DE102009056755A1

DE102009056755A1 - Generator connection box for solar system for solar power generation, has input terminals connected with output terminals by adjustable voltage source, and output terminals connected with direct current input of inverter

Info

Publication number: DE102009056755A1
Application number: DE102009056755A
Authority: DE
Inventors: Frank Wolfram
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-09

Abstract

The box (2) has input terminals (6) for sub-generators and output terminals (10) for an inverter. An adjustable voltage source (22) is assigned to the input terminals, which are connected with the output terminals by an adjustable voltage source (22). The output terminals are connected with direct current (DC) input of the inverter. A signal side connection is provided between a monitoring and control device and the inverter, and the control device adjusts the inverter to a determined setting voltage at the DC input. An independent claim is also included for a method for operating a solar system for solar power generation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Generatoranschlusskasten für eine Anlage zur solaren Stromerzeugung, mit einer Anzahl von Eingangsanschlüssen für Teilgeneratoren und einem Ausgangsanschluss für einen Wechselrichter. Sie betrifft weiterhin eine Solaranlage mit einem derartigen Generatoranschlusskasten. Sie betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Solaranlage.The invention relates to a generator terminal box for a plant for solar power generation, with a number of input terminals for sub-generators and an output terminal for an inverter. It further relates to a solar system with such a generator junction box. It further relates to a method for operating a solar system.

In Solaranlagen werden Solarmodule bzw. Solarzellen zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt. Durch Sonneneinstrahlung liefern die Solarmodule bzw. Photovoltaik-Module (PV-Module) Gleichstrom, der nach Umwandlung in einem Wechselrichter als Wechselstrom in ein Stromnetz eingespeist werden kann.Solar systems use solar modules or solar cells to generate electrical energy. Solar radiation provides the solar modules or photovoltaic modules (PV modules) direct current, which can be fed after conversion in an inverter as AC in a power grid.

Bei größer-dimensionierten Anlagen werden die einzelnen PV-Module gewöhnlich elektrisch in Reihe geschaltet und bilden sogenannte Strings oder Ketten. Diese Strings werden dann parallel geschaltet und diese Summe an den Wechselrichter angeschlossen. Ein sogenannter Teilgenerator umfasst jeweils einen String. Die Teilgeneratoren werden einzeln oder mehrere parallel jeweils über Eingangsanschlüsse an einen Generatoranschlusskasten (GAK) angeschlossen, in dem diese ebenfalls parallel geschaltet werden. Sie sind darin über eine Zuleitung mit einem Wechselrichter verbunden, über den der photovoltaisch erzeugte Strom ins Netz eingespeist wird. Den DC-Eingang des Wechselrichters bezeichnet man auch als Zwischenkreis.In larger-scale systems, the individual PV modules are usually connected electrically in series and form so-called strings or chains. These strings are then connected in parallel and this sum is connected to the inverter. A so-called subgenerator comprises a string in each case. The sub-generators are connected individually or in parallel via input connections to a generator junction box (GAK) in which they are also connected in parallel. They are connected via a supply line to an inverter, via which the photovoltaically generated electricity is fed into the grid. The DC input of the inverter is also called a DC link.

Bei dezentraler Bauweise werden mehrere Wechselrichter verwendet, an die jeweils eine Anzahl von parallel verschalteten Strings angeschlossen werden.In decentralized design, several inverters are used, to each of which a number of strings connected in parallel are connected.

Um die Solaranlage bzw. das Solarkraftwerk mit optimiertem Wirkungsgrad bzw. bei maximierter Leistungsabgabe zu betreiben, wird gewöhnlich ein speziell dafür ausgelegtes Verfahren, das sogenannte MPP-Tracking eingesetzt. MPP steht dabei für Maximum Power Point und entspricht dem Arbeitspunkt der Anlage, an dem zum gegenwärtigen Zeitpunkt die maximal mögliche Leistung entnommen werden kann. Ein solches Verfahren kann Hardware- oder Softwaremäßig direkt in dem Wechselrichter integriert sein. Es kann dafür auch eine separate, elektronische, mit dem Wechselrichter signalleitend verbundene Komponente vorgesehen sein.In order to operate the solar system or the solar power plant with optimized efficiency or with maximized power output, a specially designed method, the so-called MPP tracking, is usually used. MPP stands for Maximum Power Point and corresponds to the operating point of the plant at which the maximum possible power can be taken at the present time. Such a method may be hardware or software integrated directly into the inverter. It can also be provided for a separate, electronic, signal-conducting connected to the inverter component.

Grundlage für das MPP-Tracking ist ein interaktiver Algorithmus, der durch eine Veränderung der Spannung und eine Vermessung des sich daraufhin einstellenden Strom eine Leistungsoptimierung vornimmt, wobei diese auf der Strom-Spannungskennlinie eines jeweiligen Teilgenerators basiert, die üblicherweise ein Maximum, den MPP aufweist. Die zugehörige Spannung wird im Folgenden als MPP-Spannung gekennzeichnet. Durch das MPP-Tracking wird nun die Spannung des Zwischenkreises an die MPP-Spannung angenähert. Im Laufe der Betriebsdauer verändert sich sowohl die Kennlinie als auch der MPP. (es können unter Umständen auch mehrere, lokale Leistungsmaxima vorliegen) zu größeren oder niedrigeren Spannungen. Ursachen dafür sind beispielsweise äußere Betriebsbedingungen wie die Verschattung einzelner Strings durch Wolkenlage oder die gegenseitige Verschattung bei räumlich benachbart montierten Solarmodulen. Für das MPP Tracking existieren je nach Bauweise unterschiedliche optimale Intervalle für das Einstellen einer neuen Spannung, wobei ein Intervall üblicherweise einige Sekunden beträgt.The basis for the MPP tracking is an interactive algorithm, which performs a power optimization by changing the voltage and measuring the resulting current, this being based on the current-voltage characteristic of a respective subgenerator, which usually has a maximum, the MPP. The associated voltage is designated below as MPP voltage. MPP tracking now approximates the voltage of the DC link to the MPP voltage. Over the course of the operating time, both the characteristic curve and the MPP change. (There may also be multiple, local power maxima) to greater or lesser voltages. Causes for this are, for example, external operating conditions such as the shading of individual strings due to cloudiness or the mutual shading of spatially adjacent mounted solar modules. Depending on the construction, different optimal intervals for setting a new voltage exist for the MPP tracking, whereby an interval is usually a few seconds.

