DE102012101735A1 - Photovoltaikanordnung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Photovoltaikanordnung - Google Patents

Photovoltaikanordnung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Photovoltaikanordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanordnung, die mindestens zwei trafolose Solarwechselrichter (1) umfasst, an die DC-seitig jeweils eine Solaranlage (6) angeschlossen ist, und die AC-seitig in Parallelschaltung an einen Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) anschließbar sind, wobei die Solarwechselrichter (1) durch den Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) galvanisch von einem geerdeten Stromversorgungsnetz (9) entkoppelt sind. Es ist vorgesehen, dass jeder der Solarwechselrichter (1) DC-seitig an einem seiner Pole (2, 3) über einen hochohmigen Widerstand (R1–Rn) geerdet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb einer solcher Photovoltaikanordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanordnung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Photovoltaikanordnung.
  • Es sind Solarwechselrichter bekannt, die die von einer Photovoltaikanlage bzw. Solaranlage bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandeln, die in ein Stromversorgungsnetz, typischerweise ein Mittelspannungsnetz, eingespeist wird. Dabei werden zwei Arten von Solarwechselrichtern unterschieden, Solarwechselrichter mit Transformator, bei denen ein Transformator eine galvanische Trennung zwischen der Gleichstromseite (DC-Seite) und der Wechselstromseite (AC-Seite) des Wechselrichters bereitstellt, und trafolosen Geräten, bei denen die Eingangsseite und die Ausgangsseite elektrisch miteinander verbunden sind. Da trafolose Wechselrichter effizienter und kostengünstiger sind, werden sie bevorzugt eingesetzt.
  • Ein Nachteil bei der Verwendung trafoloser Solarwechselrichter besteht allerdings darin, dass bei Verwendung eines solchen Wechselrichters der negative Anschluss der Solaranlage grundsätzlich nicht geerdet werden kann. Ohne eine Erdung ist jedoch eine unerwünschte spannungsinduzierten Degradation (auch als PID – ”Potential Induced Degradation” bezeichnet), die durch Leckströme hervorgerufen wird und zu erheblichen Leistungsverlusten führen kann, nicht zu verhindern. So ist eine Ursache für Leckströme die Spannungslage der einzelnen Photovoltaikmodule gegenüber dem Erdpotential; bei ungeerdeten Systemen sind die Photovoltaikmodule einer positiven oder negativen Spannung ausgesetzt.
  • Allerdings kann prinzipiell jeder Wechselrichter, und auch jeder trafolose Wechselrichter, auf der DC-Seite geerdet werden, sofern er erdfrei an einem Trenn- oder Mittelspannungstrafo betrieben wird. Das Betreiben des trafolosen Wechselrichters erdfrei an einem Trenn- oder Mittelspannungstrafo stellt somit in gewisser Weise eine Lösung zu dem genannten Problem dar. Allerdings ergibt sich nunmehr das Problem, dass der Wechselrichter vor dem Aufschaltvorgang ins Netz einen Isolationstest durchführen muss, der eine Messung des Isolationswiderstandes zwischen den Polen der Solaranlage und einem Schutzleiter PE vornimmt. Unterschreitet der gemessene Widerstand gegen Erde einen vorgegebenen Wert, der typischerweise bei 1 MOhm liegt, so fällt der Isolationstest negativ aus und der Wechselrichter darf sich nicht zur Einspeisung auf das Netz aufschalten. Bei der Isolationsmessung kann der Wechselrichter somit DC-seitig nicht geerdet sein.
  • Aus der WO 201 0/051 812 A1 sind mehrere Schaltungen für Photovoltaikanordnungen bekannt, bei denen eine Solaranlage über einen trafolosen Solarwechselrichter an ein Stromversorgungsnetz angeschlossen ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, bei der Verwendung trafoloser Solarwechselrichter, die durch einen Mittelspannungs- oder Trenntrafo galvanisch vom Netz entkoppelt sind, eine spannungsinduzierte Degradation zu verhindern oder zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Photovoltaikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Danach sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, eine Photovoltaikanordnung mit mindestens zwei trafolosen Solarwechselrichtern bereitzustellen. An jeden trafolosen Solarwechselrichter ist DC-seitig eine Solaranlage mit jeweils mindestens einem Solarmodul angeschlossen. AC-seitig sind die Solarwechselrichter in Parallelschaltung an einen Mittelspannungs- oder Trenntransformator anschließbar, wobei die Solarwechselrichter durch den Mittelspannungs- oder Trenntransformator galvanisch von einem geerdeten Stromversorgungsnetz entkoppelt sind. Jeder der Solarwechselrichter ist auf das Stromversorgungsnetz aufschaltbar. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder der Solarwechselrichter DC-seitig an einem seiner Pole über einen hochohmigen Widerstand geerdet ist. Beispielsweise ist der negative Pol des Solarwechselrichters jeweils über einen hochohmigen Widerstand geerdet.
