IT201900019640A1 - SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING THE PERFORMANCE OF A SINGLE-AXIS SOLAR TRACKER - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
TITOLO TITLE
SISTEMA E METODO PER IL MONITORAGGIO DELLE PRESTAZIONI DI SYSTEM AND METHOD FOR MONITORING THE PERFORMANCE OF
UN INSEGUITORE SOLARE MONO-ASSIALE A SINGLE-AXIS SOLAR TRACKER
AMBITO DELL’INVENZIONE SCOPE OF THE INVENTION
[0001] La presente invenzione riguarda il settore delle energie rinnovabili, e più precisamente si riferisce ad un sistema per la verifica dell’accuratezza di posizionamento di un inseguitore solare mono-assiale. [0001] The present invention relates to the renewable energy sector, and more precisely it refers to a system for verifying the positioning accuracy of a mono-axial solar tracker.
[0002] Inoltre, l’invenzione si riferisce ad un dispositivo atto ad eseguire la verifica dell’accuratezza di posizionamento di un inseguitore solare mono-assiale. [0002] Furthermore, the invention refers to a device suitable for verifying the positioning accuracy of a mono-axial solar tracker.
[0003] Più in particolare, l’invenzione si riferisce ad un metodo di monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare di tipo mono-assiale. [0003] More specifically, the invention refers to a method of monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker.
DESCRIZIONE DELLA TECNICA NOTA DESCRIPTION OF THE KNOWN ART
[0004] Come noto, gli inseguitori solari sono dispositivi elettro-meccanici o elettroidraulici aventi una base di supporto fissa rispetto al terreno ed una struttura mobile su cui è montato un modulo fotovoltaico. La loro caratteristica è quella di poter orientare la struttura mobile per inseguire il sole lungo la sua orbita diurna, in maniera da massimizzare l’esposizione diurna dei dispositivi captanti. [0004] As known, solar trackers are electro-mechanical or electro-hydraulic devices having a fixed support base with respect to the ground and a mobile structure on which a photovoltaic module is mounted. Their characteristic is that they can orient the mobile structure to track the sun along its diurnal orbit, in order to maximize the diurnal exposure of the receiving devices.
[0005] In base ai gradi di libertà di cui è provvista la struttura mobile, è possibile classificare gli inseguitori solari in due macro categorie: inseguitori solari mono-assiali ed inseguitori solari bi-assiali. [0005] On the basis of the degrees of freedom with which the mobile structure is provided, it is possible to classify the solar trackers into two macro categories: mono-axial solar trackers and bi-axial solar trackers.
[0006] Gli inseguitori di tipo mono-assiale sono dispositivi che inseguono il sole ruotando attorno ad un solo asse. Essi possono a loro volta suddividersi in ulteriori sottocategorie a seconda dell’orientazione assunta dal proprio asse nel seguire la traiettoria del sole e dal tipo di meccanica preposta alla movimentazione del gruppo mobile. [0006] Mono-axial type trackers are devices which track the sun by rotating around a single axis. They can in turn be divided into further sub-categories according to the orientation assumed by their axis in following the path of the sun and the type of mechanics used to move the mobile unit.
[0007] Negli inseguitori solari di tipo bi-assiale, i due assi di rotazione sono solitamente perpendicolari tra loro, in particolare, nell’inseguitore altazimutale, uno dei due assi di rotazione è orizzontale, come nel caso degli inseguitori monoassiali a cui è destinata la presente invenzione. [0007] In the bi-axial type solar trackers, the two rotation axes are usually perpendicular to each other, in particular, in the altazimuth tracker, one of the two rotation axes is horizontal, as in the case of the uniaxial trackers to which it is intended the present invention.
[0008] Per entrambe le tipologie di inseguitori il comando che governa il movimento è fornito da un’unità di attuazione centrale che, tramite dati di effemeridi in essa memorizzati, conosce in ogni istante la posizione del sole nel cielo. [0008] For both types of trackers, the command that governs the movement is provided by a central actuation unit which, through ephemeris data stored therein, knows the position of the sun in the sky at all times.
[0009] Al momento questo tipo di inseguitori trovano vasta applicazione in ambito fotovoltaico, ma possono essere applicati ad altri dispositivi di captazione. [0009] At the moment this type of trackers find wide application in the photovoltaic field, but they can be applied to other collection devices.
[0010] Affinché l’efficienza del modulo fotovoltaico ospitato a bordo dell’inseguitore sia massima, è richiesto un elevato grado di accuratezza nel mantenere la medesima orientazione reciproca tra modulo fotovoltaico e sole durante tutta la fase di escursione diurna dall’alba al tramonto. [0010] In order for the efficiency of the photovoltaic module housed on board the tracker to be maximum, a high degree of accuracy is required in maintaining the same reciprocal orientation between the photovoltaic module and the sun throughout the daytime excursion from sunrise to sunset.
[0011] Questa orientazione reciproca, mantenuta costantemente durante la parte centrale della giornata, non è invece possibile all’alba e al tramonto, quando il sole è basso nel cielo, in quanto la tipica installazione per produzione massiccia di energia, in cui vengono utilizzati un grande numero di inseguitori, vede questi ultimi disposti adiacenti l’uno all’altro. Questa disposizione, quando il sole è basso sull’orizzonte, genera delle fasce di ombra che vanno a ombreggiare parzialmente le file successive di inseguitori. Questa condizione è assolutamente da evitare in quanto l’ombreggiamento parziale dei pannelli fotovoltaici è dannoso sia perché riduce significativamente la produzione di energia, sia perché sollecita il pannello fotovoltaico in maniera anomala, anticipandone l’invecchiamento. [0011] This reciprocal orientation, maintained constantly during the central part of the day, is not possible at sunrise and sunset, when the sun is low in the sky, as the typical installation for massive energy production, in which they are used a large number of pursuers sees the latter arranged adjacent to each other. This arrangement, when the sun is low on the horizon, generates bands of shadow that partially shade the successive rows of pursuers. This condition is absolutely to be avoided as the partial shading of the photovoltaic panels is harmful both because it significantly reduces energy production and because it stresses the photovoltaic panel in an anomalous manner, anticipating its aging.
