DE202011002935U1

DE202011002935U1 - Schaltungsanordnung

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Publication number: DE202011002935U1
Application number: DE202011002935U
Authority: DE
Original assignee: STECA ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: STECA ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-05-21
Anticipated expiration: 2021-02-19

Abstract

Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer von mindestens zwei, in Reihe geschalteten Solargeneratoren erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung, wobei die Schaltungsanordnung eine den Solargeneratoren nachgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweist, und zwischen dem ersten Solargenerator (7a) und dem zweiten Solargenerator (7b) ein steuerbares Schaltelement (3) vorgesehen ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) derart ausgebildet ist, dass bei einem Ansteigen einer Überwachungsspannung (UÜdnung (1) das Schaltelement (3) öffnet und bei einem Abfallen der Überwachungsspannung (UÜW) unter die Grenzspannung (UG) oder einer Generatorspannung die Schaltungsanordnung (1) das Schaltelement (3) schließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer von wenigstens zwei in Reihe geschalteten Solargeneratoren erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung, wobei die Schaltungsanordnung eine den Solargeneratoren nachgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweist. Der Einsatzbereich der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung ist üblicherweise in Photovoltaikanlagen, auch Solarstromanlagen, Solarkraftwerk oder Solaranlagensystem genannt, bei welchen mittels Solarzellen zumindest ein Teil der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird.
In einer Photovoltaikanlage werden die einzelnen Solarmodule in Reihe in wahlfreier Anzahl zu sogenannten Strings verschaltet und bilden so einen Solargenerator oder Generator. Dabei addiert sich die Spannung der einzelnen Module. Mit Hilfe eines Wechselrichters wird der in den Solarmodulen entstehende Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist. Solarmodule oder Photovoltaikmodule bestehen aus einer Mehrzahl von Solarzellen, die als Halbleiter-Bauelemente ausgeführt sind. Solarmodule werden im Punkt maximaler Leistung (Maximum Power Point – MPP) betrieben. Im I-U-Diagramm resultiert hieraus eine Stromstärke maximaler Leistung (I_MP) bei einer Spannung maximaler Leistung (U_MP).
Üblicherweise besitzen die Solarmodule beziehungsweise die Photovoltaikanlagen einen sogenannten MPP-Tracker, dessen Aufgabe es ist, sich so zu stellen, dass die Solarzelle oder der Solargenerator immer am Punkt maximaler Leistung (Maximum Power Point – MPP) operiert.
Im I-U-Diagramm einer beleuchteten Solarzelle liegt die Spannung maximaler Leistung (U_MP) unterhalb der Leerlaufspannung (U_OC). Das bedeutet, dass, für den Fall, dass kein Strom aus den Solargenerator entnommen wird, die Spannung ansteigt. Im Leerlaufpunkt besteht die Gefahr, dass die Betriebsmittelspannungsgrenzen für die eingesetzten Solarmodule, Solargeneratoren, Kabel, Klemmen, Schalter usw. (allgemein Betriebsmittel) überschritten werden und die eingesetzten Bauteile Schaden nehmen können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik derart zu verbessern, dass ein möglichst effektiver Schutz der eingesetzten Betriebsmittel vor Überspannung besteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Schaltungsanordnung wie eingangs beschrieben und schlägt vor, dass zwischen dem ersten Solargenerator und dem zweiten Solargenerator ein steuerbares Schaltelement vorgesehen ist, wobei die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass bei einem Ansteigen einer Überwachungsspannung über eine Grenzspannung die Schaltungsanordnung das Schaltelement öffnet und bei einem Abfallen der Überwachungsspannung unter die Grenzspannung oder einer Generatorspannung die Schaltungsanordnung das Schaltelement schließt. Als Überwachungsspannung (U_ÜW) wird dabei eine Spannung gewählt, die die an der gesamten in Reihe geschalteten Solargeneratoren anliegende Spannung charakterisiert. Es kann dies die Anschlussspannung (zum Beispiel die Modulspannung U_M) sein oder eine zum Beispiel über einen Spannungsteiler erzeugte Spannung.
