DE102012217554A1

DE102012217554A1 - Circuit device for use with direct current inverse transducer of photovoltaic system, has converter modules that are switched in series, where series arrangement of converter modules is connected with boost converter module through inductor

Info

Publication number: DE102012217554A1
Application number: DE201210217554
Authority: DE
Inventors: Roland Weiss; Helmut Eckert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-03-27

Abstract

The device has multiple step-down converter modules (102, 109, 116), each linked with photovoltaic modules (101, 108, 115). The step-down converter modules are switched in series, where series arrangement of the converter modules is connected with a boost converter module through an inductor (122). The step-down converter modules, step-up converter module, electronic switches such as transistors, MOSFETs, insulated-gate bipolar transistors or thyristors, are controlled by a control unit i.e. microcontroller. An independent claim is also included for a method for operating photovoltaic modules.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für Photovoltaik-Module, eine Photovoltaik-Anlage sowie ein Verfahren zum Betrieb von Photovoltaik-Modulen. The invention relates to a circuit for photovoltaic modules, a photovoltaic system and a method for operating photovoltaic modules.

Solarmodule (auch bezeichnet als Photovoltaik-Module oder PV-Module) werden üblicherweise zu einem sogenannten String, aus elektrischer Sicht einer Reihenschaltung, verschaltet. Zum einen soll hierbei der Verdrahtungsaufwand in einem wirtschaftlich sinnvollen Maß gehalten werden und zum anderen soll eine elektrische Spannung erreicht werden, die einen optimalen Betrieb eines PV-Inverters ermöglicht. Solar modules (also referred to as photovoltaic modules or PV modules) are usually connected to a so-called string, from the electrical point of view of a series circuit. On the one hand, the wiring effort should be kept to an economically reasonable extent and, on the other hand, an electrical voltage should be achieved which enables optimum operation of a PV inverter.

Die Reihenschaltung der einzelnen PV-Module weist jedoch einige Nachteile auf. Da die einzelnen PV-Module in ihrem elektrischen Verhalten vereinfacht einer Stromquelle entsprechen, treten bei Reduktion des Stromes eines einzelnen PV-Moduls, z.B. durch eine Teilabschaltung, in der Reihenschaltung Verluste auf. Die Verluste betreffen den ganzen String, weil weder das PV-Modul mit dem reduzierten Strom, noch die anderen Module des Strings dann in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. However, the series connection of the individual PV modules has some disadvantages. Since the individual PV modules simply correspond in their electrical behavior to a current source, when the current of a single PV module is reduced, e.g. by a partial shutdown in the series circuit losses. The losses affect the whole string because neither the PV module with the reduced current nor the other modules of the string are then operated at their optimum operating point.

Somit ist es ein Problem, den optimalen Arbeitspunkt (den sogenannten MPP, d.h. Maximum Power Point) für jedes PV-Modul mit einem vertretbaren technischen Aufwand einzustellen und zu halten, insbesondere wenn mehrere PV-Module in einem String zusammengefasst sind. Thus, it is a problem to set and maintain the optimum operating point (the so-called MPP, i.e. maximum power point) for each PV module with a reasonable technical effort, especially if several PV modules are combined in a string.

Es ist bekannt, dass eine zentrale DC/DC-Wandlung einen globalen MPP für eine Vielzahl von Strings und PV-Modulen bereitstellt ohne dabei Unterschiede zwischen den einzelnen PV-Modulen zu berücksichtigen. Der mit den unterschiedlichen elektrischen Parametern der einzelnen Module verbundene Energieverlust wird dabei in Kauf genommen. It is known that a central DC / DC conversion provides a global MPP for a plurality of strings and PV modules without taking into account differences between the individual PV modules. The energy loss associated with the different electrical parameters of the individual modules is accepted.

Weiterhin ist bekannt, für jedes PV-Modul einen DC/DC-Konverter (häufig in Form eines Hochsetzers) vorzusehen. Jeder dieser DC/DC-Konverter hält das angeschlossene PV-Modul in seinem individuellen MPP. Nachteilig sind die damit einhergehenden Kosten, so dass diese Lösung gegebenenfalls nicht wirtschaftlich ist. Eine Systemkomponente eines DC/DC-Konverters ist die Induktivität, die der magnetischen Energiespeicherung dient und einen Kostenanteil von 20% bis 30% an den DC/DC-Konvertern hat. It is also known to provide a DC / DC converter (often in the form of a boost converter) for each PV module. Each of these DC / DC converters holds the connected PV module in its individual MPP. Disadvantages are the associated costs, so that this solution may not be economical. A system component of a DC / DC converter is the magnetic energy storage inductor, which accounts for 20% to 30% of the DC / DC converters.

Die Topologie eines PV-Modul DC/DC Wandlers ist z.B. aus [ US 2008/0150366 ] bekannt. Hierbei werden zwei Kondensatoren, eine Induktivität und zwei Schalter bzw. ein Schalter und eine Diode pro PV-Modul benötigt. Hierbei ist es von Nachteil, dass für jedes PV-Modul ein separater Wandler inklusive aller entsprechenden elektronischen Bauteile erforderlich ist. Dies verursacht relativ hohe Kosten, da vor allem Spulen teuer sind und hier pro PV-Modul jeweils eine eigene Spule benötigt wird. The topology of a PV module DC / DC converter is, for example, from [ US 2008/0150366 ] known. This requires two capacitors, one inductance and two switches or one switch and one diode per PV module. It is disadvantageous that a separate converter including all corresponding electronic components is required for each PV module. This causes relatively high costs, since above all coils are expensive and here each own PV module is required a separate coil.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effiziente Lösung zum Betrieb von PV-Modulen zu schaffen. The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and in particular to provide an efficient solution for the operation of PV modules.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar. This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments are in particular the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen,

– mit mehreren Tiefsetzsteller-Modulen, wobei jedes Tiefsetzsteller-Modul mit einem Photovoltaik-Modul koppelbar ist,
– wobei die mehreren Tiefsetzsteller-Module in Reihe geschaltet sind,
– wobei die Reihenschaltung der mehreren Tiefsetzsteller-Module über eine Induktivität mit einem Hochsetzsteller-Modul verbunden ist.

To solve the problem, a circuit arrangement is proposed,

With several buck converter modules, each buck converter module being coupleable to a photovoltaic module,
Wherein the plurality of buck converter modules are connected in series,
- Wherein the series connection of the plurality of buck converter modules is connected via an inductance with a boost converter module.

Durch das den mehreren Tiefsetzsteller-Modulen gemeinsam nachgeschaltete Hochsetzsteller-Modul (Boost-Stufe) ist es möglich, die Ausgangsspannung entsprechend zu erhöhen. By the several boost converter modules together downstream boost converter module (boost stage), it is possible to increase the output voltage accordingly.

Vorteilhaft kann die Induktivität bei entsprechender Dimensionierung auch als Induktivität für das Hochsetzsteller-Modul genutzt werden. Damit wird ein kombinierter Tiefsetz-Hochsetzsteller-Betrieb (auch bezeichnet als Buck-Boost-Betrieb) des gesamten Strings unter Verwendung nur einer einzelnen Induktivität möglich. Advantageously, the inductance can be used with appropriate dimensioning as an inductance for the boost converter module. Thus, combined buck-boost operation (also referred to as buck-boost operation) of the entire string is possible using only a single inductance.