Werden wie oben beschrieben mehrere Strings parallel geschaltet führt dies aufgrund der Tatsache, dass jeder String einen individuellen MPP aufweist, dazu das im Wesentlichen alle Strings nicht im Leistungsoptimum betrieben werden und daher potenziell erzeugbare Energie verloren geht. Besonders hohe Verluste treten beispielweise bei einer anteiligen Abschattung des Modulfeldes auf.If several strings are connected in parallel as described above, this results from the fact that each string has an individual MPP, in that essentially all strings are not operated at optimum performance and therefore potentially generated energy is lost. Particularly high losses occur, for example, in a proportionate shading of the module field.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad bzw. die Leistungsabgabe einer derartigen Anlage zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve the efficiency or the power output of such a system.

In Bezug auf den Generatoranschlusskasten wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jedem der Eingangsanschlüsse jeweils eine regelbare Spannungsquelle zugeordnet ist, und dass jeder Eingangsanschluss über die jeweils zugeordnete regelbare Spannungsquelle mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist, der mit dem DC-Eingang des Wechselrichters verbunden ist.With respect to the generator junction box, this object is achieved in that each of the input terminals is assigned a controllable voltage source, and that each input terminal is connected via the respectively associated controllable voltage source to the output terminal which is connected to the DC input of the inverter.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein optimierter Wirkungsgrad einer Solaranlage dann erreicht werden kann, wenn möglichst alle Leistung-liefernden Komponenten, also die Teilgeneratoren, mit maximal möglicher Leistungsabgabe laufen. Ein solcher Betriebszustand kann aber durch ein herkömmliches MPP-Tracking, das den optimierten Leistungspunkt der Gesamtheit der Anlage annähert, nicht erreicht werden, da eine Optimierung der Gesamtheit immer einen Kompromiss zwischen den einzelnen Komponenten darstellt, die alle im Mittel, aber eben nicht für sich genommen zu einer optimierten Leistungsabgabe führen.The invention is based on the consideration that an optimized efficiency of a solar system can be achieved if as far as possible all power-supplying components, ie the sub-generators, run with a maximum possible power output. However, such an operating state can not be achieved by a conventional MPP tracking, which approximates the optimized power point of the system as a whole, since an optimization of the whole always represents a compromise between the individual components, all on average, but not on their own taken to an optimized power output.

Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich eine Steigerung der Leistung einer Solaranlange und der Betrieb aller Teilgeneratoren am MPP dadurch erreichen, dass für jeden einzelnen der Teilgeneratoren der MPP bestimmt werden muss und dieser dann mit der zugehörigen Spannung zu betreiben ist. Die Ermittlung des MPP kann erfindungsgemäß durch eine Vermessung der jeweiligen Teilgeneratoren erfolgen. Da aber alle Teilgeneratoren mit einem gemeinsamen Zwischenkreis verbunden sind und im Regelfall die MPP-Spannung aufgrund unterschiedlicher Faktoren von Teilgenerator zu Teilgenerator variiert, lässt sich ein solches Szenario mit herkömmlichen Generatoranschlusskästen nicht erreichen. Damit jeder Teilgenerator mit seiner MPP-Spannung betrieben werden kann, sind deshalb regelbare Spannungsquellen mit den Teilgeneratoren verbunden, über die diese mit Spannung beaufschlagt werden können. Wie sich gezeigt hat, ist der Leistungsgewinn, der sich durch den Einsatz zusätzlicher, regelbarer Spannungsquellen ergibt, größer als der Leistungsverlust aufgrund des Betriebes der Spannungsquellen bzw. der damit verbundenen Verluste. Die regelbaren Spannungsquellen sind vorzugsweise als DC/DC-Wandler ausgebildet, da auf diese Weise der durch sie verursachte Leistungsverlust nur durch die zugeregelte (additive) Spannung gegeben ist. Ein erfindungsgemäßer Generatoranschlusskasten kann auch einen Wechselrichter umfassen.As has now been recognized, an increase in the performance of a solar system and the operation of all subgenerators on the MPP can thereby be achieved achieve that the MPP must be determined for each of the subgenerators and this must then be operated with the associated voltage. According to the invention, the MPP can be determined by measuring the respective subgenerators. Since, however, all subgenerators are connected to a common DC link and as a rule the MPP voltage varies due to different factors from subgenerator to subgenerator, such a scenario can not be achieved with conventional combiner boxes. In order for each subgenerator to be operated with its MPP voltage, controllable voltage sources are therefore connected to the subgenerators, by means of which they can be supplied with voltage. As has been shown, the power gain resulting from the use of additional controllable voltage sources is greater than the power loss due to the operation of the voltage sources or the associated losses. The controllable voltage sources are preferably designed as a DC / DC converter, since in this way the power loss caused by them is given only by the zugeregelte (additive) voltage. An inventive generator junction box may also include an inverter.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Generatoranschlusskasten eine Kontroll- und Steuereinrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie im Betriebszustand zu vorgegebenen Vermessungszeitpunkten zumindest bereichsweise die Strom-Spannungskennlinien der an den Eingangsanschlüssen angeschlossen Teilgeneratoren vermisst und daraus für jeden Teilgenerator die Maximum Power Point (MPP)-Spannung ermittelt, die dem aktuellen maximalen Leistungspunkt des Teilgenerators entspricht, und dass sie zu vorgegebenen Einstellzeitpunkten eine Einstellspannung ermittelt und die jeweiligen regelbaren Spannungsquellen veranlasst, die zugeordneten Teilgeneratoren mit Spannungen zu beaufschlagen, die jeweils der Differenz zwischen der Einstellspannung (Zwischenkreisspannung) und der MPP-Spannung des jeweiligen Teilgenerators entspricht. Hierbei wird unter Zeitpunkt ein zeitliches Intervall verstanden, das sehr klein ist gegenüber den zeitlichen Intervallen, in denen keine Vermessung stattfindet. Die Kontroll- und Steuereinrichtung ist vorteilhafterweise daten- bzw. signalseitig mit den regelbaren Spannungsquellen verbunden. Die Einstellzeitpunkte sind zeitlich vorzugsweise unmittelbar hinter den Vermessungszeitpunkten angeordnet. Je nach Bedarf kann zu einem Vermessungszeitpunkt eine vollständige oder nur teil- bzw. bereichsweise Vermessung der Kennlinie erfolgen. Vollständige Vermessungen der Kennlinie können beispielsweise in größeren Intervallen erfolgen, während die teilweise Vermessung der Kennlinie in der Nähe des MPP, auch mehrmals, dazwischen erfolgen kann. Dabei kann beispielsweise ein Bereich von +/–50 V um die MPP-Spannung herum gewählt werden.In a preferred embodiment, the generator terminal box comprises a control and control device which is configured such that it measures the current-voltage characteristics of the partial generators connected to the input terminals in the operating state at predetermined measuring times and from these the maximum power point (MPP) for each partial generator. Determined voltage that corresponds to the current maximum power point of the sub-generator, and determines a set voltage at predetermined setting times and causes the respective controllable voltage sources to apply voltages to the associated sub-generators, each of the difference between the set voltage (DC link voltage) and the MPP Voltage corresponding to the respective sub-generator. Here, time is understood to mean a time interval which is very small compared with the time intervals during which no measurement takes place. The control and control device is advantageously connected to the data or signal side with the controllable voltage sources. The setting times are preferably arranged temporally immediately after the measurement times. Depending on requirements, a complete or only partial or regional measurement of the characteristic curve can take place at a time of measurement. For example, complete measurements of the characteristic can be made at longer intervals, while the partial measurement of the characteristic can take place in the vicinity of the MPP, even several times, in-between. In this case, for example, a range of +/- 50 V can be selected around the MPP voltage.

