26 sia sempre funzionante), à ̈ sufficiente togliere alimentazione dalle unità 26, 26M per ottenere lo stesso risultato: un’elettronica spenta, per quanto in stato di anomalia, non può generare alcune segnale, dunque interrompendo la generazione del segnale di controllo SOC.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico (21) per il controllo di un pannello solare (12), collegabile mediante un collegamento elettrico (23) ad un dispositivo di controllo (26, 26M) che à ̈ configurato per fornire (“supply†), su detto collegamento elettrico (23), un segnale di controllo e alimentazione (SOC) modulato, detto dispositivo elettronico (21) essendo configurato per: - rilevare la presenza e l’assenza di detto segnale di controllo e alimentazione (SOC) sul collegamento elettrico (23); - accoppiare elettricamente, in una prima condizione operativa in cui detto segnale di controllo e alimentazione à ̈ presente sul collegamento elettrico, detto pannello solare (12) al collegamento elettrico (23); e - disaccoppiare elettricamente, in una seconda condizione operativa in cui detto segnale di controllo e alimentazione à ̈ assente sul collegamento elettrico, detto pannello solare (12) dal collegamento elettrico (23).
2. 2. Dispositivo elettronico (21) secondo la rivendicazione 1, comprendente: - un primo interruttore controllato (34a) atto ad accoppiare, nella prima condizione operativa, il pannello solare (12) al collegamento elettrico (23) e disaccoppiare, nella seconda condizione operativa, il pannello solare (12) dal collegamento elettrico (23); - un rilevatore di segnale (30), configurato per rilevare dette presenza e assenza del segnale di controllo e alimentazione (SOC) sul collegamento elettrico (23) e controllare in conduzione, durante la prima condizione operativa, e in interdizione, durante la seconda condizione operativa, il primo interruttore controllato (34a), così da accoppiare e, rispettivamente, disaccoppiare, il pannello solare (12) al/dal collegamento elettrico (23).
3. 3. Dispositivo elettronico (21) secondo la rivendicazione 2, comprendente inoltre un secondo interruttore controllato (34b), collegato in serie al primo interruttore controllato (34a), atto a migliorare, nella seconda condizione operativa, il disaccoppiamento elettrico tra il pannello solare (12) e il collegamento elettrico (23), il rilevatore di segnale (30) essendo inoltre configurato per: controllare in conduzione, durante la prima condizione operativa, e in interdizione, durante la seconda condizione operativa, il secondo interruttore controllato (34b), in cui, durante la prima condizione operativa, il secondo interruttore controllato (34b) Ã ̈ operato in conduzione prima del primo interruttore controllato (34a), e in cui, durante la seconda condizione operativa, il primo interruttore controllato (34a) Ã ̈ operato in interdizione prima del secondo interruttore controllato (34b).
4. 4. Dispositivo elettronico (21) secondo la rivendicazione 3, in cui detto primo interruttore controllato (34a) à ̈ un transistore a effetto di campo, detto secondo interruttore controllato (34b) à ̈ un relà ̈ bistabile.
5. 5. Dispositivo elettronico (21) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il segnale di controllo e alimentazione (SOC) à ̈ un segnale modulato in ampiezza e/o frequenza, ed à ̈ inoltre atto ad alimentare elettricamente detto dispositivo elettronico (21).
6. 6. Dispositivo elettronico (21) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un diodo di bypass (35) elettricamente accoppiato al collegamento elettrico (23) e collegato in parallelo a detto pannello solare (12), detto diodo di bypass (35) essendo configurato per entrare in conduzione durante detta seconda condizione operativa, in modo da bypassare detto pannello solare (12).
7. 7. Sistema elettronico per il controllo di uno o più pannelli solari (12) elettricamente accoppiati ad un collegamento elettrico (23a, 23b; 23) per erogare energia elettrica a detto collegamento elettrico, detto sistema comprendendo: - almeno un dispositivo di controllo (26, 26M) configurato per immettere sul collegamento elettrico (23) un segnale di controllo e alimentazione (SOC) modulato in ampiezza; e - un dispositivo elettronico (21) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6.
8. 8. Metodo per il controllo di un pannello solare (12) collegabile, mediante un collegamento elettrico (23), ad un dispositivo di controllo (26, 26M) che à ̈ configurato per immettere, su detto collegamento elettrico (23), un segnale di controllo e alimentazione (SOC) modulato, detto metodo comprendendo le fasi di: - rilevare la presenza e l’assenza di detto segnale di controllo e alimentazione (SOC) sul collegamento elettrico (23); - accoppiare elettricamente detto pannello solare (12) al collegamento elettrico (23) in una prima condizione operativa in cui detto segnale di controllo e alimentazione à ̈ presente sul collegamento elettrico (23); e - disaccoppiare elettricamente detto pannello solare (12) dal collegamento elettrico (23) in una seconda condizione operativa in cui detto segnale di controllo e alimentazione à ̈ assente sul collegamento elettrico (23).
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui il dispositivo elettronico (21) comprende un primo interruttore controllato (34a) collegato tra il pannello solare (12) e il collegamento elettrico (23), e un rilevatore di segnale (30), il metodo comprendendo inoltre le fasi di: - rilevare, mediante il rilevatore di segnale (30), dette presenza o assenza del segnale di controllo e alimentazione (SOC) sul collegamento elettrico; - nella prima condizione operativa, controllare in conduzione, mediante il rilevatore di segnale (30), il primo interruttore controllato per accoppiare il pannello solare (12) al collegamento elettrico (23); e - nella seconda condizione operativa, controllare in interdizione, mediante il rilevatore di segnale (30), il primo interruttore controllato per disaccoppiare il pannello solare (12) dal collegamento elettrico (23).
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui il dispositivo elettronico (21) comprende inoltre un secondo interruttore controllato (34b), collegato in serie al primo interruttore controllato (34a), il metodo comprendendo inoltre le fase di: - nella prima condizione operativa, controllare in conduzione, mediante il rilevatore di segnale (30), il secondo interruttore controllato per accoppiare il pannello solare (12) al collegamento elettrico (23); e - nella seconda condizione operativa, controllare in interdizione, mediante il rilevatore di segnale (30), il secondo interruttore controllato per disaccoppiare il pannello solare (12) dal collegamento elettrico (23), così da migliorare l’isolamento elettrico tra il pannello solare (12) e il collegamento elettrico (23), e in cui, durante la prima condizione operativa, la fase di controllare in conduzione il secondo interruttore controllato (34b) à ̈ eseguita prima della fase di controllare in conduzione il primo interruttore controllato (34a), e durante la seconda condizione operativa, la fase di controllare in interdizione il primo interruttore controllato (34a) à ̈ eseguita prima della fase di controllare in interdizione il secondo interruttore controllato (34b).