Eine Weiterbildung ist es, dass die Tiefsetzsteller-Module und das Hochsetzsteller-Modul elektronische Schalter, insbesondere Transistoren, Mosfets, IGBTs oder Thyristoren aufweisen, die über mindestens eine Steuereinheit, insbesondere mindestens einen Mikrocontroller ansteuerbar sind. A refinement is that the buck converter modules and the boost converter module have electronic switches, in particular transistors, MOSFETs, IGBTs or thyristors, which can be controlled via at least one control unit, in particular at least one microcontroller.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Induktivität als Induktivität der mehreren Tiefsetzsteller-Module und als Induktivität des Hochsetzsteller-Moduls verwendbar ist. Another development is that the inductance can be used as the inductance of the plurality of buck converter modules and as the inductance of the boost converter module.

Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Tiefsetzsteller-Modul eine Halbbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung aufweist. In particular, it is a further development that the buck converter module has a half-bridge circuit or a full-bridge circuit.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass das Hochsetzsteller-Modul eine Halbbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung aufweist. It is also a development that the boost converter module has a half-bridge circuit or a full-bridge circuit.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass je ein Hochsetzsteller-Modul für eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Tiefsetzsteller-Modulen vorgesehen ist. Furthermore, it is a development that each one boost converter module is provided for a series connection of at least two buck converter modules.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung weist das Tiefsetzsteller-Modul eine Einheit zur Arbeitspunkteinstellung des angeschlossenen Photovoltaik-Moduls auf. Within the scope of an additional development, the buck converter module has a unit for setting the operating point of the connected photovoltaic module.

Insbesondere kann die Einheit zur Arbeitspunkteinstellung ein Mikrocontroller sein. In particular, the unit for operating point adjustment may be a microcontroller.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass anhand der Einheit zur Arbeitspunkteinstellung demjenigen Tiefsetzsteller-Modul, dessen angeschlossenes Photovoltaik-Modul den größten Strom bereitstellt, ein Arbeitspunkt mit dem geringsten Tastverhältnis zur Ansteuerung des mindestens einen Schalters des Tiefsetzsteller-Moduls zuweisbar ist. A development is that based on the unit for operating point setting that buck converter module whose connected photovoltaic module provides the largest current, an operating point with the lowest duty cycle for driving the at least one switch of the buck converter module is assignable.

Eine Ausgestaltung ist es, dass anhand einer zentralen Ansteuereinheit die elektronischen Schalter der mehreren Tiefsetzsteller-Module so ansteuerbar sind, dass die von den Tiefsetzsteller-Modulen bereitgestellte Spannung in einem vorgegebenen Bereich um den Arbeitspunkt einstellbar ist. One refinement is that the electronic switches of the several buck converter modules can be controlled by means of a central drive unit in such a way that the voltage provided by the buck converter modules can be adjusted within a predetermined range around the operating point.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die zentrale Ansteuereinheit eine Ansteuereinheit des Hochsetzsteller-Moduls ist. An alternative embodiment is that the central drive unit is a drive unit of the boost converter module.

Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass der zentralen Ansteuereinheit die Arbeitspunkte der mit den Tiefsetzsteller-Modulen verbundenen Photovoltaik-Module übermittelbar sind. A next refinement is that the operating points of the photovoltaic modules connected to the buck converter modules can be transmitted to the central control unit.

Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die zentrale Ansteuereinheit die Schalter der Tiefsetzsteller-Module so ansteuert, dass möglichst viele der Tiefsetzsteller-Module eine Spannung der angeschlossenen Photovoltaik-Module bereitstellen. It is also an embodiment that the central control unit controls the switches of the buck converter modules so that as many as possible of the buck converter modules provide a voltage of the connected photovoltaic modules.

Mit anderen Worten sollen sich möglichst wenige Module gleichzeitig in einer Phase befinden, in der die elektronischen Schalter geöffnet und keine Energie von dem PV-Modul bereitgestellt wird. In other words, as few modules as possible should be in a phase at the same time, in which the electronic switches are opened and no energy is supplied by the PV module.

Die Ausführungen betreffend die Schaltungsanordnung gelten für die anderen Anspruchskategorien entsprechend. The statements concerning the circuit arrangement apply correspondingly to the other categories of claim.

Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst mittels einer Photovoltaik-Komponente umfassend

– mehrere Tiefsetzsteller-Module, wobei jedes Tiefsetzsteller-Modul mit einem Photovoltaik-Modul verbunden ist,
– wobei die mehreren Tiefsetzsteller-Module in Reihe geschaltet sind,
– wobei die Reihenschaltung der mehreren Tiefsetzsteller-Module über eine Induktivität mit einem Hochsetzsteller-Modul verbunden ist.

The above object is also achieved by means of a photovoltaic component comprising

A plurality of buck converter modules, each buck converter module being connected to a photovoltaic module,
Wherein the plurality of buck converter modules are connected in series,
- Wherein the series connection of the plurality of buck converter modules is connected via an inductance with a boost converter module.

Eine solche Photovoltaik-Komponente entspricht auch einem String einer Solaranlage. Such a photovoltaic component also corresponds to a string of a solar system.

Weiterhin wird eine Photovoltaik-Anlage vorgeschlagen, die mehrere solche Photovoltaik-Komponenten (Strings) aufweist. Furthermore, a photovoltaic system is proposed which has a plurality of such photovoltaic components (strings).

Weiterhin wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb mehrerer Photovoltaik-Module angegeben,

– wobei ein Photovoltaik-Modul mit einem Tiefsetzsteller-Modul verbunden ist,
– wobei die mehreren Tiefsetzsteller-Module in Reihe geschaltet sind und
– wobei die Reihenschaltung der mehreren Tiefsetzsteller-Module über eine Induktivität mit einem Hochsetzsteller-Modul verbunden ist,
– bei dem die elektronischen Schalter der mehreren Tiefsetzsteller-Module so angesteuert werden, dass die von den Tiefsetzsteller-Modulen bereitgestellte Spannung in einem vorgegebenen Bereich um einen Arbeitspunkt liegt.

Furthermore, in order to achieve the abovementioned object, a method for operating a plurality of photovoltaic modules is specified,

Wherein a photovoltaic module is connected to a buck converter module,
- Wherein the plurality of buck converter modules are connected in series and
Wherein the series connection of the plurality of buck converter modules is connected to a boost converter module via an inductance,
- In which the electronic switch of the plurality of buck converter modules are controlled so that the provided by the buck converter modules voltage is within a predetermined range around an operating point.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of exemplary embodiments which will be described in detail in conjunction with the drawings. In this case, the same or equivalent elements may be provided with the same reference numerals for clarity.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Schaltungsanordnung gemäß der hier vorgeschlagenen Lösung, indem ein gemeinsames Hochsetzsteller-Modul für mindestens zwei in Reihe geschaltete Tiefsetzsteller-Module vorgesehen ist; 1 a schematic circuit arrangement according to the solution proposed here, by a common boost converter module is provided for at least two series-connected buck converter modules;

2 eine beispielhafte Schaltungsanordnung, bei der das Tiefsetzsteller-Modul einen elektronischen Schalter und eine Diode aufweist; 2 an exemplary circuit arrangement in which the buck converter module comprises an electronic switch and a diode;

3 eine beispielhafte Schaltungsanordnung basierend auf der Darstellung von 2, wobei eine Diode durch einen elektronischen Schalter ersetzt ist; 3 an exemplary circuit arrangement based on the representation of 2 wherein a diode is replaced by an electronic switch;

4 eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen Gleichstromabwärtswandler; 4 an exemplary circuit arrangement for a Gleichstromabwärtswandler;

5 eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen Gleichstromsynchronwandler; 5 an exemplary circuit arrangement for a DC synchronous converter;

6 eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen Gleichstrominverswandler. 6 an exemplary circuit arrangement for a DC inverse converter.

