DE102007031785A1

DE102007031785A1 - Verfahren und Schaltung zur Überwachung von Solar-Panels auf Diebstahl

Info

Publication number: DE102007031785A1
Application number: DE200710031785
Authority: DE
Inventors: Ulrich Fischer; Roland Pfeffer; Bernd Willer
Original assignee: FPE Fischer GmbH
Current assignee: FPE Fischer GmbH
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2007-07-07
Publication date: 2009-01-08
Also published as: DE102006049285A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung einzelner Solar-Panels in Solaranlagen auf Diebstahl. Sie ist ein Zusatz zu der Patentanmeldung DE 102006049285.4 und ermöglicht die gleichzeitige Überwachung von mehreren parallel geschalteten Solar-Panel Strings. Hierzu wird während des Nachtbetriebs der Solaranlage an die Parallelschaltung der Strings eine im Vergleich zur Ausgangsspannung der Solaranlage größere Spannung mit umgekehrter Polarität (Reversspannung) angelegt. Erfindungsgemäß wird die Summe der durch die parallel geschalteten Strings fließenden Ströme mit Hilfe einer Wheatstone-Brücke überwacht. Die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens weist drei Spannungsteilerwiderstände (14, 17, 18), einen Trimmer (16) und einen Brückenwiderstand (15) auf, die zusammen mit der Parallelschaltung der Strings (8.1) zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet sind. Ein Spannungsteilerpunkt (20) der Brückenschaltung ist mit dem Eingang eines Spannungskomparators (9) verbunden. Beim Diebstahl eines Solar-Panels ändert sich die Spannung am Spannungsteilerpunkt (20) und der Spannungskomparator (9) aktiviert ein Alarmmeldesystem (12). Darüber hinaus ermöglicht die Schaltung ein Langzeit-Monitoring der Gesamtimpedanz der Solaranlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung von Solar-Panels auf Diebstahl; sie ist ein Zusatz zu der Patentanmeldung DE 10 2006 049 285.4 . Sie ermöglicht die gleichzeitige Überwachung von mehreren parallel geschalteten Strings, d. h. Reihenschaltungen von Solar-Panels.
In DE 10 2006 049 285.4 wird ein Verfahren zur Überwachung von Solar-Panels auf Diebstahl offenbart, gemäß dem bei Nacht bzw. im Ruhebetrieb an die Reihenschaltung der Solar-Panels, die nachfolgend als String bezeichnet wird, eine Spannung mit einer im Vergleich zu Ausgangsspannung der Solaranlage umgekehrten Polarität angelegt und der durch den String fließende Strom überwacht wird. Im Falle eines Diebstahls eines Solar-Panels wird die Reihenschaltung des Strings unterbrochen. Dies führt zu einer Verringerung des Stromflusses durch den String und infolgedessen zur Auslösung eines Alarms.
Zur technischen Umsetzung des Verfahrens wird außerdem eine Schaltung zur Überwachung der Solar-Panels auf Diebstahl vorgeschlagen, die aus einem Widerstand, der mit dem Solar-Panels String in Serie geschaltet ist, und einer Spannungskomparatorschaltung besteht, deren beide Eingänge mit dem Serienwiderstand zwecks Messung der an ihm abfallenden Spannung, parallel geschaltet sind. Fällt die Spannung am Widerstand aufgrund des Diebstahls eines Solar-Panels ab, schaltet die Spannungskomparatorschaltung ein an ihrem Ausgang befindliches Relais, das seinerseits mittels eines potentialfreien Schaltkontaktes eine Alarmmeldung auslöst.
Die meisten Solaranlagen bestehen jedoch nicht nur aus einem Solar-Panel String. Typischerweise sind bei einer Anlage drei bis fünf Strings parallel geschaltet. Um diese Strings mit der vorstehend genannten Schaltung zu überwachen, wären entsprechend drei bis fünf separate Überwachungsschaltungen notwendig, was zu einem hohen Material- und Schaltungsaufwand führen würde.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer Überwachungsschaltung gleichzeitig mehrere parallel geschaltete Solar-Panel Strings auf Diebstahl zu überwachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bzw. eine vorteilhafte Verwendungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2, 4 bis 6.