Diese Überwachungsspannung wird in einem geeigneten Komparator mit einer Grenzspannung (U_G) verglichen und bei Überschreiten der Grenzspannung wird bewirkt, dass das Schaltelement geöffnet wird.
Ein alternativer Lösungsvorschlag der eingangs gestellten Aufgabe sieht vor, dass zwischen dem ersten Solargenerator und dem zweiten Solargenerator ein steuerbares Schaltelement vorgesehen ist, wobei die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass bei Unterschreiten eines Überwachungsstromes unter einen Grenzstrom die Schaltungsanordnung das Schaltelement öffnet und bei Überschreiten des Überwachungsstromes über den Grenzstrom oder einen Generatorstrom die Schaltungsanordnung das Schaltungselement schließt.
Dieser alternative Lösungsvorschlag nimmt als Kriterium für das öffnen oder Schließen des Schaltelementes anstelle der Überwachungsspannung einen Überwachungsstrom, der insbesondere zum Beispiel der aus den Solargeneratoren stammende Strom ist. Im Fall der Lastverringerung droht ein Anstieg der Spannung in Richtung der Leerlaufspannung, weshalb auch eine Überwachung des Stromes und eine hiervon abgeleitete Beeinflussung eines Schaltelementes, welches zwischen den Solargeneratoren angeordnet ist, die eingangs gestellte Aufgabe optimal löst.
Der Pfiff der Erfindung liegt nun darin, dass ein steuerbar trennendes Schaltelement zwischen einem ersten Solargenerator und einen zweiten Solargenerator angeordnet ist und die zulässigen Betriebsparameter (insbesondere Betriebsspannung) der Solarmodule, Kabel und der anderen Betriebsmittel untereinander nicht überschritten werden. Die beiden in Reihe geschalteten Solargeneratoren bilden den Generator.
Der erfindungsgemäße Vorschlag erreicht, dass die eingesetzten Betriebsmittel (zum Beispiel Klemmen, Solarmodule, Kabel, Schalter usw.) nicht überlastet werden. Im Ergebnis erreicht die Erfindung zusätzlich, dass die Qualität dieser Bauteile abgesenkt werden kann, ohne dabei den Schutz der gesamten Schaltungsanordnung oder Photovoltaikanlage, Solarstromanlage, Solarkraftwerk oder Solaranlagensystem (diese Begriffe werden gleichbedeutend im Rahmen dieser Anmeldung verwendet) zu gefährden.
In einem kurzen Zahlenbeispiel werden die erheblichen erfindungsgemäßen Vorteile deutlich. Mit einer maximal möglichen Eingangsspannung U_E von 900 Volt an der Wechselrichterschaltung wären generatorseitige Leerlaufspannungen von bis zu 1200 Volt möglich, ohne die Betriebsmittelgrenzen von 1000 Volt zu überschreiten. Bei symmetrischen Verhältnissen, das heißt, wenn das Schaltelement zwischen den beiden (gleich großen) Solargeneratoren so angeordnet ist, dass deren jeweilige Solargeneratormodulspannung annähernd gleich ist, würden bei geöffnetem Schaltelement die Teilgeneratoren jeweils 600 Volt Leerlaufspannung aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Grenzspannung U_G ein Spannungswert zwischen 500 Volt und 600 Volt, bevorzugt zwischen 550 Volt und 600 Volt, insbesondere bevorzugt zwischen 570 Volt und 600 Volt, vorgesehen ist.