[0012] Generalmente le file successive di inseguitori sono controllate da una unità di controllo centrale che esegue operazioni di attuazione sequenziali che invia ad ogni singolo inseguitore, in base ad un proprio programma di calcolo. In particolare, il controllo del movimento di inseguimento del sole è effettuato integrando i parametri di posizione solare generati dal calcolo delle effemeridi, i parametri di architettura del campo fotovoltaico e la morfologia del terreno in cui tali inseguitori sono stati installati, onde evitare detti fenomeni di ombreggiamento reciproco che ridurrebbero la produzione giornaliera di energia. [0012] Generally the successive rows of trackers are controlled by a central control unit which carries out sequential actuation operations which it sends to each individual tracker, on the basis of its own calculation program. In particular, the control of the tracking movement of the sun is carried out by integrating the solar position parameters generated by the calculation of the ephemeris, the architecture parameters of the photovoltaic field and the morphology of the land in which these trackers have been installed, in order to avoid said phenomena of mutual shading which would reduce the daily energy production.
[0013] Generalmente, la ditta incaricata all’installazione dei suddetti inseguitori garantisce che i valori di posizionamento angolare delle loro strutture mobili rientrino entro un determinato intervallo, in quanto questa caratteristica è propedeutica ad un buon rendimento dell’impianto fotovoltaico. [0013] Generally, the company in charge of installing the aforementioned trackers ensures that the angular positioning values of their mobile structures fall within a certain range, as this feature is preparatory to a good performance of the photovoltaic system.
[0014] Tuttavia, può accadere che, ad esempio in seguito ad eventi geologici e/o atmosferici, la morfologia del terreno su cui sono installati gli inseguitori solari subisca una modifica, comportando pertanto angoli di posizionamento non in linea con i valori garantiti. [0014] However, it may happen that, for example as a result of geological and / or atmospheric events, the morphology of the ground on which the solar trackers are installed undergoes a modification, thus leading to positioning angles not in line with the guaranteed values.
[0015] Inoltre, deviazioni dalla curva ottimale di inseguimento solare possono verificarsi anche in conseguenza di giochi meccanici eccessivi presenti nella meccanica di orientamento; anche in questo caso il sistema di controllo degli inseguitori sarà impostato in maniera da effettuare un inseguimento più lasco in maniera da compensare i giochi eccessivi ed evitare, in ultima analisi, l’auto-ombreggiamento. [0015] Furthermore, deviations from the optimal solar tracking curve can also occur as a consequence of excessive mechanical play present in the orientation mechanics; also in this case, the tracker control system will be set up in such a way as to carry out a looser tracking in order to compensate for excessive play and ultimately avoid self-shadowing.
[0016] Poi, nei casi in cui l’unità di controllo centrale opera un controllo sequenziale e quindi ciclico degli inseguitori a essa assegnati, può accadere che non tutti gli inseguitori siano orientati contemporaneamente e secondo un angolo di posizionamento ottimale, comportando perciò perdite di efficienza in termini di quantitativo energetico prodotto; questo aspetto assume importanza rilevante in quei frangenti in cui la velocità di inseguimento assume valori rilevanti: caso tipico e ricorrente due volte al giorno, nel caso di inseguitori monoassiali ad angolo orizzontale allineato nell’asse nord-sud, quando gli inseguitori passano dalla modalità di inseguimento in fase col sole a quella in controfase, o viceversa. [0016] Then, in the cases in which the central control unit operates a sequential and therefore cyclical control of the trackers assigned to it, it may happen that not all the trackers are oriented simultaneously and according to an optimal positioning angle, thus entailing losses of efficiency in terms of energy quantity produced; this aspect assumes significant importance in those situations in which the tracking speed takes on significant values: typical and recurring case twice a day, in the case of uniaxial trackers with a horizontal angle aligned in the north-south axis, when the trackers switch from tracking mode tracking in phase with the sun to that in counterphase, or vice versa.
[0017] È pertanto desiderabile avere un sistema di verifica dell’accuratezza di un inseguitore solare di tipo mono-assiale, al fine di monitorarne le reali prestazioni, verificarne la conformità con le specifiche fornite dal produttore o installatore degli inseguitori ed infine migliorarne le prestazioni e pertanto la resa produttiva. [0017] It is therefore desirable to have a system for verifying the accuracy of a mono-axial type solar tracker, in order to monitor its actual performance, verify its compliance with the specifications provided by the manufacturer or installer of the trackers and finally improve its performance and therefore the production yield.
SINTESI DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
[0018] È quindi scopo della presente invenzione fornire un sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare mono-assiale che fornisca informazioni di posizione angolare ottimale dei suddetti inseguitori. [0018] It is therefore an object of the present invention to provide a system for monitoring the performance of a mono-axial solar tracker which provides information on the optimal angular position of the aforesaid trackers.
[0019] È inoltre scopo della presente invenzione fornire un sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare mono-assiale che sia affidabile, di semplice impiego, e che consenta nel contempo un miglioramento delle prestazioni degli attuali inseguitori solari. [0019] It is also an object of the present invention to provide a system for monitoring the performance of a mono-axial solar tracker which is reliable, easy to use, and which at the same time allows an improvement in the performance of current solar trackers.
