ITVR20100227A1

ITVR20100227A1 - Dispositivo di sicurezza per impianti fotovoltaici

Info

Publication number: ITVR20100227A1
Application number: IT000227A
Authority: IT
Inventors: Cristian Cieno; Gianfranco Nicole
Original assignee: Metech Italia S R L
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-05-30
Also published as: WO2012073190A3; WO2012073190A2

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:

"DISPOSITIVO DI SICUREZZA PER IMPIANTI FOTOVOLTAICI"

CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di sicurezza per impianti fotovoltaici, in grado di controllare il corretto funzionamento di ciascun pannello fotovoltaico che compone l'impianto, e di sezionare elettricamente un pannello fotovoltaico dal resto dell'impianto eventualmente in caso di problemi o avarie.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

In caso di incendio, gli impianti fotovoltaici installati negli edifici civili o industriali possono risultare piuttosto pericolosi a causa del rischio di folgorazione che può avvenire attraverso il flusso del prodotto estinguente oppure a causa delle scariche elettriche che si possono generare verso le porzioni dell'edificio prossime all'impianto da parti dei pannelli che hanno perso l'isolamento elettrico a causa dell'incendio o per altri motivi .

Gli impianti fotovoltaici sono formati da una pluralità di pannelli fotovoltaici - cioè i dispositivi in grado di convertire l'energia solare direttamente in energia elettrica per effetto fotovoltaico - disposti in stringhe, cioè in serie elettrica.

Più stringhe formano il cosiddetto campo fotovoltaico. Poiché una stringa è formata dalla serie di molti pannelli, essa può presentare ai propri capi una differenza di potenziale mortale, arrivando anche a 1000 V in corrente continua.

Le guide tecniche dei Vigili del Fuoco in Italia consigliano che vi sia un dispositivo di sezionamento sotto carico, azionabile da comando remoto, e ubicato in posizione segnalata ed accessibile. Questo dispositivo serve ad isolare ogni pannello fotovoltaico dalla stringa cui appartiene, isolando la tensione pericolosa.

La generalità della suddetta prescrizione tecnica si concretizza cablando i dispositivi di sezionamento verso un controllo centrale. Oltre al problema della posa dei cavi, di per sé oneroso e con tempi di installazione lunghi, non si risolve quello di sopperire all'eventuale malfunzionamento del controllo centrale, e/o della sua tempestività di intervento in caso di calamità.

Anche se dal controllo centrale è possibile comandare l'isolamento di tutti i pannelli, può accadere che sia proprio il controllo centrale a guastarsi e/o che il fuoco o un crollo dell'edificio su cui si trova l'impianto impedisca di raggiungerlo.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Scopo principale dell'invenzione è migliorare questo stato della tecnica, proponendo un dispositivo di sicurezza dotato di unità di sezionamento, ed un sistema di controllo che lo integri, capace di assicurare un livello di sicurezza indipendentemente dalle condizioni di calamità.

Un altro scopo è automatizzare il sezionamento elettrico dei pannelli in caso di calamità.

Un altro scopo è ridurre al minimo il tempo di reazione delle unità di sezionamento.

Un altro scopo è migliorare l'affidabilità del dispositivo di sicurezza garantendo il sezionamento anche se il sistema di controllo si guasta.

Un altro scopo è migliorare la capacità di segnalazione nel sistema di sezionamento.

Un altro scopo è migliorare la capacità di monitorare lo stato di funzionamento e rendimento del dispositivo di sicurezza e/o dei pannelli.

In accordo con un aspetto della presente invenzione è presentato un dispositivo sicurezza per impianti fotovoltaici secondo la rivendicazione 1.

Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono a forme preferite e vantaggiose della presente invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Le caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione esemplificativa di un sistema di sezionamento, insieme agli allegati disegni in cui:

la figura 1 illustra schematicamente una porzione del dispositivo di sicurezza secondo la presente invenzione; e

la figura 2 illustra schematicamente il dispositivo di sicurezza nell'insieme.

FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE

In figura 1 è illustrato un pannello fotovoltaico 10 che colpito da raggi solari R genera fra due terminali 12, 14 una tensione continua indotta per effetto fotovoltaico. In serie ai terminali 12, 14 è disposto un disgiuntore o dispositivo elettronico 20 che serve per scollegare i terminali 12, 14 da terminali di uscita 40, 42 normalmente collegati.

Al proprio interno il dispositivo 20 comprende dei mezzi di sezionamento 26 che operano fisicamente il sezionamento della linea elettrica che collega i terminali 12, 14 ai terminali 40, 42.

Il sezionamento può avvenire per mezzo di relais elettromeccanico oppure di interruttori elettronici, come ad esempio IGBT o Power Mosfet.

