ITVI20090180A1 - POWER SUPPLY FOR AN ELECTRIC LOAD, POWER SUPPLY SYSTEM OR COUPLING OF A FIRST ELECTRIC POWER SOURCE WITH ONE OR MORE AUXILIARY ELECTRIC POWER SOURCES AND RELATED METHOD. - Google Patents
POWER SUPPLY FOR AN ELECTRIC LOAD, POWER SUPPLY SYSTEM OR COUPLING OF A FIRST ELECTRIC POWER SOURCE WITH ONE OR MORE AUXILIARY ELECTRIC POWER SOURCES AND RELATED METHOD. Download PDFInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale avente titolo “DISPOSITIVO PER L’ALIMENTAZIONE DI UN CARICO ELETTRICO, SISTEMA DI ALIMENTAZIONE 0 ACCOPPIAMENTO DI UNA PRIMA SORGENTE DI POTENZA ELETTRICA CON UNA O PIÙ SORGENTI DI POTENZA ELETTRICA AUSILIARIE E RELATIVO METODO” of the patent for industrial invention entitled "DEVICE FOR POWERING AN ELECTRIC LOAD, POWER SUPPLY SYSTEM OR COUPLING A FIRST ELECTRICAL POWER SOURCE WITH ONE OR MORE AUXILIARY ELECTRIC POWER SOURCES AND RELATIVE METHOD"
La presente invenzione riguarda il settore dei sistemi di alimentazione di una o più utenze elettriche. The present invention relates to the sector of power supply systems for one or more electrical users.
Più in particolare riguarda un dispositivo ed un sistema per alimentare un carico elettrico preferibilmente in corrente alternata con una o più sorgenti di alimentazione, nonché un metodo di accoppiamento di almeno una prima sorgente principale di potenza elettrica con almeno una sorgente ausiliaria di potenza elettrica per alimentare un carico. More specifically, it relates to a device and a system for powering an electric load preferably in alternating current with one or more power sources, as well as a method of coupling at least a first main source of electric power with at least one auxiliary source of electric power to power load.
Più precisamente l’invenzione concerne un sistema di alimentazione di una o più utenze elettriche che permette di alimentare dette utenze elettriche attraverso il collegamento tra una sorgente di corrente alternata ed una o più sorgenti di corrente ausiliarie (continua e/o alternata). More precisely, the invention concerns a power supply system for one or more electrical users that allows to power said electrical users through the connection between an alternating current source and one or more auxiliary current sources (direct and / or alternating).
In particolare, la presente invenzione è applicabile ai dispositivi e sistemi di alimentazione/accoppiamento tra la rete elettrica pubblica, intesa come la sorgente di potenza principale in corrente alternata, ed almeno un’altra sorgente di potenza ausiliaria, ad esempio scelta tra una sorgente fotovoltaica, una sorgente ad accumulatore di energia, una sorgente a cella a combustibile, una sorgente eolica, un gruppo elettrogeno con motore a combustione, una centrale a biogas destinate alla alimentazione di un carico (utenza finale). In particular, the present invention is applicable to power supply / coupling devices and systems between the public electricity grid, intended as the main AC power source, and at least one other auxiliary power source, for example chosen from a photovoltaic source. , an accumulator source of energy, a fuel cell source, a wind source, a generator with combustion engine, a biogas power plant intended to power a load (end user).
Più precisamente la presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per alimentare un carico con una sorgente di corrente alternata (non necessariamente la rete pubblica) ed almeno una sorgente di corrente ausiliaria. More precisely, the present invention refers to a device for supplying a load with an alternating current source (not necessarily the public network) and at least one auxiliary current source.
La presente invenzione si riferisce inoltre ad un sistema di alimentazione di un carico che prevede un tale dispositivo di alimentazione. The present invention also relates to a power supply system for a load which provides such a power supply device.
La presente invenzione si riferisce anche ad un metodo di accoppiamento di almeno una prima sorgente principale di potenza elettrica alternata con almeno una sorgente a ausiliaria di potenza elettrica per alimentare un carico elettrico, fermo restando che per alimentare il carico basta avere almeno una sorgente disponibile. The present invention also refers to a method of coupling at least a first main source of alternating electrical power with at least one auxiliary source of electrical power to power an electrical load, it being understood that to power the load it is sufficient to have at least one source available.
DESCRIZIONE DELLO STATO DELLA TECNICA. DESCRIPTION OF THE STATE OF THE ART.
La crescente richiesta di energia elettrica da parte di ogni genere di utenza, e il costo che questa comporta, ha favorito la diffusione di sistemi di alimentazione tramite sorgenti elettriche alternative chiamate fonti alternative alla rete pubblica e/o sorgenti di potenza elettrica ausiliarie. Tra i sistemi di alimentazione alternative più apprezzati si annoverano quelli che sfruttano le energie rinnovabili, come il sole o il vento. Tuttavia tali sistemi di alimentazione non sono in grado di fornire da soli ed in ogni circostanza tutta l’energia elettrica richiesta da un utente (carico elettrico). Per risolvere tale inconveniente la tecnica nota ha proposto sistemi che accoppiano sorgenti di corrente elettrica alternative chiamate sorgenti ausiliarie alla rete pubblica. Un ulteriore incentivo allo sviluppo di tali sistemi è derivato dalla possibilità di immettere in rete la corrente eventualmente prodotta in surplus dalle sorgenti alternative (sorgenti ausiliarie), derivandone anche un guadagno in termini monetari. The growing demand for electricity by all types of users, and the cost that this entails, has favored the spread of power supply systems through alternative electrical sources called alternative sources to the public grid and / or auxiliary electrical power sources. Among the most popular alternative power systems are those that exploit renewable energy, such as the sun or wind. However, these power supply systems are not able to supply all the electricity required by a user (electrical load) by themselves and in all circumstances. To solve this drawback, the known art has proposed systems that couple alternative electric current sources called auxiliary sources to the public network. A further incentive for the development of these systems derives from the possibility of injecting into the grid any current produced in surplus from alternative sources (auxiliary sources), also resulting in a gain in monetary terms.
