BE1022976B1 - Verbeterd systeem, apparaat en werkwijzes - Google Patents

Abstract

De huidige uitvinding betreft een werkwijze voor het regenereren van zonnepanelen, een systeem en een werkwijze voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie, een slaaf-apparaat voor het regenereren van zonnepanelen en een werkwijze voor het installeren van het slaaf-apparaat.

Description

VERBETERD SYSTEEM, APPARAAT EN WERKWIJZES TECHNISCH DOMEIN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze, een apparaat en een systeem voor het regenereren van zonnepanelen om de efficiëntie ervan te behouden of te verbeteren, door het verwijderen van residuele ladingen die zich kunnen ophopen in de zonnecellen.

STAND DER TECHNIEK

De efficiëntie van zonnepanelen vermindert in de loop der jaren. Dit heeft verschillende redenen. Eén van die redenen is het cumuleren van residuele ladingen in de zonnecellen, die ontstaan door een spanningsverschil tussen een zonnecel en de draagstructuur van het zonnepaneel waarin de zonnecel zich bevindt. Dit fenomeen wordt spanningsgeïnduceerde degradatie genoemd.

De term "Spanningsgeïnduceerde degradatie", ook "Potential-induced degradation" of "PID" genoemd, wordt gebruikt om de efficiëntievermindering aan te duiden van zonnecellen en zonnepanelen, veroorzaakt door parasitaire stromen, die in de praktijk afkomstig zijn van een spanningsverschil tussen enerzijds de polen van een zonnecel of zonnepaneel en anderzijds de structuur waarin de zonnecellen of zonnepanelen worden gemonteerd en verbonden zijn met de aarde. Dit spanningsverschil zorgt ervoor dat het aantal residuele ladingen in de zonnecellen toenemen, waardoor de efficiëntie van het fotovoltaïsche proces afneemt. Het PID probleem werd reeds in de jaren 1970 ontdekt, en kreeg in de periode 2005-2010 vernieuwde aandacht vanwege een substantiële reductie in productiekosten en verkoopprijzen. S. Pingel et al., Proceedings of the 35th IEEE PVSC, 20-25 Juni 2010, pp. 28172822, beschrijft het PID probleem bij zonnecellen en bij zonnepanelen, en beschrijft tevens manieren om PID te voorkomen via een anti-reflectieve coating, of te herstellen. Een manier om de efficiëntie van zonnepanelen die aan PID onderhevig zijn of zijn geweest, te herstellen, is het aanbrengen van een regeneratiespanning over de panelen, i.e. tussen de polen en de draagstructuur, waardoor residuele ladingen uit de zonnecellen kunnen worden verwijderd.

Document WO2014191846A1 beschrijft een apparaat en een werkwijze voor het herstellen en/of voorkomen van defecten in zonnepanelen, waarbij een regeneratiespanning aangelegd wordt tussen de ondersteunende structuur waarop de zonnepanelen zijn gemonteerd, en de negatieve pool van de zonnepanelen, de positieve pool van de zonnepanelen, of beide polen van de zonnepanelen waarbij deze kortgesloten worden. Het apparaat wordt in serie tussen de omvormer en het paneel geplaatst op zowel de geleider van omvormer naar de positieve pool als de geleider van omvormer naar de negatieve pool van het zonnepaneel. Dit houdt in dat, om het toestel te installeren op een bestaande zonnepaneel-installatie, iedere elektrische leiding tussen een omvormer en een zonnepaneel of een set van zonnepanelen dient te worden onderbroken. Dit zorgt voor een grote installatiekost en in vele gevallen tot een verlies van de verzekering die gegeven wordt door de installateur van de zonnepaneelinstallatie. Bovendien stroomt de opgewekte elektriciteit doorheen de leidingen van het apparaat, hetgeen een zware belasting vormt voor deze leidingen, vooral bij grote installaties en op lange termijn. Bovendien beschrijft het document een apparaat waarin één of meerdere schakelaars aanwezig is om elektrische verbindingen te verbreken of tot stand te brengen. De aanwezigheid van dergelijke schakelaars kan de levensduur van het apparaat drastisch verminderen, vooral in de huidige toepassing waarin de schakelaars grote stromen moeten aankunnen en dagelijks moeten schakelen voor een periode van pakweg 20 jaar.

In de praktijk worden een aantal zonnepanelen in serie geschakeld om een grotere gelijkspanning te kunnen leveren. Typisch kan één commercieel verkrijgbaar zonnepaneel tijdens elektriciteitsproductie een spanning van 30 tot 40 V leveren. Door een aantal zonnepanelen in serie te schakelen, bv. 14 tot 17 panelen, kan de spanning worden verhoogd tot ongeveer 400 tot 700 V. Een dergelijke serie-schakeling van zonnepanelen wordt ook wel een 'string' genoemd. De stroom die in één string wordt opgewekt, wordt naar een omvormer gestuurd die bv. de gelijkstroom aan ca. 500 V (gelijkspanning of 'DC') kan omzetten naar een wisselstroom aan 220-230 V of 380 V (wisselspanning of 'AC'). Op sites met grotere zonnepaneelinstallaties zijn meerdere strings opgesteld, waarbij bv. 4 strings kunnen aangesloten worden op één omvormer, en waarbij verschillende omvormers van een site via een schakelkast verbonden zijn met bv. het elektriciteitsnet.

Het PID probleem wordt vooral belangrijk bij grote zonnepaneelinstallaties, waarbij vele zonnepanelen in serie worden geschakeld om op die manier elektriciteit bij een grote gelijkspanning te kunnen produceren. Het probleem bij zulke strings is dat het gemiddelde spanningsverschil tussen iedere zonnecel en de geaarde structuur verhoogd wordt. Bij wijze van voorbeeld: een zonnepaneel met 60 zonnecellen kan typisch een spanningsverschil van 35 Volt (gelijkspanning of 'DC') opleveren tijdens fotovoltaïsche elektriciteitsproductie. Wanneer twee zulke panelen in serie aan elkaar worden geschakeld levert dit een spanningsverschil van 70 V (DC). Dit spanningsverschil wordt gemeten tussen de positieve en de negatieve pool van de in serie geschakelde panelen. Echter, de positieve pool van het eerste paneel kan zich bv. op een spanning van +20V bevinden t.o.v. de (geaarde) draagstructuur, terwijl de negatieve pool van het eerste paneel en de positieve pool van het tweede paneel zich op een spanning van -15V bevinden t.o.v. de draagstructuur, en terwijl de negatieve pool van het tweede paneel zich bv. op -50V kan bevinden t.o.v. de draagstructuur. Dit kan ervoor zorgen dat bij het eerste paneel de zonnecellen een gemiddeld absoluut spanningsverschil van ca. 9 V vertonen met de draagstructuur (pakweg 4/7 van de zonnecellen zal op een positieve spanning staan, i.e. gemiddeld +10 V, en de overige 3/7 zal op een negatieve spanning staan, i.e. gemiddeld -7,5 V, t.o.v. de draagstructuur) en bij het tweede paneel, de zonnecellen een gemiddelde absoluut spanningsverschil van 32,5 V vertonen met de draagstructuur. Het is duidelijk dat, indien er veel meer zonnepanelen in een string worden geschakeld, bv. typisch 14 tot 17 panelen, het gemiddelde absolute spanningsverschil tussen de zonnecellen in de panelen en de draagstructuur drastisch toeneemt. Dit houdt in dat ook het PID probleem bij zonnepaneelinstallaties, sterk toeneemt bij grotere strings.

De huidige uitvinding beoogt een oplossing te vinden voor ten minste enkele van bovenvermelde problemen.

Er is nood aan een verbeterd apparaat en werkwijze voor het regenereren van zonnepanelen die onderhevig zijn of kunnen zijn aan PID. Het apparaat en de werkwijze dienen een betere schaalbaarheid te hebben dan de bestaande technologie om ervoor te zorgen dat het PID probleem ook bij grote installaties efficiënt kan worden behandeld. Er is dan ook nood aan een apparaat dat gemakkelijk kan worden geïnstalleerd en een werkwijze voor het installeren ervan. Er is verder nood aan een verbeterd systeem voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie, waarbij het PID probleem sterk gereduceerd worden.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding betreft een gemakkelijk te installeren apparaat, waarbij de bestaande elektrische bedrading tussen omvormer en zonnepanelen intact kan blijven en dat kan gebruikt worden bij grote installaties. De uitvinding betreft tevens werkwijzes voor het regenereren van zonnepanelen en voor het installeren van het apparaat, alsook een systeem en werkwijze voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie. De schaalbaarheid en levensduur van het apparaat, het systeem en de werkwijzes van de huidige uitvinding is uitzonderlijk beter dan bij reeds gekende apparaten, systemen of werkwijzen, o.a. vanwege het gemakkelijk te installeren apparaat.