Alternativ wird als Grenzspannung U_G ein Spannungswert zwischen 900 Volt und 1000 Volt, bevorzugt zwischen 950 Volt und 1000 Volt, insbesondere bevorzugt zwischen 970 Volt und 1000 Volt, vorgesehen. Die vorgeschlagene Grenzspannung U_G orientiert sich an den eingesetzen Kategorien von den Betriebsmitteln, wobei natürlich durch eine verhältnismäßig hohe Grenzspannung U_G die Anzahl der Solarmodule, die in einem String verbaut werden können, gesteigert werden kann und so letztendlich insgesamt eine höhere Effizienz, auch was den Betrieb der Wechselrichterschaltung betrifft, erreicht werden kann.
Das nach der Erfindung vorgeschlagene Schaltelement muß bezüglich der Potentialaufteilung nicht symmetrisch zwischen den beiden Solargeneratoren angeordnet sein, der Vorschlag umfasst hier eine sehr große Variabilität. So ist es möglich, dass die Potentialunterschiede an den Anschlussklemmen des ersten beziehungsweise zweiten Solargenerators, bei geöffnetem Schaltelement, gleich groß (de facto symmetrische Aufteilung), annähernd gleich groß oder auch unterschiedlich sein können. Dabei ist die Anordnung so gewählt, dass der Potentialunterschied an dem ersten beziehungsweise zweiten Solargenerator bei geöffnetem Schaltelement nicht mehr als 550 Volt beziehungsweise 600 Volt oder 950 Volt beziehungsweise 1000 Volt beträgt.
Des Weiteren wird in einer vorteilhaften Variante vorgesehen, dass mindestens zwei Kapazitäten zu den Solargeneratoren parallel angeordnet sind und eine Verbindungsstrecke zwischen den Kapazitäten über eine Erdungsleitung auf Erde gelegt ist. Für diesen Vorschlag ist es möglich, die jeweiligen Teilpotentiale, die an den (voneinander getrennten) Solargeneratoren anliegen, gegenüber der Erde beziehungsweise Schutzerde im Idealfall symmetrisch anzuordnen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die zulässigen Betriebsspannungen auch nicht gegen Erde überschritten werden. Bei dem vorgenannten Zahlenbeispiel könnte zum Beispiel bei symmetrischen Verhältnissen und bei geöffnetem Schaltelement die beiden Solargeneratoren jeweils 600 Volt Leerlaufspannung aufweisen und beide Potentiale (gegenüber Erde) lediglich höchstens 450 Volt (positiv beziehungsweise negativ bezüglich Erde) aufweisen. Durch die vorgeschlagene kapazitive Anbindung ist eine Begrenzung der Generatorpotentiale beziehungsweise auch eine Einstellung der Generatorpotentiale möglich. Dabei wird geschickterweise eine nicht lineare, insbesondere hochohmige Erdungsleitung eingesetzt, um die Verluste möglichst zu minimieren. Geschickterweise wird dabei die Erdungsleitung als ein nicht linearer Widerstand, zum Beispiel als Varistor oder als Gasentladungsstrecke ausgebildet.
Es ist vorteilhaft, die Schaltungsanordnung mit einem MPP-Tracker für die Einstellung der Betriebspunkte für die Solargeneratoren zu verbinden und dass der MPP-Tracker auf das Schaltelement wirkt. Der MPP-Tracker steuert laufend den Stromwert in Richtung höchster Leistung. Hierzu überwacht der MPP-Tracker sowohl den aus den Solargeneratoren gelieferten Strom als auch auch die Modulspannung. Es ist daher mit geringem Aufwand möglich, den MPP-Tracker so zu modifizieren, dass, entweder bei einem starken Absinken des aus den Solargeneratoren gelieferten Stromes oder einem starken Ansteigen der Modulspannung, der MPP-Tracker das zwischen den beiden Solargeneratoren vorgesehene Schaltelement öffnet.
Durch redundante Ausführung des Schaltelementes wird eine Fehlersicherheit erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Schaltelement mindestens zwei hintereinander angeordnete, gegebenenfalls auch unterschiedlich wirkende oder ausgebildete Schalter umfasst und so zum Beispiel auf unterschiedliche Parameter reagieren kann. So ist zum Beispiel eine Kombination aus Halbleiterschalter und pyrotechnischem Schaltelement möglich.