Die hier vorgestellte Lösung betrifft die Verbesserung des Wirkungsgrads von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen). Es wird ein individuelles MPP-Tracking (auch bezeichnet als MPPT) einzelner PV-Module bzw. von mindestens einer Gruppe, die mindestens ein PV-Modul aufweist, vorgeschlagen. The solution presented here concerns the improvement of the efficiency of photovoltaic systems (PV systems). An individual MPP tracking (also referred to as MPPT) of individual PV modules or of at least one group having at least one PV module is proposed.

Durch die hier vorgeschlagene Schaltungstopologie einer string-weisen DC/DC-Konversion kann eine individuelle Regelung des MPP mit deutlich reduziertem Aufwand erreicht werden. By the circuit topology of a string-wise DC / DC conversion proposed here, individual regulation of the MPP can be achieved with significantly reduced complexity.

Es wird vorgeschlagen, eine Schaltung für PV-Module um eine Boost-Stufe (einen Hochsetzer) zu erweitern. Hierdurch kann die nachteilige Begrenzung der Ausgangsspannung beseitigt werden. Vorteilhaft kann hierfür z.B. eine Filterinduktivität (ggf. bei angepasster Dimensionierung) auch als Induktivität der Boost-Stufe genutzt werden. Damit ist ein Buck-Boost-Betrieb des gesamten Strings unter Verwendung nur einer einzelnen Induktivität möglich. Dies vergrößert den Einsatzbereich mit lediglich geringem Mehraufwand. It is proposed to extend a circuit for PV modules by a boost stage (a boost converter). As a result, the disadvantageous limitation of the output voltage can be eliminated. Advantageously, this can be done e.g. a filter inductance (possibly with adapted dimensioning) can also be used as inductance of the boost stage. Thus, a buck-boost operation of the entire string using only a single inductor is possible. This increases the range of application with only a small additional effort.

Somit wird insbesondere vorgeschlagen, eine DC/DC-Anpassung zu erweitern auf den String aus PV-Modulen, um einen vergrößerten Arbeitsbereich für die mögliche Ausgangsspannung bei zugleich geringem Aufwand zu erreichen. Thus, in particular, it is proposed to extend a DC / DC adaptation to the string of PV modules in order to achieve an increased operating range for the possible output voltage at the same time as little effort.

1 zeigt eine schematische Schaltungsanordnung gemäß der hier vorgeschlagenen Lösung. 1 shows a schematic circuit arrangement according to the solution proposed here.

Ein PV-Modul 101 ist mit einem Tiefsetzsteller-Modul 102 verbunden, wobei das Tiefsetzsteller-Modul 102 einen Kondensator 103 und zwei elektronische Schalter 104 und 105, z.B. Transistoren, Mosfets, o.ä. aufweist, die in Reihe geschaltet sind und die parallel zu dem Kondensator 103 sowie den Anschlüssen des PV-Moduls 101 angeordnet sind. Das Tiefsetzsteller-Modul 103 weist einen Anschluss 106 und einen Anschluss 107 auf, wobei der Anschluss 106 mit einem Knoten zwischen dem ersten elektronischen Schalter 104 und dem zweiten elektronischen Schalter 105 und der Anschluss 107 mit dem anderen Pol des elektronischen Schalters 105 verbunden ist. A PV module 101 is with a buck converter module 102 connected, wherein the buck converter module 102 a capacitor 103 and two electronic switches 104 and 105 , eg transistors, mosfets, etc. which are connected in series and which are parallel to the capacitor 103 and the connections of the PV module 101 are arranged. The buck converter module 103 has a connection 106 and a connection 107 on, with the connection 106 with a node between the first electronic switch 104 and the second electronic switch 105 and the connection 107 with the other pole of the electronic switch 105 connected is.

Weiterhin ist ein PV-Modul 108 mit einem Tiefsetzsteller-Modul 109 verbunden, das entsprechend zu dem Tiefsetzsteller-Modul 102 mit einem Kondensator 110 und zwei elektronischen Schaltern 111 und 112 aufgebaut ist. Das Tiefsetzsteller-Modul 109 stellt die Anschlüsse 113 und 114 bereit. Furthermore, a PV module 108 with a buck converter module 109 connected, corresponding to the buck converter module 102 with a capacitor 110 and two electronic switches 111 and 112 is constructed. The buck converter module 109 represents the connections 113 and 114 ready.

Beispielhaft ist noch ein PV-Modul 115 in 1 dargestellt, das mit einem Tiefsetzsteller-Modul 116 verbunden ist, das entsprechend zu dem Tiefsetzsteller-Modul 102 mit einem Kondensator 117 und zwei elektronischen Schaltern 118 und 119 aufgebaut ist. Das Tiefsetzsteller-Modul 116 stellt die Anschlüsse 120 und 121 bereit. An example is still a PV module 115 in 1 shown with a buck converter module 116 connected, corresponding to the buck converter module 102 with a capacitor 117 and two electronic switches 118 and 119 is constructed. The buck converter module 116 represents the connections 120 and 121 ready.

Die PV-Module 101, 108 und 115 mit den Tiefsetzsteller-Modulen 102, 109 und 116 sind miteinander in Reihe geschaltet, indem der Anschluss 107 mit dem Anschluss 113 und der Anschluss 114 z.B. über ein weiteres Tiefsetzsteller-Modul mit PV-Modul (in 1 angedeutet durch die drei Punkte) mit dem Anschluss 120 verbunden ist. Der Anschluss 106 ist über eine Induktivität 122 mit einem Anschluss 129 eines Hochsetzsteller-Moduls 123 und der Anschluss 121 ist mit einem Anschluss 130 des Hochsetzsteller-Moduls 123 verbunden. Die auf diese Art in Reihe geschalteten PV-Module werden auch als String bezeichnet. The PV modules 101 . 108 and 115 with the buck converter modules 102 . 109 and 116 are connected in series with each other by the connection 107 with the connection 113 and the connection 114 eg via another buck converter module with PV module (in 1 indicated by the three dots) with the terminal 120 connected is. The connection 106 is via an inductance 122 with a connection 129 a boost converter module 123 and the connection 121 is with a connection 130 of the boost converter module 123 connected. The PV modules connected in series in this way are also called strings.

Das Hochsetzsteller-Modul 123 umfasst zwei elektronische Schalter 124 und 125, die miteinander in Reihe und parallel zu einem Kondensator 126 angeordnet sind. Der Anschluss 129 ist mit dem Mittenabgriff der Reihenschaltung der elektronischen Schalter 124, 125 und der Anschluss 130 ist mit dem anderen Pol des elektronischen Schalters 125 verbunden. Die beiden Pole des Kondensators 126 sind mit Anschlüssen 127 und 128 verbunden, die auch dem Ausgang der in 1 gezeigten Darstellung entsprechen. The boost converter module 123 includes two electronic switches 124 and 125 which are connected in series and parallel to a capacitor 126 are arranged. The connection 129 is with the center tap of the series connection of electronic switches 124 . 125 and the connection 130 is with the other pole of the electronic switch 125 connected. The two poles of the capacitor 126 are with connections 127 and 128 connected to the output of the in 1 correspond representation shown.