In een eerste aspect betreft de huidige uitvinding een werkwijze voor het regenereren van zonnepanelen die in één of meerdere strings geschakeld zijn, waarbij ten minste één string verbonden is tussen een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool van een omvormer voor het leveren van gelijkspanning opgewekt door zonne-energie, waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat: - het voorzien van een ingangsspanning aan een slaaf-apparaat, bij voorkeur wordt de ingangsspanning voorzien aan het slaaf-apparaat door een master-apparaat; - het in het slaaf-apparaat genereren van een regeneratie-gelijkspanning uit de ingangsspanning; - het leveren van de regeneratie-gelijkspanning aan een positieve pool en/of aan een negatieve pool van de omvormer.

Hierbij betekent 'het regenereren van zonnepanelen' dat de efficiëntie van de zonnepanelen verbeterd wordt doordat de effecten van PID, bv. het vermeerderen van residuele ladingen in de zonnecellen, worden tegengewerkt of hersteld.

Een 'string' omvat één of meerdere, in serie geschakelde, zonnepanelen. Bijgevolg kan een string, tijdens energieproductie, een gelijkstroom leveren aan een gelijkspanning die toeneemt naarmate het aantal zonnepanelen in de string toeneemt. Een string omvat een negatieve en een positieve pool die verbonden worden met een omvormer om de opgewekte elektriciteit om te zetten van gelijkspanning naar wisselspanning. Bij een kleine installatie kan een string slechts één zonnepaneel omvatten. Bij voorkeur echter omvat een string twee of meer zonnepanelen, bv. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 zonnepanelen of meer. Meer bij voorkeur omvat een string tussen 10 en 20 zonnepanelen, het meest bij voorkeur tussen 14 en 17 zonnepanelen.

Zonnepanelen leveren gelijkspanning onder invloed van zonne-energie. Zonnepanelen die in een string geschakeld zijn, leveren gelijkspanning aan een omvormer die de gelijkspanning kan omzetten in wisselspanning, bij voorkeur wisselspanning van 220-230 Volt of eventueel rond 380 Volt. De positieve ingangspool van de omvormer is de pool die wordt aangesloten op de positieve pool van de string van zonnepanelen, i.e. de pool van de string die is aangesloten aan die kant van het eerste zonnepaneel in de string die op de hoogste elektrische potentiaal komt te staan wanneer de zonnepanelen elektriciteit genereren via het fotovoltaïsch effect in de zonnecellen ervan. De negatieve ingangspool van de omvormer is dan de pool die aangesloten wordt op de negatieve pool van de string, i.e. de pool van de string die is aangesloten aan die kant van het laatste zonnepaneel in de string die op de laagste elektrisch potentiaal komt te staan wanneer de zonnepanelen elektriciteit genereren.

De term 'omvormer' zoals gebruikt in deze aanvrage betreft een inrichting die een gelijkspanning, zoals opgewekt door een zonnepaneel of een string van zonnepanelen, om kan zetten naar een wisselspanning, typisch een courant gebruikte netspanning zoals 220-230 V of 380 V wisselspanning. In een voorkeursuitvoering omvat een omvormer een aantal positieve polen en een aantal negatieve polen die kunnen worden aangesloten op de positieve polen en de negatieve polen, respectievelijk, van een aantal strings van zonnepanelen. In een verdere voorkeursuitvoering zijn de negatieve polen ten minste deels en bij voorkeur allen, intern kortgesloten in de omvormer. Eveneens in een voorkeursuitvoering omvat de omvormer één of meer maximal power point trackers ("MPPT's"), meer bij voorkeur omvat de omvormer twee MPPT's.

Een "maximal power point tracker" (MPPT), zoals in deze aanvrage wordt gebruikt, betreft een inrichting die het elektrische vermogen dat geleverd wordt door de erop aangesloten zonnepanelen of strings, maximaliseert. Zonnecellen hebben een niet-lineaire stroom-spanningsrelatie. Door het aanpassen van bv. een belasting die over een zonnecel wordt aangelegd, kan men de door een zonnecel geleverde stroom zodanig aanpassen dat het vermogen, i.e. het product van stroom (I) en spanning (V), maximaal is. Dit geldt eveneens voor zonnepanelen en strings die een groot aantal geschakelde zonnecellen omvatten. Een omvormer kan één of meer, bij voorkeur twee, MPPT's omvatten, waarbij aan elke MPPT één of meer strings, bij voorkeur twee of drie, kunnen worden geconnecteerd.

De term 'slaaf-apparaat' zoals gebruikt in deze aanvrage betreft een inrichting die ten minste deels aangestuurd wordt door externe signalen en daardoor dus als ondergeschikt wordt bevonden aan deze externe signalen en eventueel aan het apparaat dat deze externe signalen levert, i.e. een 'meester-apparaat'. De externe signalen kunnen het leveren en/of stopzetten van voedingsstroom of voedingsspanning omvatten, of kunnen ook elektronische stuursignalen omvatten.

De termen 'regeneratie-spanning' of 'regeneratie-gelijksspanning' zoals gebruikt in deze aanvrage, betreft een gelijksspanning waarvan het voltage is afgestemd op het tegengaan van het PID probleem door het verwijderen van residuele ladingen in de zonnecellen onder invloed van de aangelegde spanning. De regeneratie-spanning wordt hierbij aangelegd op de positieve pool, de negatieve pool of zowel positieve als negatieve pool van de zonnepanelen of string, waardoor een spanningsverschil ontstaat tussen de zonnecellen van de zonnepanelen enerzijds en de draagstructuur van de zonnepanelen anderzijds. Hierbij kan de spanning die nodig is om de zonnepanelen te regenereren afhangen van het aantal zonnepanelen in een string en/of het type zonnepanelen, bv. van de lay-out of van het type en aantal zonnecellen. In de literatuur wordt beschreven dat PID typisch begint op te treden bij spanningsverschillen van -160V. Voor kleine zonnepaneelinstallaties kan een spanning van 160 V dan ook reeds volstaan om het PID probleem zichtbaar aan te pakken. Echter, voor huidige commerciële zonnepanelen lijkt een spanning van 500 V of meer aangewezen. Bij voorkeur ligt de regeneratie-spanning tussen 500 V en 1500 V, het meest bij voorkeur tussen 900 V en 1200 V. In een uitvoering is de regeneratie-spanning wezenlijk constant gedurende een niet-elektriciteitsproducerende periode van de zonnepanelen, in het bijzonder gedurende de nacht. In een uitvoering volgt de regeneratie-spanning een vooraf-gedefinieerd profiel gedurende een niet-elektriciteitsproducerende periode van de zonnepanelen, in het bijzonder gedurende de nacht. Dit vooraf-gedefinieerde profiel kan een constant profiel zijn, een stapsgewijs constant profiel, een blokprofiel, een repetitief profiel, of een combinatie hiervan. Bij voorkeur omvat het profiel een periode T tijdens dewelke een wezenlijk constante of een wezenlijk stapsgewijs constante regeneratie-spanning wordt geleverd, waarbij de periode T bij voorkeur minstens 80%, bij voorkeur minstens 90%, meer bij voorkeur minstens 95%, nog meer bij voorkeur minstens 99%, het meest bij voorkeur rond 100% is van de niet-elektriciteitsproducerende periode van de zonnepanelen.