  • Zum Verständnis der Erfindung ist zu beachten, dass jedem Solarwechselrichter Mittel zum Durchführen eines Isolationstests in Bezug auf die an den Solarwechselrichter angeschlossene Solaranlage zugeordnet sind. Ein Solarwechselrichter kann nur bei Bestehen eines Isolationstests auf das Stromversorgungsnetz aufgeschaltet werden. Durch das erfindungsgemäße Erden der Solarwechselrichter über einen hochohmigen Widerstand, der im Folgenden auch als Erdungswiderstand bezeichnet wird, wird zum einen das Bestehen des Isolationstests ermöglicht, da wegen der Hochohmigkeit des Widerstands der beim Isolationstest gemessene Widerstand gegenüber dem Erdpotential oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt. Mit Bestehen des Isolationstests sind somit die Startbedingungen für ein Aufschalten auf das Stromversorgungsnetz erfüllt.
  • Zum anderen ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung im Einspeisebetrieb, wenn die Solarwechselrichter auf das Stromversorgungsnetz aufgeschaltet sind, die Realisierung eines nur geringen Spannungsabfalls an dem hochohmigen Widerstand bei jedem der Solarwechselrichter der erfindungsgemäßen Photovoltaikanordnung. Denn mit Aufschalten der Solarwechselrichter auf das Stromversorgungsnetz bilden die hochohmigen Widerstände, über die die einzelnen Solarwechselrichter geerdet sind, eine Parallelschaltung gegenüber dem Erdpotential, wobei sich ihr Widerstand gemäß den Regeln für Widerstände in Parallelschaltungen reduziert.
  • Des Weiteren bilden die Parallelschaltung der hochohmigen Widerstände einerseits und der Isolationswiderstand des Mittelspannungs- oder Trenntransformators andererseits einen Spannungsteiler gegenüber dem Erdpotential. Dabei fällt nur ein Bruchteil der Gesamtspannung gegenüber dem Erdpotential über den hochohmigen Widerständen ab. Damit wird aber erreicht, dass im Einspeisebetrieb quasi eine Erdung des trafolosen Solarwechselrichters erreicht ist, mit dem Vorteil, dass eine unerwünschte spannungsinduzierte Degradation bzw. unerwünschte Leckströme verhindert oder zumindest erheblich reduziert werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung beruht somit auf dem Gedanken, an der DC-Seite des Solarwechselrichters einen hohen Erdungswiderstand bereitzustellen, so dass der Solarwechselrichter den Isolationstest erfolgreich durchführen kann, und nach Aufschalten des Solarwechselrichters auf das Stromversorgungsnetz die Höhe des Erdungswiderstandes durch Parallelschaltung mit den Erdungswiderständen anderer Solarwechselrichter zu reduzieren. Naturgemäß wird dies umso effektiver erreicht, desto mehr Solarwechselrichter bei der erfindungsgemäßen Photovoltaikanordnung parallel geschaltet sind. Dabei ist es in der Praxis nicht unüblich, zwischen 10 und 50 Solarwechselrichter an der Niederspannungsseite eines Mittelspannungs- oder Trenntransformator parallel anzuordnen, wobei eine höchst effektive Reduzierung des Erdungswiderstandes in Bezug auf einen Spannungsabfall gegenüber dem Erdpotential bereitgestellt wird.