Beispielsweise wird der Nachteil der Begrenzung der Ausgangsspannung durch die Erweiterung um eine Boost-Stufe, d.h. das Hochsetzsteller-Modul 123, behoben. For example, the disadvantage of limiting the output voltage by the extension of a boost stage, ie the boost converter module 123 , Fixed.

Dabei kann vorteilhaft die Filterinduktivität bei entsprechender Dimensionierung auch als Induktivität für das Hochsetzsteller-Modul 123 genutzt werden. Damit wird ein kombinierter Tiefsetz-Hochsetzsteller-Betrieb (auch bezeichnet als Buck-Boost-Betrieb) des gesamten Strings unter Verwendung nur einer einzelnen Induktivität möglich. In this case, advantageously, the filter inductance with appropriate dimensioning as an inductance for the boost converter module 123 be used. Thus, combined buck-boost operation (also referred to as buck-boost operation) of the entire string is possible using only a single inductance.

2 zeigt eine beispielhafte Realisierung mit einem Schalter und einer Diode. 2 shows an exemplary implementation with a switch and a diode.

Ein Modul 201 umfasst ein PV-Modul 202 und einen Mikrocontroller 203, der einen elektronischen Schalter 207 steuert. Auch kann der Mikrocontroller 203 einen Strom kontrollieren, angedeutet durch eine Stromquelle 204. Die Stromquelle 204 und ein Kondensator 205 sind parallel zu dem PV-Modul 202 angeordnet, wobei deren Mittenabgriff über einen Schalter 207 mit der Kathode einer Diode 206 verbindbar ist. Die Anode der Diode 206 und der anderen Anschluss des Kondensators sind miteinander verbunden. Anhand des Mikrocontrollers 203 wird der MPP des PV-Moduls 202 ermittelt. Die Kathode der Diode 206 und die Anode der Diode 206 stellen Ausgänge des Moduls 201 dar. A module 201 includes a PV module 202 and a microcontroller 203 that has an electronic switch 207 controls. Also, the microcontroller can 203 to control a current, indicated by a current source 204 , The power source 204 and a capacitor 205 are parallel to the PV module 202 arranged, with their center tap over a switch 207 with the cathode of a diode 206 is connectable. The anode of the diode 206 and the other terminal of the capacitor are connected together. On the basis of the microcontroller 203 becomes the MPP of the PV module 202 determined. The cathode of the diode 206 and the anode of the diode 206 set outputs of the module 201 represents.

2 zeigte mehrere Module 214 bis 216, die entsprechend dem Modul 201 aufgebaut und mit diesem in Reihe geschaltet sind. Durch eine solche Reihenschaltung ergibt sich ein String, der mehrere PV-Module umfasst. Diese Reihenschaltung weist einen Knoten 230 und einen Knoten 231 auf. 2 showed several modules 214 to 216 that according to the module 201 are constructed and connected in series with this. Such a series connection results in a string comprising a plurality of PV modules. This series connection has a node 230 and a node 231 on.

Der Knoten 230 ist über eine Induktivität 208 mit einem Knoten 232 verbunden. Der Knoten 232 ist über eine Diode 209 mit einem Anschluss 211 verbunden, wobei die Kathode der Diode 209 in Richtung des Anschlusses 211 zeigt. The knot 230 is via an inductance 208 with a knot 232 connected. The knot 232 is over a diode 209 with a connection 211 connected, wherein the cathode of the diode 209 in the direction of the connection 211 shows.

Der Knoten 231 ist über einen Widerstand 217 und einen Widerstand 210 mit dem Anschluss 211 verbunden. Parallel zu dem Widerstand 217 ist ein Mikrocontroller 218 angeordnet (auch bezeichnet als zentraler Mikrocontroller), der über eine Stromquelle 219 einen Strom kontrolliert und einen Schalter 220 ansteuert, der im geschlossenen Zustand den Knoten 232 mit einem Anschluss 212 verbindet. Die Stromquelle 219 ist zwischen dem Knoten 231 und dem Anschluss 212 angeordnet. The knot 231 is about a resistance 217 and a resistance 210 with the connection 211 connected. Parallel to the resistance 217 is a microcontroller 218 arranged (also referred to as a central microcontroller), which has a power source 219 controlled a current and a switch 220 controls the node when closed 232 with a connection 212 combines. The power source 219 is between the node 231 and the connection 212 arranged.

Weiterhin ist ein Kondensator 213 zwischen den Anschlüssen 211 und 212 vorgesehen. Die Anschlüsse 211 und 212 stellen den Ausgang der Schaltung dar. Furthermore, a capacitor 213 between the connections 211 and 212 intended. The connections 211 and 212 represent the output of the circuit.

3 zeigt eine beispielhafte alternative Realisierung mit zwei Schaltern. 3 basiert grundsätzlich auf 2, nur ist anstelle der Diode 209 ein elektronischer Schalter 301 vorgesehen, der über den Mikrocontroller 218 ansteuerbar ist. 3 shows an exemplary alternative implementation with two switches. 3 is basically based on 2 , only is in place of the diode 209 an electronic switch 301 provided by the microcontroller 218 is controllable.

Hierbei sei angemerkt, dass es sich bei den Schaltern in 2 und 3 um elektronische Schalter, z.B. Transistoren, insbesondere Mosfets, handeln kann. It should be noted that it is the switches in 2 and 3 to electronic switches, such as transistors, especially Mosfets, can act.

Pro Modul 201, 214 bis 216 kann der MPP anhand der jeweils in den Modulen vorgesehenen Mikrocontroller ermittelt werden. Vorzugsweise wird dem Modul mit dem größten Strom I_{max_PV} ein Arbeitspunkt mit dem kleinsten Tastverhältnis für die Ansteuerung des Schalters des jeweiligen Moduls zugewiesen. Per module 201 . 214 to 216 the MPP can be determined by means of the respective microcontroller provided in the modules. Preferably, the module with the largest current I _{max_PV is assigned} an operating point with the smallest duty cycle for driving the switch of the respective module.

Vorzugsweise wird die gesamte Reihenschaltung auf einem Strom I_max mit 1,2·I_{max_PV} ≥ I_max ≥ I_{max_PV} geregelt. Preferably, the entire series circuit on a current I _max with 1.2 · I _{max_PV} ≥ I _max ≥ I _{max_PV} regulated.

Beispielsweise werden die Schalter der Module 201, 214 bis 216 mit einer bestimmten Periodendauer T betrieben. Durch Öffnen und Schließen der einzelnen Schalter in den Modulen 201, 214 bis 216 kann die Spannung an einem i-ten PV-Modul in einem bestimmten Bereich ΔU um den MPP gehalten werden. For example, the switches of the modules 201 . 214 to 216 operated with a certain period T. By opening and closing the individual switches in the modules 201 . 214 to 216 For example, the voltage on an i-th PV module can be held around the MPP within a certain range ΔU.

Während der Zeit t_off in der der Schalter 207 geöffnet ist, wird der Kondensator 205 (C) durch den Strom I_{PV_i} geladen. Während der verbleibenden Zeit der Periode (T – t_{off_i}) wird der Kondensator durch den Strom I_max – I_{PV_i} entladen. During the time t _off in the the switch 207 is open, the capacitor becomes 205 (C) charged by the current I _{PV_i} . During the remaining time of the period (T-t _{off_i} ), the capacitor is discharged by the current I _max _{-I PV_i} .