[0020] È ancora scopo della presente invenzione fornire un sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare mono-assiale che sia associabile alle varie tipologie di inseguitori mono-assiali e agli inseguitori bi-asssiali altazimutali o, comunque, che presentino un asse di rotazione orizzontale. [0020] It is still an object of the present invention to provide a system for monitoring the performance of a mono-axial solar tracker that can be associated with the various types of mono-axial trackers and with the bi-axial altazimuth trackers or, in any case, which have an axis of horizontal rotation.
[0021] È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire un sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare del tipo specificato sopra che permetta una correzione dell’inseguimento degli inseguitori solari. [0021] It is a further object of the present invention to provide a system for monitoring the performance of a solar tracker of the type specified above which allows a correction of the tracking of the solar trackers.
[0022] È anche scopo della presente invenzione fornire un metodo per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare mono-assiale. It is also an object of the present invention to provide a method for monitoring the performance of a mono-axial solar tracker.
[0023] Questi ed altri scopi sono raggiunti da un sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare, in particolare del tipo mono-assiale, l’inseguitore solare comprendendo almeno una base di supporto fissa, una struttura mobile con 1 g.d.l. rotazionale rispetto alla struttura fissa ed atta a sostenere almeno un modulo fotovoltaico, un’unità di attuazione della struttura mobile. Il sistema essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: [0023] These and other purposes are achieved by a system for monitoring the performance of a solar tracker, in particular of the mono-axial type, the solar tracker comprising at least a fixed support base, a mobile structure with 1 g.d.l. rotational with respect to the fixed structure and capable of supporting at least one photovoltaic module, an actuation unit of the mobile structure. The system being characterized by the fact of including:
- un inclinometro, associabile in maniera stabile alla struttura mobile dell’inseguitore solare, l’inclinometro essendo atto a misurare la posizione angolare della struttura mobile; - an inclinometer, which can be stably associated with the mobile structure of the sun tracker, the inclinometer being able to measure the angular position of the mobile structure;
- un’unità di controllo, configurata per elaborare informazioni di effemeridi caratteristiche geometriche del luogo di installazione dell’inseguitore solare, caratteristiche geometriche del campo fotovoltaico di cui fa parte l’inseguitore solare ed informazioni della posizione angolare rilevata dall’inclinometro, e per fornire informazioni di posizione angolare ottimale - a control unit, configured to process ephemeris information geometric characteristics of the installation site of the solar tracker, geometric characteristics of the photovoltaic field to which the solar tracker belongs and information of the angular position detected by the inclinometer, and to provide optimal angular position information
e informazioni di scostamento tra la posizione angolare ottimale ߠݐݐ(ݐ) e la posizione angolare rilevata and deviation information between the optimal angular position ߠ ݐݐ (ݐ) and the detected angular position
- mezzi di memoria atti a registrare le informazioni; - memory means suitable for recording information;
- organi di alimentazione a batteria. - battery power supplies.
[0024] In tal modo, mediante la presente invenzione è possibile monitorare in maniera accurata la posizione angolare assunta dalla struttura mobile dell’inseguitore solare durante l’arco della giornata. Il fatto che l’inclinometro sia vincolato in maniera stabile alla struttura mobile dell’inseguitore garantisce una precisa acquisizione di dell’informazione angolare, escludendo in tal modo possibili errori di misura causati da montaggi instabili dell’apparato. [0024] In this way, by means of the present invention it is possible to accurately monitor the angular position assumed by the mobile structure of the solar tracker during the day. The fact that the inclinometer is stably linked to the mobile structure of the tracker guarantees a precise acquisition of angular information, thus excluding possible measurement errors caused by unstable assembly of the apparatus.
[0025] Inoltre, il fatto che l’unità di controllo possa calcolare la posizione solare locale sulla base del calcolo delle effemeridi e ricevere informazioni in ingresso relative alla morfologia territoriale del luogo di installazione e dell’architettura del campo fotovoltaico, rende possibile l’integrazione di tali informazioni con i valori di posizione angolare rilevata dall’inclinometro in ogni istante. L’elaborazione dei suddetti dati in ingresso è in grado di fornire la posizione angolare ottimale che l’inseguitore solare dovrebbe assumere. Il confronto della suddetta posizione angolare ottimale, funzione essa dei parametri di effemeridi e dei vincoli geometrici/architettonici del campo fotovoltaico, fornisce una quantificazione analitica dell’accuratezza dell’inseguitore solare nell’inseguire il sole e quindi una quantificazione analitica delle perdite di produzione elettrica generate dall’inseguimento solare non ottimale. [0025] Furthermore, the fact that the control unit can calculate the local solar position on the basis of the ephemeris calculation and receive input information relating to the territorial morphology of the installation site and the architecture of the photovoltaic field, makes it possible to integration of this information with the angular position values detected by the inclinometer at any time. The processing of the aforementioned input data is able to provide the optimal angular position that the solar tracker should assume. The comparison of the aforementioned optimal angular position, a function of the ephemeris parameters and of the geometric / architectural constraints of the photovoltaic field, provides an analytical quantification of the accuracy of the solar tracker in following the sun and therefore an analytical quantification of the electrical production losses. generated by suboptimal solar tracking.
[0026] Inoltre, il fatto di avere un sistema che permette di verificare l’accuratezza di un inseguitore solare è particolarmente rilevante nel caso di campi fotovoltaici di elevate dimensioni, in quanto gli scostamenti rilevati rispetto alle tolleranze attese possono provocare importanti perdite di produzione. [0026] Furthermore, the fact of having a system that allows you to verify the accuracy of a solar tracker is particularly relevant in the case of large photovoltaic fields, as the detected deviations from the expected tolerances can cause significant production losses.