  • Der hochohmige Widerstand, über den der Solarwechselrichter jeweils geerdet ist, weist einen Widerstandswert derart auf, dass der Solarwechselrichter den Isolationstest besteht. Dies wird üblicherweise dann der Fall sein, wenn der hochohmige Widerstand einen Widerstandswert von mindestens 1 MOhm aufweist.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass ein „Widerstand” im Sinne der vorliegenden Erfindung durch ein beliebiges elektrisches Widerstandselement bereitgestellt werden kann, beispielsweise einen klassischen ohmschen Widerstand oder einen Varistor.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist jeder der Solarwechselrichter AC-seitig mit einem Anschluss an einen Neutralleiter eines erdfrei betriebenen Drei-Phasen-Wechselstromsystems angeschlossen, das zwischen den Solarwechselrichtern und dem Mittelspannungs- oder Trenntransformator ausgebildet ist. Dabei ist der Neutralleiter lediglich über den Isolationswiderstand des Mittelspannungs- oder Trenntransformators mit dem Erdpotential verbunden, d. h., er liegt nicht auf dem Erdpotential. Solche Netze, die an der Niederspannungsseite eines Mittelspannungstransformators oder Trenntransformators ausgebildet sind, werden auch als IT-Netze (IT = ”Isolé Terre”) bezeichnet, das heißt, es handelt sich um isolierte, erdfreie Netze.
  • Wie bereits erläutert, sind jedem Solarwechselrichter Mittel zum Durchführen eines Isolationstests hinsichtlich der angeschlossenen Solaranlage zugeordnet, wobei eine Aufschaltung des Solarwechselrichters auf das Stromversorgungsnetz erst dann erfolgt, wenn der Isolationstest bestanden ist. Ein solcher Isolationstest dauert üblicherweise einige Sekunden. Während des Tests ist der Solarwechselrichter an der DC-Seite aufgrund des hochohmigen Widerstandes, über den er geerdet ist, im Wesentlichen offen bzw. hochohmig. Das Durchführen eines Isolationstests ist im Stand der Technik an sich bekannt und erfolgt dadurch, dass bestimmte Übertragungswiderstände zwischen den Polen der Solaranlage und einer Schutzerde PE (PE – ”protective earth”) gemessen werden.
  • Die hochohmigen Widerstände bzw. Erdungswiderstände bilden im Einspeisebetrieb, wenn die Solarwechselrichter auf das Stromversorgungsnetz aufgeschaltet sind, eine Parallelschaltung gegenüber dem Erdpotential, was dazu führt, dass sich ihr Widerstandswert verringert. Die Reduzierung ergibt sich nach der allgemein bekannten Gleichung für die Berechnung von Widerständen in Parallelschaltungen. Für den Fall, dass die einzelnen hochohmigen Widerstände, über die die einzelnen Solarwechselrichter geerdet sind, einen identischen Wert aufweisen, reduziert sich der Gesamtwiderstand zu R/n, wenn R der Widerstandswert der hochohmigen Widerstände und wenn n die Anzahl der Solarwechselrichter und parallel geschalteten hochohmigen Widerstände ist.
  • Insbesondere bildet sich ein Spannungsteiler gegen das Erdpotential, wobei ein ohmscher Widerstand des Spannungsteilers durch den Isolationswiderstand des Mittelspannungs- oder Trenntransformators gebildet ist und ein zweiter ohmscher Widerstand des Spannungsteilers durch die Parallelschaltung der hochohmigen Widerstände. Dabei ergibt sich, dass der Großteil der Spannung am Isolationswiderstand des Mittelspannungs- oder Trenntransformators abfällt und nur ein Bruchteil über den hochohmigen Widerständen. Da es sich um eine Parallelschaltung handelt, ist der Spannungsabfall über allen hochohmigen Widerständen gleich.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Photovoltaikanordnung, die mindestens zwei Solarwechselrichter umfasst, an die DC-seitig jeweils eine Solaranlage angeschlossen ist, und die AC-seitig in Parallelschaltung an einen Mittelspannungs- oder Trenntransformator angeschlossen sind, wobei die Solarwechselrichter durch den Mittelspannungs- oder Trenntransformator galvanisch von einem geerdeten Stromversorgungsnetz entkoppelt sind und wobei jeder Solarwechselrichter DC-seitig an einem seiner Pole über einen hochohmigen Widerstand geerdet ist. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • – Durchführen eines Isolationstests für jeden Solarwechselrichter, bevor der Solarwechselrichter auf das Stromversorgungsnetz aufgeschaltet wird,
    • – nach Bestehen des Isolationstest, Aufschalten der Solarwechselrichter auf das Stromversorgungsnetz und Einspeisen von Strom in das Stromversorgungsnetz,
    • – wobei im Einspeisebetrieb, nach Aufschalten der Solarwechselrichters auf das Stromversorgungsnetz, die hochohmigen Widerstände eine Parallelschaltung gegenüber dem Erdpotential bilden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es beispielsweise ermöglicht, dass der Spannungsabfall des negativen Pols des Solarwechselrichters gegenüber dem Erdpotential nach Aufschalten des Solarwechselrichters auf das Stromversorgungsnetzwerk auf einen Wert festgelegt wird, der oberhalb von –30 Volt, insbesondere im Bereich zwischen –30 Volt und +500 Volt liegt. Bei Spannungsfällen in diesem Bereich stellt eine PID in der Regel kein Problem dar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Photovoltaikanordnung, die eine Mehrzahl von Solarwechselrichtern umfasst, die jeweils DC-seitig über einen hochohmigen Widerstand geerdet sind; und
  • 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung der 1.