Wie bereits gezeigt, wird, wenn die Ausgangsspannung der Solaranlage eine vordefinierte Spannungsgrenze, z. B. 42 V, unterschreitet, also typischerweise bei Nacht, an jeden String eine im Vergleich zur Ausgangsspannung größere Spannung mit umgekehrter Polarität angelegt, wodurch die in Serie geschalteten Leistungshalbleiter, typischerweise Schottky-Dioden, in den Verbindungsboxen der Solar-Panels in Durchlassrichtung betrieben werden.
Nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung wird die Summe der durch mehrere parallel geschaltete Strings fließenden Ströme überwacht.
Im Gegensatz zur Überwachung eines einzelnen Strings, bei dem der Diebstahl eines Solar-Panels zur vollständigen Unterbrechung des Stromkreises führt, wird bei mehreren parallel geschalteten Strings nur einer der durch die Strings gebildeten Strompfade unterbrochen. Die dadurch verursachte Widerstands- bzw. Spannungsänderung ist folglich wesentlich kleiner und kann nur durch sehr empfindliche Messschaltungen erkannt werden. Vorzugsweise wird hierzu eine Wheatstone-Brücke, die aus schaltungstechnischen Gründen auf eine Spannung ungleich Null abgeglichen ist, verwendet.
Die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Prüfmodul, das dem Anlegen der Spannung an die Solar-Panel Strings dient, einer Strom-Überwachungseinrichtung und einer Alarmmeldeeinheit. Erfindungsgemäß ist der durch mehrere parallel geschaltete Strings gebildete Widerstand zusammen mit drei weiteren Spannungsteilerwiderständen und einem Brückenwiderstand in einer Wheatstone-Brückenanordung verschaltet. Einer der Spannungsteilerwiderstände ist als Serienschaltung aus einem Trimmer (Potentiometer) und einem festen Widerstand ausgeführt. Der Brückenwiderstand liegt zwischen den beiden Spannungsteilerpunkten der Wheatstone-Brücke.
An einem der beiden Spannungsteilerpunkte der Brücke ist ein Spannungskomparator angeschlossen. Außerdem ist der Trimmer so eingestellt, dass die Spannung an diesem Spannungsteilerpunkt nur geringfügig von der Referenzspannung des Spannungskomparators abweicht. Beim Diebstahl eines Solar-Panels ändert sich die Spannung am Spannungsteilerpunkt, der Spannungskomparator schaltet und löst mittels einer an seiner Ausgangseite befindenden Meldeeinheit einen Alarm aus.
Um den Prüfstrom in Abhängigkeit der Anzahl der zu überwachenden Strings einstellen zu können, ist das Prüfmodul vorteilhafterweise mit einer Konstantstromquelle ausgestattet, die über eine Einstellmöglichkeit des Stroms auf ganzzahlige Vielfache eines Grundwerts verfügt. Der Größe des Stroms ist jeweils auf den Grundwert mal der Anzahl der zu überprüfenden Strings einzustellen.
Bei den heutzutage verwendeten Solaranlagen werden drei bis maximal fünf Strings parallel betrieben. Deshalb wird die Schaltung aus wirtschaftlichen Gründen auf drei bis maximal fünf Strings ausgelegt.
Durch Ausmessen des Spannungsabfalls an der Wheatstone-Brücke ist zusätzlich eine Langzeit-Überwachung der Anlagen-Gesamtimpedanz im leistungslosen Zustand, d. h. nachts oder bei starker Abschattung, möglich. Bei intakten Dioden gibt die Varianz des Spannungsabfalls einen Hinweis auf größer werdende Übergangswiderstände in Kabeln, Steckern und in den Solar-Panels infolge Verschmutzung, Korrosion, partielle Beschädigungen u. ä. Die frühzeitige Erkennung der Impedanzänderung ermöglicht ein zeitnahes Beseitigen der Ursachen, wodurch schleichende Verringerungen der Leistung von Solaranlagen und teure Folgeschäden vermieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; hierzu zeigen in schematischer Darstellung:
1: eine Schaltung zur Überwachung mehrerer Strings
1 zeigt die aus den drei Spannungsteilerwiderständen 14, 17, 18 und dem Brückenwiderstand 15 aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung. Der vierte Span nungsteilerwiderstand 8.1 wird durch die Parallelschaltung der Solar-Panel Strings gebildet. Außerdem ist der feste Widerstand 17 in Serie mit den Trimmer 16 geschaltet, wodurch ein einstellbarer Spannungsteilerwiderstand der Brücke entsteht.