Het gebruik van een slaaf-apparaat met een hoogspanningsgenerator zorgt voor een aantal voordelen t.o.v. de werkwijzen gebruikt in de stand der techniek, vooral op het gebied van schaling en meer bepaald voor grote zonnepaneelinstallaties met een veelheid aan zonnepanelen en een veelheid aan omvormers. Meer bepaald laat het gebruik van een slaaf-apparaat toe om per omvormer één slaaf-apparaat te voorzien dat dicht bij de omvormer kan worden geplaatst. Een groot voordeel hierbij is dat de hoge regeneratie-gelijkspanning over slechts een kleine afstand dient te worden geleverd, hetgeen zowel stroomverliezen als het veiligheidsrisico vermindert. De voeding voor de slaaf-apparaten kan namelijk aan een veilige en lage spanning worden geleverd vanuit een centrale voedingsbron, bv. een meester-apparaat.

Bovendien zorgt het gebruik van een slaaf-apparaat voor een modulaire werkwijze voor het aansluiten van een systeem voor regeneratie van zonnepanelen: indien namelijk een nieuwe string zonnepanelen op een reeds aanwezige omvormer wordt aangesloten, kan men het slaaf-apparaat dat op die omvormer werd aangesloten ook gebruiken voor de regeneratie van de zonnepanelen in de nieuwe string, en dit zonder extra bedrading indien de string bv. wordt aangesloten op een MPPT van de omvormer die reeds is aangesloten op het slaaf-apparaat, of enkel door het aansluiten van één of twee draden; indien één of meer nieuwe strings aan zonnepanelen, gekoppeld aan een nieuwe omvormer worden aangesloten op een bestaande zonnepaneelinstallatie, kan een nieuw slaaf-apparaat worden voorzien om de zonnepanelen in de nieuwe string te kunnen regenereren. Ook hier wordt de hoeveelheid bedrading voor het kunnen leveren van een regeneratie-gelijksspanning geminimaliseerd. Dit wordt mogelijk gemaakt doordat het slaaf-apparaat aan de negatieve en/of positieve ingangspolen van de omvormer kan worden aangesloten, waardoor het slaafapparaat parallel over de strings van zonnepanelen wordt aangesloten. Hierdoor is het niet nodig om de draden tussen de strings en de omvormer te onderbreken bij de plaatsing van het slaaf-apparaat, en kan het slaaf-apparaat worden aangesloten met een minimum aan werk, tijd en risico.

Bovendien maken de werkwijzes, het apparaat en de systemen volgens de huidige uitvinding het mogelijk dat er tijdens elektriciteitsproductie in de zonnecellen geen aldus opgewekte elektrische stroom door het slaaf-apparaat gaat, hetgeen ook toelaat om het slaaf-apparaat te installeren, te herstellen of te vervangen tijdens de productiefase van de zonnepanelen. Dit houdt een substantiële vereenvoudiging in met bestaande systemen en werkwijzes.

Het is bovendien mogelijk om het nieuwe slaaf-apparaat aan te sluiten op de voedingsbron via een ander slaaf-apparaat, waardoor verschillende slaaf-apparaten in een ketting met één voedingsbron, bv. één meester-apparaat, verbonden zijn. Ook dit zorgt, zeker bij grote zonnepaneelinstallaties, voor een substantiële vermindering van de hoeveelheid bedrading die nodig is om de regeneratie-werkwijze van de huidige uitvinding uit te voeren.

In een tweede aspect betreft de uitvinding een systeem voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie, omvattende: - een aantal zonnepanelen die in één of meerdere strings geschakeld zijn, waarbij ten minste één string verbonden is tussen een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool van een omvormer voor het leveren van gelijkspanning opgewekt door zonne-energie, waarbij de omvormer geconfigureerd is om de gelijkspanning tussen de positieve en negatieve ingangspool, om te zetten naar wisselspanning aan uitgangspolen van de omvormer; - een slaaf-apparaat met een eerste uitgangspool aangesloten op genoemde positieve ingangspool van de omvormer en een tweede uitgangspool aangesloten op genoemde negatieve ingangspool van de omvormer, waarbij het slaaf-apparaat een hoogspanningsgenerator omvat geconfigureerd om een regeneratie-gelijkspanning te genereren uit een ingangsspanning, en waarbij het slaaf-apparaat geconfigureerd is om de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en/of de tweede uitgangspool; - een meester-apparaat dat verbonden is met het slaafapparaat en geconfigureerd is om een ingangsspanning te leveren aan genoemde hoogspanningsgenerator van het slaaf-apparaat.

Het systeem voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie volgens de huidige uitvinding, laat toe dat het PID probleem van de zonnepanelen in het systeem kan behandelt worden door het aanleggen van een regeneratie-spanning over de zonnepanelen, waardoor residuele ladingen uit de zonnecellen kunnen worden verwijderd. Het systeem laat toe dat de strings aangesloten op een omvormer, via hun negatieve en positieve pool kunnen verbonden worden met een slaaf-apparaat dat bij voorkeur dicht bij de omvormer kan worden opgesteld.

In een volgende aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie met een systeem zoals hierboven en verder in dit document wordt beschreven, omvattende de stappen: - het overdag verhinderen van het leveren van een regeneratie-gelijkspanning op polen van zonnepanelen, bij voorkeur door één of meerdere van volgende stappen: • het onderbreken van het voorzien van de ingangsspanning door het master-apparaat; • het onderbreken van het genereren van de regeneratie-gelijkspanning door de hoogspanningsgenerator; • - het 's nachts regenereren van de zonnepanelen, bij voorkeur volgens een werkwijze zoals hierboven of verder in dit document beschreven.

Het is ook mogelijk dat de levering van de regeneratie-gelijkspanning overdag wordt verhinderd door het onderbreken van de verbinding tussen de polen van de zonnepanelen enerzijds en de hoogspanningsgenerator anderzijds.

De stappen van het overdag verhinderen van de regeneratie-gelijkspanning en het 's nachts regenereren kan ten minste deels worden geïmplementeerd op het master-apparaat, waarbij het master-apparaat de levering van een ingangsspanning aan alle slaaf-apparaten of aan een deel ervan stopt op basis van het tijdsstip van effectieve zonsopgang en terug start op basis van het tijdsstip van effectieve zonsondergang. Hierbij kunnen bv. het tijdsstip en de locatie van de zonnepaneelinstallatie beide opgevraagd of berekend worden via informatie verkregen via GPRS of GPS, en/of kunnen de effectieve zonsopgang en zonsondergang voor de locatie van de zonnepaneelinstallatie opgevraagd of berekend worden. Alternatief of additioneel kan ook een sensor opgesteld worden op de locatie van de zonnepaneel-installatie die a.d.h.v. bv. een lichtintensiteitsmeting kan uitmaken of het effectief dag dan wel effectief nacht is. Het is hierbij nodig op te merken dat het belangrijk is te vermijden dat een regeneratie-spanning wordt geleverd aan zonnepanelen tijdens energie-productie. Daarom wordt er bij voorkeur een veiligheidsmarge genomen op de tijdsstippen van effectieve zonsopgang en zonsondergang waarbij de periode van regenereren zeker enkel 's nachts valt.

De term "effectieve zonsopgang" verwijst naar het tijdsstip waarbij de zon op een positie komt te staan waarbij het mogelijk wordt voor ten minste één van de zonnepanelen of zonnecellen van een zonnepaneel-installatie op één site om via het fotovoltaïsch effect een elektrische stroom te produceren. De term "effectieve zonsondergang" verwijst naar het tijdsstip waarbij de zon op een positie komt te staan waarbij het onmogelijk wordt voor ten minste één van de zonnepanelen of zonnecellen van een zonnepaneel-installatie op één site om via het fotovoltaïsch effect een elektrische stroom te produceren. De termen "effectief dag" en "overdag", resp. "effectief nacht" en "'s nachts", verwijzen naar de periode tussen effectieve zonsopgang en effectieve zonsondergang, resp. de periode tussen effectieve zonsondergang en effectieve zonsopgang.

Een belangrijk voordeel van bovenvermelde werkwijze is dat enkel het meester-apparaat dient te worden voorzien van de informatie betreffende de effectieve zonsopgang en effectieve zonsondergang en aldus de ingangsspanning al dan niet kan leveren aan de slaaf-apparaten, of alternatief een instructie aan de slaaf-apparaten de instructie kan geven de regeneratie-gelijksspanning al dan niet te leveren aan de strings van zonnepanelen. Dit houdt in dat men er op een gecentraliseerde manier voor kan zorgen dat regeneratie van de panelen de volledige nacht kan gebeuren, en niet slechts bv. gedurende een kort gedeelte van een etmaal waarvoor zeker is dat het steeds nacht is. Het is duidelijk dat de gecentraliseerde manier grote voordelen biedt voor de schaalbaarheid van zonnepaneel-installaties.