Damit gilt: ΔU = C·I_{PV_i}·t_{off_i}

Thus:

ΔU = C · I _{PV_i} · t _{off_i}

Dem zentralen Mikrocontroller 218 werden die individuellen MPPs und die t_{off_i} übermittelt. Der zentrale Mikrocontroller 218 überwacht die gesamte Spannung des Strings und koordiniert die einzelnen Mikrocontroller der Module 201, 214 bis 216 so, dass sich möglichst wenige Module gleichzeitig in der t_off-Phase befinden (dass möglichst wenige Schalter 207 der Module gleichzeitig geschlossen sind). The central microcontroller 218 the individual MPPs and the t _{off_i are} transmitted. The central microcontroller 218 monitors the entire voltage of the string and coordinates the individual microcontrollers of the modules 201 . 214 to 216 so that as few modules as possible are in the t _off phase (that as few switches 207 the modules are closed at the same time).

Der zentrale Mikrocontroller 218 kontrolliert einen Strom mittels der Stromquelle 219 durch Steuerung des Schalters 220 (und ggf. des Schalters 301) so, dass dieser Strom vorzugsweise größer ist als der Maximalstrom eines PV-Modules. The central microcontroller 218 controls a current by means of the power source 219 by controlling the switch 220 (and possibly the switch 301 ) so that this current is preferably greater than the maximum current of a PV module.

Die Überwachung der Ausgangspannung ermöglicht ein besseres Einstellen der Zeiten für den Schalter 220 und ggf. den Schalter 301 (in 3). Durch Messen der Spannung an dem Knoten 230 (vor der Induktivität 208) kann eine weitere Verbesserung der Einstellung des Schalters 220 und/oder des Schalters 301 erreicht werden. The monitoring of the output voltage allows a better setting of the times for the switch 220 and possibly the switch 301 (in 3 ). By measuring the voltage at the node 230 (before the inductance 208 ) can further improve the setting of the switch 220 and / or the switch 301 be achieved.

Generell ist mit diesem Prinzip neben einer Abwärtswandlung auch eine Aufwärtswandlung möglich. In general, with this principle in addition to a downward conversion and an upward conversion possible.

Gleichstromabwärtswandler DC buck converter

Optional kann der Tiefsetzsteller mittels eines Gleichstromabwärtswandlers realisiert werden. Durch den Gleichstromabwärtswandler kann aus einem vorgegebenen Gleichstrom ein bestimmter kleinerer Gleichstrom mit variabler Gleichspannung gemacht werden. Dieser Gleichstrom könnte auch direkt zum Treiben eines Verbrauchers, z.B. mindestens einer Leuchtdiode (LED), verwendet werden. Optionally, the buck converter can be realized by means of a DC buck converter. By the DC-DC converter can be made of a given DC a certain smaller DC with variable DC voltage. This DC could also directly for driving a consumer, for example, at least one light emitting diode (LED) can be used.

4 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen Gleichstromabwärtswandler. Eine Stromquelle 401 ist mit einem Knoten 402 und einem Knoten 403 verbunden. Zwischen diesen Knoten 402 und 403 ist ein elektronischer Schalter 404 angeordnet. Der Knoten 402 ist über eine Diode 405 mit einem Knoten 409 verbunden, wobei die Kathode der Diode 405 in Richtung des Knotens 409 zeigt. Zwischen dem Knoten 409 und dem Knoten 403 ist ein Kondensator 406 angeordnet, der beispielsweise eine Kapazität von 22µF aufweist. Zwischen dem Knoten 409 und einem Knoten 410 ist eine Spule 407 mit einer beispielhaften Induktivität von 1µH angeordnet. Weiterhin ist eine Last 408 mit den Knoten 410 und 403 verbindbar; durch die Last 408 fließt ein Strom I_aus. 4 shows an exemplary circuit arrangement for a DC buck converter. A power source 401 is with a node 402 and a node 403 connected. Between these nodes 402 and 403 is an electronic switch 404 arranged. The knot 402 is over a diode 405 with a knot 409 connected, wherein the cathode of the diode 405 in the direction of the knot 409 shows. Between the node 409 and the node 403 is a capacitor 406 arranged, for example, has a capacity of 22μF. Between the node 409 and a node 410 is a coil 407 arranged with an exemplary inductance of 1μH. Furthermore, it is a burden 408 with the knots 410 and 403 connectable; through the load 408 a current I flows _out .

Eine Periode T weist eine Phase t_aus, während der der elektronische Schalter 404 ausgeschaltet ist und eine Phase t_ein, während der der elektronische Schalter 404 eingeschaltet ist, auf. Während der Phase t_aus wird der Kondensator 406 durch die Stromdifferenz zwischen dem Strom I_in der Stromquelle 401 und dem Ausgangsstrom I_aus geladen. In der darauffolgenden Phase t_ein sperrt die Diode 405 und der Kondensator 406 wird durch den Strom I_aus entladen. Es ergibt sich ein dreieckförmiger Verlauf der Spannung an dem Knoten 409. A period T has a phase t, _while the electronic switch 404 is turned off and a phase of _a t, during which the electronic switch 404 is on, on. During the phase t _off becomes the capacitor 406 by the current difference between the current I _in the current source 401 and the output current I _out charged. In _a subsequent phase the diode t 405 and the capacitor 406 is discharged by the current I _out . The result is a triangular curve of the voltage at the node 409 ,

Definiert man den Tastgrad gemäß v = t_ein/T so ergibt sich für I_aus folgender Zusammenhang: I_aus = (1 – v)·I_in. Defining the duty cycle according to v = t _on / T for I _{, the} following relationship results: I _out = (1 - v) · I _in .

Damit kann durch Wahl des Tastgrads v der Ausgangsstrom z.B. in einem Bereich von ca. 0,9·I_in bis 0,05·I_in eingestellt werden. Thus, by selecting the duty cycle v, the output current can be adjusted, for example, in a range of about 0.9 · I _in to 0.05 · I _in .

Ein Spannungsripple ΔV_C an dem Knoten 409 ergibt sich zu ΔV_C = 1/C·I_aus·t_ein, wobei C die Kapazität des Kondensators 406 ist. Der Spannungsripple des Stromes I_aus kann durch eine vergleichsweise kleine Induktivität der Spule 407 reduziert werden. A voltage ripple ΔV _C at the node 409 arises too .DELTA.V _C = 1 / C · I · _from _a t, where C is the capacitance of the capacitor 406 is. The voltage ripple of the current I _out can be due to a comparatively small inductance of the coil 407 be reduced.

Alternativ zu der in 4 gezeigten Ausführungsform kann die Diode 405 durch einen elektronischen Schalter ersetzt werden. Insbesondere kann der Schalter 404 und/oder die Diode 405 durch einen n-Kanal Mosfet ersetzt werden. Alternatively to the in 4 In the embodiment shown, the diode 405 be replaced by an electronic switch. In particular, the switch 404 and / or the diode 405 be replaced by an n-channel mosfet.