Aufgrund des kleinen Widerstandswerts des an Masse liegenden Widerstands 14 von 51 Ω in Kombination mit dem großen Widerstandswert des Brückenwiderstands 15 von 1 MΩ werden die nachfolgenden Schaltungskomponenten vor über die Serienschaltung der Solar-Panels 8.1 eingebrachten Spannungsspitzen geschützt. Länger andauernde Überspannungen führen zu einem Schmelzen der Sicherung 19.
Der Spannungskomparator 9 ist mit dem Spannungsteilerpunkt 20 verbunden. Impedanzänderungen der Parallelschaltung der Strings 8.1 bewirken eine zu dieser Impedanzänderung proportionale Spannungsänderung am Spannungsteilerpunkt 20. Um ein empfindliches Ansprechen des Spannungskomparators und Auslösen des Alarms zu ermöglichen, muss die Spannung am Spannungsteilerpunkt 20 mit Hilfe des Trimmers 16 auf einen Wert eingestellt werden, der je nach Arbeitsweise des Komparators (Überschreitung oder Unterschreitung der Referenzspannung) geringfügig kleiner bzw. größer als die Referenzspannung des Spannungskomparators 9 ist.

8.1: Parallelschaltung der Serienwiderstände der Strings
9: Spannungskomparator
12: Diebstahl-Alarmmeldesystem.
13: Konstantstromquelle
14: Zweiter Spannungsteilerwiderstand
15: Brückenwiderstand
16: Trimmer/Potentiometer
17: Dritter Spannungsteilerwiderstand
18: Vierter Spannungsteilerwiderstand
19: Sicherung
20: Spannungsteilerpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006049285 [0001, 0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung von Solar-Panels in Solaranlagen auf Diebstahl gemäß DE 10 2006 049 285.4 bei dem, wenn die Ausgangsspannung der Anlage eine vordefinierte Spannungsgrenze im Bereich von 1 bis 60 V unterschreitet, eine im Vergleich zur Ausgangsspannung größere Spannung mit umgekehrter Polarität an die Reihenschaltung der Solar-Panels angelegt wird, wodurch Leistungshalbleiter in Boxen, die der elektrischen Verbindung der Panels dienen, in Durchlassrichtung betrieben werden, und der Strom, der durch die Reihenschaltung der Panels fließt, überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der durch mehrere parallel geschaltete Strings fließenden Ströme überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der durch die parallel geschalteten Strings fließenden Ströme mit Hilfe einer Wheatstone-Brücke, die auf eine Spannung ungleich Null abgeglichen ist, überwacht wird.
Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, die aus einem Prüfmodul, das dem Anlegen der Spannung an die Solar-Panel Strings mit einer im Vergleich zur Ausgangsspannung der Solaranlage umgekehrten Polarität dient, einer Strom-Überwachungseinrichtung und einer Alarmmeldeeinheit (12) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass der durch mehrere parallel geschaltete Strings gebildete Widerstand (8.1) mit dem zweiten und dritten Spannungsteiler-Widerstand (14, 17), mit der Serienschaltung aus dem vierten Spannungsteiler-Widerstand (18) und dem Trimmer (16) sowie mit dem Brückenwiderstand (15) in einer Wheatstone-Brückenanordung verschaltet sind und der Eingang eines Spannungskomparators (9), an dessen Ausgang eine Alarmmeldeeinheit (12) angeschlossen ist, mit einem Spannungsteilerpunkt (20) der Wheatstone-Brücke verbunden ist, wobei der Trimmer (16) so eingestellt ist, dass die Spannung am Spannungsteilerpunkt (20) geringfügig von der Referenzspannung des Spannungskomparators (9) abweicht.
Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmodul eine Konstantstromquelle (13) aufweist, die über eine Einstellmöglichkeit des Stromes auf ganzzahlige Vielfache eines Grundwertes, die der Anpassung des Gesamtstroms an die Anzahl der parallel geschalteten Strings dient, verfügt.
Schaltung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei bis fünf Strings parallel geschaltet sind.
Schaltung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur langzeitigen Überwachung der Gesamtimpedanz der Solaranlage verwendet wird.