De stappen van het onderbreken van het voorzien van de ingangsspanning door het master-apparaat en/of het onderbreken van het genereren van de regeneratie-gelijkspanning door de hoogspanningsgenerator enerzijds en de hoogspanningsgenerator anderzijds, kunnen apart of in combinatie worden uitgevoerd, en de onderbreking kan automatisch, bijvoorbeeld op een elektronische manier of op een elektronisch aangestuurde manier, worden uitgevoerd.

In een volgend aspect betreft de uitvinding een slaaf-apparaat voor het regenereren van zonnepanelen die in één of meerdere strings geschakeld zijn, waarbij ten minste één string verbonden is tussen een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool van een omvormer voor het leveren van gelijkspanning opgewekt door zonne-energie, het slaaf-apparaat omvattende: - een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool voor het ontvangen van elektriciteit bij een ingangsspanning tussen de positieve en negatieve ingangspool; - een eerste uitgangspool geschikt om te worden verbonden met een negatieve pool van de omvormer en/of een string, en een tweede uitgangspool geschikt om te worden verbonden met een positieve pool van de omvormer en/of een string, de eerste en tweede uitgangspool geconfigureerd voor het leveren van elektriciteit bij een regeneratie-gelijkspanning; - een hoogspanningsgenerator die een negatieve ingangsgeneratorpool verbonden met de negatieve ingangspool en een positieve ingangsgeneratorpool verbonden met de positieve ingangspool omvat en die geconfigureerd is om de ingangsspanning tussen de negatieve en positieve ingangspool om te zetten naar een regeneratie-gelijksspanning tussen een negatieve uitgangsgeneratorpool en een positieve uitgangsgeneratorpool omvat, waarbij de positieve uitgangsgeneratorpool verbonden is of via een elektrisch circuit verbonden kan worden met de eerste uitgangspool en/of de tweede uitgangspool voor het leveren van de regeneratie-gelijkspanning, en bij voorkeur waarbij de negatieve uitgangsgeneratorpool verbonden is of kan worden met een aarding, bij voorkeur een fysieke aarding.

De term "fysieke aarding" zoals gebruikt in dit document, betreft een elektrische referentie-potentiaal die gelijk kan zijn maar niet noodzakelijk hoeft te zijn, aan de elektrische potentiaal van de aarde. Binnen de context van het huidige document wordt de term "fysieke aarding" gebruikt om de potentiaal van een zonnepanelenconstructie, i.e. een draagstructuurpotentiaal, aan te duiden. De term "fysieke aarding" wordt in dit document ook gebruikt om een geleidend object, bv. een geleidingsdraad, aan te duiden die op de referentie-potentiaal staat.

Het slaaf-apparaat omvat bij voorkeur een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool voor het ontvangen van elektriciteit bij een ingangsgelijkspanning tussen de positieve en negatieve ingangspool, een DC-DC transformator verbonden met de negatieve en positieve ingangspool voor het omzetten van de elektriciteit bij de ingangsgelijkspanning naar elektriciteit bij een uitgangsgelijkspanning aan een uitgangspool waarbij de grootte van de uitgangsgelijkspanning hoger is dan de grootte van de ingangsgelijkspanning, bij voorkeur waarbij de grootte van de uitgangsgelijkspanning ten minste 160 V is, meer bij voorkeur ten minste 200 V, nog meer bij voorkeur ten minste 300 V, zelfs meer bij voorkeur ten minste 400 V, en nog meer bij voorkeur ten minste 500V, en bij voorkeur tussen 500 V en 1500 V, zoals 500 V, 600 V, 700 V, 800 V, 900 V, 1000 V, 1100 V, 1200 V, 1300 V, 1400 V, 1500 V of alle waarden daartussen.

In nog een volgend aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor het installeren van een slaaf-apparaat, omvattende de stappen: - het voorzien van een slaaf-apparaat volgens de huidige uitvinding; - het aansluiten van een negatieve en een positieve ingangspool van het slaaf-apparaat op een ingangsspanningsbron, bij voorkeur een master-apparaat; - het aansluiten van een eerste uitgangspool van het slaaf-apparaat op een negatieve pool van een zonnepaneel, van een string van zonnepanelen, van een omvormer waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten, en/of van een maximal power point tracker (MPPT) waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten; - het aansluiten van een tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat op een positieve pool van een zonnepaneel, van een string van zonnepanelen, van een omvormer waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten, en/of van een maximal power point tracker (MPPT) waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten; - bij voorkeur het aansluiten van het slaaf-apparaat op een aarding, een fysieke aarding of een draagstructuur van een zonnepaneel. De fysieke aarding voor het slaaf-apparaat wordt bij voorkeur voorzien via het meester-apparaat.

Het slaaf-apparaat, en in het bijzonder de ingangspolen van het slaaf-apparaat en de optionele fysieke aarding, kan hierbij rechtstreeks worden verbonden met het meester-apparaat, bv. een eerste slaaf-apparaat dat wordt geïnstalleerd, of het slaaf-apparaat kan hierbij verbonden worden met een ander slaaf-apparaat, daarbij een ketting van slaaf-apparaten vormend.

BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN

Figuur 1 illustreert een uitvoering van de huidige uitvinding.

Figuur 2 illustreert een uitvoering van het slaaf-apparaat volgens de huidige uitvinding.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regenereren van zonnepanelen, een systeem en een werkwijze voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie, een slaaf-apparaat voor het regenereren van zonnepanelen en een werkwijze voor het installeren van het slaaf-apparaat zoals beschreven in de conclusies, en zoals verder beschreven in dit document.

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technisch en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding. Voor een betere beoordeling van de beschrijving van de uitvinding, worden de volgende termen expliciet uitgelegd. "Een", "de" en "het" refereren in dit document naar zowel het enkelvoud als het meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, "een segment" betekent een of meer dan een segment.

Wanneer "ongeveer" of "rond" in dit document gebruikt wordt bij een meetbare grootheid, een parameter, een tijdsduur of moment, en dergelijke, dan worden variaties bedoeld van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/-5% of minder, nog meer bij voorkeur +/-1% of minder, en zelfs nog meer bij voorkeur +/-0.1% of minder dan en van de geciteerde waarde, voor zoverre zulke variaties van toepassing zijn in de beschreven uitvinding. Hier moet echter wel onder verstaan worden dat de waarde van de grootheid waarbij de term "ongeveer" of "rond" gebruikt wordt, zelf specifiek wordt bekendgemaakt.

De termen "omvatten", "omvattende", "bestaan uit", "bestaande uit", "voorzien van", "bevatten", "bevattende", "behelzen", "behelzende", "inhouden", "inhoudende" zijn synoniemen en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van wat volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van andere componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.

In een voorkeursuitvoering van de uitvinding is de ingangsspanning een gelijkspanning, bij voorkeur een veiligheidsgelijkspanning, meer bij voorkeur een veiligheidsspanning van ten hoogste 80 V, nog meer bij voorkeur ten hoogste 70 V, en nog meer bij voorkeur ten hoogste 60 V, het meest bij voorkeur rond 48 V. Dit laat een gemakkelijke en veilige bekabeling toe tussen meester-apparaat en de één of meer slaaf-apparaten. We merken hierbij op dat de bekabeling van een zonnepaneel-installatie typisch kan blootgesteld staan aan extreme omgevingsfactoren (vocht, regen, uitzonderlijk lage en hoge temperaturen, vriezen, wind, hagel, bliksem, etc.) en dat het voeden van de slaaf-apparaten met een (veiligheids)gelijkspanning een verbetering inhoudt op het vlak van duurzaamheid en veiligheid t.o.v. voeding met een wisselspanning, bv. voeding met een 220-230 V of 380 V wisselspanning.