[0027] L’ottimizzazione della posizione angolare ha un ulteriore vantaggio di poter riprogrammare l’unità di attuazione dello o degli inseguitori solari in funzione del valore ottimale calcolato, generando in tal modo un maggior rapporto tra energia solare che investe il dispositivo ed energia elettrica prodotta. [0027] The optimization of the angular position has a further advantage of being able to reprogram the actuation unit of the solar tracker (s) according to the optimal calculated value, thus generating a greater ratio between solar energy that invests the device and electrical energy produced.
[0028] Una siffatta soluzione ha quindi il vantaggio di ottimizzare l’angolo di incidenza tra modulo fotovoltaico e sole nelle varie situazioni di inseguimento che si propongono nel percorso diurno del sole. [0028] Such a solution therefore has the advantage of optimizing the angle of incidence between the photovoltaic module and the sun in the various tracking situations that arise in the daytime path of the sun.
[0029] Le informazioni misurate dall’inclinometro ed elaborate dall’unità di controllo sono memorizzate all’interno di mezzi di memoria, quali ad esempio una unità di memoria fisicamente associata all’unità di controllo, oppure una unità di memoria remota che riceve i dati dall’unità di controllo tramite connessione wireless o connessione cablata. [0029] The information measured by the inclinometer and processed by the control unit is stored inside memory means, such as for example a memory unit physically associated with the control unit, or a remote memory unit which receives the data from the control unit via wireless connection or wired connection.
[0030] Vantaggiosamente, l’unità di memoria può essere una micro scheda SD di tipo rimovibile che permette, ad esempio, ad un tecnico di scaricare in locale, all’interno di un PC portatile, oppure uno smartphone, oppure un tablet, i dati elaborati dall’unità di controllo. [0030] Advantageously, the memory unit can be a removable micro SD card which allows, for example, a technician to download locally, into a portable PC, or a smartphone, or a tablet, the data processed by the control unit.
[0031] In una forma realizzativa vantaggiosa dell’invenzione, l’inclinometro, l’unità di controllo, i mezzi di memoria e gli organi di alimentazione a batteria sono associati ad un involucro scatolare provvisto di mezzi di aggancio stabile alla struttura mobile di inseguitore. L’involucro, studiato per ridurre al minimo ingombri e pesi, è disegnato in maniera da potersi agganciare con facilità, rapidità e stabilità alla struttura mobile dell’inseguitore solare. Inoltre garantisce ai dispositivi elettronici interni protezione contro gli agenti atmosferici e le polveri. [0031] In an advantageous embodiment of the invention, the inclinometer, the control unit, the memory means and the battery power supply members are associated with a box-like casing provided with means for stable attachment to the mobile tracker structure . The casing, designed to reduce bulk and weight to a minimum, is designed in such a way that it can be hooked onto the mobile structure of the solar tracker with ease, speed and stability. It also guarantees the internal electronic devices protection against atmospheric agents and dust.
[0032] Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa in quanto consente di ottenere un unico dispositivo di dimensioni relativamente contenute, energicamente autonomo e facilmente rimovibile, in grado di monitorare le prestazioni di inseguitori solari monoassiali. Il fatto che l’involucro scatolare sia dotato di mezzi di aggancio stabile alla struttura mobile, rende il dispositivo posizionabile in maniera fissa e stabile rispetto alla superficie del modulo fotovoltaico ed evita possibili falsificazioni della misura a seguito di eventuali disaccoppiamenti. [0032] This solution is particularly advantageous in that it allows to obtain a single device of relatively small size, energetically autonomous and easily removable, capable of monitoring the performance of single-axis solar trackers. The fact that the box-like envelope is equipped with means of stable attachment to the mobile structure, makes the device positionable in a fixed and stable manner with respect to the surface of the photovoltaic module and avoids possible falsification of the measurement following any decoupling.
[0033] Vantaggiosamente, gli organi di alimentazione a batteria sono atti a fornire una autonomia di funzionamento minima di almeno sette giorni, aumentabile a piacere riducendo la frequenza di campionamento. [0033] Advantageously, the battery power supply members are adapted to provide a minimum operating autonomy of at least seven days, which can be increased as desired by reducing the sampling frequency.
[0034] Questa caratteristica fornisce una relativamente ampia autonomia al sistema, conferendogli la possibilità di effettuare verifiche di accuratezza per periodi temporali relativamente lunghi senza l’intervento di un tecnico. [0034] This feature provides a relatively wide autonomy to the system, giving it the ability to perform accuracy checks for relatively long periods of time without the intervention of a technician.
[0035] Preferibilmente, l’inclinometro è un inclinometro di precisione avente una tolleranza di misurazione di 0.3° o inferiore. [0035] Preferably, the inclinometer is a precision inclinometer having a measurement tolerance of 0.3 ° or less.
[0036] Secondo una ulteriore variante realizzativa dell’invenzione, l’unità di controllo è operativamente connessa con l’unità di attuazione della struttura mobile. [0036] According to a further variant embodiment of the invention, the control unit is operatively connected with the actuation unit of the mobile structure.
