ITCS20120002A1 - PLANT FOR THE PRODUCTION OF ELECTRIC ENERGY BY SOLAR ENERGY CONSISTING OF ELEMENTS OF CONVERSION OF SOLAR ENERGY INCLUDING A CUTTING DEVICE - Google Patents

Description

Impianto di produzione di energia elettrica per mezzo di energia solare costituito da elementi di conversione di energia solare comprendente un dispositivo di sezionamento Solar energy production plant consisting of solar energy conversion elements comprising a disconnecting device

Campo tecnico dell’invenzione Technical field of the invention

La presente invenzione riguarda un impianto di produzione di energia elettrica per mezzo di energia solare costituito da elementi di conversione di energia solare e/o stringhe di elementi di conversione di energia solare comprendente un dispositivo di sezionamento di ogni singolo elemento e/o di ogni singola stringa. Il dispositivo di sezionamento funziona sia automaticamente che manualmente se si vogliono sezionare determinati elementi e/o stringhe di elementi di conversione dell’energia solare in energia elettrica. The present invention relates to a solar energy production plant consisting of solar energy conversion elements and / or strings of solar energy conversion elements comprising a sectioning device for each individual element and / or each individual string. The sectioning device works both automatically and manually if you want to section certain elements and / or strings of elements for the conversion of solar energy into electricity.

Stato della tecnica State of the art

Il modulo fotovoltaico, a differenza di altri tipi di generatori, ha una corrente di corto circuito leggermente superiore alla corrente nominale. Pertanto, detta corrente di corto circuito è difficilmente individuabile con un sistema elettromeccanico tradizionale (relè termico, fusibile, relè effetto HALL, relè a SHUNT) adoperato attualmente per la costruzione degli impianti fotovoltaici, in quanto detti sistemi operano tramite la misura della sola corrente. The photovoltaic module, unlike other types of generators, has a short circuit current slightly higher than the rated current. Therefore, said short-circuit current is difficult to identify with a traditional electromechanical system (thermal relay, fuse, HALL effect relay, SHUNT relay) currently used for the construction of photovoltaic systems, as said systems operate by measuring the current only.

Per ovviare a questo inconveniente JP10069321 descrive un dispositivo di controllo della tensione che interviene quando viene rilevata una sovratensione nel sistema di produzione dell’energia elettrica. To overcome this drawback JP10069321 describes a voltage control device that intervenes when an overvoltage is detected in the electricity production system.

Il dispositivo descritto non individua le correnti che possono essere pericolose per rimpianto al variare dell'irraggiamento e quindi opera un controllo statico. The device described does not identify the currents that can be dangerous due to regret when the irradiation varies and therefore operates a static control.

Scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo che opera nello spazio bidimensionale (I, V) con I = intensità di corrente e V = tensione, in modo da poter identificare condizioni di guasto non identificabili monitorando una sola variabile (la corrente o la tensione) a causa della non linearità del sistema fotovoltaico, e per questo il dispositivo oggetto della presente invenzione può migliorare molto la sicurezza di un impianto fotovoltaico sia in termini di funzionamento che di manutenibilità. The purpose of the present invention is to realize a device that operates in two-dimensional space (I, V) with I = intensity of current and V = voltage, so as to be able to identify non-identifiable fault conditions by monitoring a single variable (the current or voltage ) due to the non-linearity of the photovoltaic system, and for this reason the device object of the present invention can greatly improve the safety of a photovoltaic system both in terms of operation and maintainability.