Gleichstromsynchronwandler DC synchronous converter

Weiterhin könnte mittels eines Gleichstromsynchronwandlers direkt aus einem vorgegebenen Gleichstrom ein bestimmter Gleichstrom in Höhe von ca. 10% des Eingangsstroms bis zu einem 10-fachen des Eingangsstroms mit variabler Gleichspannung am Ausgang erzeugt werden. Der Vorteil des Gleichstromsynchronwandlers besteht darin, dass er am Ausgang Ströme, die größer oder kleiner als der Eingangsstrom sind, zur Verfügung stellen kann. Der Gleichstrom am Ausgang könnte direkt zum Treiben eines Verbrauchers, z.B. einer LED oder in anderen Gleichstromanwendungen verwendet werden. Furthermore, by means of a DC synchronous converter directly from a predetermined DC current, a specific DC current in the amount of about 10% of the input current could be generated up to a 10-fold of the input current with variable DC voltage at the output. The advantage of the DC synchronous converter is that it can provide at the output currents that are greater or smaller than the input current available. The DC output could be used directly to drive a load, e.g. an LED or other DC applications.

5 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen Gleichstromsynchronwandler. Eine Stromquelle 501 ist mit einem Knoten 502 und einem Knoten 503 verbunden. Zwischen diesen Knoten 502 und 503 ist ein elektronischer Schalter 504 angeordnet. Der Knoten 502 ist über eine Diode 505 mit einem Knoten 506 verbunden, wobei die Kathode der Diode 505 in Richtung des Knotens 506 zeigt. Zwischen dem Knoten 506 und dem Knoten 503 ist ein Kondensator 507 angeordnet, der beispielsweise eine Kapazität von 47µF aufweist. Zwischen dem Knoten 506 und einem Knoten 509 ist ein elektronischer Schalter 508 angeordnet. Der Knoten 509 ist über eine Diode 510 mit dem Knoten 503 verbunden, wobei die Kathode der Diode 510 in Richtung des Knotens 509 zeigt. Der Knoten 509 ist über eine Spule 511 mit einer beispielhaften Induktivität von 22µH mit einem Knoten 513 verbunden. Weiterhin ist eine Last 512 mit den Knoten 513 und 503 verbindbar; durch die Last 408 fließt ein Strom I_aus. 5 shows an exemplary circuit arrangement for a DC synchronous converter. A power source 501 is with a node 502 and a node 503 connected. Between these nodes 502 and 503 is an electronic switch 504 arranged. The knot 502 is over a diode 505 with a knot 506 connected, wherein the cathode of the diode 505 in the direction of the knot 506 shows. Between the node 506 and the node 503 is a capacitor 507 arranged, for example, has a capacity of 47μF. Between the node 506 and a node 509 is an electronic switch 508 arranged. The knot 509 is over a diode 510 with the node 503 connected, wherein the cathode of the diode 510 in the direction of the knot 509 shows. The knot 509 is over a coil 511 with an exemplary inductance of 22μH with one node 513 connected. Furthermore, it is a burden 512 with the knots 513 and 503 connectable; through the load 408 a current I flows _out .

Der Gleichstromsynchronwandler kann wahlweise als Abwärts- oder als Aufwärtswandler betrieben werden. The DC synchronous converter can be operated either as a down-converter or as a step-up converter.

Betrieb des Gleichstromsynchronwandlers als Abwärtswandler: Operation of DC synchronous converter as buck converter:

Der elektronische Schalter 508 ist geschlossen, die Diode 510 sperrt über den gesamten stationären Betriebszyklus mit der Periodendauer T. The electronic switch 508 is closed, the diode 510 locks over the entire stationary cycle with the period T.

In der Phase t_aus des elektronischen Schalters 504 wird der Kondensator 507 durch die Stromdifferenz zwischen dem Strom I_in der Gleichstromquelle 501 und dem Ausgangsstrom I_aus geladen. Die Diode 510 sperrt und die Diode 505 ist leitend. In der darauffolgenden Phase t_ein sperrt die Diode 505 und der Kondensator 507 wird durch den Strom I_aus entladen. Es ergibt sich ein dreieckförmiger Verlauf der Spannung an dem Knoten 506. In the phase t _from the electronic switch 504 becomes the capacitor 507 by the current difference between the current I _in the DC power source 501 and the output current I _out charged. The diode 510 locks and the diode 505 is conductive. In _a subsequent phase the diode t 505 and the capacitor 507 is discharged by the current I _out . The result is a triangular curve of the voltage at the node 506 ,

Gemäß der obigen Definition für den Tastgrad v ergibt sich für den Strom I_aus folgender Zusammenhang: I_aus = (1 – v)·I_in. According to the above definition of the duty cycle of v is obtained for the current I _from the following relationship: I _out = (1 - v) · I _in .

Damit kann durch Wahl des Tastgrades der Ausgangsstrom beispielsweise in einem Bereich von ca. 0,9·I_in bis 0,05·I_in eingestellt werden. Thus, by selecting the duty cycle, the output current can be adjusted, for example, in a range of about 0.9 · I _in to 0.05 · I _in .

Ein Spannungsripple ΔV_C an dem Knoten 506 ergibt sich zu ΔV_C = 1/C·I_aus·t_ein, wobei C die Kapazität des Kondensators 507 ist. Der Spannungsripple an dem Kondensator 507 kann durch eine Spule 511 mit vergleichsweise geringer Induktivität reduziert werden. A voltage ripple ΔV _C at the node 506 arises too .DELTA.V _C = 1 / C · I · _from _a t, where C is the capacitance of the capacitor 507 is. The voltage ripple on the capacitor 507 can through a coil 511 be reduced with comparatively low inductance.

Betrieb des Gleichstromsynchronwandlers als Aufwärtswandler: Operation of DC synchronous converter as up-converter:

Im stationären Betriebszustand als Aufwärtswandler ist der Schalter 504 geöffnet und die Diode 505 leitfähig. In stationary mode as a boost converter is the switch 504 opened and the diode 505 conductive.

Während der Phase t_ein (Schalter 508 ist geschlossen) sperrt die Diode 510 und der Kondensator 507 wird durch die Differenz zwischen den Strömen I_aus und I_in entladen. Entsprechend sinkt die Spannung an dem Kondensator 507 ab. Da die Spannung (zwischen den Knoten 509 und 513) über der Spule 511 positiv ist, nimmt der Ausgangsstrom I_aus in dieser Phase mit der Zeit zu. In der darauffolgenden Phase t_aus (Schalter 508 ist geöffnet) wird der Kondensator 507 durch die Gleichstromquelle 501 geladen. Die Diode 510 ist leitfähig und führt den Strom I_aus (die Diode 505 sperrt). Es ergibt sich ein dreieckförmiger Verlauf der Spannung an dem Knoten 506. During the _phase (t switch 508 is closed) blocks the diode 510 and the capacitor 507 is discharged by the difference between the currents I _out and I _in . Accordingly, the voltage across the capacitor decreases 507 from. Because the tension (between the nodes 509 and 513 ) above the spool 511 is positive, the output current I _{out increases} in this phase with time. In the following phase t _off (switch 508 is open) becomes the capacitor 507 through the DC power source 501 loaded. The diode 510 is conductive and conducts the current I _from (the diode 505 locks). The result is a triangular curve of the voltage at the node 506 ,

Soll die Ausgangsleistung erhöht werden, so muss die Spannung an dem Kondensator 507 erhöht werden. Dies kann über eine länger andauernde Zeit t_aus bei konstanter Periodendauer T erreicht werden, oder über eine Selbstregelung der Schaltungsanordnung. If the output power is to be increased, the voltage on the capacitor must be higher 507 increase. This can be achieved over a prolonged time t _off with a constant period T, or via a self-regulation of the circuit arrangement.