In een voorkeursuitvoering van de uitvinding is de regeneratie-gelijkspanning ten minste 160 V, meer bij voorkeur ten minste 200 V, nog meer bij voorkeur ten minste 300 V, zelfs meer bij voorkeur ten minste 400 V, en nog meer bij voorkeur ten minste 500V, en bij voorkeur tussen 500 V en 1500 V, zoals 500 V, 600 V, 700 V, 800 V, 900 V, 1000 V, 1100 V, 1200 V, 1300 V, 1400 V, 1500 V of alle waarden daartussen. Zoals reeds vermeld kan de spanning die nodig is om de zonnepanelen te regenereren afhangen van het aantal zonnepanelen in een string en/of het type zonnepanelen, bv. van de lay-out of van het type en aantal zonnecellen. Voor kleine zonnepaneelinstallaties kan een spanning van 160 V reeds volstaan om het PID probleem zichtbaar aan te pakken. Echter, voor huidige commerciële zonnepanelen lijkt een spanning van 500 V of meer aangewezen. Bij voorkeur ligt de regeneratie-spanning tussen 500 V en 1500 V, het meest bij voorkeur tussen 900 V en 1200 V.

In een voorkeursuitvoering wordt de regeneratie-spanning die wordt opgewekt door de hoogspanningsgenerator enkel geleverd aan een positieve ingangspool van een omvormer, waarbij de spanning aan de negatieve ingangspool van de omvormer wezenlijk lager is dan de spanning aan de positieve ingangspool, i.e. wezenlijk lager dan de regeneratie-spanning. In dit geval is er tijdens het leveren van de regeneratie-spanning geen kortsluiting tussen negatieve en positieve ingangspool van de omvormer en geen kortsluiting tussen de eerste en de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat. De negatieve pool van de omvormer, en de eraan verbonden eerste uitgangspool van het slaaf-apparaat, staan dan op een lagere spanning vanwege bv. de kleine spanning opgewekt door bv. maanlicht of door stroomverliezen. Bij wijze van voorbeeld kan de regeneratiespanning rond 900 V zijn, waarbij de spanning op de negatieve ingansgpool van de omvormer rond 875V ligt. In een voorkeursuitvoering van het slaaf-apparaat is er een interne verbinding tussen de eerste en de tweede uitgangspool die hoogresistent is, en die bij voorkeur één of meerdere diodes omvat. Nog meer bij voorkeur omvat deze interne verbinding een optische diode om het spanningsverschil te meten tussen de eerste en de tweede uitgangspool.

In een voorkeursuitvoering wordt de ingangsspanning voorzien aan twee of meerdere slaaf-apparaten. Bij voorkeur zijn deze twee of meer slaaf-apparaten in parallel aangesloten op de ingangsspanning. Dit zorgt voor een betere schaalbaarheid van de werkwijzes en systemen van de huidige uitvinding. Hierbij worden de twee of meer slaaf-apparaten bij voorkeur tegelijkertijd voorzien van een ingangsspanning. Hiermee kan men bv. op eenvoudige manier verzekeren dat alle slaaf-apparaten tegelijkertijd worden verhinderd van het leveren van regeneratie-spanning aan de zonnepanelen, bv. gedurende de dag. In een voorkeursuitvoering wordt dan ook de voorziening van de ingangsspanning overdag onderbroken.

In een voorkeursuitvoering, omvat de werkwijze voor het regenereren van zonnepanelen de volgende stappen: - het meten van spanning tussen de positieve pool en de negatieve pool van de omvormer. De gemeten spanning geeft hierbij aan of de zonnepanelen in de string die aangesloten is op de negatieve pool en de positieve pool van de omvormer in een elektriciteitsproducerende fase zitten. Indien dit het geval is, zal de gemeten spanning wezenlijk verschillend zijn van nul, en mag geen regeneratie-spanning worden geleverd aan de zonnepanelen. In de praktijk zal er ook 's nachts nog een kleine spanning over een string van panelen aanwezig zijn, bv. door het maanlicht. Een typische spanning over een string van bv. 17 panelen is 25 V. Daardoor dient de gemeten spanning onder een vooraf gedefinieerde eerste drempelwaarde te zakken alvorens een regeneratie-spanning mag worden geleverd. Daarom dient de werkwijze ook volgende stap te omvatten: - het verhinderen van de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de positieve en/of negatieve pool van de omvormer indien de gemeten spanning hoger is dan een eerste vooraf-gedefinieerde drempelwaarde, en bij voorkeur het leveren van de regeneratie-gelijkspanning aan de positieve en/of negatieve pool van de omvormer indien de gemeten spanning kleiner is dan een tweede vooraf gedefinieerde drempelwaarde.

De tweede drempelwaarde kan gelijk zijn aan de eerste drempelwaarde, maar is bij voorkeur groter dan de eerste drempelwaarde om de zekerheid dat alleen wordt geregenereerd tijdens niet-producerende momenten te verhogen.

Bij voorkeur is de eerste drempelwaarde tussen 80V en 160V, meer bij voorkeur tussen 100 V en 140V, het meest bij voorkeur rond 120V en/of is de tweede drempelwaarde tussen 120 V en 200 V, bij voorkeur tussen 140V en 180V, het meest bij voorkeur rond 160 V.

In een voorkeursuitvoering omvat het systeem voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie twee of meer slaaf-apparaten, waarbij het meester-apparaat bij verbonden is met genoemde slaaf-apparaten, bij voorkeur zodanig dat de slaaf-apparaten parallel aangesloten zijn op de door het meester-apparaat geleverde ingangsspanning. Hierbij kunnen de slaaf-apparaten elk zijn aangesloten op een aparte omvormer, een aparte MPPT, een aparte string en/of een apart zonnepaneel. In een voorkeursuitvoering van een systeem met een meester-apparaat en twee of meer slaaf-apparaten die in parallel aangesloten zijn of het meester-apparaat, zijn de slaaf-apparaten in een ketting aangesloten op elkaar. Dit zorgt ervoor dat bij het aansluiten van de tweede of verdere slaaf-apparaten de bedrading, in het bijzonder de voedingsdraden en de optionele aardingsdraad, slechts de afstand tot het dichtstnabije slaaf-apparaat dient te overbruggen. Slaaf-apparaten kunnen dan ook in een voorkeursuitvoering worden voorzien van één of meer aansluitingscontacten met polen die verbonden zijn met de ingangspolen en optioneel de fysieke aarding van het slaaf-apparaat.

In een voorkeursuitvoering is het meester-apparaat geconfigureerd om gelijkspanning te leveren aan de hoogspanningsgenerator van het slaaf-apparaat, en waarbij de hoogspanningsgenerator een DC-DC omvormer omvat voor het omzetten van de door het meester-apparaat geleverde gelijkspanning naar de regeneratie-gelijkspanning, bij voorkeur waarbij de door het meester-apparaat geleverde gelijkspanning een veiligheidsgelijkspanning is, meer bij voorkeur een veiligheidsspanning van ten hoogste 80 V, nog meer bij voorkeur ten hoogste 70 V, en nog meer bij voorkeur ten hoogste 60 V, het meest bij voorkeur rond 48 V.

In een voorkeursuitvoering is het meester-apparaat geconfigureerd om de levering van gelijkspanning aan de hoogspanningsgenerator overdag te stoppen en bij voorkeur de levering van gelijkspanning 's nachts te voorzien.

Het meester-apparaat is bij voorkeur met twee of meer elektrisch geleidende voedingsdraden verbonden met het slaaf-apparaat om de ingangsspanning te kunnen leveren.

In een voorkeursuitvoering omvat het systeem een fysieke aarding, waarbij het slaaf-apparaat verbonden is met de fysieke aarding en bij voorkeur waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om de regeneratie-gelijksspanning op te wekken ten opzichte van de fysieke aarding. Bij voorkeur is het slaaf-apparaat verbonden met de fysieke aarding via één of meerdere elektrisch geleidende aardingsdraden tussen het slaaf-apparaat en het meester-apparaat. Bij voorkeur wordt de verbinding tussen het slaaf-apparaat en de fysieke aarding overdag onderbroken in het meester-apparaat.

In een voorkeursuitvoering is de fysieke aarding de potentiaal van een draagstructuur van een zonnepaneel, en wordt de fysieke aarding aan het meester-apparaat geleverd door een geleidende kabel die verbonden wordt met de genoemde draagstructuur. De fysieke aarding kan dan verder aan het slaaf-apparaat geleverd worden via het master-apparaat, of via een ander slaaf-apparaat indien meerdere slaaf-apparaten in een ketting aan het meester-apparaat worden geschakeld.