Tali sistemi di accoppiamento devono sottostare a severe norme di sicurezza quali la presenza di sistemi di protezione che impediscano alla corrente prodotta dalle sorgenti alternative (sorgenti ausiliarie) di fluire nella rete pubblica in caso di black out o di manutenzione di quest’ultima. Inoltre tali sistemi devono prevedere appositi sistemi di controllo della qualità dell’energia immessa (tensione, frequenza e contenuto armonico della forma d’onda) per evitare malfunzionamenti sia alla rete che all’utenza finale. These coupling systems must be subject to strict safety standards such as the presence of protection systems that prevent the current produced by alternative sources (auxiliary sources) from flowing into the public network in the event of a blackout or maintenance of the latter. In addition, these systems must provide for appropriate control systems for the quality of the energy input (voltage, frequency and harmonic content of the waveform) to avoid malfunctions both to the network and to the final user.
Queste ed altre esigenze fanno si che gli attuali sistemi di accoppiamento siano molto complicati e comprendano sistemi di controllo che monitorano continuamente lo stato di funzionamento, ed eventualmente azionano interruttori per interrompere l’alimentazione del carico o l’immissione di corrente in rete. These and other needs mean that the current coupling systems are very complicated and include control systems that continuously monitor the operating status, and possibly activate switches to interrupt the power supply to the load or the input of current into the network.
Di conseguenza, il costo dei dispositivi e dei sistemi di accoppiamento noti è molto elevato ed, anche se mitigato dalla vendita dell’energia prodotta in surplus, viene recuperato in tempi molto lunghi. Inoltre, in tali sistemi sono previste delle sorgenti alternative di corrente (sorgenti ausiliarie) di capacità produttiva elevata. Consequently, the cost of known coupling devices and systems is very high and, even if mitigated by the sale of the energy produced in surplus, it is recovered in a very long time. Furthermore, in these systems alternative current sources (auxiliary sources) of high production capacity are provided.
I sistemi di controllo adottati, inoltre, fanno sì che le sorgenti di energia da fonti alternative (sorgenti ausiliarie) vengano sfruttate per l’alimentazione del carico solo come ausilio alla rete. The control systems adopted also ensure that the energy sources from alternative sources (auxiliary sources) are used to power the load only as an aid to the network.
Un esempio di tali sistemi di accoppiamento è descritto nella domanda di brevetto internazionale W02005/1 17245 in cui una serie di pannelli solari è collegata ciascuna ad un proprio dispositivo invertitore di corrente che converte la corrente continua prodotta dal pannello in corrente alternata per immetterla in rete. Ciascun dispositivo invertitore di corrente comprende al suo interno un sistema di controllo che scambia informazioni sullo stato del sistema con un bus di segnale a cui sono collegati anche gli altri dispositivi invertitori. An example of such coupling systems is described in the international patent application W02005 / 1 17245 in which a series of solar panels is each connected to its own current inverter device which converts the direct current produced by the panel into alternating current to feed it into the grid. . Each current inverter device includes a control system that exchanges information on the system status with a signal bus to which the other inverter devices are also connected.
Un secondo esempio è descritto nella domanda di brevetto americana US2003/197429 in cui una serie di pannelli solari fotovoltaici è collegata ad un dispositivo invertitore di corrente per trasformare la corrente continua da essa prodotta in corrente alternata che può essere accoppiata alla rete. Un sistema di controllo riceve informazioni da vari punti del sistema e dal carico e interrompe il collegamento tra il dispositivo invertitore e la rete in funzione della potenza richiesta. A second example is described in the American patent application US2003 / 197429 in which a series of photovoltaic solar panels is connected to a current inverter device to transform the direct current produced by it into alternating current which can be coupled to the grid. A control system receives information from various points in the system and from the load and breaks the connection between the inverter device and the grid according to the required power.
Entrambi gli esempi ben dimostrano le complicazioni costruttive e il conseguente spreco di potenza erogabile dalle sorgenti alternative in caso di black out dalla rete (inteso come guasto o manutenzione), oltre che la cessazione di alimentazione al carico. Both examples well demonstrate the construction complications and the consequent waste of power that can be supplied by the alternative sources in the event of a blackout from the grid (understood as failure or maintenance), as well as the cessation of power supply to the load.
A ciò va aggiunto che i sistemi attuali di monitoraggio della rete per isolare il carico possono non funzionare correttamente perché se vi sono molteplici impianti di questo genere eroganti energia in una rete è possibile che essi si “autosostengano” impedendo così la messa in sicurezza della rete. To this it must be added that the current grid monitoring systems to isolate the load may not work correctly because if there are multiple systems of this kind supplying energy in a grid it is possible that they "self-sustain" thus preventing the safety of the grid. .
Scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo ed un sistema per alimentare un carico elettrico con una sorgente di potenza elettrica alternata principale (non necessariamente la rete pubblica) ed una sorgente di potenza elettrica ausiliaria, i quali siano in grado di sfruttare al massimo le capacità di alimentazione del carico della almeno una sorgente di corrente ausiliaria il tutto rispettando le esigenze di protezione della rete pubblica e del carico da alimentare. The purpose of the present invention is to provide a device and a system for powering an electrical load with a main alternating electrical power source (not necessarily the public network) and an auxiliary electrical power source, which are able to make the most of the load power supply capacity of at least one auxiliary current source, all while respecting the protection requirements of the public network and of the load to be powered.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo semplice e poco costoso. Another object of the present invention is to provide a simple and inexpensive device.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo affidabile che non richieda particolare manutenzione. A further object of the present invention is to provide a reliable device which does not require particular maintenance.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di alimentazione di un carico elettrico che prevede un tale dispositivo di alimentazione. Another object of the present invention is to provide a power supply system for an electrical load which includes such a power supply device.
Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo di accoppiamento di almeno una prima sorgente principale di potenza elettrica alternata con almeno una sorgente ausiliaria di potenza elettrica per alimentare un carico elettrico, che sia in grado di sfruttare al massimo le capacità di alimentazione del carico della almeno una sorgente di corrente ausiliaria. A further object of the present invention is to provide a method of coupling at least a first main source of alternating electrical power with at least one auxiliary source of electrical power to power an electrical load, which is able to make the most of the power supply capacities. load of the at least one auxiliary current source.
SOMMARIO DELLA PRESENTE INVENZIONE. SUMMARY OF THE PRESENT INVENTION.
L’invenzione si basa sulla considerazione generale che dette una o più sorgenti di energia ausiliarie (fonti alternative) vengano sfruttate al massimo per l’alimentazione dell’utenza (carico) e non solo come ausilio alla rete o per il solo scopo di guadagno. The invention is based on the general consideration that said one or more auxiliary energy sources (alternative sources) are exploited to the maximum for powering the user (load) and not only as an aid to the network or for the sole purpose of gain.
Una ulteriore considerazione generale su cui si basa la presente invenzione è che il dimensionamento delle sorgenti alternative di corrente (sorgenti ausiliarie) venga effettuato pensando alle effettive necessità di alimentazione dell’utenza e, più in particolare, che il dimensionamento di detta almeno una sorgente ausiliaria possa essere calcolato in base alle effettive necessità del carico da alimentare. A further general consideration on which the present invention is based is that the sizing of the alternative current sources (auxiliary sources) is carried out considering the actual power supply needs of the user and, more particularly, that the sizing of said at least one auxiliary source can be calculated based on the actual needs of the load to be fed.
Secondo un suo primo aspetto l’invenzione comprende un dispositivo per alimentare un carico elettrico comprendente: According to its first aspect, the invention comprises a device for powering an electrical load comprising:
- almeno un ingresso principale atto ad essere collegato ad almeno una sorgente di potenza elettrica alternata principale; - at least one main input adapted to be connected to at least one main alternating electric power source;
- almeno un ingresso ausiliario atto ad essere collegato ad almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria; - almeno una uscita atta ad essere collegata ad un carico da alimentare; - at least one auxiliary input adapted to be connected to at least one auxiliary electric power source; - at least one output suitable for being connected to a load to be powered;
il quale comprende inoltre mezzi atti a realizzare un collegamento elettrico in parallelo ed in corrente continua tra detto almeno un ingresso principale e detto almeno un ingresso ausiliario, detti mezzi essendo elettricamente connessi a detta almeno una uscita; detto dispositivo prevedendo che tutta la potenza fornita da detta sorgente ausiliaria venga sempre fornita a detta uscita e che detta sorgente principale intervenenga quando la potenza richiesta da detto carico è superiore alla potenza fornita da detta sorgente ausiliaria. which further comprises means for making an electrical connection in parallel and in direct current between said at least one main input and said at least one auxiliary input, said means being electrically connected to said at least one output; said device providing that all the power supplied by said auxiliary source is always supplied to said output and that said main source intervenes when the power required by said load is greater than the power supplied by said auxiliary source.
L'invenzione riguarda inoltre un sistema di alimentazione di un carico elettrico comprendente almeno una sorgente principale di potenza elettrica alternata, almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria nonché un dispositivo di alimentazione del tipo sopradetto, detta almeno una sorgente principale di potenza elettrica alternata essendo elettricamente connessa a detto almeno un ingresso principale, detta almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria essendo elettricamente connessa a detto almeno un ingresso ausiliario, e detto carico essendo elettricamente connesso a detta almeno una uscita. The invention also relates to a power supply system for an electrical load comprising at least one main source of alternating electrical power, at least one source of auxiliary electrical power as well as a power supply device of the aforementioned type, said at least one main source of alternating electrical power being electrically connected to said at least one main input, said at least one auxiliary electrical power source being electrically connected to said at least one auxiliary input, and said load being electrically connected to said at least one output.
L'invenzione riguarda anche un metodo di accoppiamento di almeno una prima sorgente principale di potenza elettrica alternata con almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria per alimentare un carico elettrico nel quale la potenza elettrica generata da detta sorgente ausiliaria è sempre fornita a detto carico, facendo intervenire detta sorgente principale soltanto qualora la potenza elettrica fornita da detta sorgente ausiliaria sia inferiore alla potenza elettrica richiesta da detto carico. The invention also relates to a method of coupling at least a first main source of alternating electrical power with at least one source of auxiliary electrical power to supply an electrical load in which the electrical power generated by said auxiliary source is always supplied to said load, making intervene said main source only if the electric power supplied by said auxiliary source is lower than the electric power required by said load.