Die Ausgestaltung des Schaltelementes ist sehr variable realisierbar. Das Schaltelement ist zum Beispiel als Feldeffekttransistor ausführbar. Dieser ist zum Beispiel über eine digitale oder auch analoge Steuerung ansteuerbar. Primäre Aufgabe der Steuerung ist es, einen kontinuierlichen Vergleich der Überwachungsspannung (beziehungsweise Überwachungsstrom) im Verhältnis zu einer Grenzspannung (Grenzstrom) durchzuführen und bei Überschreiten (Unterschreiten) das Schaltelement zu öffnen. Daher ist vorgesehen, dass das steuerbare Schaltelement auch eine Steuerung umfasst, die wahlweise zum Beispiel als digitale Schaltung zum Beispiel im Rahmen eines Microcontrollers realisiert ist oder aber analog zum Beispiel mit einem Komparator oder ähnlichem ausgebildet ist.
Bezüglich der Ausgestaltung der Wechselrichterschaltung ist der Vorschlag sehr variabel, die Schaltungsanordnung ist mit oder ohne Potentialtrennung in der Wechselrichterschaltung ausgestaltbar. Des weiteren ist es möglich, dass die Wechselrichterschaltung ein- oder mehrphasig ausgebildet ist. Des weiteren ist der Vorschlag bezüglich des eingesetzten Types des Solargenerators sehr flexibel, es können sowohl kristalline Silicium-Solarzellen wie auch Dünnfilm-Solarzellen eingesetzt werden. Es ist klar, dass der Solargenerator eine Vielzahl von solchen Solarzellen umfasst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Ansteigen der Überwachungsspannung über die Grenzspannung beziehungsweise beim Abfallen des Überwachungsstromes unter einen Grenzstrom das Schaltelement geöffnet wird und beim Abfallen der Überwachungsspannung unter die Grenzspannung beziehungsweise einem Ansteigen des Überwachungsstromes über den Grenzstrom die Schaltungsanordnung das Schaltungselement wieder schließt. Dabei kann eine gewisse Hysterese vorgesehen sein, derart, dass das Abfallen der Überwachungsspannung unter eine von der Grenzspannung verschiedene, insbesondere niedrigere Generatorspannung dazu führt, dass die Schaltungsanordnung das Schaltungselement wieder schließt. Gleiches ist natürlich auch in der Ausführungsvariante mit dem Überwachungsstrom möglich, wobei da dann der Generatorstrom höher ist als der Grenzstrom. Eine solche Hysterese führt zu einem stabilen Betrieb und schont das Schaltelement.
Aufgrund der Abhängigkeit der U-I-Kennlinie der Solarmodule von der Temperatur ist es günstig, dass mindestens ein Temperatursensor vorgesehen ist, der bevorzugt an dem Solargenerator angeordnet ist und der Temperatursensor Temperaturwerte an die Steuerung übergibt, und die Steuerung aufgrund des Temperaturwertes den Grenzstrom bestimmt. Auch dies kann zum Beispiel in dem Ausführungsbeispiel zusammen mit einem MPP-Tracker realisiert werden, da auch hier der Arbeitspunkt temperatursensibel ist.
Die Erfindung umfaßt nicht nur die Schaltungsanordnung wie eingangs beschrieben, sie umfasst auch ein Solaranlagensystem zur Erzeugung von elektrischer Energie. Das nach der Erfindung vorgeschlagene Solaranlagensystem besteht dabei aus der Schaltungsanordnung wie nach der Erfindung vorgeschlagen, sowie aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Solargeneratoren. Es ist klar, dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Solaranlagensystem natürlich auch aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Solargeneratoren bestehen kann und gegebenenfalls mehrere oder alle Solargeneratoren durch die vorgeschlagene Schaltungsanordnung unterbrechbar sind.