In een voorkeursuitvoering zijn de één of meer aardingsdraden en de twee of meer voedingsdraden tussen het meester-apparaat en het slaaf-apparaat in hetzelfde omhulsel verwerkt.

In een voorkeursuitvoering omvat het slaaf-apparaat een elektrisch circuit dat verbonden is met de eerste uitgangspool en met de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat en optioneel met één of meerdere additionele uitgangspolen van het slaaf-apparaat, waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om via het elektrisch circuit de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en/of de tweede uitgangspool en/of optioneel aan de één of meerdere additionele uitgangspolen. Bij voorkeur omvat het elektrisch circuit een hoogresistente verbinding, bv. via één of meerdere diodes, tussen de eerste en de tweede uitgangspool. In een bijzondere voorkeursuitvoering is het elektrisch circuit schakelaarvrij.

In een alternatieve uitvoering is het elektrisch circuit geconfigureerd om interne kortsluiting tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool, optioneel tussen ten minste twee van de uitgangspolen en bij voorkeur tussen elk paar uitgangspolen, te vermijden indien een spanningsverschil tussen deze uitgangspolen aanwezig is.

Het elektrisch circuit laat toe om al dan niet de levering van regeneratiespanning aan de omvormer, MPPT, string of zonnepaneel te onderbreken, en dan specifiek wanneer een spanningsverschil aanwezig is tussen de negatieve en de positieve pool van de omvormer die aangesloten zijn op de eerste en de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat. Dit elektrisch circuit kan schakelaarvrij worden uitgevoerd, zodat de levensduur van het apparaat en het systeem substantieel verlengd wordt. Een schakelaarvrij circuit kan bv. gebruik maken van een hoogresistente interne verbinding tussen de eerste ene tweede uitgangspool, waarbij bij voorkeur het spanningsverschil tussen eerste en tweede uitgangspool gemeten wordt met een optische diode.

In een alternatieve uitvoering kan het elektrisch circuit geconfigureerd zijn om effectief een kortsluiting te maken tussen de negatieve en de positieve pool van de omvormer wanneer hierover geen spanningsverschil staat of gemeten wordt.

In een voorkeursuitvoering zijn er één of meer additionele uitgangspolen aan het slaaf-apparaat, waarbij bij voorkeur elk van de additionele uitgangspolen is verbonden met een positieve pool van een additionele omvormer, een additionele MPPT, een additionele string of een additioneel zonnepaneel, terwijl negatieve pool van genoemde additionele omvormer, additionele MPPT, additionele string of additioneel zonnepaneel verbonden is met de eerste uitgangspool van het slaaf-apparaat. Hierdoor kan één slaaf-apparaat meerdere omvormers, MPPT's, strings of zonnepanelen voorzien van een regeneratie-spanning. Bij voorkeur wordt één slaaf-apparaat voorzien voor één omvormer, waarbij de omvormer één of meer MPPT's kan omvatten, bij voorkeur twee MPPT's, waarbij het slaaf-apparaat elk van de MPPT's van de omvormer kan voorzien van de regeneratiespanning. Hierdoor kunnen ook alle strings die op eenzelfde MPPT of op eenzelfde omvormer zijn aangesloten, voorzien worden van de regeneratie-spanning geleverd door eenzelfde slaaf-apparaat.

In een voorkeursuitvoering omvat het slaaf-apparaat een veiligheidsschakeling geconfigureerd om de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de eerste uitgangspool en/of de tweede uitgangspool van het slaafapparaat te verhinderen, bij voorkeur waarbij de veiligheidsschakeling een voltmeter omvat die geconfigureerd is om de spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool te meten en waarbij de veiligheidsschakeling geconfigureerd is om de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de eerste uitgangspool en/of de tweede uitgangspool van het slaafapparaat te verhinderen indien de gemeten spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool wezenlijk verschillend is van nul, bij voorkeur wordt de levering van regeneratie-gelijkspanning toegelaten zolang de gemeten spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool boven een eerste vooraf-gedefinieerde drempelwaarde is gezakt en wordt de levering van regeneratie-gelijkspanning verhinderd wanneer de gemeten spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool boven een tweede vooraf-gedefinieerde drempelwaarde is gestegen. Zoals eerder aangegeven is bij voorkeur de eerste drempelwaarde kleiner dan de tweede drempelwaarde, het meest bij voorkeur is de eerste drempelwaarde rond 120 V en de tweede drempelwaarde rond 160V.

In een voorkeursuitvoering omvatten de werkwijzen van de huidige uitvinding de stap van het determineren of het dag of nacht is door het berekenen van een effectieve zonsopgang en/of zonsondergang op basis van een tijdsbepaling en een positiebepaling van het systeem.

In een voorkeursuitvoering van het slaaf-apparaat is de ingangsspanning een ingangsgelijkspanning en is de hoogspanningsgenerator geconfigureerd om de ingangsgelijkspanning om te zetten naar de regeneratie-gelijkspanning, bij voorkeur waarbij de ingangsgelijkspanning een veiligheidsgelijkspanning is, meer bij voorkeur een veiligheidsspanning van ten hoogste 80 V, nog meer bij voorkeur ten hoogste 70 V, en nog meer bij voorkeur ten hoogste 60 V, het meest bij voorkeur rond 48 V, en bij voorkeur waarbij de regeneratie-gelijkspanning ten minste 500 V is.

In een voorkeursuitvoering omvat het slaaf-apparaat: - een sensor voor het meten van de spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool; - een elektrisch circuit dat verbonden is met de eerste uitgangspool en met de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat en optioneel met één of meerdere additionele uitgangspolen van het slaaf-apparaat, waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om via het elektrisch circuit de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en/of de tweede uitgangspool en/of optioneel aan de één of meerdere additionele uitgangspolen. Bij voorkeur omvat het elektrisch circuit een hoogresistente verbinding, bv. via één of meerdere diodes, tussen de eerste en de tweede uitgangspool. In een bijzondere voorkeursuitvoering is het elektrisch circuit schakelaarvrij.

In een alternatieve uitvoering is het elektrisch circuit geconfigureerd om interne kortsluiting tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool, optioneel tussen ten minste twee van de uitgangspolen en bij voorkeur tussen elk paar uitgangspolen, te vermijden indien de door de sensor gemeten spanning wezenlijk verschillend is van nul.

In een voorkeursuitvoering omvat het slaaf-apparaat één of meer additionele uitgangspolen, waarbij bij voorkeur het slaaf-apparaat één of meer sensoren omvat voor het meten van de spanningen tussen de eerste uitgangspool enerzijds en elk van de één of meer uitgangspolen anderzijds.

In wat volgt, wordt de uitvinding beschreven a.d.h.v. niet-limiterende voorbeelden die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limiteren.

VOORBEELDEN VOORBEELD 1:

Een voorbeeld van een uitvoering van de huidige uitvinding wordt in figuur 1 getoond.

Het gedeelte rechts van de stippellijn in fig. 1 toont de schakeling van een zonnepaneel-installatie of een "PV Systeem". Het bestaande PV systeem kan een aantal omvormers (SO1) omvatten, waarvan er hier twee zijn afgebeeld. Een omvormer (SO1) kan twee MPPT's (TZ1, TZ2) omvatten. Een aantal zonnepanelen (SO3) die in serie geschakeld zijn vormen een string (SO2) en zijn aangesloten op een MPPT (TZ2) van de omvormer (SO1). Per MPPT (TZ2) kunnen meerdere strings zijn aangesloten, i.c. 3 strings.