Gemäß der obigen Definition für den Tastgrad v ergibt sich für den Strom I_aus folgender Zusammenhang: I_aus = 1/v·I_in. According to the above definition of the duty cycle of v is obtained for the current I _from the following relationship: I _out = 1 / v · I _in .

Damit kann durch Wahl des Tastgrades der Ausgangsstrom I_aus im Bereich von ca. 1,1·I_in bis 10·I_in eingestellt werden. Als Spannungsripple ΔV_C an dem Kondensator 507 ergibt sich: ΔV_C = 1/C·(1/v – 1)·I_in·t_ein, wobei C die Kapazität des Kondensators 507 ist. Der Spannungsripple an dem Kondensator 507 kann durch eine Spule 511 mit vergleichsweise geringer Induktivität reduziert werden. Thus, by selecting the duty cycle, the output current I _out can be adjusted in the range of approximately 1.1 · I _in to 10 · I _in . As a voltage ripple ΔV _C on the capacitor 507 surrendered: .DELTA.V _C = 1 / C · (1 / v - 1) · I _in · _A t, where C is the capacitance of the capacitor 507 is. The voltage ripple on the capacitor 507 can through a coil 511 be reduced with comparatively low inductance.

Alternativ zu der in 5 gezeigten Ausführungsform kann die Diode 505 und/oder die Diode 510 durch einen elektronischen Schalter ersetzt werden. Insbesondere können die elektronischen Schalter 504, 508 und/oder die Dioden 505, 510 durch je einen n-Kanal Mosfet ersetzt werden. Alternatively to the in 5 In the embodiment shown, the diode 505 and / or the diode 510 be replaced by an electronic switch. In particular, the electronic switches 504 . 508 and / or the diodes 505 . 510 be replaced by one n-channel mosfet each.

Gleichstrominverswandler DC buck-boost converter

Durch einen Gleichstrominverswandler kann direkt aus einem vorgegebenen Gleichstrom ein bestimmter negativer Gleichstrom von ca. –0,1mal bis –10mal des Eingangsstroms mit variabler Gleichspannung am Ausgang erzeugt werden. Dieser Gleichstrom könnte direkt zum Treiben einer LED oder anderen Gleichstromanwendungen verwendet werden. By means of a DC inverse converter, a specific negative DC current of approximately -0.1 times to -10 times of the input current with variable DC voltage can be generated directly from a given direct current at the output. This DC could be used directly to drive an LED or other DC applications.

6 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung für einen Gleichstrominverswandler. Eine Stromquelle 601 ist mit einem Knoten 602 und einem Knoten 603 verbunden. Zwischen diesen Knoten 602 und 603 ist ein elektronischer Schalter 604 angeordnet. Der Knoten 602 ist über einen Kondensator 605 mit einem Knoten 610 verbunden. Zwischen dem Knoten 610 und dem Knoten 603 ist eine Diode 606 angeordnet, deren Kathode in Richtung des Knotens 603 zeigt. Bei der Diode 606 handelt es sich beispielsweise um eine Schottky-Diode. Eine Spule 607 mit einer beispielhaften Induktivität von 100µH ist zwischen dem Knoten 610 und einem Knoten 608 angeordnet. Weiterhin ist eine Last 609 mit den Knoten 608 und 603 verbindbar; durch die Last 609 fließt ein Strom I_aus. 6 shows an exemplary circuit arrangement for a Gleichstrominverswandler. A power source 601 is with a node 602 and a node 603 connected. Between these nodes 602 and 603 is an electronic switch 604 arranged. The knot 602 is over a capacitor 605 with a knot 610 connected. Between the node 610 and the node 603 is a diode 606 arranged, whose cathode is in the direction of the node 603 shows. At the diode 606 For example, it is a Schottky diode. A coil 607 with an exemplary inductance of 100μH is between the node 610 and a node 608 arranged. Furthermore, it is a burden 609 with the knots 608 and 603 connectable; through the load 609 a current I flows _out .

Während der Phase t_ein ist der Schalter 604 geschlossen, die Diode 606 sperrt. Der Kondensator 605 wird dann durch den negativen Ausgangstrom entladen. Damit sinkt die Spannung über dem Kondensator 605 (d.h. die Spannung zwischen den Knoten 602 und 610). Die Spannung über der Spule 607 (zwischen den Knoten 610 und 608) ist während der Phase t_ein negativ, folglich sinkt der Strom I_aus geringfügig ab. _A During phase t is the switch 604 closed, the diode 606 locks. The capacitor 605 is then discharged through the negative output current. This reduces the voltage across the capacitor 605 (ie the tension between the nodes 602 and 610 ). The voltage across the coil 607 (between the nodes 610 and 608 ) Is during the phase t _{is a} negative, hence the current I decreases _from slightly.

Während der Phase t_aus ist der Schalter 604 geöffnet und die Diode 606 ist leitfähig. Der Kondensator 605 wird dann durch den Strom I_in der Stromquelle 601 aufgeladen. Entsprechend steigt die Spannung über dem Kondensator 605 an. Durch die leitfähige Diode 606 ist die Spannung über der Spule 607 positiv und der Strom I_aus steigt an. Dies führt zu einem dreieckförmigen Verlauf des im zeitlichen Mittel negativen Ausgangsstroms I_aus. Es ergibt sich ein dreieckförmiger Verlauf der Spannung an dem Knoten 602. During the phase t _off is the switch 604 opened and the diode 606 is conductive. The capacitor 605 is then through the current I _in the power source 601 charged. Accordingly, the voltage across the capacitor increases 605 at. Through the conductive diode 606 is the voltage across the coil 607 positive and the current I _off increases. This results _in a triangular profile of the negative in the time average output current I. The result is a triangular curve of the voltage at the node 602 ,

Soll die Ausgangsleistung erhöht werden, kann dies durch eine Erhöhung der Spannung über dem Kondensator 605 erreicht werden. Dazu kann die Phase t_aus verlängert bzw. der Tastgrad v reduziert werden, bis der gewünschte Wert der Ausgangsspannung erreicht ist. Anschließend kann der Tastgrad v wieder auf den ursprünglichen Wert gesetzt werden. Wird der Tastgrad v nicht verändert, so reagiert die Schaltung rein über ihre Selbstregelung, die vorwiegend durch die Spule 607, den Kondensator 605, die Diode 606 und deren Serienwiderstände bestimmt ist. If the output power is to be increased, this can be achieved by increasing the voltage across the capacitor 605 be achieved. For this purpose, the phase t _{out can be} extended or the duty cycle v reduced until the desired value of the output voltage is reached. Subsequently, the duty cycle v can be reset to the original value. If the duty cycle v is not changed, the circuit reacts purely on its self-regulation, mainly through the coil 607 , the condenser 605 , the diode 606 and whose series resistances are determined.

Gemäß der obigen Definition des Tastgrads v ergibt sich der Ausgangsstrom I_aus zu: I_aus = (1 – 1/v)·I_in. According to the above definition of the duty cycle v, the output current I _out results in: I _out = (1 - 1 / v) · I _in .

Damit kann über den Tastgrad v der Ausgangsstrom z.B. in einem Bereich von ca. –0,1·I_in bis –10·I_in eingestellt werden. So can the duty cycle v be _set to -10 · I _in the output current example in a range of about -0.1 * I.