Le rivendicazioni dipendenti costituiscono ulteriori vantaggiose formulazioni della presente invenzione. The dependent claims constitute further advantageous formulations of the present invention.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, fatta con riferimento ai disegni allegati e data a titolo di esempio non limitativo. In tali disegni: BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the following detailed description of its preferred embodiments, made with reference to the attached drawings and given by way of non-limiting example. In such drawings:
- la figura 1 è uno schema rappresentativo di un sistema di alimentazione di un’abitazione in cui è integrato un sistema di accoppiamento secondo la presente invenzione; - Figure 1 is a representative diagram of a power supply system of a house in which a coupling system according to the present invention is integrated;
- la figura 2 è uno schema elettrico di un sistema di accoppiamento secondo la presente invenzione; Figure 2 is an electrical diagram of a coupling system according to the present invention;
- la figura 2a mostra uno schema rappresentativo di un altro esempio di sistema di accoppiamento secondo la presente invenzione; figure 2a shows a representative diagram of another example of coupling system according to the present invention;
- la figura 3 è uno schema elettrico di un primo tipo di raddrizzatore di corrente utilizzabile nel sistema di accoppiamento di figura 2; Figure 3 is an electrical diagram of a first type of current rectifier usable in the coupling system of Figure 2;
- la figura 4 è uno schema elettrico di un secondo tipo di raddrizzatore di corrente utilizzabile nel sistema di accoppiamento di figura 2; Figure 4 is an electrical diagram of a second type of current rectifier usable in the coupling system of Figure 2;
- la figura 5 è uno schema elettrico di un dispositivo invertitore di corrente utilizzabile nel sistema di accoppiamento di figura 2. Figure 5 is an electrical diagram of a current inverting device usable in the coupling system of Figure 2.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PRESENTE DETAILED DESCRIPTION OF THIS PRESENT
INVENZIONE INVENTION
Nonostante la presente invenzione venga descritta nel seguito con riferimento alle sue forme di realizzazione rappresentata nelle tavole di disegno, la presente invenzione non è limitata alle forme di realizzazione descritte nel seguito e rappresentate nelle tavole di disegno. Although the present invention is described below with reference to its embodiments represented in the drawing tables, the present invention is not limited to the embodiments described below and represented in the drawing tables.
Al contrario, le forme di realizzazione descritte e rappresentate nelle tavole di disegno chiariscono alcuni aspetti della presente invenzione, lo scopo della quale è definito dalle rivendicazioni. On the contrary, the embodiments described and represented in the drawing tables clarify some aspects of the present invention, the purpose of which is defined by the claims.
La figura 1 illustra il principio di funzionamento di un dispositivo di un sistema di alimentazione secondo la presente invenzione. Figure 1 illustrates the operating principle of a device of a power supply system according to the present invention.
Più precisamente il dispositivo 100 per alimentare un carico elettrico, comprende: More precisely, the device 100 for powering an electrical load comprises:
- almeno un ingresso principale 25 atto ad essere collegato ad almeno una sorgente di potenza elettrica alternata principale 10; - at least one main input 25 adapted to be connected to at least one main alternating electric power source 10;
- almeno un ingresso ausiliario 48 atto ad essere collegato ad almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria 20; - at least one auxiliary input 48 adapted to be connected to at least one auxiliary electric power source 20;
almeno una uscita 55 atta ad essere collegata ad un carico da alimentare 5; at least one output 55 suitable for being connected to a load to be powered 5;
- mezzi 15 atti a realizzare un collegamento elettrico in parallelo ed in corrente continua tra detto almeno un ingresso principale 25 e detto almeno un ingresso ausiliario 48, detti mezzi 15 essendo elettricamente connessi a detta almeno una uscita 55; detto dispositivo prevedendo che tutta la potenza fornita da detta sorgente ausiliaria 20 venga sempre fornita a detta uscita 55 e che detta sorgente principale 25 intervenenga quando la potenza richiesta da detto carico 5 è superiore alla potenza fornita da detta sorgente ausiliaria 20. - means 15 for making an electrical connection in parallel and in direct current between said at least one main input 25 and said at least one auxiliary input 48, said means 15 being electrically connected to said at least one output 55; said device providing that all the power supplied by said auxiliary source 20 is always supplied to said output 55 and that said main source 25 intervenes when the power required by said load 5 is greater than the power supplied by said auxiliary source 20.
Per quanto concerne il sistema di alimentazione 1 esso comprende almeno una sorgente principale 10 di potenza elettrica alternata, almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria 20 ed un dispositivo 100 di accoppiamento sopradetto, detta almeno una sorgente principale di potenza elettrica alternata 10 essendo elettricamente connessa a detto almeno un ingresso principale, detta almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria essendo elettricamente connessa a detto almeno un ingresso ausiliario 48, e detto carico 5 essendo elettricamente connesso a detta almeno una uscita 55. Più precisamente, nelle succitate figure il carico da alimentare, qui rappresentato in modo non limitativo da una utenza domestica 5 (carico), è collegato elettricamente ad una prima sorgente di potenza elettrica in corrente alternata 10 costituita dalla rete elettrica pubblica e ad una sorgente di potenza elettrica ausiliaria costituita nell’esempio da una fonte fotovoltaica 20 (pannello solare). Il carico 5 può essere alimentato tramite la rete elettrica pubblica 10 e/o la fonte 20 grazie ai mezzi 15 atti a realizzare il collegamento in parallelo ed in corrente continua tra la rete elettrica si pubblica 10 e la fonte 20. As regards the power supply system 1, it comprises at least one main source 10 of alternating electrical power, at least one source of auxiliary electrical power 20 and an aforementioned coupling device 100, said at least one main source of alternating electrical power 10 being electrically connected to said at least one main input, said at least one auxiliary electrical power source being electrically connected to said at least one auxiliary input 48, and said load 5 being electrically connected to said at least one output 55. More precisely, in the aforementioned figures the load to be powered, represented here in a non-limiting way by a domestic user 5 (load), it is electrically connected to a first source of alternating current electrical power 10 constituted by the public electricity network and to an auxiliary electrical power source constituted in the example by a photovoltaic source 20 (solar panel). The load 5 can be powered by the public electricity network 10 and / or the source 20 thanks to the means 15 suitable for making the connection in parallel and in direct current between the public electricity network 10 and the source 20.