  • Die in der 1 dargestellte Photovoltaikanordnung weist eine Mehrzahl von Photovoltaikanlagen 10-1, 10-2, ... 10-n auf, die jeweils einen Solarwechselrichter 1 und eine Solaranlage 6 umfassen. Die einzelnen Photovoltaikanlagen 10-1, 10-2, ... 10-n sind an einen Mittelspannungs- oder Trenntransformator 7 angeschlossen, über den der von den Wechselrichtern 1 bereitgestellte Strom in ein Stromversorgungsnetz 9 eingespeist wird.
  • Der Aufbau der einzelnen Photovoltaikanlagen 10-1, 10-2, ... 10-n wird im Folgenden anhand der Photovoltaikanlage 10-1 erläutert, wobei die Erläuterungen in gleicher Weise für die Photovoltaikanlagen 10-2, ..., 10-n gelten. Die Anzahl der Photovoltaikanlagen n liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 bis 50, kann jedoch auch darüber oder darunter liegen.
  • Die Photovoltaikanordnung 10-1 umfasst, wie bereits erläutert, einen Solarwechselrichter 1 und eine Solaranlage 6. Bei der Solaranlage 6 handelt es sich um eine typische PV-Anlage, die typischerweise eine Mehrzahl von Solarmodulen beliebiger Art und Bauweise in einem Modulfeld umfasst. Die Solaranlage 6 stellt eine Gleichspannung bereit, die an einem positiven Pol 2 und an einem negativen Pol 3 bereitgestellt wird.
  • Der Solarwechselrichter 1 ist als trafoloser Wechselrichter ausgestaltet. Er weist eine Gleichstrom-Eingangsseite (DC-Seite) 11 und eine Wechselspannungs-Ausgangsseite (AC-Seite) 12 auf. Die beiden Pole 2, 3 der Solaranlage sind mit der DC-Seite 11 verbunden und stellen den Eingang der DC-Seite 11 dar. Die AC-Seite 12 des Wechselrichters 1 umfasst zwei Pole 4, 5, die mit einem Außenleiter L und einem Neutralleiter N eines Netzes verbunden sind, das zwischen den Solarwechselrichtern 1 und dem Mittelspannungstransformator 7 ausgebildet ist. Aufgrund der trafolosen Ausgestaltung des Solarwechselrichters 1 sind die Eingangsseite 11 und die Ausgangsseite 12 galvanisch nicht voneinander getrennt und vielmehr miteinander verbunden.
  • Des Weiteren ist der negative Pol 3 der DC-Seite 11 des Solarwechselrichters 1 über einen hochohmigen Widerstand R1 mit dem Erdpotential 8 verbunden. Der hochohmige Widerstand R1 ist derart gewählt, dass der Wechselrichter 1 erfolgreich einen Isolationstest durchführen kann, wie noch ausgeführt werden wird. Der Widerstandswert des Widerstands R1 liegt beispielsweise bei 1 MOhm oder darüber.
  • Die einzelnen, derart aufgebauten Photovoltaikanlagen 10-1, 10-2, ... 10-n sind AC-seitig mit ihren Ausgängen 4, 5 in Parallelschaltung an die Niederspannungsseite 71 des Mittelspannungs- bzw. Trenntransformators 7 angeschlossen. Dabei ist AC-seitig jeweils ein Pol 5 des Wechselrichters 1 mit dem Neutralleiter N verbunden.