In der Realisierung der Erfindung in einem Solaranlagensystem wie beschrieben ist es auch möglich, die Erfindung in einem Zusatzmodul zu realisieren. Es sei erwähnt, dass die Liste der verschiedenen Anwendungsvarianten hier nicht abschließend ist.
In dem vorgeschlagenen Zusatzmodul ist die Anordnung so realisiert, dass es als Nachrüstsatz für bestehende Solaranlagensysteme konzipiert ist. Daher umfasst das Zusatzmodul, wenn es zur Schaffung einer Schaltungsanordnung wie beschrieben dient, mindestens zwei elektrische Anschlüsse für den Anschluss einer Steuerung zur Schaltungsanordnung mit der beziehungsweise den Anschlussleitungen der Solargeneratoren und zwei weiteren elektrischen Anschlüssen, die in eine aufzutrennende Verbindungsleitung zwischen den beiden Solargeneratoren einsetzbar sind, für die Anordnung des Schaltelementes zwischen den beiden Solargeneratoren, wobei die Steuerung mit dem Schaltelement zusammenwirkt. Der vorhandene Generator wird an geeigneter Stelle in zwei Solargeneratoren (oder Teilgeneratoren) getrennt. Das Zusatzmodul ist dabei so geschaffen, dass es sowohl spannungs- wie auch stromgesteuert realisierbar ist, wobei in dem stromgesteuerten Anwendungsfall gegegebenenfalls die Strommessung derart erfolgt, dass (nur) eine Anschlussleitung unterbrochen wird und dazwischen die Strommessung, die Teil des Zusatzmodules ist, angeordnet wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 in einem Blockschaltbild die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung;
2 in einem Blockschaltbild ein Detail des Schaltelementes nach der Erfindung.
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 dient zur Umwandlung einer von mindestens zwei, in Reihe geschalteten Solargeneratoren 7a, 7b erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung 1 eine den Solargeneratoren 7a, 7b nachgeschaltete Wechselrichterschaltung 2. Die beiden Solargeneratoren 7a, 7b sind durch eine Verbindungsleitung 70 miteinander verbunden. Die Reihenschaltung der Solargeneratoren 7a, 7b ist durch die (eingangsseitige und ausgangsseitige) Anschlussleitungen 71, 72 mit der nachgeschalteten Wechselrichterschaltung 2 verbunden.
In der Verbindungsleitung 70 ist ein Schaltelement 3 angeordnet. Dieses Schaltelement 3 ist steuerbar. Es ist zum Beispiel als Halbleiterschalter (zum Beispiel Transistor, Mosfet oder ähnliches) ausführbar. Auf das Schaltelement 3 wirkt die Steuerung 6. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 6 den Spannungsunterschied zwischen den beiden Anschlussleitungen 71, 72. Dieser Spannungsunterschied wird als Überwachungsspannung U_ÜW beschrieben. Die Steuerung 6 vergleicht kontinuierlich die Überwachungsspannung U_ÜW mit einer festen oder variabel einstellbaren, zum Beispiel den Gegebenheiten anpassbaren Grenzspannung U_G.