Oggetto della presente invenzione è un impianto di produzione di energia elettrica per mezzo di energia solare costituito da elementi di conversione di energia solare e/o stringhe di elementi di conversione di energia solare comprendente, a valle di una cassetta di giunzione di ogni elemento e/o di ogni stringa, un dispositivo di sezionamento di ogni singolo elemento e/o di ogni singola stringa caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di sezionamento è costituito da un misuratore dell’intensità di corrente dell’elemento di conversione di energia solare e/o delle stringhe di elementi di conversione di energia solare e da un misuratore di tensione dell’elemento di conversione di energia solare e/o delle stringhe di elementi di conversione di energia solare, che detto misuratore di corrente e detto misuratore di tensione inviano i valori misurati della intensità di corrente I e della tensione V ad un modulo di controllo, che il modulo di controllo ha in memoria due insiemi di coppie, intensità di corrente I e tensione V dell’elemento di conversione dell’energia solare e/o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare a diversi livelli di irraggiamento, che un insieme rappresenta la curva M.P.P.T.al variare dell’insolazione e che un secondo insieme, ottenuto sperimentalmente rappresenta la curva di interdizione al variare dell’insolazione, per cui per una data intensità di corrente lintla tensione Vintè inferiore alla corrispondente tensione VMPPTper quella intensità di corrente , che il modulo di controllo comanda la bobina di azionamento del contatto di scambio del relè,annullando tensione e corrente di uscita dell’elemento di conversione dell’energia solare e/o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare, ogni volta che la tensione dell’elemento di conversione di energia solare e/o delle stringhe di elementi di conversione di energia solare è inferiore sia alla tensione VMPPTche alla tensione Vintcorrispondenti alla intensità di corrente I=IMPPT=linto che il modulo di controllo segnala, in attesa di un intervento dell’operatore, che la V misurata è superiore alla VINTma inferiore alla VMPPTcorrispondenti alla intensità di corrente I=IMPPT= The object of the present invention is a plant for the production of electricity by means of solar energy consisting of solar energy conversion elements and / or strings of solar energy conversion elements comprising, downstream of a junction box of each element and / or of each string, a disconnecting device for each single element and / or each individual string characterized by the fact that said disconnecting device consists of a meter of the current intensity of the solar energy conversion element and / or of the strings of solar energy conversion elements and by a voltage meter of the solar energy conversion element and / or strings of solar energy conversion elements, which said current meter and said voltage meter send the measured values of the current intensity I and voltage V to a control module, which the control module has in memory two sets of pairs , current intensity I and voltage V of the solar energy conversion element and / or of the string of solar energy conversion elements at different irradiation levels, which together represents the M.P.P.T. curve as the insolation varies and that a second set, obtained experimentally, represents the interdiction curve as the insolation varies, for which for a given intensity of current lint the voltage Vint is lower than the corresponding voltage VMPPT for that intensity of current, which the control module commands the contact actuation coil relay switching, canceling the output voltage and current of the solar energy conversion element and / or the string of solar energy conversion elements, whenever the voltage of the solar energy conversion element and / or of the strings of solar energy conversion elements is lower than both the voltage VMPPT and the voltage Vintcorresponding to the intensity of current I = IMPPT = since the control module signals, pending operator intervention, that the measured V is higher than the VINT but lower than the VMPPT corresponding to the current intensity I = IMPPT =

Altra caratteristica è data dal fatto che il modulo di controllo è un microprocessore o una CPU. Another feature is that the control module is a microprocessor or a CPU.

Altra caratteristica è data dal fatto che un trasformatore amperometrico è posto a monte del misuratore dell’intensità di corrente Another feature is given by the fact that an amperometric transformer is placed upstream of the current intensity meter

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione qui appresso di un modo di realizzazione della presente invenzione dato a titolo d'esempio non limitativo dalle figure 1,2 e 3. Other characteristics and advantages of the present invention will become clear from the following description of an embodiment of the present invention given by way of non-limiting example of Figures 1,2 and 3.

Breve descrizione delle figure. Brief description of the figures.