  • An der Niederspannungsseite 71 des Mittelspannungs- bzw. Trenntransformators 7 ist in üblicher Weise eine Drei-Phasen-Wechselspannung ausgebildet, die über den Transformator 7 in das Stromversorgungsnetz 9, bei dem es sich typischerweise um ein Mittelspannungsnetz handelt, eingespeist wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Neutralleiter N des Drei-Phasen-Wechselstromsystems im Niederspannungsnetz bzw. auf der Niederspannungsseite 71 zwischen den Wechselrichtern 1 und dem Transformator 7 erdfrei betrieben wird. Als Neutralleiter N wird dabei der Leiter bezeichnet, der mit dem Sternpunkt des Drei-Phasen-Wechselstromsystems verbunden ist. Bei dem Netz zwischen den Wechselrichtern 1 und dem Transformator 7 handelt es sich beispielsweise um ein so genanntes IT-Netz.
  • Der Mittelspannungstransformator 7 stellt eine galvanische Trennung zwischen der Niederspannungsseite 71 und der Mittelspannungsseite 72 des Transformators 7 bereit. Es liegt aber naturgemäß ein parasitärer Widerstand R-iso vor, über den der Neutralleiter N auf der Niederspannungsseite 71 des Transformators 7 mit dem Erdpotential auf der Mittelspannungsseite 72 verbunden ist. Der Widerstandswert von R-iso liegt beispielsweise bei 4 MOhm oder darüber, wobei Werte bis zu 20 MOhm oder darüber möglich sind.
  • Im Folgenden wird die Funktion der Anordnung der 1 beschrieben.
  • Jeder der Wechselrichter 1 muss vor dem Aufschaltvorgang ins Netz einen Isolationstest durchführen, der eine Messung des Isolationswiderstandes zwischen den Polen der Solaranlage und einem Schutzleiter PE vornimmt. Unterschreitet der gemessene Widerstand gegen Erde einen vorgegebenen Wert, der typischerweise bei 1 MOhm liegt, so darf keine Aufschaltung auf das Netz erfolgen.
  • Die Durchführung des Isolationstests ist bei der dargestellten Anordnung unproblematisch, da zwischen dem negativen Pol 3 des Wechselrichters 1 und dem Erdpotential 8 der hochohmige Widerstand R1–Rn geschaltet ist, der von seinem Wert gerade so bemessen ist, dass ein ausreichender Widerstand gegen Erde beim Isolationstest vorliegt, so dass die Startbedingungen für einen Aufschaltvorgang erfüllt sind.
  • Wenn nun die einzelnen Wechselrichter 1 auf das Netz aufgeschaltet werden, so stellt sich die Situation ein, dass die Erdungswiderstände R1–Rn der einzelnen Wechselrichter 1 gegenüber dem Erdpotential 8 eine Parallelschaltung bilden. Dabei ist zu beachten, dass der Neutralleiter N auf der Niederspannungsseite 71 des Transformators 7 nur über den Isolationswiderstand R-iso des Transformators 7 mit dem Erdpotential 8 verbunden ist. Dies führt dazu, dass sich ein Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten Ohmschen Widerständen ergibt, wobei der eine Widerstand durch den Isolationswiderstand R-iso und der andere Widerstand durch die Parallelschaltung der hochohmigen Widerstände R1–Rn gebildet wird.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung stellt somit im Einspeisebetrieb einen Spannungsteiler hinsichtlich der Spannungen gegenüber dem Erdpotential 8 bereit. Aufgrund der Parallelschaltung der Erdungswiderstände R1–Rn fällt dabei der Großteil der Spannung über dem Isolationswiderstand R-iso des Transformators 7 ab, mit der Folge, dass der verbleibende Spannungsabfall an den Erdungswiderständen R1–Rn sehr gering ist, so dass im Einspeisebetrieb die Wechselrichter 1 DC-seitig quasi geerdet sind, mit dem Vorteil der Vermeidung einer spannungsinduzierten Degradation.
  • Dies wird im Folgenden anhand eines Zahlenbeispiels verdeutlicht. Es sei angenommen, dass der Widerstandswert jeder der Widerstände R1–Rn 1 MOhm (ein Megaohm) betrage. Gleichzeitig wird angenommen, dass die Gesamtzahl n der Photovoltaikanlagen gleich zwanzig sei. Zunächst gilt dann für den Widerstand Rges der Parallelschaltung der Erdungswiderstände R1–Rn, dass diese einen Widerstand Rges von 1/n = 1/20 MOhm, also von 50 kOhm aufweisen. Dabei wird angenommen, dass die einzelnen Widerstände R1, ..., Rn den identischen Wert aufweisen. Grundsätzlich ist es jedoch ebenfalls möglich, dass diese einen unterschiedlichen Wert aufweisen. In jedem Fall ergibt sich eine Reduzierung der Gesamtspannung gemäß den bekannten Formeln für Widerstandswerte in Parallelschaltungen.