Het gedeelte links van de stippellijn in fig. 1, alsook de verbindingen met het bestaande PV systeem, illustreert een uitvoering van de huidige uitvinding. Meer bepaald wordt per omvormer (SO1) een slaaf-apparaat (SO5) voorzien, waarbij het slaaf-apparaat apart verbonden is met elk van de MPPT's (TZ1, TZ2) van de omvormer (SO1) voor het leveren van de regeneratiespanning aan de positieve en/of negatieve polen van de MPPT's. Het slaaf-apparaat (SO5) is hierbij parallel verbonden aan de polen van de MPPT's t.o.v. de strings die met de MPPT's verbonden zijn. Hierdoor kan men vermijden dat de verbindingen tussen MPPT's en string dienen te worden onderbroken om het slaaf-apparaat aan een bestaand PV systeem te schakelen. Bovendien zorgt dit er ook voor dat, tijdens de productiefase van de zonnepanelen (SO3), de geproduceerde elektriciteit niet door het slaaf-apparaat (SO5) of zijn interne circuits gaat. Ieder slaaf-apparaat (SO5) wordt voorzien van voeding en optioneel van andere controlesignalen door een meester-apparaat (SO4). Het meester-apparaat (SO4) kan de voeding leveren of afbreken naargelang het nacht of dag is of kan controlesignalen geven aan de slaaf-apparaten (SO5), eventueel aan ieder slaaf-apparaat individueel, om de regeneratie van de zonnepanelen te stoppen of te starten. VOORBEELD 2:

Een voorbeeld van een uitvoering van het slaaf-apparaat (SO5) volgens de huidige uitvinding wordt in figuur 2 getoond.

Het slaaf-apparaat (SO5) omvat: - een positieve ingangspool (21) en een negatieve ingangspool (22) voor het ontvangen van elektriciteit bij een ingangsspanning tussen de positieve en negatieve ingangspool. In dit geval is de ingangsspanning een gelijkspanning van 48 V; - een eerste uitgangspool (23) die verbonden kan worden met een negatieve pool van een omvormer, een MPPT, een string en/of een zonnepaneel, en een tweede uitgangspool (24) die verbonden kan worden met een positieve pool van de een omvormer, de MPPT, de string en/of het zonnepaneel. Eén additionele uitgangspool (25) is ook aanwezig die verbonden kan worden met een positieve pool van een additionele omvormer, een additionele MPPT (bij voorkeur een tweede MPPT van dezelfde omvormer), een additionele string en/of een additioneel zonnepaneel; - een hoogspanningsgenerator (26) die een negatieve ingangsgeneratorpool (28) verbonden met de negatieve ingangspool (22) en een positieve ingangsgeneratorpool (27) verbonden met de positieve ingangspool (21) omvat en die geconfigureerd is om de ingangsspanning tussen de negatieve (22) en positieve (21) ingangspool om te zetten naar een regeneratie-gelijksspanning tussen een negatieve uitgangsgeneratorpool (29) en een positieve uitgangsgeneratorpool (30) omvat. De positieve uitgangsgeneratorpool (30) is verbonden, in dit geval via een elektrisch circuit (31), met de eerste uitgangspool (23) en de tweede uitgangspool (24) alsook met de additionele uitgangspool (25) voor het leveren van de regeneratie-gelijkspanning. De negatieve uitgangsgeneratorpool (29) is verbonden met een aarding, i.c. een fysieke aarding (PE).

Het elektrisch circuit (31) is verbonden met de eerste uitgangspool (23) en met de tweede uitgangspool (24) van het slaaf-apparaat (SO5) en met één additionele uitgangspool (25). De hoogspanningsgenerator (26) is geconfigureerd om via het elektrisch circuit (31) de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en de tweede uitgangspool en aan de additionele uitgangspool. Hierbij is het elektrisch circuit (31) uitgevoerd met diodes (32, 33, 34, 35) die effectief de eerste uitgangspool (23) en de tweede uitgangspool (24), alsook de additionele uitgangspool (25) kortsluiten indien er geen spanningsverschil (V) aanwezig is tussen de eerste en de tweede uitgangspool. Dit spanningsverschil (V) kan gemeten worden door een sensor (36). De sensor (36) heeft bij voorkeur een hoge interne elektrische weerstand zodat de stroom afkomstig van de zonnepanelen tijdens de producerende fase, die door de sensor stroomt, verwaarloosbaar is. Indien de zonnepanelen in de productiefase zitten, i.e. elektriciteit leveren door het fotovoltaïsch effect, zorgen diodes 32 en 33 ervoor dat er geen kortsluiting kan ontstaan tussen enerzijds de eerste uitgangspool (23) verbonden met de negatieve pool van een omvormer, MPPT, string of zonnepaneel en anderzijds de tweede uitgangspool (24) of de additionele uitgangspool (25) verbonden met de positieve pool of polen van de omvormer, MPPT, string of zonnepaneel. Diode (34) en diode (35) zorgen ervoor dat de tweede uitgangspool (24) en de additionele uitgangspool (25) niet effectief worden kortgesloten tijdens de elektriciteitsproducerende fase van de zonnepanelen. Dit zorgt ervoor dat de tweede uitgangspool (24) en de additionele uitgangspool (25) verbonden kunnen worden met verschillende omvormers, verschillende MPPT's, verschillende strings en/of verschillende zonnepanelen.

Het slaaf-apparaat (SO5) omvat ook een veiligheidsschakeling geconfigureerd om de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de eerste uitgangspool (23) en de tweede uitgangspool (24) alsook de additionele uitgangspool (25) van het slaafapparaat (SO5) te verhinderen. Hiertoe omvat de veiligheidsschakeling een voltmeter (36), bv. op basis van een optische diode, die geconfigureerd is om de spanning (V) tussen de eerste uitgangspool (23) en de tweede uitgangspool (24) te meten. De veiligheidsschakeling is geconfigureerd om de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de uitgangspolen (23, 24, 25) te verhinderen indien de gemeten spanning (V) boven een drempelspanning uitstijgt, bv. boven de 160V, door het uitschakelen van de hoogspanningsgenerator (26). Indien de spanning (V) die gemeten wordt, onder een drempelspanning zakt, bv. onder de 120V, wordt de werking van de hoogspanningsgenerator toegelaten.

Het is verondersteld dat de huidige uitvinding niet beperkt is tot de uitvoeringsvormen die hierboven beschreven zijn en dat enkele aanpassingen of veranderingen aan de beschreven voorbeelden kunnen toegevoegd worden zonder de toegevoegde conclusies te herwaarderen. Bijvoorbeeld, de huidige uitvinding werd beschreven met verwijzing naar een eerste uitgangspool die verbonden wordt of kan worden met een negatieve pool van een omvormer, MPPT of string van zonnepanelen, maar het mag duidelijk zijn dat een slaaf-apparaat kan voorzien worden van verschillende uitgangspolen die geconfigureerd zijn om te worden verbonden met een negatieve pool van een omvormer, MPPT of string van zonnepanelen. Hierbij kunnen de verschillende uitgangspolen die verbonden kunnen worden met de negatieve pool van een omvormer intern verbonden zijn, of kunnen ze gescheiden zijn. Het is verder ook mogelijk dat er ontdubbeling is van componenten van het slaaf-apparaat, in het bijzonder van de uitgangspolen.

Claims (17)

