ITVI20100059A1 - Apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico - Google Patents

Description

APPARECCHIATURA PER LA GESTIONE DEI CONSUMI

DI ENERGIA DI UN IMPIANTO ELETTRICO

La presente invenzione si riferisce genericamente ad una apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico.

Più in particolare, l’invenzione riguarda una apparecchiatura atta all’accumulo ed alla gestione di energia elettrica in esubero, alla gestione di emergenze elettriche (black-out, sovratensioni, ecc.) e/o di richieste, specialmente in ambito domestico, di surplus, rispetto ai contratti di fornitura stipulati, di energia elettrica, alla gestione programmata delle fonti di energia usate, nonché alla gestione intelligente delle varie utenze di un impianto elettrico.

Gli apparecchi elettrici di tipo domestico o utilizzabili industrialmente possono essere connessi direttamente alle prese elettriche a muro oppure possono essere alimentati tramite cavi di prolunga. Tuttavia, al fine di evitare pericolose sovracorrenti, ciascuna utenza elettrica, sia domestica che industriale, impiega uno o più interruttori magnetotermici e/o differenziali (i cosiddetti “salvavita”), posti a valle del contatore elettrico, che interrompono l’erogazione di energia elettrica nel caso in cui la potenza dissipata dai carichi connessi all’utenza elettrica superi, in un determinato periodo di tempo, un valore limite prefissato.

Accade quindi che, soprattutto nel caso in cui, in ambito domestico, si utilizzino apparecchiature elettriche che dissipano notevole potenza (come nel caso degli elettrodomestici più noti ed usuali, quali frigorifero, lavastoviglie, lavatrice, ferro da stiro o forno elettrico), sia necessario attendere che uno di tali apparecchi abbia completato il proprio funzionamento per poterne accendere un altro.

Analogamente, nel caso in cui, in particolar modo in un’utenza elettrica di tipo domestico (per la quale sono disponibili normalmente 3,3 kWh di potenza elettrica, secondo quanto stabilito nella maggior parte dei contratti di fornitura stipulati), sia in funzione un’apparecchiatura che dissipa notevole potenza (come un forno elettrico o un ferro da stiro), è necessario spegnerla per poter disporre del funzionamento di altre apparecchiature (quali, per esempio, una lavatrice o una lavastoviglie), in quanto i carichi di tali elettrodomestici prevedono solitamente la dissipazione di un valore di potenza elettrica complessiva decisamente superiore al suddetto valore limite di taratura degli interruttori magnetotermici definito in sede di contratto di fornitura elettrica.

Tale contratto, peraltro, risulta particolarmente oneroso all’aumentare di tale valore limite.

Le complicazioni pratiche di cui sopra determinano conseguentemente una serie di inconvenienti, a cui l’utente deve giocoforza sottostare, primo fra tutti quello di dover attendere che il funzionamento programmato di uno di tali elettrodomestici termini prima di poter azionare altri elettrodomestici.

Sono altresì noti dispositivi e metodi per controllare e/o limitare la corrente erogata ad un’apparecchiatura elettrica, in modo tale da consentire il funzionamento simultaneo di più apparecchiature elettriche collegate ad una utenza, senza alcun intervento di distacco della fornitura di energia elettrica.

Tuttavia, anche questi dispositivi presentano notevoli inconvenienti, poiché non risolvono il problema di base di poter disporre, in un determinato momento, della potenza elettrica complessiva necessaria al funzionamento di una determinata apparecchiatura.

Infatti, tali dispositivi o sono atti ad operare in modo tale da limitare il funzionamento dei carichi resistivi e/o induttivi di una o più apparecchiature elettriche collegate all’utenza elettrica oppure gestiscono in modo differenziato le apparecchiature elettriche presenti nell’impianto assegnando a ciascuna di esse una priorità secondo criteri prefissati.

In ogni caso, i dispositivi tradizionali non consentono all’utenza elettrica di disporre, per un certo periodo di tempo, di un valore di potenza elettrica maggiore del valore limite prestabilito nel contratto di fornitura sottoscritto.

La presente invenzione intende, quindi, ovviare agli inconvenienti della tecnica anteriore sopra menzionati. In particolare, scopo primario dell’attuale invenzione è fornire una apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico, che consenta di disporre, per un certo periodo di tempo, di una quantità energia maggiore rispetto al valore limite prestabilito in sede di contratto di fornitura dell’energia elettrica, in modo tale da evitare il distacco temporaneo della fornitura a causa dell’intervento degli interruttori magnetotermici posti a monte dell’impianto elettrico.