La rete elettrica pubblica 10 è qui da intendersi come esempio non limitativo di una prima sorgente di potenza elettrica principale di corrente alternata usata per alimentare il carico. In alternativa ad essa, per esempio, tale sorgente può essere una centrale di quartiere o una centrale a gas privata o condominiale, o una sorgenti similare. The public electrical network 10 is intended here as a non-limiting example of a first source of main electrical power of alternating current used to power the load. As an alternative to it, for example, this source can be a district power plant or a private or condominium gas power plant, or a similar source.
Anche la fonte fotovoltaica 20 è utilizzata nel seguito come esempio non limitativo di una sorgente di potenza elettrica ausiliaria per l’alimentazione del carico 5, come si vedrà anche in seguito. The photovoltaic source 20 is also used below as a non-limiting example of an auxiliary electrical power source for powering the load 5, as will also be seen below.
La figura 2 illustra il sistema di collegamento elettrico in parallelo 15 del sistema di alimentazione 1 di figura 1. Secondo lo schema di figura 2 il sistema di accoppiamento 15 comprende un ingresso principale 25 (chiamato in seguito anche collegamento elettrico di ingresso) con la rete 10, un dispositivo raddrizzatore di corrente 30 per trasformare la corrente alternata proveniente dalla rete 10 in corrente continua, almeno due elementi conduttori 32 e 33 per formare un collegamento elettrico tra l’uscita del dispositivo raddrizzatore di corrente 30 e l’ingresso di un dispositivo invertitore di corrente 40 (in figura 5 è mostrato un esempio di invertitore con filtro F), atto a invertire una corrente continua in corrente alternata. Figure 2 illustrates the parallel electrical connection system 15 of the power supply system 1 of Figure 1. According to the diagram of Figure 2, the coupling system 15 comprises a main input 25 (hereinafter also referred to as electrical input connection) with the network 10, a current rectifier device 30 for transforming the alternating current from the network 10 into direct current, at least two conducting elements 32 and 33 to form an electrical connection between the output of the current rectifier device 30 and the input of a device current inverter 40 (Figure 5 shows an example of an inverter with filter F), suitable for inverting a direct current into alternating current.
Il dispositivo 15 comprende inoltre una coppia di elementi conduttori 37 e 38 terminanti ad una loro estremità in un collegamento 48 con la fonte di potenza elettrica ausiliaria 20 (fonte fotovoltaica comprendente un pannello solare), e all’estremità opposta in rispettivi punti di connessione 42 e 43 rispettivamente con l’elemento conduttore 32 e l’elemento conduttore 33. The device 15 also comprises a pair of conductive elements 37 and 38 terminating at one end in a connection 48 with the auxiliary electric power source 20 (photovoltaic source including a solar panel), and at the opposite end in respective connection points 42 and 43 respectively with the driving element 32 and the driving element 33.
II sistema prevede anche, preferibilmente, ma non necessariamente, che tra detta fonte di potenza elettrica ausiliaria 20 e detti punti di connessione 42 e 43 sia disposto un convertitore DC-DC 39, preferibilmente di topologia “Boost” per ottimizzare e sfruttare al meglio il flusso di energia proveniente dalla fonte fotovoltaica 20. The system also provides, preferably, but not necessarily, that between said auxiliary electrical power source 20 and said connection points 42 and 43 there is a DC-DC converter 39, preferably with a "Boost" topology to optimize and make the most of the energy flow from the photovoltaic source 20.
Il dispositivo raddrizzatore di corrente 30, gli elementi conduttori 32, 33, 37, 38, il convertitore DC-DC 39 e il loro collegamento reciproco formano complessivamente un collegamento elettrico in parallelo 50 tra la rete elettrica pubblica 10 e la fonte fotovoltaica 20. The current rectifier device 30, the conducting elements 32, 33, 37, 38, the DC-DC converter 39 and their reciprocal connection together form a parallel electrical connection 50 between the public electricity network 10 and the photovoltaic source 20.
Il collegamento elettrico in parallelo 50 cede corrente continua al dispositivo invertitore 40 che la converte in corrente alternata e, attraverso un collegamento elettrico in uscita 55, la eroga al carico 5. The parallel electrical connection 50 transfers direct current to the inverter device 40 which converts it into alternating current and, through an electrical output connection 55, delivers it to the load 5.
Completano il sistema di accoppiamento 15 un sistema di controllo 60, o CPU, alimentato dal BUS di corrente 32, 33, e un sistema di bypass 65 il cui funzionamento sarà chiarito in seguito. The coupling system 15 is completed by a control system 60, or CPU, powered by the current BUS 32, 33, and a bypass system 65 whose operation will be clarified later on.