[0037] Questa caratteristica permette al sistema di interfacciarsi con l’unità di attuazione dell’inseguitore, bypassando il controllo di attuazione centrale installato dal costruttore degli inseguitori, con un controllo basato sulla posizione angolare ottimale calcolata dall’unità di controllo integrata nel dispositivo dell’invenzione. In tal modo è possibile fare un confronto tra la produzione di energia ottenuta sulla base delle informazioni elaborate dall’unità di controllo dell’invenzione, rispetto ai valori ottenuti da un inseguitore di confronto standard preso come campione e posto nelle vicinanze, al fine di garantire omogeneità di irraggiamento solare e quindi pari condizioni di illuminazione. [0037] This feature allows the system to interface with the follower actuation unit, bypassing the central actuation control installed by the follower manufacturer, with a control based on the optimal angular position calculated by the control unit integrated in the device of the 'invention. In this way it is possible to make a comparison between the energy production obtained on the basis of the information processed by the control unit of the invention, with respect to the values obtained from a standard comparison tracker taken as a sample and placed nearby, in order to ensure homogeneity of solar radiation and therefore equal lighting conditions.
[0038] Secondo una ulteriore forma realizzativa vantaggiosa dell’invenzione, l’unità di controllo può essere inoltre configurata per fornire un segnale di notifica quando la posizione angolare ottimale si discosta per un valore predeterminato dalla posizione angolare rilevata dell’inseguitore solare. [0038] According to a further advantageous embodiment of the invention, the control unit can also be configured to provide a notification signal when the optimal angular position deviates by a predetermined value from the detected angular position of the solar tracker.
[0039] L’allarme di notifica può essere una luce lampeggiante presente in locale, oppure in remoto, oppure può essere un segnale elettronico, la cui attivazione comporta l’avvio di una correzione effettiva dell’angolo di inclinazione dell’inseguitore. [0039] The notification alarm can be a flashing light present locally or remotely, or it can be an electronic signal, the activation of which involves the initiation of an effective correction of the angle of inclination of the tracker.
[0040] È inoltre protetto un metodo per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare di tipo mono-assiale, il metodo comprendendo le fasi di: [0040] A method for monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker is also protected, the method comprising the steps of:
- associazione alla struttura mobile dell’inseguitore solare di un dispositivo comprendente almeno un inclinometro; - association to the mobile structure of the solar tracker of a device comprising at least one inclinometer;
- acquisizione di valori di posizione angolare della struttura mobile in un dato intervallo temporale; - acquisition of angular position values of the mobile structure in a given time interval;
- calcolo di una posizione angolare ottimale eseguita tramite elaborazione di informazioni di effemeridi f(effemeridi), caratteristiche morfologiche del luogo di installazione f(installazione) dell’inseguitore solare e caratteristiche geometrico/architettoniche del campo fotovoltaico f(campo) di cui fa parte l’inseguitore solare; - calculation of an optimal angular position performed by processing information of ephemeris f (ephemeris), morphological characteristics of the place of installation f (installation) of the solar tracker and geometric / architectural characteristics of the photovoltaic field f (field) of which it belongs l 'solar tracker;
- confronto tra il valore di posizione angolare rilevato e il valore di posizione angolare ottimale e calcolo del relativo scostamento; - ripetizione ciclica, con una determinata frequenza, delle fasi di acquisizione, calcolo e confronto, per un determinato periodo di tempo di monitoraggio. - comparison between the detected angular position value and the optimal angular position value and calculation of the relative deviation; - cyclic repetition, with a certain frequency, of the acquisition, calculation and comparison phases, for a certain period of monitoring time.
[0041] Vantaggiosamente, in seguito alla fase di calcolo di della posizione angolare ottimale è prevista una fase di attuazione dell’inseguitore solare per orientarlo in base ai valori di posizione angolare ottimale calcolati. [0041] Advantageously, following the phase of calculating the optimal angular position, an actuation phase of the solar tracker is provided to orient it according to the calculated optimal angular position values.
[0042] In particolare, la fase di attuazione è eseguita per un determinato periodo di tempo di verifica, e successivamente è prevista una fase di confronto della produzione di energia ottenuta in seguito alla fase di attuazione, tra inseguitori attuati dal sistema originale e quelli comandati dalla funzione di inclinazione ottimale fornita dall’invenzione, possibilmente adiacenti in maniera da essere investiti dalla stessa quantità di radiazione solare. [0042] In particular, the actuation phase is carried out for a determined period of verification time, and subsequently there is a phase of comparison of the energy production obtained following the actuation phase, between the trackers implemented by the original system and those controlled by the optimal inclination function provided by the invention, possibly adjacent so as to be invested by the same amount of solar radiation.
[0043] Vantaggiosamente, col fine ad esempio di verificare le prestazioni di più inseguitori alla volta, è possibile incrementare la generalità dei dati forniti del sistema, associando a più strutture mobili di inseguitori una pluralità di dispositivi comprendenti un inclinometro ed atti a rilevare misurazioni di posizionamento angolare in modo contemporaneo. [0043] Advantageously, with the aim, for example, of verifying the performance of several trackers at a time, it is possible to increase the generality of the data provided by the system, by associating a plurality of devices comprising an inclinometer and suitable for detecting measurements of angular positioning in a contemporary way.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0044] Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui: [0044] Further characteristics and / or advantages of the present invention will become clearer with the following description of an embodiment thereof, given by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings in which:
- la figura 1 mostra un esempio di confronto tra una tipica curva di inseguimento reale ed una curva di inseguimento ottimizzato; Figure 1 shows an example of comparison between a typical real tracking curve and an optimized tracking curve;
- la figura 2 mostra in modo schematico un esempio di sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare di tipo mono-assiale comprendente un inclinometro associabile in maniera stabile alla struttura mobile di un inseguitore solare mono-assiale, un’unità di controllo, mezzi di memoria, organi di alimentazione a batteria; - Figure 2 schematically shows an example of a system for monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker comprising an inclinometer which can be associated in a stable manner to the mobile structure of a mono-axial solar tracker, a control unit, memory means, battery supply members;
- la Figura 2A mostra in maniera schematica un esempio di sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare di tipo mono-assiale, in cui l’inclinometro, l’unità di controllo, i mezzi di memoria e gli organi di alimentazione a batteria sono associati ad un involucro scatolare; - Figure 2A schematically shows an example of a system for monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker, in which the inclinometer, the control unit, the memory means and the battery power units they are associated with a box-like envelope;
- la figura 3 mostra in modo schematico un esempio di sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare di tipo mono-assiale, in cui l’unità di controllo è operativamente connessa con l’unità di attuazione della struttura mobile; - Figure 3 schematically shows an example of a system for monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker, in which the control unit is operationally connected with the actuation unit of the mobile structure;
- la figura 4 mostra in modo schematico un esempio di sistema per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare di tipo mono-assiale, in cui è previsto che l’unità di controllo fornisca un segnale di notifica quando la posizione angolare ottimale si discosta per un valore predeterminato dalla posizione angolare rilevata dell’inseguitore solare. - Figure 4 schematically shows an example of a system for monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker, in which the control unit is expected to provide a notification signal when the optimal angular position deviates for a predetermined value from the detected angular position of the solar tracker.