Il dispositivo 20 comprende inoltre un circuito elettronico di controllo 22 accoppiato con un apparato ricetrasmettitore 24 a radiofrequenza RF collegato con un'antenna 30. Il circuito 22 serve per elaborare i segnali radio ricevuti da un dispositivo di comando remoto 60 (figura 2).

La tecnologia di comunicazione RF si può scegliere ad esempio tra standard come ZigBee, Wi-Fi o altro, a seconda dell'impatto economico, della copertura RF necessaria o delle condizioni di propagazione.

Nel dispositivo 20 sono inoltre presenti mezzi temporizzatori o contatori 28, ad esempio un watchdog oppure un contatore alla rovescia, controllati e/o programmabili dal circuito 22. La funzione dei mezzi temporizzatori 28 è segnalare lo scadere di un intervallo di tempo T.

Il dispositivo 20 si può installare semplicemente in un impianto già esistente interponendolo ai terminali 12, 14 di un pannello fotovoltaico 10 e collegando alla stringa i terminali 40, 42. Preferibilmente, i terminali 40, 42 hanno connettori identici a quelli già esistenti sul pannello fotovoltaico 10, ad esempio di tipo maschiofemmina, in modo che sia impossibile collegarli in modo errato.

Per non complicare il circuito elettrico il dispositivo 20 può prelevare la potenza elettrica necessaria al proprio funzionamento dai terminali 12, 14, e in genere ha un assorbimento trascurabile.

Nel complesso, il dispositivo 20 e il pannello 10 formano un modulo costruttivo 50 che con i suoi terminali di uscita 40, 42 viene collegato in serie, in modo da formare una cosiddetta stringa, ad altri moduli uguali da una linea 80, come illustrato in figura 2.

Si comprende quindi che il dispositivo 20 di ogni modulo 50 ha la capacità di isolare o di cortocircuitare ogni pannello fotovoltaico 10 dalla stringa fotovoltaica.

Il dispositivo di sicurezza della presente invenzione illustrato in figura 2 si compone di una pluralità di moduli 50 e del dispositivo di controllo 60, che può essere installato all'interno di un quadro elettrico.

Il dispositivo di controllo 60 comprende un circuito logico 68 collegato ad uno stadio a radiofrequenza 66 per la ricetrasmissione radio accoppiato con un'antenna 64. Al circuito 68 è cablato un pulsante di emergenza 62 e un ingresso di comando 72, che tipicamente può essere collegato a, e ricevere segnali da, una centrale antincendio 70 oppure un altro trasmettitore remoto.

Il dispositivo di controllo 60 può anche comprendere un modulo 76 per trasferire dati via rete GSM con protocollo GPRS o Internet, e/o potrà essere dotato di un'interfaccia 78 di comunicazione per notificare eventi a un ricevitore remoto, ad esempio un'interfaccia telefonica GPRS e/o una connessione Ethernet/Internet per trasferire via posta elettronica un log-file degli eventi e delle azioni intraprese, e/o un Web Server 82 interno per accesso immediato ai dati di configurazione e funzionamento del dispositivo di controllo 60.

Il dispositivo di sicurezza secondo la presente invenzione funziona come segue.

II dispositivo di controllo 60 comunica via radio ad intervalli regolari con tutti i dispositivi 20 dei vari moduli 50, inviando loro un segnale convenuto Z.

Quando i dispositivi 20 ricevono il segnale Z, riportano allo stadio iniziale i mezzi temporizzatori 28 e mantengono attivati, cioè chiusi, i mezzi di sezionamento 26, in modo da conservare la continuità elettrica tra i terminai 12, 14 e 40, 42.

La tensione di stringa rimane inalterata e i dispositivi 20 si rimettono in attesa di un nuovo segnale Z, che dovrà essere ricevuto entro l'intervallo di tempo prestabilito T, ad esempio da un minuto a qualche minuto, impostato sui mezzi temporizzatori 28.

In condizioni normali il dispositivo di controllo 60 invia periodicamente il segnale Z, i dispositivi 20 lo ricevono, opzionalmente ritrasmettono al dispositivo di controllo 60 un segnale di riconoscimento e/o misure di tensione e corrente effettuate in modo locale sul pannello fotovoltaico di competenza, e mantengono il pannello 10 collegato elettricamente in stringa.

Da parte sua il dispositivo di controllo 60 verifica il corretto invio di ritorno da parte dei dispositivi elettronici 20, se il sistema, comprendente il dispositivo di controllo 60 e i dispositivi elettronici 20, è stato configurato per inviarli. Il ciclo si ripete fino a quando la tensione elettrica prodotta dal pannello 10 non è più sufficiente ad alimentare il proprio dispositivo 20, cioè al calar della sera.