Vorteilhafterweise ist eine signalseitige Verbindung zwischen der Kontroll- und Steuereinheit und dem am Ausgangsanschluss anschließbaren Wechselrichter vorgesehen, über die im Betriebszustand die Kontroll- und Steuereinheit dem Wechselrichter die ermittelte Einstellspannung als einzustellende Zwischenkreisspannung vorgibt. Das heißt, die Kontroll- und Steuereinheit stellt den Wechselrichter auf die ermittelte Einstellspannung am DC-Eingang ein.Advantageously, a signal-side connection between the control and control unit and the inverter connectable to the output terminal is provided, via which the control and control unit specifies the determined setting voltage as the intermediate circuit voltage to be set in the operating state. That is, the control and control unit sets the inverter to the determined setting voltage at the DC input.

Wenn die Einstellspannung der maximale gemessen MPP-Spannung entspricht sorgt diese Einstellung aufgrund der zugeregelten Spannungen dafür, dass alle Teilgeneratoren in ihrem jeweiligen MPP gefahren werden und somit die unter den gegebenen Betriebsbedingungen maximal mögliche Leistung abführen.If the set voltage equals the maximum measured MPP voltage, this adjustment, due to the regulated voltages, will cause all subgenerators to be driven in their respective MPP, thus dissipating the maximum possible power under the given operating conditions.

Alternativ oder in Kombination dazu kann in den Wechselrichter ein MPP-Tracking-Algorithmus implementiert sein, der den MPP der Gesamtzahl der parallel geschalteten Teilgeneratoren bestimmt. Im Falle, dass der Wechselrichter nicht von der Kontroll- und Steuereinrichtung auf die Einstellspannung eingestellt werden kann, wird der MPP-Tracking-Algorithmus unter normalen Betriebsbedingungen von sich aus die Einstellspannung einstellen, da der Betrieb aller Teilgeneratoren unter maximaler Leistungsabgabe auch der dem Leistungsmaximum der Gesamtanlage entspricht, wenn, wie vorteilhaft vorgesehen, die Einstellspannung der zum zeitlich unmittelbar vorangegangenen Vermessung der maximal ermittelten MPP-Spannung der Teilgeneratoren entspricht.Alternatively or in combination with this, an MPP tracking algorithm can be implemented in the inverter, which determines the MPP of the total number of subgenerators connected in parallel. In the event that the inverter can not be set by the control and control device to the set voltage, the MPP tracking algorithm will automatically adjust the set voltage under normal operating conditions since the operation of all the sub-generators at maximum power output will also be at the power maximum Overall system corresponds, if, as advantageously provided, the setting voltage corresponds to the time immediately preceding measurement of the maximum determined MPP voltage of the sub-generators.

Vorteilhafterweise umfasst die Kontroll- und Steuereinrichtung einen Mikrocontroller und/oder Mikroprozessor, wodurch sich besonders vielfältige und flexible Möglichkeiten bieten, die gewünschten Funktionen Hardware- und/oder Softwaremäßig zu implementieren.Advantageously, the control and control device comprises a microcontroller and / or microprocessor, which offers particularly versatile and flexible ways to implement the desired functions hardware and / or software.

Die Eingangsanschlüsse und der Ausgangsanschluss des Generatoranschlusskastens sind vorzugsweise als Steckanschlüsse ausgebildet. Der Ausgangsanschluss ist vorteilhafterweise mit einem Stecker mit Sicherheitskreis versehen.The input terminals and the output terminal of the generator junction box are preferably formed as plug-in connections. The output terminal is advantageously provided with a plug with safety circuit.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder angeschlossene Teilgenerator jeweils eine Anzahl von in Reihe geschalteten Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen). Auf diese Weise lassen sich insbesondere in Großanalagen viele PV-Module bei großer Leistungsabgabe miteinander verbinden.In a preferred embodiment, each connected subgenerator each comprises a number of photovoltaic modules (PV modules) connected in series. In this way, many PV modules can be connected to one another with high power output, especially in large-scale systems.

Vorteilhafterweise ist die Kontroll- und Steuereinrichtung durch eine vorzugsweise drahtlose Datenverbindung mit einer Zentralstation verbunden. Die Zentralstation kann dabei vielfältige Aufgaben übernehmen. Zum einen kann sie die von der Kontroll- und Steuereinheit übermittelten Daten aufnehmen, beispielsweise die Kennlinien, MPPs, Ströme, Temperaturen, und Funktionalitäten der einzelnen Komponenten der Anlage (Betriebsparameter). Dadurch lassen sich die Strings über eine lange Zeitspanne hinweg überprüfen, wodurch ein Langzeit-Monitoring installiert werden kann. Zum anderen kann die Zentralstation auch die Daten von mehreren Kontroll- und Steuereinrichtungen mehrerer Generatoranschlusskästen sammeln und auswerten. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Solaranlage mehrere Generatoranschlusskästen umfasst. Die Zentralstation kann beispielsweise einen PC mit internen und/oder externen Speichermedien wie beispielsweise Festplatten umfassen, auf denen die übermittelten Daten gespeichert werden. Dort können diese Daten dann verglichen, bewertet, ausgewertet, dokumentiert und visualisiert werden. Vorzugsweise werden die einzelnen Betriebsparameter in regelmäßigen Abständen überwacht, so dass bei Auftreten anomaler Betriebsbedingungen automatisch ein Alarm ausgelöst und/oder eine Warnmeldung ausgegeben werden kann.Advantageously, the control and control device is preferably wireless Data connection connected to a central station. The central station can take on a variety of tasks. On the one hand, it can record the data transmitted by the control and control unit, for example the characteristic curves, MPPs, currents, temperatures, and functionalities of the individual components of the installation (operating parameters). This allows the strings to be checked over a long period of time, allowing long-term monitoring to be installed. On the other hand, the central station can also collect and evaluate the data from several control and control devices of several generator junction boxes. This is particularly advantageous when a solar system includes multiple generator junction boxes. The central station can comprise, for example, a PC with internal and / or external storage media, such as hard disks, on which the transmitted data is stored. There, these data can then be compared, evaluated, evaluated, documented and visualized. Preferably, the individual operating parameters are monitored at regular intervals, so that when abnormal operating conditions an alarm automatically triggered and / or a warning message can be issued.