Ergibt es sich zum Beispiel bei lastlosem Betrieb der Solargeneratoren 7a, 7b, dass die Überwachungsspannung U_ÜW ansteigt, so können die Spannungsgrenzen für die Betriebsmittel (Kabel, Klemmen, Schalter, Solarmodule usw.) unter Umständen verletzt werden. Um den daraus resultierenden Bauteilbeschädigungen vorzubeugen wird durch die erfindungsgemäße Anordnung bei Überschreiten der Grenzspannung U_G das Schaltelement 3 geöffnet. Hierzu wirkt die Steuerung 6 in geeigneter Weise auf das Schaltelement 3. Durch diesen Vorschlag ist es möglich, dass zum Beispiel mit einer maximal möglichen Eingangsspannung U_E an der Wechselrichterschaltung 2 von 900 Volt generatorseitige Leerlaufspannungen von bis zu 1200 Volt möglich wären, ohne dass die Betriebsmittelgrenzen bei 1000 Volt überschritten würden. Das Schaltelement 3 wird rechtzeitig getrennt und zwischen den jeweiligen Anschlusspunkten 73a, 73b, zwischen welchen der erste Solargenerator 7a angeordnet ist beziehungsweise den Anschlusspunkten 73c und 73d, zwischen welchen der zweite Solargenerator 7b angeordnet ist, fallen maximal eine Teilgeneratorspannung U_TG1 beziehungsweise U_TG2 von 600 Volt ab, was für die eingesetzten elektronischen Bauteile in der Regel ungefährlich ist.
Es gibt aber auch Anwendungsfälle, bei welchen eine niedrigere Grenzspannung, zum Beispiel von bis zu 600 Volt vorgesehen ist, in diesem Fall reduzieren sich dann die jeweiligen Spannungen an den Solargeneratoren entsprechend.
Durch diesen Einsatz des steuerbaren Schaltelementes 3 ist bereits ein effektiver Schutz der Bauteile möglich. Verbessert wird dies dadurch, dass die zulässigen Betriebsspannungen auch gegenüber Erde nicht überschritten werden. Dies wird dadurch erreicht, dass zu den Solargeneratoren 7a, 7b parallel mindestens zwei Kapazitäten 4a, 4b in Reihe geschaltet werden. Diese Reihenschaltung von Kapazität ist zwischen den Anschlussleitungen 71 und 72 angeordnet. Die beiden Kapazitäten 4a, 4b sind daher durch eine Verbindungsstrecke 40 miteinander verbunden, durch einen Knotenpunkt 41 der Verbindungsstrecke 40 wird die Verbindungsstrecke 40 über die Erdungsleitung 5 auf Erde gelegt. Es ergibt sich dann zum Beispiel, bezogen auf die Schutzerde, ein positives oder negatives Potential, welches betragsmäßig unterhalb der jeweiligen Betriebsmittelgrenzen ist.
Die Ausgestaltung der Wechselrichterschaltung 2 ist beliebig und kann mit bekannten ein- oder mehrphasigen, Multilevel-Topologien ausgebildet sein. Ausgangsseitig an der Wechselrichterschaltung 2 befinden sich ein oder mehrere Wechselspannungsquellen 8a, 8b, 8c.
In 1 ist die Steuerung 6 und das von der Steuerung 6 angesteuerte Schaltelement 3 von einer gestrichelten Linie eingefasst. Die gestrichelte Linie beschreibt ein Zusatzmodul 9, das über mehrere Anschlusspunkte 90a, b, c, d, e, f zwischen den Solargeneratoren 7a, 7b einerseits und der Wechselrichterschaltung 2 andererseits einbaubar ist. Die Anschlusspunkte 90a, 90b sind verbunden und stellen eine Verbindung beziehungsweise Verlängerung der Anschlussleitung 71 der Solargeneratoren 7a, 7b zur Wechselrichterschaltung 2 dar. Auch die Anschlusspunkte 90c, d sind miteinander verbunden und stellen eine Verbindung beziehungsweise Verlängerung der Anschlussleitung 72 von den Solargeneratoren 7a, 7b zur Wechselrichterschaltung 2 dar. Die Ausgestaltung als Zusatzmodul 9 ist zum Beispiel für Nachrüstzwecke von Interesse. Daher besitzt das Zusatzmodul 9 eine Mehrzahl von Anschlussmöglichkeiten, um es in geeigneter Weise in ein bestehendes Solaranlagensystem wie ein Solarkraftwerk oder Photovoltaikanlage usw. zu integrieren. Die Steuerung 6, die Teil des