- le figure 5-5B mostrano esempi di diagrammi di flusso relativi a metodi per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare mono-assiale. - Figures 5-5B show examples of flow diagrams relating to methods for monitoring the performance of a mono-axial solar tracker.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
[0045] In Figura 1 è rappresentato un esempio di confronto tra una curva di inseguimento ottimale ed una curva di inseguimento rilevata. Il diagramma riporta in ascissa il tempo impiegato dal sole nel percorrere la volta celeste dall’alba (t0) al tramonto (t4), ed in ordinata i valori di coordinata angolare assunti della struttura mobile 12 appartenente all’inseguitore 10. L’interpolazione dei dati forniti in seguito all’elaborazione operata dall’unità di controllo 30 genera una curva di inseguimento reale, la quale è confrontabile con una curva di inseguimento ottimizzato. La differenza in valore assoluto tra le due curve è indice dello scostamento che il sistema 1 è in grado di rilevare. [0045] Figure 1 shows an example of comparison between an optimal tracking curve and a detected tracking curve. The diagram shows on the abscissa the time taken by the sun in traveling the celestial vault from sunrise (t0) to sunset (t4), and on the ordinate the assumed angular coordinate values of the mobile structure 12 belonging to the tracker 10. The interpolation of the data supplied following the processing carried out by the control unit 30 generates a real tracking curve, which is comparable with an optimized tracking curve. The difference in absolute value between the two curves indicates the deviation that system 1 is able to detect.
[0046] Nell’esempio descritto in Figura 1, all’alba (t0) la struttura mobile 12 è orientata pressoché orizzontalmente. Al crescere del sole, in una prima fase (t0-t1) l’angolo di rotazione aumenta in maniera iperbolica per evitare gli ombreggiamenti reciproci. Nell’intervallo temporale compreso tra t1 e t3, l’angolo di rotazione segue un andamento più regolare ed in questa fase i moduli fotovoltaici inseguono la traiettoria del sole disponendosi sostanzialmente perpendicolari alla radiazione solare incidente. Successivamente (t3-t4), con l’avvicinarsi del tramonto, l’angolo di rotazione ߠ segue nuovamente un moto iperbolico di allineamento con il sole evitando fenomeni di ombreggiamento. Al tempo t4, il sole è tramontato e la struttura mobile assume una posizione orizzontale. [0046] In the example described in Figure 1, at dawn (t0) the mobile structure 12 is oriented almost horizontally. As the sun rises, in a first phase (t0-t1) the rotation angle increases in a hyperbolic manner to avoid mutual shading. In the time interval between t1 and t3, the angle of rotation follows a more regular trend and in this phase the photovoltaic modules follow the path of the sun, arranging themselves substantially perpendicular to the incident solar radiation. Subsequently (t3-t4), with the approach of sunset, the angle of rotation ߠ follows again a hyperbolic motion of alignment with the sun avoiding shading phenomena. At time t4, the sun has set and the mobile structure assumes a horizontal position.
[0047] Nella parte centrale della giornata (t1<t<t3), i fenomeni di ombreggiamento non hanno importanza quindi i dati di effemeridi assumono un peso maggiore quando confrontati con i vincoli di installazione/architettonici del campo fotovoltaico, cioè quando (t0<t<t1) e (t3<t<t4). [0047] In the central part of the day (t1 <t <t3), the shading phenomena have no importance therefore the ephemeris data assume a greater weight when compared with the installation / architectural constraints of the photovoltaic field, i.e. when (t0 < t <t1) and (t3 <t <t4).
[0048] L’unità di attuazione 13 dell’inseguitore solare 10, in base a parametri di effemeridi e condizioni al contorno relative alla geometria/architettura del campo fotovoltaico, esegue comandi di attuazione in maniera seriale per ogni singolo inseguitore. Nell’intervallo temporale compreso tra t0 e t1 e tra t3 e t4, la derivata della curva di inseguimento ottimale assume un valore infinito. Poiché i comandi di attuazione sono inviati in successione ad ogni singolo inseguitore, e poiché l’elettronica di controllo dell’inseguimento deve gestire un numero elevato di inseguitori, il sistema di inseguimento non è in grado di seguire in maniera precisa la curva iperbolica ottimale, ne consegue che la curva di inseguimento rilevata presenta valori angolari sensibilmente diversi da quelli ottimali. Questa caratteristica genera un appiattimento della curva effettiva in prossimità dei massimi (t1, t3). [0048] The actuation unit 13 of the solar tracker 10, based on ephemeris parameters and boundary conditions relating to the geometry / architecture of the photovoltaic field, executes actuation commands in a serial manner for each individual tracker. In the time interval between t0 and t1 and between t3 and t4, the derivative of the optimal tracking curve assumes an infinite value. Since the actuation commands are sent in succession to each individual tracker, and since the tracking control electronics must manage a large number of trackers, the tracking system is not able to accurately follow the optimal hyperbolic curve, it follows that the tracking curve detected has angular values significantly different from the optimal ones. This characteristic generates a flattening of the effective curve near the maximums (t1, t3).