Altro scopo dell’invenzione è concretizzare una apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico, che consenta di accumulare energia elettrica durante i periodi in cui la stessa non è prelevata dai carichi elettrici connessi all’utenza, in modo da poterla utilizzare nei momenti in cui lo si desideri.

Altro scopo della presente invenzione è mettere a punto una apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico, che permetta all’utente di scegliere, in qualsiasi momento, se e quanta energia prelevare direttamente dal fornitore, nonché se e quanta energia prelevare da una riserva di accumulo localizzata presso l’utente.

Ulteriore scopo dell’invenzione è realizzare una apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico, che risulti particolarmente efficace, affidabile, comoda ed economica, rispetto alla tecnica nota, e che possa essere utilizzata per qualsiasi utenza elettrica nuova o già esistente.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da una apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico secondo la rivendicazione 1 allegata, cui si rimanda per brevità di esposizione. Ulteriori caratteristiche tecniche di dettaglio dell’apparecchiatura dell’invenzione sono riportate nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Vantaggiosamente, l’apparecchiatura oggetto della presente invenzione raggruppa in un solo prodotto un insieme di funzionalità importanti per una soluzione domestica moderna della gestione energetica di un impianto elettrico.

In particolare, le sue principali funzioni sono:

- accumulo e gestione di energia in esubero;

- gestione di richieste di surplus di energia;

- stabilizzazione della tensione dell’impianto;

- gestione delle emergenze, quali black-out e/o sovratensioni o sovracorrenti di picco;

- gestione programmata delle fonti di energia rinnovabili;

- gestione intelligente delle varie utenze dell’impianto elettrico.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue, relativa ad una preferita forma esecutiva dell’apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico qui rivendicata in esclusiva, data a titolo indicato ed illustrativo, ma non limitativo, con l’ausilio del disegno annesso (figura 1), fornito anch’esso a puro titolo di esempio preferito e non limitativo, che mostra uno schema a blocchi di massima di tale apparecchiatura.

Con particolare riferimento alla figura 1 menzionata, l’apparecchiatura di gestione dei consumi di energia elettrica, secondo la presente invenzione, è installata a valle del contatore, atto alla rilevazione dei consumi energetici di una determinata utenza elettrica, ed a monte dell’impianto elettrico collegato alla suddetta utenza; inoltre, tale apparecchiatura di gestione comprende essenzialmente una unità elettronica centrale di elaborazione e processo 1, che include un blocco generatore o inverter 12 ed un circuito convertitore 11.

All’unità elettronica centrale 1 sono collegati un sensore di tensione 7, un interruttore 2, un filtro 4, una serie di sensori di corrente 5, 5A, 5B, una pluralità di batterie 3 per l’accumulo dell’energia elettrica ed un eventuale convertitore 6 connesso ad altre fonti energetiche 8, quali dispositivi fotovoltaici, eolici, ecc.

In pratica, l’unità elettronica centrale 1 fornisce, in uscita dal blocco generatore o inverter 12, una tensione sinusoidale VE sincronizzata con la tensione sinusoidale VR proveniente dalla rete di distribuzione elettrica.

Le tensioni VE e VR si sommano in corrispondenza del nodo 7 per formare la tensione sinusoidale risultante VT e l’energia necessaria alla generazione della tensione sinusoidale VE può provenire da una pluralità di batterie di accumulo 3 (segnale di tensione VBO), così come da altre fonti di alimentazione 8 (fotovoltaiche, eoliche, ecc.), eventualmente tramite un convertitore di tensione 6 (segnale di tensione VA). Inoltre, tramite l’impiego di almeno una coppia di sensori di corrente e, in particolare, tramite l’impiego di almeno una tra le coppie di sensori 5-5A, 5-5B, 5A-5B, l’unità centrale 1 è in grado di misurare, istante per istante, la corrente IR fornita dalla rete di distribuzione e la corrente IN fornita dal blocco generatore o inverter 12 e, tramite opportune modulazioni in ampiezza del segnale di tensione VE, è in grado di stabilire, anche in questo caso istante per istante, quanta corrente è fornita dalla rete e quanta corrente è fornita dal blocco generatore 12.

Ulteriormente, tramite un opportuno interruttore 2, l’apparecchiatura di gestione secondo l’invenzione è in grado di scollegare completamente la rete di distribuzione elettrica (per esempio, in caso di eventuali black-out), così come, tramite un opportuno sensore di tensione 7, è in grado di monitorare la presenza dell’alimentazione di rete anche con l’interruttore 2 aperto (tale funzione, equiparabile a quella realizzabile da un gruppo di continuità, è utile particolarmente per un ripristino della rete di distribuzione elettrica successivamente ad un black-out elettrico).