La figura 1 rappresenta uno schema di singoli elementi di conversione di energia solare dotati di un dispositivo di sezionamento oggetto della presente invenzione; Figure 1 represents a diagram of individual solar energy conversion elements equipped with a disconnecting device object of the present invention;

La figura 2 rappresenta uno schema di una stringa di elementi di conversione di energia solare dotata di un dispositivo di sezionamento oggetto della presente invenzione; Figure 2 represents a diagram of a string of solar energy conversion elements equipped with a disconnecting device object of the present invention;

La figura 3 rappresenta più stringhe di elementi di conversione di energia solare dotate di dispositivi di sezionamento oggetto della presente invenzione collegate in parallelo. Figure 3 represents several strings of solar energy conversion elements equipped with disconnecting devices object of the present invention connected in parallel.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione della presente invenzione Detailed description of an embodiment of the present invention

Nella Figura 1 un impianto di produzione di energia elettrica solare è costituito da 1, 2 .... n elementi di conversione dell’energia solare (A), ad esempio, ma non esclusivamente, moduli fotovoltaici, che sono collegati, tra loro, a mezzo di una cassetta di giunzione (B). A detta cassetta di giunzione (B) è collegato un dispositivo di sezionamento. Nella Figura 2 un impianto di produzione di energia elettrica solare mostra 1 , 2 .... n elementi di conversione dell’energia solare (A) collegati in serie e formanti una stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) che presenta una sola cassetta di giunzione (B) a cui è collegato un dispositivo di sezionamento. In Figure 1 a solar electricity production plant consists of 1, 2 .... n solar energy conversion elements (A), for example, but not exclusively, photovoltaic modules, which are connected to each other, by means of a junction box (B). A disconnecting device is connected to said junction box (B). In Figure 2 a solar power plant shows 1, 2 .... n solar energy conversion elements (A) connected in series and forming a string of solar energy conversion elements (A) which has a single junction box (B) to which a disconnecting device is connected.

Nel dispositivo di sezionamento, la corrente, circolante in ogni elemento di conversione dell’energia solare (A) o in una stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A), passa attraverso un trasformatore amperometrico (E) che è collegato ad un misuratore di intensità di corrente (H) dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) e ad un misuratore di tensione (I) dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A). L’intensità di corrente dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) e la tensione dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) vengono inviate ad una CPU (F) che rappresenta il modulo di controllo. Il modulo di controllo conserva in memoria due insiemi di coppie, intensità di corrente I e tensione V dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) a diversi livelli di irraggiamento; un primo insieme rappresenta la curva M.P.P.T. (IMPPT, VMPPT) dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) al variare dell'insolazione ed un secondo insieme rappresenta una curva che viene denominata curva di interdizione (IINT, VINT), ottenuta per via sperimentale, per la quale per un dato valore di corrente I l'equivalente VINT, ottenuto utilizzando IINT= I, sarà sicuramente inferiore al valore VMPPTottenuto utilizzando IMPPT= I- dell’elemento di conversione e/o stringa di elementi di conversione, al variare dell'insolazione, ottenuta anch'essa per interpolazione; il sistema opererà in modo da inibire il funzionamento del generatore, comandando la bobina di azionamento (D), istantaneamente, ogni volta che per una misurata corrente I la equivalente tensione misurata V è inferiore a VINT; il valore VINTè il valore della tensione ottenuta dalla curva di interdizione prendendo come valore IINTil valore della corrente misurata I. Se, a seguito di tale verifica, la V misurata è superiore alla In the disconnecting device, the current, circulating in each solar energy conversion element (A) or in a string of solar energy conversion elements (A), passes through an amperometric transformer (E) which is connected to a current meter (H) of the solar energy conversion element (A) or of the string of solar energy conversion elements (A) and to a voltage meter (I) of the solar energy conversion element solar energy (A) or the string of solar energy conversion elements (A). The current intensity of the solar energy conversion element (A) or the string of solar energy conversion elements (A) and the voltage of the solar energy conversion element (A) or the solar energy conversion elements (A) are sent to a CPU (F) which represents the control module. The control module stores in memory two sets of pairs, current intensity I and voltage V of the solar energy conversion element (A) or the string of solar energy conversion elements (A) at different irradiation levels ; a first set represents the M.P.P.T. (IMPPT, VMPPT) of the solar energy conversion element (A) or of the string of solar energy conversion elements (A) as the insolation varies and a second set represents a curve that is called the interdiction curve ( IINT, VINT), obtained experimentally, for which for a given current value I the equivalent VINT, obtained using IINT = I, will certainly be lower than the VMPPT value obtained using IMPPT = I- of the conversion element and / or string of conversion elements, as the insolation varies, also obtained by interpolation; the system will operate in such a way as to inhibit the operation of the generator, by controlling the drive coil (D), instantaneously, whenever for a measured current I the equivalent measured voltage V is lower than VINT; the VINT value is the value of the voltage obtained from the interdiction curve taking the value of the measured current I as the IINT value.

