ITTV20110052A1 - Sistema ibrido monofase ed automatico con apparecchiatura dedicata per gestire l'energia prodotta da fonti rinnovabili - Google Patents

Description

SISTEMA IBRIDO MONOFASE ED AUTOMATICO CON

APPARECCHIATURA DEDICATA PER GESTIRE L’ENERGIA

PRODOTTA DA FONTI RINNOVABILI

[0001 ] Il presente trovato ha per oggetto un sistema ibrido ed un’apparecchiatura dedicata di gestione e programmazione elettrica prodotta da impianti di generazione da fonti rinnovabili dell’energia connessi ad una rete elettrica di distribuzione.

Campo d'applicazione

[0002] La connessione, nel nostro Paese, alla rete pubblica di I e II Categoria, Bassa Tensione e Media Tensione, di impianti di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili, ed in particolare quelli fotovoltaici, avviene in parallelo, in corrispondenza del punto di consegna dell'energia elettrica. Il regime di scambio dell'energia nel punto di consegna può assumere diverse configurazioni di carattere amministrativo, ma tecnicamente funziona sempre allo stesso modo. Più in dettaglio, l'impianto di generazione del Produttore viene esercito, istante per istante, alla massima potenza possibile, allo scopo di massimizzare la produzione ed i conseguenti rientri economici dell'investimento, sicché si possono avere due condizioni: a) se l'impianto è previsto per "cessione totale", tutta l'energia prodotta viene immessa nella rete pubblica;

b) se l'impianto invece è anche passivo, viene immessa in rete la parte di energia prodotta eccedente rispetto al fabbisogno dell'impianto del Produttore.

[0003] Con il consistente aumento degli impianti di generazione connessi, si evidenzia una sempre più frequente difficoltà della rete pubblica ad assorbire l'energia prodotta per veicolarla verso gli Utenti Passivi che sono quelle utenze di solo consumo, presso le quali il cliente finale, preleva l'energia elettrica per la quota di proprio uso finale da una rete di distribuzione con obbligo di connessione di terzi, non esercita l'attività di distribuzione e non ha una propria produzione di energia elettrica.

[0004] Ancora, l’aumentato fabbisogno d’energia degli utilizzatori, ed il conseguente aggravio dei costi, ha indotto il pubblico di riferimento a rivolgersi verso sistemi combinati di produzione d’energia, che contemplino ad esempio la fruizione di diverse fonti rinnovabili, come il fotovoltaico, eolico, idroelettrico.

Stato dell’arte

[0005] Una breve ricerca nell’ambito della letteratura brevettuale, ha consentito l’individuazione d’alcuni documenti anteriori, quali in particolare:

W02009075827 (Srybnik). E’ un sistema che genera energia idroelettrica trasportabile che è capace di essere montato completamente o parzialmente in una impostazione di fabbrica e quindi trasportati ad un flusso di acqua. Il sistema include acqua in canalizzazioni che aumentano la pressione esercitata dall’acqua all'interno del sistema e può comprendere una pompa per erogare acqua in pressione per agire ulteriormente sulle ruote nelle giranti dell'acqua. Il sistema può anche includere energia azionata dal vento o una pompa ad azionamento solare o entrambe le caratteristiche che servono inoltre a fornire acqua in pressione alle giranti sulle ruote dell'acqua. In tal modo le dette fonti possono diventare generatori di energia elettrica.

JP2008271704 (Togashi). Per consentire l’alimentazione stabile e costante di potenza a frequenza, nonché il livello richiesto per caricare batterie evitando il tempo di connessione con una sorgente di potenza commerciale (tempo d’utilizzo della sorgente di potenza commerciale) in concomitanza con rispettive energie quali l'energia eolica in energia elettrica, acqua, e l'energia solare. SOLUZIONE: Un generatore di potenza viene successivamente alimentato da un carica batteria e i carichi da uno qualsiasi dei generatori rimanenti anche quando l'energia generata da uno qualsiasi dei generatori è ridotta o la generazione alimentazione non può essere ottenuta.

JP2008263765 (Koizumi). Si provvede a salvare la potenza consumata o l'aumento della quantità di potenza attualmente generata allo scopo di determinare una richiesta di potenza poiché un metodo per utilizzare risorse/ambiente/acqua/aria è limitato anche se la quantità della potenza generata è convenzionalmente fissata sulla base delle risorse interrate/calore solare naturale/acqua/aria.