Als Spannungsripple ΔV_C an dem Kondensator 605 ergibt sich: ΔV_C = 1/C·I_aus·t_ein, wobei C die Kapazität des Kondensators 605 ist. Der Spannungsripple an dem Kondensator 605 kann durch eine Spule 607 mit vergleichsweise geringer Induktivität reduziert werden. As a voltage ripple ΔV _C on the capacitor 605 surrendered: .DELTA.V _C = 1 / C · I · _from _a t, where C is the capacitance of the capacitor 605 is. The voltage ripple on the capacitor 605 can through a coil 607 be reduced with comparatively low inductance.

Alternativ zu der in 6 gezeigten Ausführungsform kann die Diode 606 durch eine herkömmliche Diode oder durch einen Schalter ersetzt werden. Auch kann der Schalter 604 durch einen beliebigen elektronischen Schalter ersetzt werden. Bei den Schaltern kann es sich beispielsweise um n-Kanal Mosfets handeln. Alternatively to the in 6 In the embodiment shown, the diode 606 be replaced by a conventional diode or by a switch. Also, the switch can 604 be replaced by any electronic switch. The switches may be, for example, n-channel MOSFETs.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by the at least one embodiment shown, the invention is not so limited and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2008/0150366 [0007] US 2008/0150366 [0007]

Claims

Schaltungsanordnung – mit mehreren Tiefsetzsteller-Modulen (102, 109, 116), wobei jedes Tiefsetzsteller-Modul (102, 109, 116) mit einem Photovoltaik-Modul (101, 108, 115) koppelbar ist, – wobei die mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) in Reihe geschaltet sind, – wobei die Reihenschaltung der mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) über eine Induktivität (122) mit einem Hochsetzsteller-Modul (123) verbunden ist. Circuit arrangement - with several buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ), each buck converter module ( 102 . 109 . 116 ) with a photovoltaic module ( 101 . 108 . 115 ), wherein the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) are connected in series, - wherein the series connection of the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) via an inductance ( 122 ) with a boost converter module ( 123 ) connected is.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Tiefsetzsteller-Module und das Hochsetzsteller-Modul elektronische Schalter, insbesondere Transistoren, Mosfets, IGBTs oder Thyristoren aufweisen, die über mindestens eine Steuereinheit, insbesondere mindestens einen Mikrocontroller, ansteuerbar sind. Circuit arrangement according to claim 1, wherein the buck converter modules and the boost converter module comprise electronic switches, in particular transistors, MOSFETs, IGBTs or thyristors, which are controllable via at least one control unit, in particular at least one microcontroller.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Induktivität (122) als Induktivität der mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) und als Induktivität des Hochsetzsteller-Moduls (123) verwendbar ist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, in which the inductance ( 122 ) as the inductance of the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) and as inductance of the boost converter module ( 123 ) is usable.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Tiefsetzsteller-Modul eine Halbbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung aufweist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the buck converter module comprises a half-bridge circuit or a full-bridge circuit.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Hochsetzsteller-Modul eine Halbbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung aufweist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the boost converter module comprises a half-bridge circuit or a full-bridge circuit.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der je ein Hochsetzsteller-Modul für eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Tiefsetzsteller-Modulen vorgesehen ist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, in each of which a boost converter module for a series circuit of at least two buck converter modules is provided.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Tiefsetzsteller-Modul eine Einheit zur Arbeitspunkteinstellung (203, 218) des angeschlossenen Photovoltaik-Moduls (202) aufweist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, in which the buck converter module comprises a unit for operating point adjustment ( 203 . 218 ) of the connected photovoltaic module ( 202 ) having.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der anhand der Einheit zur Arbeitspunkteinstellung demjenigen Tiefsetzsteller-Modul, dessen angeschlossenes Photovoltaik-Modul den größten Strom bereitstellt, ein Arbeitspunkt mit dem geringsten Tastverhältnis zur Ansteuerung des mindestens einen Schalters des Tiefsetzsteller-Moduls zuweisbar ist. Circuit arrangement according to Claim 7, in which, with the aid of the unit for setting the operating point, that step-down converter module whose connected photovoltaic module provides the largest current can be assigned an operating point with the lowest duty cycle for driving the at least one switch of the step-down converter module.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der anhand einer zentralen Ansteuereinheit die elektronischen Schalter der mehreren Tiefsetzsteller-Module so ansteuerbar sind, dass die von den Tiefsetzsteller-Modulen bereitgestellte Spannung in einem vorgegebenen Bereich um den Arbeitspunkt einstellbar ist. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the basis of a central control unit, the electronic switch of the plurality of buck converter modules are controlled so that the voltage provided by the buck converter modules in a predetermined range around the operating point is adjustable.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die zentrale Ansteuereinheit eine Ansteuereinheit des Hochsetzsteller-Moduls ist. Circuit arrangement according to claim 9, wherein the central drive unit is a drive unit of the boost converter module.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei der der zentralen Ansteuereinheit die Arbeitspunkte der mit den Tiefsetzsteller-Modulen verbundenen Photovoltaik-Module übermittelbar sind. Circuit arrangement according to one of Claims 9 or 10, in which the operating points of the photovoltaic modules connected to the buck converter modules can be transmitted to the central control unit.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, bei der die zentrale Ansteuereinheit die Schalter der Tiefsetzsteller-Module so ansteuert, dass möglichst viele der Tiefsetzsteller-Module eine Spannung der angeschlossenen Photovoltaik-Module bereitstellen. Circuit arrangement according to claim 11, wherein the central control unit controls the switches of the buck converter modules so that as many of the buck converter modules provide a voltage of the connected photovoltaic modules.

Photovoltaik-Komponente umfassend – mehrere Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116), wobei jedes Tiefsetzsteller-Modul (102, 109, 116) mit einem Photovoltaik-Modul (101, 108, 115) verbunden ist, – wobei die mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) in Reihe geschaltet sind, – wobei die Reihenschaltung der mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) über eine Induktivität (122) mit einem Hochsetzsteller-Modul (123) verbunden ist. Photovoltaic component comprising - several buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ), each buck converter module ( 102 . 109 . 116 ) with a photovoltaic module ( 101 . 108 . 115 ), wherein the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) are connected in series, - wherein the series connection of the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) via an inductance ( 122 ) with a boost converter module ( 123 ) connected is.

Photovoltaik-Anlage umfassend mehrere Photovoltaik-Komponenten nach Anspruch 13. Photovoltaic system comprising a plurality of photovoltaic components according to claim 13.

Verfahren zum Betrieb mehrerer Photovoltaik-Module (101, 108, 115), – wobei ein Photovoltaik-Modul (101, 108, 115) mit einem Tiefsetzsteller-Modul (102, 109, 116) verbunden ist, – wobei die mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) in Reihe geschaltet sind und – wobei die Reihenschaltung der mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) über eine Induktivität (122) mit einem Hochsetzsteller-Modul (123) verbunden ist, – bei dem die elektronischen Schalter der mehreren Tiefsetzsteller-Module (102, 109, 116) so angesteuert werden, dass die von den Tiefsetzsteller-Modulen (102, 109, 116) bereitgestellte Spannung in einem vorgegebenen Bereich um einen Arbeitspunkt liegt. Method for operating a plurality of photovoltaic modules ( 101 . 108 . 115 ), - whereby a photovoltaic module ( 101 . 108 . 115 ) with a buck converter module ( 102 . 109 . 116 ), wherein the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) are connected in series and - wherein the series connection of the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) via an inductance ( 122 ) with a boost converter module ( 123 ), in which the electronic switches of the plurality of buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) are controlled so that the of the buck converter modules ( 102 . 109 . 116 ) provided voltage in a predetermined range around an operating point.