  • Weiter wird angenommen, dass der Widerstandswert von R-iso bei 4 MOhm liegt. Es gilt folgende Formel für die Teilspannungen und Teilwiderstände des Spannungsteilers: U1 = (U/(Rges + Riso))·Rges
  • Dabei ist U = U1 + U2 gleich der Gesamtspannung über dem Erdpotential. U1 ist die an der Parallelschaltung der Erdungswiderstände R1–Rn abfallende Spannung. U2 ist gleich der über dem Isolationswiderstand R-iso abfallenden Spannung. Rges ist der Widerstandswert der Parallelschaltung der Erdungswiderstände R1–Rn. R-iso ist gleich dem Isolationswiderstand.
  • Wenn man von einem typischen Erdpotential von etwa 300 V gegen den negativen Pol ausgeht, ergibt sich nun für U1 mit den genannten Werten folgendes Ergebnis: U1 = (300 V/4,05 MOhm)·0,05 MOhm = 3,7 V.
  • Da die einzelnen Widerstände R1–Rn parallel geschaltet sind, liegt dieser Spannungsabfall über allen diesen Widerständen R1–Rn vor.
  • Anmerkung: Bei Ihrer Berechnung waren Sie von einem Gesamtwiderstand von 1,05 MOhm ausgegangen, was einem Isolationswiderstand von 1 MOhm entspricht. Nach meinem Verständnis beträgt der Isolationswiderstand jedoch typischerweise 4 MOhm, so dass sich ein Gesamtwiderstand von 4,05 MOhm ergibt, mit einer weitergehend reduzierten Spannung. Bitte prüfen Sie diesen Punkt jedoch kritisch.
  • Die genannten Verhältnisse sind in dem Ersatzschaltbild der 2 verdeutlicht. Über der Parallelschaltung der Widerstände R1–Rn mit dem Gesamtwiderstand Rges liegt die Spannung U1 auf der einen Seite des Wechselrichters 1 an. Auf der anderen Seite des Wechselrichters 1 liegt die Spannung U2 über dem Isolationswiderstand R-iso an. Da der Gesamtwiderstand Rges der Parallelschaltung der Widerstände R1–Rn deutlich kleiner ist als der Isolationswiderstand R-iso, ist auch die Spannung U1 deutlich kleiner als die Spannung U2.
  • Insbesondere ist es damit möglich, den Spannungsabfall des negativen Pols 3 des Wechselrichters 1 gegen Erde auf über –30 V festzulegen, so dass ein PID-Effekt verhindert werden kann. Üblicherweise stellen Spannungsfälle zwischen –30 V und +500 V kein Problem im Hinblick auf einen PID-Effekt dar.
  • Im Einspeisebetrieb reduziert sich damit der Spannungsabfall über dem Erdungswiderstand R1–Rn auf einen sehr geringen Wert (im genannten Beispiel von 3,7 V). Damit wird einerseits die erfolgreiche Durchführung des Isolationstests vor Aufschaltung des Wechselrichters gewährleistet und andererseits durch Bereitstellen eines äußerst geringen Spannungsabfalls gegenüber dem Erdpotential auf der DC-Seite des Wechselrichters ein PID-Effekt verhindert oder zumindest deutlich reduziert.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Beispielsweise kann statt des negativen Pols 3 der positive Pol 2 der Wechselrichter mit dem Erdpotential verbunden sein. Des Weiteren könnte jeder der Erdungswiderstände R1–Rn durch eine Parallel- und/oder Reihenschaltung einzelner Widerstandselemente bereitgestellt werden, wobei die Widerstandselemente auch schaltbar ausgebildet sein können.