Infine, tramite il circuito convertitore 11, l’apparecchiatura secondo l’invenzione è in grado di convertire la tensione sinusoidale VR proveniente dalla rete di distribuzione elettrica in una tensione continua opportuna VBI, atta a caricare la pluralità di batterie 3 e ad accumulare l’energia disponibile; tale energia viene poi fornita al gruppo generatore o inverter 12 (segnale di tensione VBO) per la generazione della tensione sinusoidale VE.

Analogamente, la tensione necessaria per caricare la pluralità di batterie 3 può essere fornita dalle ulteriori fonti di alimentazione 8 (fotovoltaica, eolica, ecc.), eventualmente tramite il convertitore di tensione 6 (segnale di tensione VC).

Si è così mostrato come l’apparecchiatura di gestione dei consumi di energia elettrica oggetto della presente invenzione sia in grado di realizzare molteplici funzioni.

In particolare, l’apparecchiatura è in grado di accumulare l’energia in esubero nelle batterie di accumulatori 3 dell’energia stessa e tale energia può essere restituita all’impianto elettrico quando questa si rende necessaria o quando risulta conveniente utilizzare la suddetta energia al posto di altre eventualmente disponibili.

Inoltre, quando l’impianto elettrico richiede una quantità di energia elettrica maggiore di quella erogata dal fornitore, l’apparecchiatura è in grado di aggiungere alla suddetta energia quella immagazzinata nelle batterie di accumulatori 3 e/o quella proveniente da altre fonti di alimentazione 8 (energia fotovoltaica, energia eolica, ecc.).

Ulteriormente, l’apparecchiatura può correggere in modo continuativo la tensione di ingresso VR per un valore di uscita VT costante stabilizzato, rispondendo in tempo reale ad ogni variazione e/o perturbazione che avvenga all’ingresso; in questo modo, gli apparecchi collegati all’impianto risultano protetti e funzionano sempre nelle loro condizioni ottimali.

Ancora, l’apparecchiatura di gestione in questione è in grado di accorgersi quando viene a mancare la fornitura di energia dalla rete di distribuzione elettrica, fornendo, durante tali intervalli di tempo, energia prelevata da altre fonti, compresa l’energia precedentemente accumulata nelle batterie 3.

Infine, l’apparecchiatura di gestione può decidere, in funzione di criteri prestabiliti (rispondenti, per esempio, ad esigenze di ottimizzazione dei costi e/o di privilegio di alcune fonti rispetto ad altre), quale fonte o quali fonti di energia usare per alimentare l’impianto elettrico.

A tale proposito, alcune fonti di energia rinnovabile (pannelli fotovoltaici, eolico, ecc.) hanno la caratteristica di produrre energia solo in determinate condizioni e in modo discontinuo e l’apparecchiatura è in grado di accumulare l’energia prodotta e non utilizzata per riutilizzarla quando le fonti di energia alternativa non sono sufficienti per le esigenze dell’impianto.

L’apparecchiatura di gestione è altresì in grado di gestire in modo differenziato gli apparecchi utilizzatori di energia elettrica presenti nell’impianto assegnando a ciascuno di essi una priorità, in modo tale che, così facendo, sia in grado di ottimizzare gli utilizzi di energia, garantendo sempre la giusta priorità agli utilizzi stessi.

L’apparecchiatura può essere utilizzata vantaggiosamente in ambito domestico, per esempio, nel caso in cui la potenza massima fornita dal distributore di energia elettrica sia prefissata (per esempio 3 kWh), così come la potenza dell’apparecchiatura di gestione (per esempio, 3 kW) e la capacità delle batterie di accumulatori (per esempio, 1 kWh).

In tale esempio di realizzazione, l’apparecchiatura di gestione è in grado di:

- accumulare energia nelle batterie quando queste non sono cariche ed i carichi elettrici dell’utenza collegati assorbono meno di 3 kW;

- utilizzare l’energia delle batterie qualora i carichi elettrici dell’utenza richiedano complessivamente un assorbimento maggiore di 3 kW (per esempio, nell’ipotesi di avere le batterie completamente cariche e di poterle scaricare completamente, è possibile avere a disposizione per i carichi dell’utenza una capacità di 4 kW per 1 ora oppure di 5 kW per 1⁄2 ora oppure di 6 kW per 20 minuti, in quanto ai 3 kW disponibili dalla rete di distribuzione elettrica è possibile aggiungere l’energia proveniente dalle batterie);

- utilizzare l’energia delle batterie qualora la rete di distribuzione non fosse disponibile (in caso di black-out), avendo quindi a disposizione solo l’energia proveniente dalle batterie e quindi 1 kW per 1 ora o 0,5 kW per 2 ore, ecc.;