1. CONCLUSIES

   1. Een werkwijze voor het regenereren van zonnepanelen die in één of meerdere strings geschakeld zijn, waarbij ten minste één string verbonden is tussen een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool van een omvormer voor het leveren van gelijkspanning opgewekt door zonne-energie, waarbij de werkwijze de volgende stappen omvat: - het voorzien van een ingangsspanning aan een slaaf-apparaat; - het in het slaaf-apparaat genereren van een regeneratie-gelijkspanning uit de ingangsspanning; - het leveren van de regeneratie-gelijkspanning aan een positieve pool en/of aan een negatieve pool van de omvormer, waarbij de ingangsspanning een gelijkspanning is van ten hoogste 80 V.
2. 2. Een werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de regeneratie-gelijkspanning minstens 500 V is.
3. 3. Een werkwijze volgens één van vorige conclusies, waarbij de ingangsspanning parallel en tegelijkertijd voorzien wordt aan twee of meerdere slaaf-apparaten die in een ketting zijn aangesloten op elkaar.
4. 4. Een werkwijze volgens één van vorige conclusies, omvattende: - het meten van spanning tussen de positieve pool en de negatieve pool van de omvormer; - het leveren van de regeneratie-gelijkspanning aan de positieve en/of de negatieve pool van de omvormer indien de gemeten spanning wezenlijk nul is en het verhinderen van de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de positieve en/of negatieve pool van de omvormer indien de gemeten spanning wezenlijk verschillend is van nul.
5. 5. Een systeem voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie, omvattende: - een aantal zonnepanelen die in één of meerdere strings geschakeld zijn, waarbij ten minste één string verbonden is tussen een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool van een omvormer voor het leveren van gelijkspanning opgewekt door zonne-energie, waarbij de omvormer geconfigureerd is om de gelijkspanning tussen de positieve en negatieve ingangspool, om te zetten naar wisselspanning aan uitgangspolen van de omvormer; - een slaaf-apparaat met een eerste uitgangspool aangesloten op genoemde positieve ingangspool van de omvormer en een tweede uitgangspool aangesloten op genoemde negatieve ingangspool van de omvormer, waarbij het slaaf-apparaat een hoogspanningsgenerator omvat geconfigureerd om een regeneratie-gelijkspanning te genereren uit een ingangsspanning, en waarbij het slaaf-apparaat geconfigureerd is om de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en/of de tweede uitgangspool; - een meester-apparaat dat verbonden is met het slaafapparaat en geconfigureerd is om een ingangsspanning te leveren aan genoemde hoogspanningsgenerator van het slaaf-apparaat, waarbij het meester-apparaat geconfigureerd is om gelijkspanning van ten hoogste 80 V te leveren aan de hoogspanningsgenerator van het slaaf-apparaat.
6. 6. Een systeem volgens conclusie 5, omvattende twee of meer slaaf-apparaten, waarbij het meester-apparaat zodanig verbonden is met genoemde slaaf-apparaten dat de slaaf-apparaten parallel aangesloten zijn op de door het meester-apparaat geleverde ingangsspanning.
7. 7. Een systeem volgens één van de conclusies 5 of 6, waarbij de hoogspanningsgenerator een DC-DC omvormer omvat voor het omzetten van de door het meester-apparaat geleverde gelijkspanning naar de regeneratie-gelijkspanning.
8. 8. Een systeem volgens één van de conclusies 5 tot 7, dat een fysieke aarding omvat, waarbij het slaaf-apparaat via het meester-apparaat verbonden is met de fysieke aarding en waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om de regeneratie-gelijksspanning op te wekken ten opzichte van de fysieke aarding.
9. 9. Een systeem volgens één van de conclusies 5 tot 8, waarbij het slaaf-apparaat een elektrisch circuit omvat dat verbonden is met de eerste uitgangspool en met de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat en optioneel met één of meerdere additionele uitgangspolen van het slaaf-apparaat, waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om via het elektrisch circuit de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en/of de tweede uitgangspool en/of optioneel aan de één of meerdere additionele uitgangspolen, waarbij het elektrisch circuit geconfigureerd is om interne kortsluiting tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool, optioneel tussen ten minste twee van de uitgangspolen en bij voorkeur tussen elk paar uitgangspolen, te vermijden indien een spanningsverschil tussen deze uitgangspolen aanwezig is.
10. 10. Een systeem volgens één van de conclusies 5 tot 9, waarbij het slaaf-apparaat een veiligheidsschakeling omvat geconfigureerd om de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de eerste uitgangspool en/of de tweede uitgangspool van het slaafapparaat te verhinderen, waarbij de veiligheidsschakeling een voltmeter omvat die geconfigureerd is om de spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool te meten en waarbij de veiligheidsschakeling geconfigureerd is om de levering van regeneratie-gelijkspanning aan de eerste uitgangspool en/of de tweede uitgangspool van het slaafapparaat te verhinderen indien de gemeten spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool wezenlijk verschillend is van nul.
11. 11. Een werkwijze voor het genereren van elektriciteit uit zonne-energie met een systeem volgens één van de conclusies 5 tot 10, omvattende de stappen: - het overdag verhinderen van het leveren van een regeneratie-gelijkspanning op polen van zonnepanelen door één of meerdere van volgende stappen: • het onderbreken van het voorzien van de ingangsspanning door het master-apparaat, waarbij de ingangsspanning een gelijkspanning is van ten hoogste 80 V; • het onderbreken van het genereren van de regeneratie-gelijkspanning door de hoogspanningsgenerator; - het 's nachts regenereren van de zonnepanelen volgens een werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot 4.
12. 12. Een werkwijze volgens conclusie 11, omvattende de stap van het determineren of het dag of nacht is door het berekenen van een effectieve zonsopgang en/of zonsondergang op basis van een tijdsbepaling en een positiebepaling van het systeem.
13. 13. Een slaaf-apparaat voor het regenereren van zonnepanelen die in één of meerdere strings geschakeld zijn, waarbij ten minste één string verbonden is tussen een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool van een omvormer voor het leveren van gelijkspanning opgewekt door zonne-energie, het slaaf-apparaat omvattende: - een positieve ingangspool en een negatieve ingangspool voor het ontvangen van elektriciteit bij een ingangsspanning tussen de positieve en negatieve ingangspool; - een eerste uitgangspool geschikt om te worden verbonden met een negatieve pool van de omvormer en/of een string, en een tweede uitgangspool geschikt om te worden verbonden met een positieve pool van de omvormer en/of een string, de eerste en tweede uitgangspool geconfigureerd voor het leveren van elektriciteit bij een regeneratie-gelijkspanning; - een hoogspanningsgenerator die een negatieve ingangsgeneratorpool verbonden met de negatieve ingangspool en een positieve ingangsgeneratorpool verbonden met de positieve ingangspool omvat en die geconfigureerd is om de ingangsspanning tussen de negatieve en positieve ingangspool om te zetten naar een regeneratie-gelijksspanning tussen een negatieve uitgangsgeneratorpool en een positieve uitgangsgeneratorpool omvat, waarbij de positieve uitgangsgeneratorpool verbonden is of via een elektrisch circuit verbonden kan worden met de eerste uitgangspool en/of de tweede uitgangspool voor het leveren van de regeneratie-gelijkspanning, waarbij de ingangsspanning een ingangsgelijkspanning van ten hoogste 80 V is.
14. 14. Een slaaf-apparaat volgens conclusie 13, waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om de ingangsgelijkspanning om te zetten naar de regeneratie-gelijkspanning van ten minste 500 V.
15. 15. Een slaaf-apparaat volgens conclusie 14, verder omvattende: - een sensor voor het meten van de spanning tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool; - een elektrisch circuit dat verbonden is met de eerste uitgangspool en met de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat en optioneel met één of meerdere additionele uitgangspolen van het slaaf-apparaat, waarbij de hoogspanningsgenerator geconfigureerd is om via het elektrisch circuit de regeneratie-gelijkspanning te leveren aan de eerste en/of de tweede uitgangspool en/of optioneel aan de één of meerdere additionele uitgangspolen, waarbij bij voorkeur het elektrisch circuit geconfigureerd is om interne kortsluiting tussen de eerste uitgangspool en de tweede uitgangspool, optioneel tussen ten minste twee van de uitgangspolen en bij voorkeur tussen elk paar uitgangspolen, te vermijden indien de door de sensor gemeten spanning wezenlijk verschillend is van nul.
16. 16. Een slaaf-apparaat volgens één van de conclusies 14 of 15, omvattende één of meer sensoren voor het meten van de spanningen tussen de eerste uitgangspool enerzijds en de tweede en optioneel de één of meer additionele uitgangspolen anderzijds.
17. 17. Een werkwijze voor het installeren van een slaaf-apparaat, omvattende de stappen: - het voorzien van een slaaf-apparaat volgens één van de conclusies 14 tot 16; - het aansluiten van een negatieve en een positieve ingangspool van het slaaf-apparaat op een ingangsspanningsbron, waarbij de ingangsspanning een ingangsgelijkspanning van ten hoogste 80 V is; - het aansluiten van de eerste uitgangspool van het slaaf-apparaat op een negatieve pool van een zonnepaneel, van een string van zonnepanelen, van een omvormer waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten, en/of van een maximal power point tracker (MPPT) waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten; - het aansluiten van de tweede uitgangspool van het slaaf-apparaat op een positieve pool van een zonnepaneel, van een string van zonnepanelen, van een omvormer waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten, en/of van een maximal power point tracker (MPPT) waaraan optioneel een string van zonnepanelen is aangesloten.