Zusatzmoduls 9 ist, sitzt zwischen den Verbindungsstrecken zwischen den Anschlusspunkten 90a–90b beziehungsweise zwischen den Anschlusspunkten 90c–90d und greift an diesen die Überwachungsspannung U_ÜW ab. Das Zusatzmodul 9 umfasst auch das steuerbare Schaltelement 3, das über die Anschlusspunkte 90e, 90f, anstelle der Verbindungsleitung 70, die die beiden Solargeneratoren 7a, 7b verbindet, eingesetzt wird. Dabei wird in einfacher Weise die Verbindungsleitung 70 aufgetrennt und die jeweiligen Enden an die Anschlusspunkte 90e, 90f des Zusatzmoduls 9 herangeführt, die innerhalb des Zusatzmoduls 9 mit dem Schaltelement 3 in leitender Verbindung stehen. Hierdurch ist ein Zusatzmodul 9 geschaffen, das dazu dient, die Schaltungsanordnung 1 zu realisieren. Das Zusatzmodul 9 kann aber auch mit einer geringeren Anzahl von Anschlusspunkten 90a bis 90f auskommen, indem zum Beispiel nur ein Anschlusspunkt (nicht gezeigt) auf der Anschlussleitung 71 beziehungsweise ein anderer Anschlusspunkt auf der Anschlussleitung 72 vorgesehen ist und über diese Anschlusspunkte die Überwachungsspannung U_ÜW abgegriffen wird.
Der Vorschlag sorgt in ebenso effizienter wie einfacher Weise für einen wirksamen Schutz der eingesetzten Bauteile vor Überspannung.
In 2 ist eine modifizierte Ausgestaltung des Schaltelementes 3 gezeigt. Das Schaltelement 3 ist hier redundant ausgeführt und besteht aus mehreren hintereinander angeordneten Schaltern 3a, 3b, die ihrerseits jeweils mit einem separaten Steuerungsteil 6a, 6b, die ihrerseits Teil der Steuerung 6 sind, angesteuert werden. Die redundante Ausgestaltung des Schaltelementes 3 mit einer Mehrzahl von jeweils unabhängigen Schaltern und gegebenenfalls auch unterschiedlich funktionierenden Schaltern 3a, 3b erhöht die Betriebssicherheit, da ein Fehler an einem Steuerungsteil beziehungsweise Schalter bereits ausreicht, das Schaltelement insgesamt zu öffnen und somit eine Spannungstrennung durchzuführen.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarend dieser Anmeldung abgedeckt.
Es ist weiter zu beachten, daß die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer von mindestens zwei, in Reihe geschalteten Solargeneratoren erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung, wobei die Schaltungsanordnung eine den Solargeneratoren nachgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweist, und zwischen dem ersten Solargenerator (7a) und dem zweiten Solargenerator (7b) ein steuerbares Schaltelement (3) vorgesehen ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) derart ausgebildet ist, dass bei einem Ansteigen einer Überwachungsspannung (U_ÜW) über eine Grenzspannung (U_G) die Schaltungsanordnung (1) das Schaltelement (3) öffnet und bei einem Abfallen der Überwachungsspannung (U_ÜW) unter die Grenzspannung (U_G) oder einer Generatorspannung die Schaltungsanordnung (1) das Schaltelement (3) schließt.
Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer von mindestens zwei in Reihe geschalteten Solargeneratoren (7a, 7b) erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung, wobei die Schaltungsanordnung (1) eine den Solargeneratoren (7a, 7b) nachgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Solargenerator (7a) und dem zweiten Solargenerator (7b) ein steuerbares Schaltelement (3) vorgesehen ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) derart ausgebildet ist, dass bei Unterschreiten eines Überwachungsstromes unter einen Grenzstrom die Schaltungsanordnung (1) das Schaltelement (3) öffnet und bei Überschreiten des Überwachungsstromes über den Grenzstrom oder einen Generatorstrom die Schaltungsanordnung (1) das Schaltelement schließt.