Detto sistema di bypass 65 prevede che in caso di guasto o di malfunzionamento o di disattivazione del dispositivo 50 del sistema di accoppiamentoe/o conversione, la rete 10 venga collegata direttamente al carico 5 bypassando il dispositivo dell’invenzione. Said bypass system 65 provides that in case of failure or malfunction or deactivation of the device 50 of the coupling and / or conversion system, the network 10 is connected directly to the load 5 bypassing the device of the invention.
Ciò viene realizzato attraverso il componente DIO (ad esempio un relè) che è comandato dalla tensione ai morsetti di uscita 55 del dispositivo 50. This is achieved through the component DIO (for example a relay) which is controlled by the voltage at the output terminals 55 of the device 50.
In caso di assenza di tensione all’uscita 55 il componente DIO scollegherà il dispositivo, chiudendo i contatti IR ed aprirà i contatti ID, collegando direttamente la rete 10 al carico 5. In the event of a power failure at output 55, the DIO component will disconnect the device, closing the IR contacts and opening the ID contacts, directly connecting the network 10 to the load 5.
Viceversa, nel caso di presenza di tensione all’uscita 55 o di regolare funzionamento del sistema il componente DIO manterrà chiusi i contatti ID ed aperti i contatti IR assicurando che l’alimentazione al carico 5 provenga dal dispositivo 100, 50. Conversely, in the event of the presence of voltage at output 55 or regular operation of the system, the DIO component will keep the ID contacts closed and the IR contacts open, ensuring that the power supply to load 5 comes from device 100, 50.
Nel seguito, con riferimento alla figura 2a, verrà descritta un’altra forma di realizzazione dell’invenzione; in figura 2a, le caratteristiche e/o le parti componenti già descritte in precedenza con riferimento alla figura 2 sono identificate dagli stessi numeri di riferimento. In the following, with reference to Figure 2a, another embodiment of the invention will be described; in figure 2a, the characteristics and / or component parts already described previously with reference to figure 2 are identified by the same reference numbers.
In tale realizzazione, la fonte di potenza elettrica ausiliaria fotovoltaica è sostituita da una sorgente ausiliaria di corrente alternata, come ad esempio una sorgente ad energia eolica, un gruppo elettrogeno con motore a combustione o una centrale a biogas. In questo caso, come mostrato nella preferita e non limitativa forma di realizzazione di figura 2a, il sistema di accoppiamento in parallelo in corrente continua 50 comprende un secondo dispositivo raddrizzatore di corrente 30a, interposto tra la sorgente di corrente ausiliaria alternata 20a ed i punti di connessione 42 e 43. In this embodiment, the photovoltaic auxiliary electrical power source is replaced by an auxiliary source of alternating current, such as for example a wind power source, a generator set with a combustion engine or a biogas power plant. In this case, as shown in the preferred and non-limiting embodiment of Figure 2a, the direct current parallel coupling system 50 comprises a second current rectifier device 30a, interposed between the source of alternating auxiliary current 20a and the points of connection connection 42 and 43.
Secondo una ulteriore forma di attuazione non illustrata, il collegamento elettrico 48 è un collegamento elettrico di ingresso al sistema di accoppiamento 50, selettivamente accoppiabile e disaccoppiabile alla fonte 20, che quindi può essere acquistata separatamente. According to a further embodiment not shown, the electrical connection 48 is an electrical input connection to the coupling system 50, which can be selectively coupled and uncoupled to the source 20, which can therefore be purchased separately.
In generale, esempi di collegamenti elettrici che possono essere utilizzati per i collegamenti elettrici 25, 48 e 55 sono collegamenti a morsetto, collegamenti a spine di connessione, collegamenti a saldatura. In general, examples of electrical connections that can be used for electrical connections 25, 48 and 55 are clamp connections, plug connections, solder connections.
La figura 3 illustra un primo esempio di dispositivo raddrizzatore di corrente 30, in particolare essa rappresenta un ponte a diodi, che ha anche la funzione fondamentale di impedire permanentemente l’immissione di corrente proveniente dalla fonte fotovoltaica 20 nella rete 10. Il ponte 30 comprende 4 diodi DI, D2, D3, D4 collegati in parallelo e un condensatore di livellamento CD1. In ingresso al ponte 30 è possibile utilizzare un filtro LC 31, direttamente collegato alla rete 10, congiuntamente ad un filtro antidisturbo per radiofrequenza (non illustrato). Figure 3 illustrates a first example of a current rectifier device 30, in particular it represents a diode bridge, which also has the fundamental function of permanently preventing the introduction of current from the photovoltaic source 20 into the network 10. The bridge 30 comprises 4 diodes DI, D2, D3, D4 connected in parallel and a smoothing capacitor CD1. At the input of the bridge 30 it is possible to use an LC filter 31, directly connected to the network 10, together with a radio frequency interference filter (not shown).