Se un operatore desidera disattivare la stringa fotovoltaica, gli basta premere il pulsante 62 per inibire l'invio del segnale Z: entro un tempo massimo T l'intero sistema di pannelli 10 sarà isolato dall'apertura dei mezzi 26.

Se un incendio o un altro evento calamitoso distrugge il dispositivo di controllo 60 si interrompe l'invio del segnale Z, e quindi entro un tempo massimo T l'intero sistema di pannelli 10 resta isolato.

A seconda della configurazione del sistema, nel caso che si interrompa 1<1>invio del segnale Z di ritorno da uno o più dei dispositivi elettronici 20, il dispositivo di controllo 60 può intraprendere opportune azioni preprogrammate, come invio di SMS o connessioni alla rete Internet per notificare la situazione di anomalia.

Oppure nel momento in cui viene inviato all'ingresso 72 un segnale di incendio da parte di un apparato di sicurezza esterno o dalla centrale 70, il dispositivo di controllo 60 reagisce interrompendo l'invio del segnale Z, e ancora scatterà il sezionamento in ogni pannello 10. Se la comunicazione tra i dispositivi 20 e 60 è bidirezionale essa può servire per raccogliere dati di funzionamento o di condizione da ciascuno dei pannelli 10 e/o dei dispositivi 20. Tutti i dati sono disponibili al dispositivo di controllo 60, cui si può accedere fisicamente o da remoto per consultarli, oppure quest'ultimo può inviarli ad un ricevitore remoto tramite lo stadio 66 o l'interfaccia 78.

Da quanto detto si comprende che il sistema assicura un elevatissimo standard di sicurezza, perché in condizioni di calamità nel caso peggiore la tensione di stringa è presente al massimo un tempo T. Il sezionamento elettrico è del tutto automatico nel caso peggiore di perdita per guasto del dispositivo di controllo, ed avviene a comando contemporaneamente per tutto il campo fotovoltaico, con un eccellente tempo di reazione, pure regolabile a piacere.

Si migliora così sia la capacità di segnalazione grazie ai collegamenti informativi verso ricevitori remoti di sorveglianza, sia la capacità di monitorare lo stato di funzionamento del sistema, grazie allo scambio dati tra i dispositivi di sezionamento e quello di controllo centrale.

La presente invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di sicurezza di sicurezza per impianti fotovoltaici, detti impianti includendo una pluralità di pannelli fotovoltaici (10) disposti in stringhe, comprendente un disgiuntore o dispositivo elettronico (20) per ciascun pannello fotovoltaico, azionabile da comando remoto, per il sezionamento elettrico di ogni pannello fotovoltaico (10) dalla stringa di pannelli a cui appartiene, e un dispositivo di controllo (60) comunicante con i dispositivi elettronici (20) caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo (60) comprende un circuito logico (68) per inviare un segnale di controllo (Z) atto a verificare il corretto funzionamento dei pannelli fotovoltaici (10).
2. Dispositivo di sicurezza secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo elettronico (20) comprende un apparato ricetrasmettitore (24) a radiofrequenza (RF) atto a ricevere il segnale di controllo (Z).
3. Dispositivo di sicurezza secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto dispositivo elettronico (20) comprende mezzi temporizzatori (28) atti a innescare il sezionamento elettrico del pannello (10) dopo che è trascorso un tempo (T) prestabilito senza ricevere il segnale di controllo (Z).
Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente due connettori (40, 42) verso il pannello (10) per ciascuna polarità elettrica, detti connettori (40, 42) avendo conformazione atta ad evitare inversioni accidentali .
Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo elettronico (20) è alimentato direttamente dai terminali di potenza del pannello (10) a cui è applicato .
Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto segnale (Z) proveniente dal dispositivo di controllo (60) è inviato con un periodo (T).
Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti dispositivi (20) comprendono dei mezzi per ritrasmettere al dispositivo di controllo (60) un segnale di riconoscimento e/o misure di tensione e corrente effettuate in modo locale sul pannello fotovoltaico di competenza, detti mezzi per ritrasmettere essendo attivati a seguito della ricezione del segnale (Z) dal dispositivo di controllo (60).
8 Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo di controllo (60) comprende mezzi (62) per inibire a comando l'invio periodico del segnale di controllo.
9. Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo di controllo (60) comprende mezzi (76) per ricevere un segnale da un apparato remoto e per inibire l'invio periodico del segnale di controllo in accordo con detto segnale ricevuto.
10. Dispositivo di sicurezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo di controllo (60) comprende mezzi (78) per inviare dati riguardanti lo stato proprio e/o di un dispositivo di sezionamento ad un ricevitore remoto.