In bevorzugter Ausführung ist jeweils in der Verbindung von Eingangsanschluss und Zwischenkreis bzw. Ausgangsanschluss ein elektronischer Schalter vorgesehen, durch den im Bedarfsfall der am Eingangsanschluss angeschlossene Teilgenerator vom Zwischenkreis bzw. Ausgangsanschluss getrennt oder mit ihm verbunden werden kann. Eine Abtrennung eines Strings bzw. Teilgenerators vom Zwischenkreis kann beispielsweise bei einer plötzlich notwendigen Abschaltung (Not Aus) der Anlage oder Teilen davon notwendig sein. Der elektronische Schalter ist vorteilhafterweise signalseitig mit der Kontroll- und Steuereinheit verbunden und von ihr ansteuerbar. Eine Trennung eines oder mehrerer Strings kann auch bei zu niedriger Spannung im Zwischenkreis erfolgen (beispielsweise wenn die Zwischenkreisspannung einen Wert von 450 V unterschritten hat). Auch bei der Vermessung der Strom-Spannungskennlinie eines Teilgenerators wird dieser vorteilhafterweise vom Zwischenkreis getrennt.In a preferred embodiment, an electronic switch is provided in each case in the connection of the input terminal and the intermediate circuit or output terminal, by means of which, if necessary, the partial generator connected to the input terminal can be disconnected from or connected to the intermediate circuit or output terminal. A separation of a string or partial generator from the intermediate circuit may be necessary, for example, in the event of a suddenly necessary shutdown (emergency stop) of the system or parts thereof. The electronic switch is advantageously signal side connected to the control and control unit and controlled by her. A separation of one or more strings can also occur if the voltage in the DC link is too low (for example, if the intermediate circuit voltage has fallen below 450 V). Even when measuring the current-voltage characteristic of a sub-generator this is advantageously separated from the DC link.

Vorteilhafterweise ist jedem Teilgenerator jeweils eine signalseitig mit der Kontroll- und Steuereinrichtung verbundene Konstantstromquelle parallel geschaltet ist.Each subgenerator is advantageously connected in parallel with a constant current source connected on the signal side to the control and regulating device.

Diese Konstantstromquelle ist vorzugsweise mit der Kontroll- und Steuereinrichtung signal- bzw. datenseitig verbunden. Die Konstantstromquelle versorgt den zu einem Teilgenerator zugeordneten Stromkreis mit einem konstanten Strom in Zeiten, in denen das Modul keine erkennbare Leistung abgibt, beispielsweise nachts. Der durch den Teilgenerator laufende Strom wird von der Kontroll- und Steuereinrichtung überwacht. Falls das Modul demontiert wird (z. B. bei Diebstahl) oder wenn Unterbrechungen im String auftreten, wird diese Situation durch einen Wegfall des Stroms sofort erkennbar. Dadurch ist eine Diebstahlsicherung wirksam in den Generatoranschlusskasten integriert.This constant current source is preferably connected to the control and control device signal or data side. The constant current source supplies the circuit associated with a subgenerator with a constant current at times when the module is not dissipating any detectable power, such as at night. The current passing through the subgenerator is monitored by the control and monitoring device. If the module is disassembled (eg in the event of theft) or if there are interruptions in the string, this situation is immediately recognizable by a loss of power. As a result, an anti-theft device is effectively integrated into the generator junction box.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedem Teilgenerator eine signalseitig mit der Kontroll- und Steuereinrichtung verbundene Vorrichtung parallel geschaltet, die die Spannung des jeweiligen Teilgenerators gegen Erde misst. Diese Vorrichtung führt also gewissermaßen eine Erdschlussmessung durch, wobei jeweils der Spannungsunterschied des Pluspoles und des Minuspoles des mit dem Teilgenerator verbundenen Stromkreises zu Erde gemessen wird. Im normalen Betriebszustand sind diese beiden Spannungen gleich groß. Fällt aber nun beispielsweise ein Modul des Strings aus, so detektiert diese Vorrichtung einen Spannungsunterschied zwischen Pluspol-Erde und Minuspol-Erde. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses, d. h. dem Verhältnis dieser beiden Spannungen, kann der Techniker auch die (ungefähre) Position des Solarmoduls entlang des Strings ermitteln, so dass nur wenige Module überprüft werden müssen.In a preferred embodiment, each subgenerator is connected in parallel with a device connected to the control and control device on the signal side, which measures the voltage of the respective subgenerator with respect to ground. This device thus effectively performs a ground fault measurement, wherein in each case the voltage difference of the positive pole and the negative pole of the circuit connected to the partial generator is measured to ground. In normal operating conditions, these two voltages are equal. But if, for example, a module of the string fails, then this device detects a voltage difference between positive pole earth and negative pole earth. Due to the gear ratio, d. H. the ratio of these two voltages, the technician can also determine the (approximate) position of the solar module along the string, so that only a few modules need to be checked.

In Bezug auf die Solaranlage wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem eine Anzahl von Teilgeneratoren und wenigstens ein Generatoranschlusskasten nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in die Solaranlage integriert werden. Im einfachsten Fall umfasst die Solaranlage genau einen Generatoranschlusskasten, an dessen Eingangsanschlüssen bzw. Eingängen eine Anzahl von Teilgeneratoren angeschlossen sind, und an dessen Ausgangsanschluss ein Wechselrichter angeschlossen ist, über den die Einspeisung der von der Anlage abgegebenen Leistung in das Stromnetz erfolgt. Die Solaranlage kann aber auch mehrere Generatoranschlusskästen mit jeweils angeschlossenen Strings bzw.With regard to the solar system, the above-mentioned object is achieved according to the invention by integrating a number of partial generators and at least one generator connection box according to one of claims 1 to 12 into the solar system. In the simplest case, the solar system comprises exactly one combiner box, to whose input terminals or inputs a number of sub-generators are connected, and to whose output terminal an inverter is connected, via which the power supplied by the system is fed into the power grid. The solar system can also be several generator junction boxes with each connected strings or

Ketten von PV-Modulen bzw. Solarmodulen umfassen, die wiederum parallel geschaltet sind.Include chains of PV modules or solar modules, which in turn are connected in parallel.

