Inseguitore solare automatico biassiale (eliostato)

Nel settore dell'energia rinnovabile, attualmente El.Ma. è impegnata nello sviluppo e nella realizzazione di sistemi solari per la cogenerazione di energia elettrica e termica, in particolare di concentratori parabolici e a lenti di Fresnel.

La tecnologia del solare a concentrazione non può prescindere da una ricerca continua e precisa della posizione di massimo irraggiamento del ricevitore posto in corrispondenza del fuoco, che sia esso termico-termodinamico piuttosto che fotovoltaico, in modo tale che i raggi solari siano sempre quanto più possibile paralleli all'asse della parabola.

Va da sè che un sistema parabolico a disco debba disporre di un sistema di inseguimento solare a due assi indipendenti (azimut ed elevazione), mentre un sistema cilindrico a fuoco lineare possa essere dotato di un sistema ad inseguimento ad un solo asse (azimut o elevazione), mantenendo l'altro in una posizione costante nel tempo.

E' interessante osservare come anche nel caso dei tradizionali impianti fotovoltaici a pannelli piani, l'orientamento preciso mediante un sistema di inseguimento solare consenta di ottimizzare i rendimenti con guadagni fino al 35% rispetto alla classica installazione fissa con azimut e tilt costanti.

Collegandosi a questo link è possibile monitorare in real-time i parametri di un piccolo impianto fotovoltaico ad inseguimento solare monoassiale installato da El.Ma. al fine di sperimentare e valutare la tecnologia.

Per le motivazioni sopra descritte El.Ma. ha progettato e realizzato un sistema automatico di inseguimento solare basato sul calcolo in real-time delle coordinate solari in funzione di ora, data, latitudine e longitudine, con la massima precisione teorica (superiore a 0.010°).

La scheda di controllo è dotata delle seguenti caratteristiche:

microcontrollore a 16 bit a basso consumo e basso costo;
possibilità di collegare differenti tipologie di motori;
interfaccia CAN con protocollo CANopen e DSP402 Drive Profile Interface;
2 interfacce RS232;
display LCD per la visualizzazione dei dati e tastiera per l’inserimento dei parametri e la movimentazione in manuale;
DCF77 per l'acquisizione automatica della data e dell'ora;
sensori per monitorare i parametri ambientali d'interesse quali velocità del vento (anemometro) e temperatura (4 canali PT100);
gestione di fine corsa hardware di tipo meccanico o magneto-induttivo;
gestione di 4 I/O digitali/relè.

Gli attuali drivers sono in grado di pilotare motori di tipo:

corrente continua (DC) con encoder con tensioni di alimentazione di 24V e correnti di spunto fino a 10A (i mosfet sono a bordo scheda ed i motori vengono gestiti in PWM con duty cycle variabile);
passo-passo (stepper) fino a 3 Nm (possono essere gestite anche coppie superiori - fino a 6 Nm - ma con sensibili riduzioni di velocità).

In entrambi i casi il movimento (la cui cadenza è impostabile in base all'angolo ovvero al tempo) viene effettuato con controllo di velocità e posizione.

Qualora eventualmente fossero necessarie potenze maggiori, l'elettronica di potenza può essere customizzata sulle specifiche dettate dal cliente; in tal caso è infatti possibile pilotare azionamenti commerciali operanti su CAN su protocollo CANopen DSP402 Drive Profile Interface.

Nativamente l'inseguitore solare è biassiale, ovvero movimenta indipendentemente i due assi polari (azimut ed elevazione), ma può essere facilmente impostato per gestire un solo asse (azimutale per esempio) mantenendo l'altro fisso (tilt costante): in siffatto caso è possibile orientare due differenti stringhe (o concentratori parabolici lineari) con un solo inseguitore.

La semplicità di configurazione è garantita dalla pulsantiera e dal display adibiti all'inserimento manuale dei parametri (coordinate GPS, rapporti di riduzione, intervallo di movimento e quote cinematiche nel caso vengano utilizzati attuatori lineari).

Ovviamente tali impostazioni possono essere applicate interfacciando la scheda di controllo con un PC/notebook provvisto di porta seriale RS232 grazie al software dedicato.

In futuro verranno adottati un GPS ed una bussola comunicanti mediante il protocollo NMEA0183, grazie ai quali il sistema sarà in grado di acquisire autonomamente i dati di latitudine/longitudine e la direzione Nord-Sud.

E' previsto inoltre l'interfacciamento della scheda con un sensore avente lo scopo di calibrare il sistema, ovvero di compensare eventuali errori frutto di un'installazione imprecisa.

Al fine di sincronizzare un sistema di più stringhe di pannelli o concentratori (array) è previsto lo sviluppo di una scheda master basata sul controllo di processo ad elevate prestazioni, provvista di microcontrollore a 32 bit ed interfaccia LAN 10/100 Mbit con supporto dei protocolli TCP/IP, UDP/IP, ICMP e HTTP, a bordo della quale sarà residente un web server al fine di consentire una facile configurazione del concentratore solare e la visualizzazione dei dati in real-time quali:

parametri elettrici;
parametri termici-termodinamici;
parametri temporali;
coordinate solari;
misura dell'intensità luminosa sui sensori di orientamento;
report cronologico di eventuali malfunzionamenti.

Mediante il software di supervisione residente su un PC sarà possibile gestire un impianto; il programma permetterà infatti di monitorare tutte le informazioni e lo stato di funzionamento dell'impianto, inoltre sarà possibile inviare comandi specifici a un singolo e/o gruppi di pannelli, aggiornamenti del firmware etc., il tutto in locale e/o in remoto via Internet o tramite modem GSM/GPRS.