  • 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
    • WO 2010/051812 A1 [0005]

Claims (14)

  1. Photovoltaikanordnung, die mindestens zwei trafolose Solarwechselrichter (1) umfasst, an die DC-seitig jeweils eine Solaranlage (6) angeschlossen ist, und die ACseitig in Parallelschaltung an einen Mittelspannungs- oder Trenntransformator 5 (7) anschließbar sind, wobei die Solarwechselrichter (1) durch den Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) galvanisch von einem geerdeten Stromversorgungsnetz (9) entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Solarwechselrichter (1) DC-seitig an einem seiner Pole (2, 3) über einen hochohmigen Widerstand (R1–Rn) geerdet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Solarwechselrichter (1) an seinem negativen Pol (3) über einen hochohmigen Widerstand (R1–Rn) geerdet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Solar Wechselrichter (1) Mittel zum Durchführen eines Isolationstests zugeordnet sind, wobei der Solarwechselrichter (1) nur bei Bestehen des Isolationstests auf das Stromversorgungsnetz (9) aufgeschaltbar ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hochohmige Widerstand (R1–Rn) einen Widerstandswert derart aufweist, dass der Solarwechselrichter (1) den Isolationstest besteht.
  5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hochohmige Widerstand (R1–Rn) einen Widerstandswert von mindestens 200 KOhm aufweist.
  6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Solarwechselrichter (1) AC-seitig mit einem Anschluss (5) an einen Neutralleiter (N) eines erdfrei betriebenen Dreiphasenwechselstromsystems angeschlossen ist, das zwischen dem Solarwechselrichter (1) und dem Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutralleiter (N) lediglich über einen Isolationswiderstand (R-iso) des Mittelspannungs- oder Trenntransformators (7) mit dem Erdpotential (8) verbunden ist.
  8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mehr als zehn, insbesondere mehr als zwanzig Solarwechselrichter (1) aufweist.
  9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmigen Widerstände (R1–Rn) im Einspeisebetrieb, in dem die Solarwechselrichter (1) auf das Stromversorgungsnetz (9) aufgeschaltet sind, eine Parallelschaltung gegenüber dem Erdpotential (8) bilden.
  10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Parallelschaltung der hochohmigen Widerstände (R1–Rn) einerseits und den Isolationswiderstand (R-iso) des Mittelspannungs- oder Trenntransformators (7) andererseits ein Spannungsteiler gegenüber dem Erdpotential (8) bereitgestellt wird, wobei in dem Zustand, in dem die Solarwechselrichters (1) auf das Stromversorgungsnetz aufgeschaltet sind, nur ein Bruchteil der Spannung gegenüber der Erdpotential (8) über den hochohmigen Widerständen (R1–Rn) abfällt.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Photovoltaikanordnung, die mindestens zwei Solarwechselrichter (1) umfasst, an die DC-seitig jeweils eine Solaranlage (6) angeschlossen ist, und die AC-seitig in Parallelschaltung an einen Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) angeschlossen sind, wobei die Solarwechselrichter (1) durch den Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) galvanisch von einem geerdeten Stromversorgungsnetz (9) entkoppelt sind und wobei jeder Solarwechselrichter (1) DC-seitig an einem seiner Pole (2, 3) über einen hochohmigen Widerstand geerdet ist, mit den Schritten: – Durchführen eines Isolationstests für jeden Solarwechselrichter (1), bevor der Solarwechselrichter (1) auf das Stromversorgungsnetz (9) aufgeschaltet wird, – nach Bestehen des Isolationstest, Aufschalten der Solarwechselrichter (1) auf das Stromversorgungsnetz (9) und Einspeisen von Strom in das Stromversorgungsnetz (9), – wobei im Einspeisebetrieb, nach Aufschalten der Solarwechselrichters (1) auf das Stromversorgungsnetz (9), die hochohmigen Widerstände (R1–Rn) eine Parallelschaltung gegenüber dem Erdpotential (8) bilden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall des negativen Pols (3) des Solarwechselrichters (1) gegenüber dem Erdpotential (8) nach Aufschalten der Solarwechselrichters (1) auf das Stromversorgungsnetz (9) auf einen Wert festgelegt wird, der oberhalb von –30 Volt, insbesondere im Bereich zwischen –30 Volt und +500 Volt liegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung der hochohmigen Widerstände (R1–Rn) einerseits und der Isolationswiderstand (R-iso) des Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) andererseits einen Spannungsteiler gegenüber dem Erdpotential (8) bilden, wobei nach Aufschalten der Solarwechselrichters (1) auf das Stromversorgungsnetz (9) nur ein Bruchteil der Spannung gegenüber der Erdpotential (8) über den hochohmigen Widerständen (R1–Rn) abfällt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutralleiter (N) eines Dreiphasenwechselstromsystems, das zwischen den Solarwechselrichtern (1) und dem Mittelspannungs- oder Trenntransformator (7) ausgebildet ist, erdfrei betrieben wird.
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