In Hinblick auf das Verfahren zum Betrieb einer Solaranlage zur solaren Stromerzeugung mit einer Anzahl von parallel geschalteten Teilgeneratoren, die über einen gemeinsamen Zwischenkreis mit einem Wechselrichter verbunden sind, wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Teilgeneratoren jeweils mit einer Spannung beaufschlagt werden, wobei die Höhe der jeweiligen Spannung die Differenz zwischen der jeweiligen MPP-Spannung im Leistungsmaximum (MPP) des jeweiligen Teilgenerators und einer vorgegebenen Einstellspannung ist, wodurch der jeweilige Teilgenerator die maximale Leistung abführt.With regard to the method for operating a solar system for solar power generation with a number of parallel-connected sub-generators, which are connected via a common intermediate circuit with an inverter, the above object is inventively achieved in that the sub-generators are each subjected to a voltage, wherein the height of the respective voltage is the difference between the respective MPP voltage in the power maximum (MPP) of the respective sub-generator and a predetermined set voltage, whereby the respective sub-generator dissipates the maximum power.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens entspricht die Einstellspannung der Spannung des Teilgenerators mit der höchsten gemessenen MPP-Spannung. Vorteilhafterweise wird der Wechselrichter auf die Einstellspannung eingestellt. Bevorzugt wird die Lage des MPP des jeweiligen Teilgenerators durch eine zumindest bereichsweise Vermessung der Strom-Spannungskennlinie des Teilgenerators ermittelt. Der Wechselrichter wird vorzugsweise auf die Einstellspannung eingestellt oder stellt sich auf die Einstellspannung automatisch durch einen in ihm implementierten MPP-Tracking-Algorithmus ein. In an advantageous variant of the method, the adjustment voltage corresponds to the voltage of the sub-generator having the highest measured MPP voltage. Advantageously, the inverter is set to the tuning voltage. Preferably, the position of the MPP of the respective subgenerator is determined by an at least regional measurement of the current-voltage characteristic of the subgenerator. The inverter is preferably set to the tuning voltage or adjusts to the tuning voltage automatically through an MPP tracking algorithm implemented therein.

Zur Realisierung eines Langzeit-Monitorings werden die ermittelten Strom-Spannungskennlinien und MPP an eine Zentralstation übermittelt, dort gespeichert und ausgewertet.To realize long-term monitoring, the determined current-voltage characteristics and MPP are transmitted to a central station where they are stored and evaluated.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch jeweils eine jedem Eingangsanschluss separat zugeordnete regelbare Spannungsquelle die angeschlossenen Teilgeneratoren mit jeweils unterschiedlichen Spannungen betrieben werden können. Durch eine Kontroll- und Steuereinrichtung, die zu wählbaren Zeitpunkten die Strom-Spannungskennlinien der Teilgeneratoren vermisst, können diese Spannungen derart eingestellt werden, dass jeder Teilgenerator am MPP betrieben wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die höchste gemessene MPP-Spannung als Spannung des Zwischenkreises eingestellt wird, und die entsprechend eingeregelten Spannungen gerade die Differenz zwischen jeweiliger MPP-Spannung und dieser maximalen MPP-Spannung bilden. Durch diese Maßnahmen lässt sich die Anlage mit extrem hohem Wirkungsgrad betreiben.The advantages of the invention are, in particular, that the connected partial generators can each be operated with different voltages in each case by means of a controllable voltage source assigned separately to each input connection. By means of a control and control device which, at selectable times, measures the current-voltage characteristics of the subgenerators, these voltages can be set in such a way that each subgenerator is operated on the MPP. This is particularly the case when the highest measured MPP voltage is set as the voltage of the intermediate circuit and the corresponding adjusted voltages are just the difference between the respective MPP voltage and this maximum MPP voltage. These measures allow the system to operate with extremely high efficiency.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing. In it show in a highly schematic representation:

1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Generatoranschlusskastens, 1 a representation of a generator junction box according to the invention,

2 ein Schaltbild des Generatoranschlusskastens aus 1, und 2 a circuit diagram of the generator junction box 1 , and

3 eine Solaranlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Generatoranschlusskasten nach 1 und 2, vier Teilgeneratoren und einem Wechselrichter. 3 a solar system according to a preferred embodiment with a generator junction box after 1 and 2 , four sub-generators and one inverter.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Der in 1 schematisch dargestellte Generatoranschlusskasten (GAK) 2 hat ein Gehäuse 4 und ist mit 8 Eingangssteckern bzw. Eingangsanschlüssen 6 à 5 A Nennstrom und 1000 V Nennspannung ausgerüstet. In einer weiteren, alternativen bevorzugten Variante verfügt er über 16 Eingangsanschlüsse 6. Der Generatoranschlusskasten 2 weist auch einen Ausgangsanschluss 10 für einen Wechselrichter 12 auf. Im Betriebszustand ist der Ausgangsanschluss 10 mit dem DC-Eingang des Wechselrichters 12 (nicht eingezeichnet) verbunden. Die Eingangsanschlüsse 6 und der Ausgangsanschluss 10 sind als Steckeranschlüsse ausgebildet. Somit kann auch bei laufendem Betrieb der Anlage ein Generatoranschlusskasten gefahrlos von der Anlage abgetrennt werden, Gefahr für Personen besteht hierbei nicht. Weiterhin können Daten- und/oder Signalleitungen aus dem GAK nach außen geführt sein.The in 1 schematic generator junction box (GAK) 2 has a housing 4 and is with 8th Input connectors or input connectors 6 Equipped with 5 A nominal current and 1000 V nominal voltage. In a further, alternative preferred variant he has 16 input terminals 6 , The generator junction box 2 also has an output port 10 for an inverter 12 on. In the operating state is the output connection 10 with the DC input of the inverter 12 (not shown) connected. The input terminals 6 and the output terminal 10 are designed as plug connections. Thus, a generator junction box can be safely separated from the system even during ongoing operation of the system, there is no risk to persons. Furthermore, data and / or signal lines can be led out of the GAK to the outside.