BG108507 (Tonchevii). E’ un sistema automatizzato ibrido che comprende un impianto termico, un convertitore ad energia solare contenente collettore solare fotovoltaico e generatori elettrici.

Il generatore elettrico ed una batteria elettrica sono collegati ad una rete elettrica esterna, un convertitore elettrico di accumulo di energia elettrica a corrente continua in corrente alternata, e viceversa, ed una unità alla quale sono collegati anche un riscaldatore elettrico ed uno scambiatore di calore. Il sistema è controllato da un'unità programmabile ottimizzando gli ingressi collegati alle uscite dei sensori di potenza elettrica consumata, a temperatura ambiente nei locali dell'edificio, e per la temperatura dell'acqua, utilizzato per abitazioni ove necessita, e ciascuna ed ogni delle sue uscite.

[0006] Tutto ciò considerato è ragionevole ritenere noto un dispositivo-sistema che interagisce con un inverter, per gestire e controllare la sorgente di produzione di energia DC, quale quella originata da un generatore a celle solari o energia fotovoltaica del tipo connesso ad una rete di alimentazione commerciale di energia AC.

Inconvenienti

[0007] Le soluzioni note presentano, a parere del richiedente, alcuni inconvenienti. In particolare, attualmente, per l'esercizio temporaneo d’impianti di produzione di energia elettrica anche in aree critiche è in certi casi possibile accedere al cosiddetto regime di solo autoconsumo, ovvero alla connessione dell'impianto alla rete pubblica, ma con il vincolo di non immettere energia in tale rete. In altri casi ancora, in quelle zone dove non c’è sempre la possibilità di consumare l’energia alternativa e quindi sussiste il problema dell’immissione in rete per poi distribuirla, vi è il fatto che molta di questa energia così prodotta si consuma durante il trasporto a causa delle dispersioni. In linea di principio questa perdita, grava comunque sull’allungamento del periodo di ammortamento degli impianti che l’ha prodotta.

[0008] Ancora, le soluzioni indicate nello stato dell’arte sembrano non offrire dispositivi o sistemi efficaci in grado di gestire ed ottimizzare la produzione d’energia elettrica originata da una serie di generatori d’energia da fonti rinnovabili.

[0009] Tutto ciò considerato è ragionevole la necessità per le imprese del settore d’individuare delle soluzioni innovative o quantomeno migliorative ed in grado di superare almeno i problemi poc’anzi rilevati.

Riassunto del trovato

[0010] Questi ed altri scopi, sono raggiunti con la presente innovazione secondo le caratteristiche di cui alle annesse rivendicazioni, risolvendo i problemi esposti mediante un sistema in cui l’energia elettrica giornaliera prodotta da una serie di generatori di energia da fonti rinnovabili durante le ore diurne o notturne è, per il tramite d’una apparecchiatura dedicata, direttamente fruibile essendo collegata all’utenza e al tempo stesso, tramite un banco di batterie contenuto nell’apparecchiatura, il sistema provvede a fornire elettricità per picchi di consumo fino a 3kW o 5kW. Qualora l’energia elettrica prodotta dagli impianti non sia sufficiente e qualora anche le batterie siano scariche, il sistema preleverà automaticamente dalla rete elettrica o dal generatore d’energia, la quantità d’energia da rete elettrica necessaria al carico dell’utenza, fino a quando le energie degli impianti da fonti rinnovabili non compenseranno tale prelievo d’energia. Nel caso opposto, in cui ci sia una sovrapproduzione d’energia alternativa prodotta dagli impianti da fonti rinnovabili, il sistema provvederà a trasferire l’energia elettrica in eccesso al boiler scaldacqua per uso sanitario.

Scopi

[001 1 ] In tal modo, attraverso il notevole apporto creativo il cui effetto costituisce un immediato e non trascurabile progresso tecnico, sono conseguiti diversi e ragguardevoli scopi.

[001 2] Un primo scopo è stato quello di modulare la produzione di energia elettrica in termini di potenza seguendo il profilo di carico del Produttore, di modo tale da coprire il più possibile il fabbisogno del Produttore stesso ed impedire nel contempo lo spreco di energia in eccesso.