La figura 4 illustra un dispositivo raddrizzatore 30’ alternativo a quello di figura 3, che differisce dal precedente per la presenza di un elevatore di tensione 68 tra i diodi DI, D2, D3, D4 e il condensatore CD1. Tale elevatore di tensione 68 comprende un induttore 67 e un diodo di blocco D6. Il dispositivo raddrizzatore 30’ nel complesso contiene la distorsione armonica entro valori limitati ed eleva il fattore di potenza del sistema di alimentazione 1. Nel settore il dispositivo raddrizzatore 30’ è noto anche come convertitore DC-DC PFC BOOST (power factor corrector) ed è essere pilotato dall’unità di controllo 60. Figure 4 illustrates a rectifier device 30 'alternative to that of figure 3, which differs from the previous one due to the presence of a voltage booster 68 between the diodes DI, D2, D3, D4 and the capacitor CD1. This voltage booster 68 comprises an inductor 67 and a blocking diode D6. The rectifier device 30 'as a whole contains the harmonic distortion within limited values and raises the power factor of the power supply system 1. In the sector the rectifier device 30' is also known as a DC-DC converter PFC BOOST (power factor corrector) and is be piloted by the control unit 60.
La protezione dei dispositivi raddrizzatori 30 e 30’, e quindi dell’intero sistema di alimentazione 1 , è affidata a una coppia di fusibili extrarapidi (non illustrati). The protection of the rectifier devices 30 and 30 ', and therefore of the entire power supply system 1, is entrusted to a pair of high-speed fuses (not shown).
L’unità di controllo 60 controlla contemporaneamente il dispositivo raddrizzatore 30’, il convertitore 39 ed anche il dispositivo invertitore 40 ai quali è collegato tramite i collegamenti 60a in modo da avere tensione e frequenza costante al carico. The control unit 60 simultaneously controls the rectifier device 30 ', the converter 39 and also the inverter device 40 to which it is connected through the connections 60a in order to have constant voltage and frequency at the load.
La funzione dell’unità di controllo 60 è inoltre quella di controllare costantemente la corrente assorbita dal carico ed eventualmente di staccare il sistema di alimentazione 1 dal carico 5. The function of the control unit 60 is also to constantly monitor the current absorbed by the load and possibly to disconnect the power supply system 1 from the load 5.
L’unità di controllo 60 infine può inviare informazioni sullo stato del sistema ad un visualizzatore 66 e/o consentire un’interfaccia con un personal computer in RS232 oppure via TCP/IP in remoto ovvero con altre tipologie di connessione in locale od in remoto, tramite cavo o etere. Finally, the control unit 60 can send information on the state of the system to a display 66 and / or allow an interface with a personal computer in RS232 or via TCP / IP remotely or with other types of connection locally or remotely, via cable or ether.
Si osserva che preferibilmente tra la fonte ausiliaria 20 ed uno dei punti di connessione 42 e 43 è interposto un diodo di protezione D5 (od in alternativa un dispositivo di protezione equivalente) per proteggere la fonte ausiliaria 20 da flussi di energia in senso inverso che potrebbero danneggiarla. It is observed that preferably between the auxiliary source 20 and one of the connection points 42 and 43 a protection diode D5 (or alternatively an equivalent protection device) is interposed to protect the auxiliary source 20 from energy flows in the opposite direction that could damage it.
Va osservato che in funzione della caratteristica tensionecorrente della fonte ausiliaria 20, tra detta fonte ausiliaria 20 ed i punti di connessione 42-43 potrà essere previsto o meno il regolatore DC-DC preferibilmente in configurazione Boost. La presenza di tale regolatore DC-DC, da impiegare preferibilmente nel caso in cui la fonte ausiliaria sia ad esempio del tipo fotovoltaico, permette vantaggiosamente di regolare la corrente erogabile dalla fonte ausiliaria 20 ed avere così il massimo della potenza disponibile. It should be noted that depending on the current voltage characteristic of the auxiliary source 20, the DC-DC regulator may or may not be provided between said auxiliary source 20 and the connection points 42-43, preferably in Boost configuration. The presence of this DC-DC regulator, to be used preferably in the case in which the auxiliary source is for example of the photovoltaic type, advantageously allows to regulate the current that can be supplied by the auxiliary source 20 and thus have the maximum available power.
Nel caso invece si abbia a disposizione una fonte ausiliaria 20 che assicuri potenza costante in tutte le condizioni (ad esempio un generatore tradizionale quale una turbina idraulica e quindi erogante tensione alternata) il regolatore DC-DC sarà sostituito da un raddrizzatore AC-DC del tipo PFC BOOST come l’analogo 30’ (vedi figura 4) utilizzato a valle della sorgente di tensione alternata 10. If, on the other hand, an auxiliary source 20 is available which ensures constant power in all conditions (for example a traditional generator such as a hydraulic turbine and therefore supplying alternating voltage) the DC-DC regulator will be replaced by an AC-DC rectifier of the type PFC BOOST like the analog 30 '(see figure 4) used downstream of the alternating voltage source 10.
Secondo una forma di attuazione alternativa non illustrata il dispositivo ed il sistema di alimentazione 1 comprende più di un pannello 20, o in generale più di una sorgente di corrente continua o alternata, collegate in parallelo in corrente continua alla rete 10 nei medesimi punti di connessione 42 e 43. According to an alternative embodiment not shown, the device and the power supply system 1 comprises more than one panel 20, or in general more than one source of direct or alternating current, connected in parallel in direct current to the network 10 at the same connection points 42 and 43.