An die 8 Eingangsanschlüsse 6 kann jeweils ein Teilgenerator 54 angeschlossen werden. An den Ausgangsanschluss 10 kann ein Wechselrichter 12 (nicht dargestellt) angeschlossen werden. Unter Eingangsanschlüssen 6 sind hier jeweils Kombinationen von jeweils einpolig ausgelegten Anschlüssen für den Pluspol und den Minuspol eines Teilgenerators gemeint. Selbstverständlich können diese Anschlüsse auch zweipolig ausgeführt sein.To the 8th input terminals 6 can each be a subgenerator 54 be connected. To the output terminal 10 can be an inverter 12 (not shown) are connected. Under input connections 6 Here are meant combinations of each unipolar designed connections for the positive pole and the negative pole of a subgenerator. Of course, these connections can also be made bipolar.

Der Generatoranschlusskasten 2 umfasst weiterhin eine Hauptplatine 14, auf der seine elektronischen Bauteile angeordnet bzw. montiert sind. Über Kabel 18 sind die Eingangsanschlüsse mit Bauteilen auf der Hauptplatine 14 verbunden. Der Einfachheit halber sind für jeden Eingangsanschluss 6 jeweils nur die Kabel 18 der Pluspole dargestellt, für jeden Anschluss führt ein weiteres Kabel 18 (der Minuspol) wieder vom Zwischenkreis zurück zum Eingangsanschluss 6.The generator junction box 2 also includes a motherboard 14 on which its electronic components are arranged or mounted. About cable 18 are the input connectors with components on the motherboard 14 connected. For simplicity, for each input terminal 6 only the cables 18 the positive terminal shown, for each connection leads another cable 18 (the negative pole) again from the DC link back to the input terminal 6 ,

Von jedem der Eingangsanschlüsse 6 führt jeweils ein Kabel 18 zu einer regelbaren Spannungsquelle 22, die als DC/DC Wandler ausgeführt ist. Diese regelbare Spannungsquelle 22 kann bei Bedarf eine Spannung im Bereich von 0 bis zu 200 V zu der am korrespondierenden Teilgenerator 54 anliegenden Spannung addieren.From each of the input terminals 6 each leads a cable 18 to a controllable voltage source 22 , which is designed as a DC / DC converter. This adjustable voltage source 22 If necessary, a voltage in the range of 0 to 200 V to the corresponding part of the generator 54 add voltage applied.

Die regelbaren Spannungsquellen 22 sind elektrisch leitend mit elektronischen Schaltern 26 verbunden, über die der zugehörige Teilgenerator 54 mit einem Zwischenkreis 30, der mit allen Teilgeneratoren 54 verbunden ist, in Verbindung gebracht oder von ihm getrennt werden kann. Der Zwischenkreis 30 ist wiederum über ein Kabel 18 (auch hier sind jeweils implizit zwei getrennte Verbindungen für den Minus- und den Pluspol gemeint) mit dem Ausgangsanschluss 10 verbunden. Die elektronischen Schalter 26 wiederum sind mit (Gleichstrom-)Sicherungen 34 verbunden, die das System vor Überlast bzw. vor zu hohen Fehlerströmen schützen.The controllable voltage sources 22 are electrically conductive with electronic switches 26 connected via which the associated subgenerator 54 with a DC link 30 that with all the subgenerators 54 connected, connected or disconnected from it. The DC link 30 is in turn via a cable 18 (Also here implicitly two separate connections for the minus and the positive pole are meant) with the output terminal 10 connected. The electronic switches 26 Again, with (DC) fuses 34 connected to protect the system from overload or high fault currents.

Der Generatoranschlusskasten 2 umfasst weiterhin eine auf der Hauptplatine 14 befestige, als Mikrocontroller 38 ausgebildete, Kontroll- und Steuereinrichtung. Diese steht mit den regelbaren Spannungsquellen 22 und den elektronischen Schaltern 34 signalseitig in Verbindung. Diese Verbindungen können beispielsweise durch Kabel realisiert sein. Zusätzlich dazu können auch Verbindungsleitungen von dem Mikrocontroller 38 nach außen geführt werden, beispielsweise zur signalseitigen Verbindung mit einem Wechselrichter 12. Der Generatoranschlusskasten 2 umfasst noch weitere Komponenten, die in 1 der Einfachheit halber nicht eingezeichnet sind. Diese weiteren Komponenten sowie ihre Verbindungen untereinander und mit dem Mikrocontroller 38 werden in Zusammenhang mit 2 besprochen.The generator junction box 2 also includes one on the motherboard 14 attach, as a microcontroller 38 trained, control and control device. This stands with the controllable voltage sources 22 and the electronic switches 34 signal side in connection. These connections can be realized for example by cables. In addition, connection lines may also be from the microcontroller 38 be led to the outside, for example, the signal-side connection with an inverter 12 , The generator junction box 2 includes other components that are included in 1 are not shown for the sake of simplicity. These other components as well as their connections with each other and with the microcontroller 38 be related to 2 discussed.

2 zeigt ein elektronisches Schaltbild des Generatoranschlusskastens 2. Die Komponenten des Generatoranschlusskastens 2 sind innerhalb des gestrichelten Kastens 50 eingezeichnet. Über den Eingangsanschluss 6 (hier sind sowohl der Pluspol + als auch der Minuspol – eingezeichnet) ist ein Teilgenerator 54, der mehrere, in Reihe geschaltete Photovoltaik (PV)-Module 58 umfasst, angeschlossen. An den Ausgangsanschluss 10 ist ein Wechselrichter 12 angeschlossen. Über den Pluspol + und den Minuspol – ist der Teilgenerator 54 an den Zwischenkreis 30 angeschlossen. Auf der Hauptplatine 14 ist der Mikrocontroller 38 befestigt. Die im Folgenden diskutierten Komponenten sind dem eingezeichneten Eingangsanschluss 6 zugeordnet. Über Verbindungsstellen 62 können noch weitere (in diesem Beispiel bis zu 7) Teilgeneratoren mit dem Zwischenkreis 30 bzw. DC-Eingang des Wechselrichters 12 über nicht eingezeichnete Eingangsanschlüsse 6 verbunden werden. Eine signalseitige Verbindung zwischen dem Mikrocontroller 38 und den Komponenten ist jeweils durch einen Doppelpfeil 66 angedeutet. 2 shows an electronic circuit diagram of the generator junction box 2 , The components of the generator junction box 2 are inside the dashed box 50 located. Via the input connection 6 (Here are both the plus pole + and the negative pole - drawn) is a subgenerator 54 , the multiple, in-line photovoltaic (PV) modules 58 includes, connected. To the output terminal 10 is an inverter 12 connected. About the positive pole + and the negative pole - is the subgenerator 54 to the DC link 30 connected. On the motherboard 14 is the microcontroller 38 attached. The components discussed below are the input port shown 6 assigned. Via connection points 62 can add more (in this example up to 7 ) Subgenerators with the DC link 30 or DC input of the inverter 12 via not shown input connections 6 get connected. A signal-side connection between the microcontroller 38 and the components is each indicated by a double arrow 66 indicated.