[001 3] Un secondo scopo è quello di realizzare e gestire modalità di scambio d’energia con la rete pubblica secondo modelli, variabili e programmabili. In particolare, evitando il tradizionale sistema di stand-alone, la soluzione oggetto del presente trovato, è particolarmente indicata per rendere indipendente unità abitative e piccole realtà industriali. Unendo le fonti rinnovabili, quali eolico, fotovoltaico e idroelettrico è possibile alimentare direttamente l’utenza, solo una parte di esse sarà destinata alle batterie in modo da risultare sempre carico in caso di necessità. In caso di assorbimento abitativo basso, il sistema dissipa la potenza prodotta su uno scaldacqua elettrico o su qualunque altro carico di tipo resistivo.

[0014] Un ulteriore vantaggio del ritrovato è rappresentato dalla possibilità di attivare o alternativamente disattivare l’apparecchiatura di gestione e programmazione dello scambio di energia elettrica sulla base dell'effettivo stato di esercizio della Rete.

[0015] In conclusione, questi vantaggi, hanno il pregio non trascurabile, di conseguire un sistema ottimizzato con un’apparecchiatura, di gestione e programmazione dello scambio di energia elettrica, ad elevato contenuto tecnologico.

[0016] Questi ed altri vantaggi appariranno dalla successiva particolareggiata descrizione d’una soluzione preferenziale di realizzazione con l'aiuto dei disegni schematici allegati i cui particolari d’esecuzione non sono da intendersi limitativi ma solo ed esclusivamente esemplificativi.

Contenuto dei disegni

□ La Figura 1 è il diagramma di flusso del sistema con l’apparecchiatura di gestione e programmazione dello scambio di energia elettrica oggetto del presente trovato applicata ad un’utenza connessa a rete pubblica.

Pratica esecuzione del trovato

[0017] La presente innovazione, si riferisce ad un sistema ibrido monofase di gestione (Fig. 1 ) dell’energia prodotta fa fonti rinnovabili il quale è provvisto di una apparecchiatura dedicata (10) in modo tale da gestire e scambiare in modo ottimale l’energia prodotta da impianti da fonti rinnovabili, come l’impianto fotovoltaico (100), l’impianto eolico (1 10), l’impianto idroelettrico (120) e far sì che detta energia così prodotta possa essere gestita con l’energia da rete elettrica (200) o da generatore gruppo elettrogeno (300).

[0018] Più in particolare, l’apparecchiatura dedicata (10) si compone d’una struttura (1 1 ), ad esempio mobile, la quale comprende al suo interno un’unità logica di controllo e gestione programmabile (1 2) ed almeno un dispositivo inverter (1 3). Alla detta apparecchiatura dedicata (10) è altresì associato un banco batterie per spunto (20).

[0019] Ancora più in dettaglio, nel sistema ibrido oggetto del presente trovato l’apparecchiatura dedicata (10) che alimenta le utenze domestiche (400) viene posizionata nel sistema oggetto del presente trovato, in modo tale da risultare a valle dell’impianto fotovoltaico (100), dell’impianto eolico (1 10), e dell’impianto idroelettrico (1 20), e di modo tale da collegare i detti impianti di energia da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20) alla detta apparecchiatura dedicata (10). Alla detta apparecchiatura dedicata (10) ed a valle del collegamento con i detti impianti di energia da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20), vi è la connessione con la rete elettrica (200) ed un gruppo elettrogeno (300). Infine sempre la detta apparecchiatura dedicata (10) è collegata ad un boiler scaldacqua (30).

[0020] Nel sistema descritto, l’energia prodotta da più fonti alternative come le fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20) viene ad essere per il tramite dell’apparecchiatura dedicata (10) ottimizzata, in modo tale da soddisfare il consumo diretto al carico dell’utenza (400). Nel contempo ne distribuisce una parte al banco batterie (20) al fine di garantire il consumo medio giornaliero con picchi sino a 3kW o 5kW, ed al boiler elettrico scaldacqua sanitaria (30). Solo in caso di mancanza di sole per l'impianto fotovoltaico (100), di vento per l’eolico (1 10) di acqua per quello idroelettrico (120), e con il banco batterie (20) in una condizione esaurita, il sistema per il tramite dell’apparecchio dedicato (10), preleverà automaticamente dalla rete elettrica (200) o da gruppo elettrogeno (300), l’energia elettrica necessaria per l’utenza inserita (400), sino a quando almeno uno dei detti impianti di produzione d’energia da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20) non permetterà il ripristino dell’energia consumata, per il boiler scaldacqua sanitaria (30) e per il banco batteria (20), disinserendo automaticamente la connessione alla rete elettrica (200) e al gruppo elettrogeno (300). Si può intuire coome il sistema oggetto del presente trovato, sia sostanzialmente adatto per utenze abitative o piccole attività con picchi sino a 5kW, collegate tra loro al singolo sistema o a più sistemi.