- monitorare costantemente la qualità della tensione proveniente dalla rete di distribuzione elettrica ed eventualmente stabilizzarla;

- accumulare energia nelle batterie tramite opportune programmazioni orarie, come, per esempio, accumulare energia nelle batterie preferibilmente in determinate fasce orarie per poi restituirla ai carichi elettrici dell’utenza in altre fasce orarie (questo utilizzo può essere vantaggioso nel caso in cui il fornitore di energia elettrica applichi tariffe differenziate in funzione della fascia oraria);

- decidere, tramite opportune programmazioni, come e quando utilizzare l’energia proveniente da altre fonti alternative di energia (quali, per esempio, pannelli solari e/o fotovoltaici), in quanto, in modo esemplificativo, inserendo delle fonti alternative di energia, quali i pannelli solari e/o fotovoltaici, è presumibile che durante le ore di maggior irraggiamento solare la quantità di energia proveniente dai pannelli solari e/o fotovoltaici sia superiore a quella richiesta dai carichi elettrici collegati all’utenza domestica.

Dalla descrizione effettuata risultano, pertanto, chiare le caratteristiche dell’apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico, oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

E’ chiaro, infine, che numerose altre varianti possono essere apportate all’apparecchiatura in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri equivalenti.

Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle successive rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni di riferimento sono stati introdotti con il solo obiettivo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non presentano alcun effetto limitante sull’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni di riferimento.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per la gestione dei consumi di energia di un impianto elettrico, atta ad essere installata a valle di almeno un dispositivo di misura di detti consumi di energia di almeno una utenza elettrica ed a monte dell’impianto elettrico collegato a detta utenza, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una unità elettronica centrale (1) di elaborazione e processo, che include almeno un blocco generatore o inverter (12), atto a fornire una prima tensione sinusoidale (VE) sincronizzata con una seconda tensione sinusoidale (VR) proveniente da una rete di distribuzione elettrica, dette tensioni (VE, VR) sommandosi in corrispondenza di almeno un nodo (7) per formare una tensione risultante di uscita (VT) e detta prima tensione sinusoidale (VE) essendo generata da una pluralità di batterie (3) connesse (VBO) a detto blocco generatore (12) e/o da fonti di energia (8) esterne all’apparecchiatura e connesse (VA) a detto blocco generatore (12) 2. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto che dette fonti di energia (8) esterne all’apparecchiatura sono connesse (VA) a detto blocco generatore (12) tramite un convertitore di tensione (6). 3. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto di includere almeno una coppia di sensori di corrente (5-5A, 5-5B, 5A-5B), che rileva in modo continuo la corrente (IR) fornita da detta rete di distribuzione elettrica e la corrente (IN) fornita da detto blocco generatore (12), in modo che detta unità elettronica centrale (1) rilevi in modo continuo la quantità di corrente fornita da detta rete di distribuzione e la quantità di corrente fornita da detto blocco generatore (12). 4. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un interruttore (2), atto a scollegare la rete di distribuzione elettrica. 5. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un sensore di tensione (7), atto a monitorare la presenza dell’alimentazione di rete. 6. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto che detta unità elettronica centrale (1) comprende un circuito convertitore (11), atto a convertire detta seconda tensione sinusoidale (VR) proveniente dalla rete di distribuzione elettrica in una tensione continua (VBI), detta tensione continua (VBI) essendo atta a caricare detta pluralità di batterie (3) e ad accumulare energia da fornire (VBO) a detto blocco generatore o inverter (12) in tempi prefissati e/o selezionabili da un utente. 7. Apparecchiatura come alla rivendicazione 6) caratterizzata dal fatto che detta tensione continua (VBI, VBO) atta a caricare detta pluralità di batterie (3) è fornita da fonti di energia (8) esterne all’apparecchiatura, quali fonti di energia fotovoltaica, eolica, ecc. 8. Apparecchiatura come alla rivendicazione 7) caratterizzata dal fatto che dette fonti di energia (8) esterne all’apparecchiatura sono connesse (VC) a detto circuito convertitore (11) tramite un convertitore di tensione (6). 9. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto che detta tensione risultante di uscita (VT) è costante e stabilizzata anche in presenza di variazioni e/o perturbazioni di detta tensione sinusoidale (VR) proveniente da detta rete di distribuzione elettrica. 10. Apparecchiatura come alla rivendicazione 1) caratterizzata dal fatto che dette batterie (3) accumulano energia secondo opportune programmazioni orarie così come detto blocco generatore (12) eroga energia in determinate fasce orarie.