VINTma, comunque, inferiore alla VMPPTottenuta con lo stesso procedimento, ma sulla curva M.P.P.T. il sistema di controllo, chiederà all’operatore se attivare la scelta di comandare la bobina di azionamento (D) del contatto di scambio del relè (C), annullando corrente e tensione di uscita dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) e/o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A). VINTma, however, lower than the VMPPT obtained with the same procedure, but on the M.P.P.T. the control system will ask the operator whether to activate the choice of controlling the actuation coil (D) of the relay changeover contact (C), canceling the output current and voltage of the solar energy conversion element (A) and / or the string of solar energy conversion elements (A).

I punti della curva di interdizione possono essere modificati, eventualmente da operatore, in base ad esigenze costruttive dell'impianto in cui si trova ad operare ed al livello di sicurezza necessario per una specifica applicazione; il relè (C) esterno o interno al singolo elemento di conversione fotovoltaica è in grado di operare un sezionamento del circuito nel caso in cui il dispositivo di controllo (F) dovesse rilevare uno stato di funzionamento non compatibile con la sicurezza dell'impianto; il sistema è in grado anche di ricevere un comando esterno (L) (es. da operatore, da centrale antincendio, fungo di emergenza, etc.) per attivare o disattivare il generatore fotovoltaico e, metterlo in sicurezza in caso di necessità (ad esempio a seguito di intervento dei Vigili Del Fuoco, per manutenzione di parti che senza tale dispositivo descritto non potrebbero essere raggiunte in sicurezza, o per necessità diverse). The points of the interdiction curve can be modified, possibly by the operator, based on the construction requirements of the plant in which it operates and the safety level necessary for a specific application; the relay (C) external or internal to the single photovoltaic conversion element is capable of disconnecting the circuit in the event that the control device (F) detects an operating state that is not compatible with the safety of the system; the system is also able to receive an external command (L) (e.g. from the operator, from the fire alarm control unit, emergency button, etc.) to activate or deactivate the photovoltaic generator and to put it in safety in case of need (for example following the intervention of the Fire Brigade, for maintenance of parts that could not be reached safely without this device, or for different needs).

Nella Figura 3 sono rappresentate più stringhe (M) di moduli di conversione degenera solare collegate in parallelo attraverso una cassetta di parallelo (N). Figure 3 shows several strings (M) of solar degenerative conversion modules connected in parallel through a parallel box (N).

Il trovato, bene inteso, non si limita alla rappresentazione data dalle tavole ma può ricevere perfezionamenti e modifiche dall'uomo del mestiere senza uscire per altro dal quadro del brevetto. The invention, well understood, is not limited to the representation given by the tables but can receive improvements and modifications by the man of the trade without leaving the framework of the patent.

La presente invenzione consente numerosi vantaggi e di superare difficoltà che non potevano essere vinte con i sistemi attualmente in commercio. The present invention allows numerous advantages and to overcome difficulties that could not be overcome with the systems currently on the market.