[0049] Negli intervalli temporali compresi tra t0 e t1 e tra t3 e t4 (alba e tramonto) risultano essere pertanto concentrati i maggiori errori di inseguimento. [0049] The major tracking errors are therefore concentrated in the time intervals between t0 and t1 and between t3 and t4 (sunrise and sunset).
[0050] In Figura 2 è riportato un esempio di sistema 1 per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare 10 di tipo mono-assiale. L’inseguitore solare 10 comprende una base di supporto fissa 11 rispetto al terreno, una struttura mobile 12 avente 1 grado di libertà rotazionale rispetto alla struttura fissa 11. Sulla sommità della struttura mobile 12 è installato almeno un modulo fotovoltaico. Una unità di attuazione 13 opera la movimentazione della struttura mobile 12 in seguito ad informazioni di movimentazione relative alla posizione del sole nell’intervallo temporale compreso tra alba e tramonto ed a vincoli geometrici/architettonici del campo fotovoltaico a cui l’inseguitore solare 10 può appartenere. [0050] Figure 2 shows an example of system 1 for monitoring the performance of a solar tracker 10 of the mono-axial type. The solar tracker 10 comprises a fixed support base 11 with respect to the ground, a mobile structure 12 having 1 degree of rotational freedom with respect to the fixed structure 11. At least one photovoltaic module is installed on the top of the mobile structure 12. An actuation unit 13 operates the movement of the mobile structure 12 following movement information relating to the position of the sun in the time interval between sunrise and sunset and to geometric / architectural constraints of the photovoltaic field to which the solar tracker 10 can belong .
[0051] Il sistema 1 comprende un inclinometro 20, il quale è associabile in maniera stabile, in posizione fissa ed univoca, rispetto alla struttura mobile 12. L’inclinometro 20 rileva, in ogni istante della giornata, informazioni di posizione angolare della struttura mobile 12. Un’unità di controllo 30 è configurata per elaborare informazioni di effemeridi, caratteristiche geometriche del campo fotovoltaico, caratteristiche morfologiche del luogo di installazione ed informazioni di posizione angolare [0051] The system 1 comprises an inclinometer 20, which can be associated in a stable manner, in a fixed and univocal position, with respect to the mobile structure 12. The inclinometer 20 detects, at any moment of the day, information on the angular position of the mobile structure 12. A control unit 30 is configured to process ephemeris information, geometric characteristics of the photovoltaic field, morphological characteristics of the installation site and angular position information
rilevata dall’inclinometro 20. detected by the inclinometer 20.
[0052] Le informazioni di geometria/architettura del campo fotovoltaico sono inseribili come parametri di ingresso all’interno del software di gestione dell’unità di controllo 30, e tali parametri possono essere aggiornati continuamente, ad esempio in seguito ad una loro variazione dovuta all’inclinazione locale del terreno diversa dal luogo precedente. [0052] The geometry / architecture information of the photovoltaic field can be entered as input parameters within the management software of the control unit 30, and these parameters can be updated continuously, for example following a variation due to the local inclination of the ground different from the previous place.
[0053] L’unità di controllo 30 effettua una elaborazione delle suddette informazioni in ingresso e fornisce informazioni di posizione angolare ottimale ed informazioni di scostamento tra la posizione angolare ottimale e la posizione angolare rilevata [0053] The control unit 30 carries out a processing of the aforementioned input information and provides information of the optimal angular position and information of deviation between the optimal angular position and the angular position detected
[0054] L’unità di controllo 30 può essere contenuta all’interno di un involucro scatolare 60 (Figura 2A), comprendente inoltre gli organi di alimentazione a batteria 50, i mezzi di memoria 40 e l’inclinometro 20. L’involucro scatolare 60 può essere riferito in maniera stabile alla struttura mobile 12 ed eventualmente rimosso al termine del monitoraggio delle prestazioni. [0054] The control unit 30 can be contained inside a box-like casing 60 (Figure 2A), further comprising the battery power supply members 50, the memory means 40 and the inclinometer 20. The box-like casing 60 can be referenced in a stable manner to the mobile structure 12 and possibly removed at the end of the performance monitoring.
[0055] In alternativa, l’unità di controllo 30 può essere una unità remota che riceve informazioni di posizione angolare rilevata via comunicazione wireless o via cavo e che invia le suddette informazioni elaborate ad un server remoto, dove le informazioni sono immagazzinate, in modo da generare un database di risultati di monitoraggio e fornire localmente i segnali di correzione. [0055] Alternatively, the control unit 30 can be a remote unit which receives information of angular position detected via wireless or cable communication and which sends the aforementioned processed information to a remote server, where the information is stored, in a manner to generate a database of monitoring results and provide correction signals locally.
[0056] In riferimento alla Figura 3 è riportato un esempio di sistema 1 per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare 10 mono-assiale, analogamente a quanto descritto in Figura 2, in cui l’unità di controllo 30 è operativamente connessa con l’unità di attuazione 13 della struttura mobile 12. [0056] With reference to Figure 3, an example of system 1 for monitoring the performance of a mono-axial solar tracker 10 is reported, similarly to what is described in Figure 2, in which the control unit 30 is operatively connected to the actuation unit 13 of the mobile structure 12.