Mit Hilfe einer Messschaltung 70 wird die Strom-Spannungskennlinie des Teilgenerators 54 vermessen. Dazu wird der Teilgenerator 54 durch den elektronischen Schalter 26, der als Thyristor ausgestaltet ist, während des Messvorganges gesperrt und somit vom Zwischenkreis 30 getrennt und dann wieder mit ihm verbunden. Dabei kann die Kennlinie des Teilgenerators vollständig zwischen Kurzschluss und Leerlauf von der Messschaltung 70 vermessen werden. Alternativ dazu kann eine Messung im Bereich des Maximum Power Point (MPP) durchgeführt werden, wobei typischerweise Intervalle von +/–50 V Verwendung finden.With the help of a measuring circuit 70 becomes the current-voltage characteristic of the subgenerator 54 measured. This is the subgenerator 54 through the electronic switch 26 , which is designed as a thyristor, locked during the measuring process and thus from the DC link 30 disconnected and then connected to him again. The characteristic curve of the subgenerator can be completely between short circuit and open circuit of the measuring circuit 70 be measured. Alternatively, a maximum power point (MPP) measurement may be performed, typically using +/- 50V intervals.

Während der Vermessung registriert der Mikrocontroller 38 die vorliegenden Werte von Strom und Spannung. Denkbar sind auch Messungen andere Kenngrößen oder Parameter des Teilgenerators 54, aus denen der MPP bestimmt oder abgeleitet werden kann.During the survey, the microcontroller registers 38 the present values of current and voltage. Also conceivable are measurements of other characteristics or parameters of the subgenerator 54 from which the MPP can be determined or derived.

Die Kontroll- und Steuereinrichtung bzw. der Mikrocontroller 38 vermisst bei Bedarf, z. B. alle 10 Minuten, die Strom-Spannungskennlinien der angeschlossenen Teilgeneratoren 54 bzw. Strings. Eine solche Vermessung dauert typischerweise ca. 100 ms. Durch die Vermessung der Kennlinien kann der MPP jedes Strings exakt bestimmt werden. Eine Übertragung der Kennlinien und/oder der jeweiligen MPPs sowie weiterer Daten wie beispielsweise der am Zwischenkreis anliegenden Spannung und der abgeführten Leistung von dem Mikrocontroller 38 zu einer Zentralstation erlaubt ein Langzeitmonitoring der einzelnen Teilgeneratoren 54 und auch der gesamten Anlage.The control and control device or the microcontroller 38 misses if necessary, z. B. every 10 minutes, the current-voltage characteristics of the connected sub-generators 54 or strings. Such a measurement typically takes about 100 ms. By measuring the characteristics, the MPP of each string can be determined exactly. A transmission of the characteristics and / or the respective MPPs and other data such as the voltage applied to the intermediate circuit and the power dissipated by the microcontroller 38 to a central station allows a long-term monitoring of the individual subgenerators 54 and also the whole plant.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jede Minute (dieses Intervall ist variabel einstellbar) eine Teilvermessung der Strom-Spannungskennlinie im Bereich des MPP vorgenommen. Das heißt, in einer gewissen Umgebung des MPP bzw. der MPP-Spannung wird die Spannung variiert um zu testen, ob sich der MPP verschoben hat und bei einer anderen Spannung eine höhere Leistungsabfuhr möglich ist. Eine solche Teilvermessung dauert ca. 10 ms.In the present embodiment, each minute (this interval is variably adjustable) a partial measurement of the current-voltage characteristic is made in the MPP. That is, in some environment of the MPP or MPP voltage, the voltage is varied to test if the MPP has shifted and if another voltage allows for higher power dissipation. Such partial measurement takes about 10 ms.

Unter gewissen Betriebsbedingungen kann ein String mehrere (lokale) MPP aufweisen. Bei einer Vermessung der gesamten Kennlinie lässt sich das globale Maximum der Leistungsentnahme ermitteln. Die MPP-Spannungen können von String zu String unterschiedlich sein.Under certain operating conditions, a string may have multiple (local) MPPs. When measuring the entire characteristic curve, the global maximum of the power extraction can be determined. The MPP voltages can vary from string to string.

Nach jeder vollständigen oder bereichsweisen Vermessung der Kennlinien der einzelnen Teilgeneratoren 54 bestimmt der Mikrocontroller 38 jeweils den MPP der einzelnen Teilgeneratoren 54, indem die Spannung bestimmt wird (die MPP-Spannung oder U_MPP), bei der P_MPP = I_MPF·U_MPP maximal wird. Der Mikrocontroller 38 ermittelt zeitlich unmittelbar danach die höchste MPP-Spannung aller vermessenen Teilgeneratoren und signalisiert dem Wechselrichter 12 (in der Figur dargestellt durch einen Doppelpfeil 66), dass er diese höchste gemessene MPP-Spannung einstellen soll. Die am Zwischenkreis 30 anliegende Spannung liegt in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich von 550–800 V.After each complete or regional measurement of the characteristic curves of the individual subgenerators 54 determines the microcontroller 38 in each case the MPP of the individual subgenerators 54 by determining the voltage (the MPP voltage or U _MPP ) at which P _MPP = I _MPF * U _MPP becomes maximum. The microcontroller 38 immediately afterwards determines the highest MPP voltage of all measured partial generators and signals the inverter 12 (shown in the figure by a double arrow 66 ) that he should set this highest measured MPP voltage. The at the DC link 30 applied voltage is in this embodiment in the range of 550-800 V.