Schaltungsanordnung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Überwachungsstrom der aus den Solargeneratoren (7a, 7b) stammende Strom dient.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Überwachungsspannung (U_ÜW) die zwischen den Anschlussleitungen (71, 72) der in Reihe geschalteten Solargeneratoren (7a, 7b) bestehende Modulspannung (U_M) vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzspannung (U_G) ein Spannungswert zwischen 500 und 600 Volt, bevorzugt zwischen 550 Volt und 600 Volt, insbesondere bevorzugt zwischen 570 Volt und 600 Volt vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzspannung (U_G) ein Spannungswert zwischen 900 und 1000 Volt, bevorzugt von 950 bis 1000 Volt, insbesondere bevorzugt von 970 bis 1000 Volt vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialunterschiede an dem ersten beziehungsweise zweiten Solargenerator (7a, 7b) bei geöffneten Schaltelement (3) gleich groß, annähernd gleich groß oder unterschiedlich sind.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialunterschied an dem ersten beziehungsweise zweiten Solargenerator (7a, 7b) bei geöffneten Schaltelement (3) nicht mehr als 550 beziehungsweise 600 Volt oder 950 beziehungsweise 1000 Volt beträgt.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kapazitäten (4b, 4b) zu den Solargeneratoren (7a, 7b) parallel angeordnet sind und eine Verbindungsstrecke (40) zwischen den Kapazitäten (4a, 4b) über eine Erdungsleitung (5) auf Erde gelegt ist.
Schaltungsanordung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine hochohmige Erdungsleitung (5).
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erdungsleitung (5) ein nichtlinearer Widerstand, zum Beispiel ein Varistor oder eine Gasentladungsstrecke vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordung (1) einen MPP-Tracker für die Einstellung der Betriebspunkte für die Solargeneratoren (7a, 7b) aufweist und der MPP-Tracker auf das Schaltelement (3) wirkt.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine redundante Ausführung des Schaltelementes (3) derart, dass das Schaltelement (3) mindestens zwei hintereinander angeordnete, gegebenenfalls auch unterschiedlich wirkende oder ausgebildete Schalter (3a, 3b) umfasst.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (3) ein MOSFET-Transistor ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Schaltelement (3) eine Steuerung (6), welche insbesondere als Mikrocontroller oder als Analogschaltung ausgebildet ist, umfasst.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wechselrichterschaltung (2) mit oder ohne Potentialtrennung.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichterschaltung (2) ein- oder mehrphasig ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Solargenerator (7a, 7b) kristalline Silizium-Solarzellen oder Dünnfilm-Solarzellen vorgesehen sind.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung niedriger ist als die Grenzspannung (U_G).
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatorstrom höher ist als der Grenzstrom.
Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor, bevorzugt an dem Solargenerator (7a, 7b) angeordnet ist und der Temperatursensor Temperaturwerte an die Steuerung (6) übergibt, und die Steuerung aufgrund des Temperaturwertes den Grenzstrom bestimmt.
Solaranlagensystem zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einer Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, sowie zumindestens zwei in Reihe geschalteter Solargeneratoren (7a, 7b), wobei die Schaltungsanordnung eine den Solargeneratoren nachgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Solargenerator (7a) und dem zweiten Solargenerator (7b) ein steuerbares Schaltelement (3) vorgesehen ist.
Zusatzmodul zur Schaffung einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen für den Anschluss einer Steuerung mit der/den Anschlussleitung/en (71, 72) der Solargeneratoren (7a, 7b) und zwei weiteren elektrischen Anschlüssen, die in eine aufzutrennende Verbindungsleitung (70) zwischen den beiden Solargeneratoren (7a, 7b) einsetzbar ist für eine Anordnung des Schaltelementes (3) zwischen den beiden Solargeneratoren (7a, 7b), wobei die Steuerung (6) mit dem Schaltelement (3) zusammenwirkt.