[0057] In tal modo, l’unità di controllo 30 può comandare la meccanica dell’inseguitore solare 10 in funzione delle indicazioni di posizione angolare ottimale elaborate. [0057] In this way, the control unit 30 can control the mechanics of the solar tracker 10 according to the optimal angular position indications processed.
[0058] In riferimento alla Figura 4 è riportato un esempio di sistema 1 per il monitoraggio delle prestazioni di un inseguitore solare 10 di tipo mono-assiale, in cui è previsto che l’unità di controllo 30 fornisca un segnale di notifica 70 allorché la posizione angolare ottimale si discosta per un valore predeterminato dalla posizione angolare rilevata dell’inseguitore solare 10. Impostando in tal modo una soglia di scarto, è possibile generare un allarme di avvio registrazione della quantità errore effettiva che l’inseguitore 10 produce in un determinato intervallo temporale. [0058] With reference to Figure 4, an example of system 1 for monitoring the performance of a mono-axial type solar tracker 10 is reported, in which the control unit 30 is provided to provide a notification signal 70 when the optimal angular position deviates by a predetermined value from the detected angular position of the solar tracker 10. By thus setting a reject threshold, it is possible to generate a recording start alarm of the actual error quantity that the tracker 10 produces in a given interval thunderstorm.
[0059] In riferimento alle figure 5-5B sono mostrati esempi di metodo impiegabili per il monitoraggio di un inseguitore solare 10 di tipo mono-assiale. [0059] With reference to Figures 5-5B, examples of methods that can be used for monitoring a solar tracker 10 of the mono-axial type are shown.
[0060] In particolare, in riferimento alla Figura 5 sono previste le fasi di associazione 80 alla struttura mobile 12 di detto inseguitore solare 10 di un dispositivo comprendente almeno un inclinometro 20. In seguito, è prevista l’acquisizione 90 di valori di posizione angolare della struttura mobile 12 in un dato intervallo temporale. Ad esempio, è possibile impostare un periodo di acquisizione in determinati intervalli della giornata. [0060] In particular, with reference to Figure 5, the association steps 80 to the mobile structure 12 of said solar tracker 10 of a device comprising at least one inclinometer 20 are provided. Thereafter, the acquisition 90 of angular position values is envisaged of the mobile structure 12 in a given time interval. For example, you can set an acquisition period at certain intervals of the day.
[0061] È inoltre prevista una fase di calcolo 100 di una posizione angolare ottimale [0061] A calculation step 100 of an optimal angular position is also provided
eseguita tramite elaborazione di informazioni di effemeridi f(effemeridi), performed by processing information of ephemeris f (ephemeris),
caratteristiche morfologiche del luogo di installazione f(installazione) delle caratteristiche meccaniche dell’inseguitore solare 10 e dell’architettura del campo fotovoltaico f(campo). morphological characteristics of the installation site f (installation) of the mechanical characteristics of the solar tracker 10 and of the architecture of the photovoltaic field f (field).
[0062] È quindi eseguito, ad opera dell’unità di controllo 30, un confronto 100 tra il valore di posizione angolare rilevato e il valore di posizione angolare ottimale e calcolo del relativo scostamento. [0062] A comparison 100 between the detected angular position value and the optimal angular position value and calculation of the relative deviation is then performed by the control unit 30.
[0063] È poi prevista una ripetizione ciclica, a frequenza predeterminata e per un determinato periodo di tempo di monitoraggio, delle fasi di acquisizione 90, calcolo 100 e confronto 110. [0063] A cyclic repetition, at a predetermined frequency and for a determined period of monitoring time, of the acquisition 90, calculation 100 and comparison 110 phases is then provided.
[0064] In riferimento alla Figura 5A è riportato un diagramma di flusso analogo a quanto descritto in Figura 5, in cui in seguito alla fase di calcolo 90 è prevista una fase di attuazione 120 dell’inseguitore solare 10 per orientarlo in base ai valori di posizione angolare ottimale calcolati. [0064] With reference to Figure 5A, a flow chart similar to that described in Figure 5 is reported, in which, following the calculation step 90, an actuation step 120 of the solar tracker 10 is provided to orient it on the basis of the optimal angular position calculated.
[0065] In riferimento alla Figura 5B è descritto un diagramma di flusso in cui la fase di attuazione 120 è eseguita per un determinato periodo di tempo di verifica, e successivamente è prevista una fase di confronto 130 della produzione di energia ottenuta in seguito alla fase di attuazione 120, con valori medi di produzione in precedenti analoghi periodi temporali. [0065] With reference to Figure 5B, a flow chart is described in which the actuation step 120 is performed for a determined period of verification time, and subsequently a comparison step 130 of the energy production obtained following the step is provided 120, with average production values in previous similar time periods.
[0066] La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche è in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo. [0066] The above description of some specific embodiments is able to show the invention from the conceptual point of view so that others, using the known technique, will be able to modify and / or adapt this specific embodiment in various applications without further research and without departing from the inventive concept, and, therefore, it is understood that such adaptations and modifications will be considered as equivalent to the specific embodiment. The means and materials for carrying out the various functions described may be of various nature without thereby departing from the scope of the invention. It is understood that the expressions or terminology used have a purely descriptive purpose and therefore not limitative.
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Citations (3)
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| US20110114079A1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Cogentrix Energy, LLC. | Inclinometer for a solar array and associated systems, methods, and computer program products |
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2019
- 2019-10-23 IT IT102019000019640A patent/IT201900019640A1/en unknown
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