Nell’uso, la fonte fotovoltaica 20 cederà energia al carico in maniera continuativa ed esclusiva ogni volta che il carico richiederà una potenza uguale o minore di quella fruibile dalla luce solare; quando invece detta richiesta di potenza fosse superiore, il pannello 20 fornirà tutta l’energia che è in grado di cedere al carico ed il resto sarà assicurato dalla rete. Questo è possibile poiché il regolatore DC-DC 39 posto a valle del pannello 20, farà in modo da far erogare la corrente massima possibile (ossia la potenza) fornita dalla fonte ausiliaria 20, mentre il raddrizzatore PFC Boost 30 sarà regolato in modo da sopperire alle carenze di potenza dalla fonte ausiliaria divenendo cosi una fonte di “soccorso”. In use, the photovoltaic source 20 will give energy to the load in a continuous and exclusive manner every time the load requires a power equal to or less than that which can be used by sunlight; when, on the other hand, said power request is higher, the panel 20 will provide all the energy it is able to give to the load and the rest will be ensured by the network. This is possible since the DC-DC regulator 39 located downstream of the panel 20, will ensure that the maximum possible current (i.e. the power) supplied by the auxiliary source 20 is delivered, while the PFC Boost rectifier 30 will be adjusted in such a way as to compensate to the lack of power from the auxiliary source thus becoming a source of "rescue".
In altre parole, la fonte fotovoltaica 20, grazie al presente sistema di alimentazione, è così in grado di alimentare anche da sola il carico 5, se possiede l’energia necessaria a farlo, mentre se l’energia da essa prodotta è insufficiente, il sistema di alimentazione 1 la integra con l’energia della rete 10, che quindi è utilizzata solo come fonte ausiliaria di alimentazione. In other words, the photovoltaic source 20, thanks to the present power supply system, is thus able to power the load 5 by itself, if it has the necessary energy to do so, while if the energy produced by it is insufficient, the power supply system 1 integrates it with the energy of the network 10, which is therefore used only as an auxiliary power source.
In altre parole il metodo di accoppiamento di almeno una prima sorgente di potenza elettrica principale di corrente alternata 10 con almeno una sorgente di potenza elettrica ausiliaria di corrente 20 per alimentare un carico elettrico 5, proposto prevede che la potenza elettrica generata dalla sorgente ausiliaria sia sempre fornita al carico, facendo intervenire la sorgente principale soltanto qualora la potenza elettrica fornita dalla sorgente ausiliaria sia inferiore alla potenza elettrica richiesta dal carico. In other words, the proposed method of coupling at least one first source of main electric power of alternating current 10 with at least one source of auxiliary electric power of current 20 to supply an electric load 5, which is proposed provides that the electric power generated by the auxiliary source is always supplied to the load, causing the main source to intervene only if the electrical power supplied by the auxiliary source is lower than the electrical power required by the load.
Nel caso in cui si decida di non collegare il sistema di accoppiamento alla rete pubblica 10, od in modo equivalente in caso di black out della rete, la fonte fotovoltaica 20 può continuare ad erogare energia, che non fluisce nella rete, ma alimenta solo il carico. In questo caso è possibile prevedere degli accumulatori alimentati dalla fonte fotovoltaica 20 che assicurano al carico una tensione costante anche in mancanza di luce solare. In the event that it is decided not to connect the coupling system to the public grid 10, or in an equivalent way in the event of a grid blackout, the photovoltaic source 20 can continue to supply energy, which does not flow into the grid, but supplies only the load. In this case it is possible to provide accumulators powered by the photovoltaic source 20 which ensure a constant voltage to the load even in the absence of sunlight.
Va notato inoltre che vantaggiosamente la soluzione proposta permette di garantire l’alimentazione al carico 5 anche in assenza della sorgente di potenza elettrica principale 10 (modalità stand-alone). It should also be noted that advantageously the proposed solution allows to guarantee the power supply to the load 5 even in the absence of the main electrical power source 10 (stand-alone mode).
Quantunque l’invenzione sia stata descritta facendo riferimento alle allegate tavole da disegno, essa potrà subire modifiche in fase di realizzazione, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo espresso dalle rivendicazioni di seguito riportate e pertanto protette dal presente brevetto. Si evidenzia inoltre che ove le caratteristiche menzionate nelle rivendicazioni di seguito riportate siano seguite da segni di riferimento, essi sono da intendersi come utili a migliorare rintelleggibilità della rivendicazione stessa e non quali limitazioni nell'interpretazione della stessa, Although the invention has been described by referring to the attached drawing tables, it may undergo changes during the construction phase, all falling within the same inventive concept expressed by the claims set out below and therefore protected by this patent. It should also be noted that where the characteristics mentioned in the claims reported below are followed by reference signs, they are to be understood as useful for improving the readability of the claim itself and not as limitations in its interpretation.
Senza uscire dall'ambito dell'invenzione è possibile per un tecnico apportare al sistema oggetto della presente descrizione tutte le modifiche ed i perfezionamenti suggeriti dalla naturale evoluzione tecnica. Without departing from the scope of the invention, it is possible for a technician to make to the system object of the present description all the modifications and improvements suggested by the natural technical evolution.
Va sottolineato inoltre che tutti i particolari sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti e che i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso contingente, nonché le potenze dei vari elementi, potranno essere qualsiasi, in funzione delle esigenze. It should also be emphasized that all the details can be replaced by other technically equivalent elements and that the materials used, provided they are compatible with the contingent use, as well as the powers of the various elements, may be any according to requirements.
Claims (15)
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| IT000180A ITVI20090180A1 (en) | 2009-07-20 | 2009-07-20 | POWER SUPPLY FOR AN ELECTRIC LOAD, POWER SUPPLY SYSTEM OR COUPLING OF A FIRST ELECTRIC POWER SOURCE WITH ONE OR MORE AUXILIARY ELECTRIC POWER SOURCES AND RELATED METHOD. |
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