Claims (3)

Rivendicazioni 1. Impianto di produzione di energia elettrica per mezzo di energia solare costituito da elementi di conversione di energia solare (A) e/o stringhe di elementi di conversione di energia solare (A) comprendente, a valle di una cassetta di giunzione (B) di ogni elemento e/o di ogni stringa, un dispositivo di sezionamento di ogni singolo elemento e/o di ogni singola stringa caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di sezionamento è costituito da un misuratore dell’intensità di corrente (H) dell’elemento di conversione di energia solare (A) e/o delle stringhe di elementi di conversione di energia solare (A) e da un misuratore di tensione (I) dell’elemento di conversione di energia solare (A) e/o delle stringhe di elementi di conversione di energia solare (A), che detto misuratore di corrente (H) e detto misuratore di tensione (I) inviano i valori misurati della intensità di corrente I e della tensione V ad un modulo di controllo (F), che il modulo di controllo (F) ha in memoria due insiemi di coppie intensità di corrente I e tensione V dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) e/o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A) a diversi livelli di insolazione, un primo insieme che rappresenta la curva M.P.P.T. al variare dell’insolazione e un secondo insieme ottenuto sperimentalmente che rappresenta la curva di interdizione al variare dell’insolazione, per cui per una data intensità di corrente la tensione Vintè inferiore alla corrispondente tensione VMPPT per quella intensità di corrente U, che il modulo di controllo comanda la bobina di azionamento (D) del contatto di scambio del relè (C), annullando tensione e corrente di uscita dell’elemento di conversione dell’energia solare (A) e/o della stringa di elementi di conversione dell’energia solare (A), ogni volta che la tensione dell’elemento di conversione di energia solare (A) e/o delle stringhe di elementi di conversione di energia solare (A) è inferiore sia alla tensione VMPPTche alla tensione Vintcorrispondenti alla intensità di corrente I = IMPPT=l o che il modulo di controllo segnala, in attesa di un intervento dell’operatore, che la V misurata è superiore alla VINTma inferiore alla VMPPTcorrispondenti alla intensità di corrente I = IMPPT=lint. Claims 1. Solar energy production plant consisting of solar energy conversion elements (A) and / or strings of solar energy conversion elements (A) comprising, downstream of a junction box (B) of each element and / or of each string, a disconnecting device for each individual element and / or each individual string characterized by the fact that said disconnecting device consists of a meter of the current intensity (H) of the solar energy conversion element (A) and / or strings of solar energy conversion elements (A) and from a voltage meter (I) of the solar energy conversion element (A) and / or strings of solar elements conversion of solar energy (A), that said current meter (H) and said voltage meter (I) send the measured values of the intensity of current I and of the voltage V to a control module (F), which the control (F) has two i in memory nsets of pairs of current intensity I and voltage V of the solar energy conversion element (A) and / or of the string of solar energy conversion elements (A) at different levels of insolation, a first set representing the M.P.P.T. curve as the insolation varies and a second set obtained experimentally which represents the interdiction curve as the insolation varies, so that for a given current intensity the voltage Vint is lower than the corresponding voltage VMPPT for that intensity of current U, which the modulus of control commands the actuation coil (D) of the relay changeover contact (C), canceling the output voltage and current of the solar energy conversion element (A) and / or the string of solar energy conversion elements (A), whenever the voltage of the solar energy conversion element (A) and / or the strings of solar energy conversion elements (A) is lower than both the voltage VMPPT and the voltage Vint corresponding to the current intensity I = IMPPT = l or that the control module signals, pending an intervention by the operator, that the measured V is higher than the VINT but lower than the VMPPT corresponding to the current intensity I = IMPPT = lint. 2. Impianto di produzione di energia elettrica per mezzo di energia solare secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il modulo di controllo è un microprocessore o una CPU 2. Plant for producing electricity by means of solar energy according to claim 1 characterized in that the control module is a microprocessor or a CPU 3. Impianto di produzione di energia elettrica per mezzo di energia solare secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che un trasformatore amperometrico (E) è posto a monte del misuratore dell'intensità di corrente (H).3. Plant for producing electrical energy by means of solar energy according to claim 1 or 2 characterized in that an amperometric transformer (E) is placed upstream of the current intensity meter (H).