Alcuni test hanno consentito una verifica del risparmio complessivo, ottimizzando i consumi, sino ad una riduzione annua compresa tra 3000/6000kW e 10000 kW a seconda della tipologia d’impianto.

[0021 ] Il sistema sopra descritto, operativamente può comprendere un impianto fotovoltaico (100) composto, ad esempio, da 6 moduli da 230W per complessivi 1 380kWP. L’impianto eolico (1 10) da 1 ,5kWp è composto da un generatore eolico orizzontale. L’impianto idroelettrico da 1 ,5 kWp è composto da una microturbina ed alternatore installato alla fonte idrica. L’apparecchiatura dedicata (10) contiene un banco batterie (20), ed è collegata al quadro elettrico dell’utenza (400) o al contatore dell’abitazione/attività. Un generatore elettrico (300) assiste il sistema descritto ed è del tipo da 6 kW con avviamento automatico, di modo tale che il generatore (300) si azioni e si spenga autonomamente solo quando vi è necessità.

Legenda

(10) apparecchiatura dedicata

(1 1 ) struttura di contenimento

(12) unità logica di controllo e gestione programmabile

(13) dispositivo inverter

(20) banco batterie per spunto

(30) boiler elettrico scaldacqua sanitaria (100) impianto fotovoltaico

(110) impianto eolico

(120) impianto idroelettrico

(200) energia da rete elettrica

(300) generatore gruppo elettrogeno (400) utenze domestiche

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Un sistema ibrido di gestione e programmazione dello scambio di energia elettrica prodotta da impianti di generazione (100, 1 10, 120) da fonti rinnovabili connessi ad una rete elettrica di distribuzione commerciale (200), caratterizzato dal fatto che l’energia elettrica prodotta da impianti di generazione (100, 1 10, 1 20) durante le ore diurne o notturne è, per il tramite d’una apparecchiatura dedicata (10), direttamente fruibile essendo collegata all’utenza (400) e al tempo stesso, tramite un banco di batterie (20) contenuto nell’apparecchiatura dedicata (10), provvede a fornire elettricità per picchi di consumo fino a 5kW, di modo tale che qualora l’energia elettrica prodotta dagli impianti di generazione (100, 1 10, 1 20) non sia sufficiente e qualora anche le batterie di cumulo (20) siano scariche, il sistema preleverà automaticamente dalla rete elettrica (200) o dal generatore d’energia (300), la quantità d’energia da rete elettrica necessaria al carico dell’utenza (400), fino a quando le energie degli impianti da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20) non compenseranno tale prelievo d’energia; ed in cui nel caso in cui ci sia una sovrapproduzione d’energia alternativa prodotta dagli impianti da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20), il sistema provvederà a trasferire l’energia elettrica in eccesso al boiler scaldacqua (30) per uso sanitario.
2. 2. Apparecchiatura dedicata (10), per un sistema ibrido di gestione e programmazione dello scambio di energia elettrica prodotta da impianti di generazione (100, 1 10, 1 20) da fonti rinnovabili connessi ad una rete elettrica di distribuzione commerciale caratterizzata dal fatto che l’apparecchiatura dedicata (10) che alimenta le utenze domestiche (400) viene posizionata in modo tale da risultare a valle dell’impianto fotovoltaico (100), dell’impianto eolico (1 10), e dell’impianto idroelettrico (1 20), e di modo tale da collegare i detti impianti di energia da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20) alla detta apparecchiatura dedicata (10), ed in cui alla detta apparecchiatura dedicata (10) ed a valle del collegamento con i detti impianti di energia da fonti rinnovabili (100, 1 10, 1 20), vi è la connessione con la rete elettrica (200) ed un gruppo elettrogeno (300), detta apparecchiatura dedicata (10) essendo collegata ad un boiler scaldacqua (30).