Scarica documentazione (PDF) - 0.6 MB

Per richiedere ulteriori dettagli o informazioni circa l'acquisto del sistema di inseguimento solare Vi preghiamo di utilizzare il modulo dei contatti.


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La tecnologia del solare a concentrazione non può prescindere da una ricerca continua e precisa della posizione di massimo irraggiamento del ricevitore posto in corrispondenza del fuoco, che sia esso termico-termodinamico piuttosto che fotovoltaico, in modo tale che i raggi solari siano sempre quanto più possibile paralleli all'asse della parabola. Va da sè che un sistema parabolico a disco debba disporre di un sistema di inseguimento solare a due assi indipendenti (azimut ed elevazione), mentre un sistema cilindrico a fuoco lineare possa essere dotato di un sistema ad inseguimento ad un solo asse (azimut o elevazione), mantenendo l'altro in una posizione costante nel tempo. E' interessante osservare come anche nel caso dei tradizionali impianti fotovoltaici a pannelli piani, l'orientamento preciso mediante un sistema di inseguimento solare consenta di ottimizzare i rendimenti con guadagni fino al 35% rispetto alla classica installazione fissa con azimut e tilt costanti. Collegandosi a questo link è possibile monitorare in real-time i parametri di un piccolo impianto fotovoltaico ad inseguimento solare monoassiale installato da El.Ma. al fine di sperimentare e valutare la tecnologia. Per le motivazioni sopra descritte El.Ma. ha progettato e realizzato un sistema automatico di inseguimento solare basato sul calcolo in real-time delle coordinate solari in funzione di ora, data, latitudine e longitudine, con la massima precisione teorica (superiore a 0.010°). La scheda di controllo è dotata delle seguenti caratteristiche: microcontrollore a 16 bit a basso consumo e basso costo; possibilità di collegare differenti tipologie di motori; interfaccia CAN con protocollo CANopen e DSP402 Drive Profile Interface; 2 interfacce RS232; display LCD per la visualizzazione dei dati e tastiera per l’inserimento dei parametri e la movimentazione in manuale; DCF77 per l'acquisizione automatica della data e dell'ora; sensori per monitorare i parametri ambientali d'interesse quali velocità del vento (anemometro) e temperatura (4 canali PT100); gestione di fine corsa hardware di tipo meccanico o magneto-induttivo; gestione di 4 I/O digitali/relè. Gli attuali drivers sono in grado di pilotare motori di tipo: corrente continua (DC) con encoder con tensioni di alimentazione di 24V e correnti di spunto fino a 10A (i mosfet sono a bordo scheda ed i motori vengono gestiti in PWM con duty cycle variabile); passo-passo (stepper) fino a 3 Nm (possono essere gestite anche coppie superiori - fino a 6 Nm - ma con sensibili riduzioni di velocità). In entrambi i casi il movimento (la cui cadenza è impostabile in base all'angolo ovvero al tempo) viene effettuato con controllo di velocità e posizione. Qualora eventualmente fossero necessarie potenze maggiori, l'elettronica di potenza può essere customizzata sulle specifiche dettate dal cliente; in tal caso è infatti possibile pilotare azionamenti commerciali operanti su CAN su protocollo CANopen DSP402 Drive Profile Interface. Nativamente l'inseguitore solare è biassiale, ovvero movimenta indipendentemente i due assi polari (azimut ed elevazione), ma può essere facilmente impostato per gestire un solo asse (azimutale per esempio) mantenendo l'altro fisso (tilt costante): in siffatto caso è possibile orientare due differenti stringhe (o concentratori parabolici lineari) con un solo inseguitore. La semplicità di configurazione è garantita dalla pulsantiera e dal display adibiti all'inserimento manuale dei parametri (coordinate GPS, rapporti di riduzione, intervallo di movimento e quote cinematiche nel caso vengano utilizzati attuatori lineari). Ovviamente tali impostazioni possono essere applicate interfacciando la scheda di controllo con un PC/notebook provvisto di porta seriale RS232 grazie al software dedicato. In futuro verranno adottati un GPS ed una bussola comunicanti mediante il protocollo NMEA0183, grazie ai quali il sistema sarà in grado di acquisire autonomamente i dati di latitudine/longitudine e la direzione Nord-Sud. E' previsto inoltre l'interfacciamento della scheda con un sensore avente lo scopo di calibrare il sistema, ovvero di compensare eventuali errori frutto di un'installazione imprecisa. Al fine di sincronizzare un sistema di più stringhe di pannelli o concentratori (array) è previsto lo sviluppo di una scheda master basata sul controllo di processo ad elevate prestazioni, provvista di microcontrollore a 32 bit ed interfaccia LAN 10/100 Mbit con supporto dei protocolli TCP/IP, UDP/IP, ICMP e HTTP, a bordo della quale sarà residente un web server al fine di consentire una facile configurazione del concentratore solare e la visualizzazione dei dati in real-time quali: parametri elettrici; parametri termici-termodinamici; parametri temporali; coordinate solari; misura dell'intensità luminosa sui sensori di orientamento; report cronologico di eventuali malfunzionamenti. Mediante il software di supervisione residente su un PC sarà possibile gestire un impianto; il programma permetterà infatti di monitorare tutte le informazioni e lo stato di funzionamento dell'impianto, inoltre sarà possibile inviare comandi specifici a un singolo e/o gruppi di pannelli, aggiornamenti del firmware etc., il tutto in locale e/o in remoto via Internet o tramite modem GSM/GPRS. Scarica documentazione (PDF) - 0.6 MB Per richiedere ulteriori dettagli o informazioni circa l'acquisto del sistema di inseguimento solare Vi preghiamo di utilizzare il modulo dei contatti.