Die Zuschaltung der Leistung auf den Zwischenkreis kann auf Anforderung des Wechselrichters 12 erfolgen. Sobald durch die Messschaltung eine ausreichend große Leistung des Teilgenerators erkannt wird, steuert der Wechselrichter den elektronischen Schalter 26 und gibt den Teilgenerator „frei”. Durch die maximale String-Leerlaufspannung von 1000 V ist es üblicherweise nötig einen Bremschopper einzusetzen, um die Spannung in den zulässigen Bereich von 800 V zu „ziehen”. Die Zuschaltung auf Anforderung speist dann auf einen vorgegebenen Zwischenkreis von max. 800 V. Somit ist eine optimale Wechselrichter-Auslastung möglich. Nach Ermittlung der Zwischenkreisspannung und/oder deren Umsetzung durch den Wechselrichter befiehlt der Mikrocontroller 38 den regelbaren Spannungsquellen 22, jeweils die Differenzspannung zwischen der höchsten MPP-Spannung (nun eingestellte Zwischenkreisspannung) und der jeweiligen MPP-Spannung des entsprechenden Teilgenerators 54 dem Teilgenerator 54 zuzuregeln. Durch diese Maßnahmen ist gewährleistet, dass alle am Generatoranschlusskasten 2 angeschlossenen Teilgeneratoren 54 mit maximal möglicher Leistungsabgabe an ihrem jeweiligen MPP gefahren werden. Diese maximal mögliche Leistungsabgabe jedes einzelnen Teilgenerators 54, die durch die Zuregelung von Spannung durch die regelbaren bzw. variabel einstellbaren Spannungsquellen 22 ermöglicht wird, unterscheidet den erfindungsgemäßen Generatoranschlusskasten 2 von herkömmlichen Systemen, in denen alle Teilgeneratoren 54 im Wesentlichen mit der gleichen Spannung gefahren werden. In diesen Systemen wird der MPP gemittelt über alle Teilsysteme bzw. Teilgeneratoren 54 bestimmt, so dass die Solaranlage im gemittelten MPP betrieben wird. Dabei befinden sich die Teilgeneratoren 54 für sich betrachtet aber gewöhnlich nicht an ihrem MPP, so dass Leistungseinbußen in Kauf genommen werden müssen, die nun durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Generatoranschlusskastens vermeidbar sind.The connection of the power to the DC link can be at the request of the inverter 12 respectively. As soon as a sufficiently high power of the sub-generator is detected by the measuring circuit, the inverter controls the electronic switch 26 and releases the subgenerator. Due to the maximum string open circuit voltage of 1000 V, it is usually necessary to use a brake chopper to "pull" the voltage within the permissible range of 800 V. The connection on request then feeds to a given DC link of max. 800 V. Thus, an optimal inverter utilization is possible. To Determining the DC link voltage and / or their implementation by the inverter commands the microcontroller 38 the controllable voltage sources 22 , in each case the differential voltage between the highest MPP voltage (now set intermediate circuit voltage) and the respective MPP voltage of the corresponding subgenerator 54 the subgenerator 54 zuzuregeln. These measures ensure that all at the generator junction box 2 connected subgenerators 54 be driven at their maximum possible power output at their respective MPP. This maximum possible power output of each individual subgenerator 54 , by the regulation of voltage by the controllable or variably adjustable voltage sources 22 allows distinguishes the generator junction box according to the invention 2 from conventional systems, where all subgenerators 54 be driven essentially at the same voltage. In these systems, the MPP is averaged over all subsystems or subgenerators 54 determined, so that the solar system is operated in the averaged MPP. Here are the subgenerators 54 but in itself usually does not look at their MPP, so that performance losses must be accepted, which can now be avoided by using a generator junction box according to the invention.

Hat ein Wechselrichter keine Schnittstelle zur Vorgabe einer extern ermittelten Zwischenkreisspannung (MPP-Spannung), sondern nur ein internes MPP-Tracking, so regelt die Spannungsquelle den Spannungswert dazu, welcher bei der MPP-Vermessung zwischen dem dazugehörigen Teilgenerator und dem höchsten ermittelten MPP-Spannungswert ermittelt wurden. Es ergibt sich somit eine sehr „spitze” Leistungskennlinie über dem Zwischenkreis und der Wechselrichter bleibt relativ stabil auf diesem MPP (je nach MPP-Algorithmus des Wechselrichters) Die regelbaren Spannungsquellen können die Teilgeneratoren mit einer maximalen Spannung von bis zu 200 V beaufschlagen bzw. diese zuregeln. D. h., wenn die maximale und die minimale MPP-Spannungen der Gesamtheit der Teilgeneratoren nicht mehr als 200 V auseinander liegen, können alle Teilgeneratoren mit ihrer jeweiligen MPP-Spannung und damit unter optimaler Leistungsabgabe betrieben werden. Bei einem Nennstrom von z. B. 5 A und einer Regelspannung von z. B. 100 V ergibt sich 100 V·5 A = 500 W Leistungsgewinn·90% Wirkungsgrad der jeweiligen regelbaren Spannungsquelle = 450 W Leistungsgewinn. Bei einer Gesamtleistung des Teilgenerators von dann z. B. 3500 W, entspricht dies ca. 15% Mehrertrag pro String im Vergleich zu dem Fall, dass keine individuelle Spannungsregulierung für die einzelnen Teilgeneratoren erfolgt.If an inverter has no interface for specifying an externally determined intermediate circuit voltage (MPP voltage), but only an internal MPP tracking, the voltage source regulates the voltage value which, in the MPP measurement, is between the associated subgenerator and the highest MPP voltage value determined were determined. This results in a very "peaked" power characteristic across the DC link and the inverter remains relatively stable on this MPP (depending on the MPP algorithm of the inverter). The controllable voltage sources can supply the subgenerators with a maximum voltage of up to 200 V. zuregeln. That is, if the maximum and minimum MPP voltages of the subgenerators are not more than 200V apart, then all the subgenerators can operate at their respective MPP voltage, and thus at optimum power output. At a rated current of z. B. 5 A and a control voltage of z. B. 100 V results in 100 V · 5 A = 500 W power gain · 90% efficiency of the respective controllable voltage source = 450 W power gain. At a total power of the subgenerator of then z. B. 3500 W, this corresponds to about 15% more yield per string compared to the case that no individual voltage regulation for the individual sub-generators.

Eine dem Teilgenerator parallel geschaltete Konstantstromquelle 74 sorgt für einen geringen konstanten Stromfluss in Zeiten, in denen der Teilgenerator keine oder keine nennenswerte Leistung abgibt. Das Vorhandensein des Stromflusses, der von dem Mikrocontroller 38 überwacht wird, zeigt an, dass der Teilgenerator 54 sich im montierten und betriebsbereiten Zustand befindet. Ein Diebstahl des Teilgenerators 54 oder einzelner PV-Module 58 wird somit unmittelbar entdeckt. Dabei kann der Mikrocontroller 38 ein Signal an eine Zentralstation (nicht eingezeichnet) senden, die beispielsweise automatisch einen Alarm auslösen kann. Die Zentralstation kann mit allen Mikrocontrollern 38 der in der Solaranlage eingesetzten Generatoranschlusskästen 2 kommunizieren und diese steuern.A constant current source connected in parallel to the subgenerator 74 ensures a low constant current flow in times when the subgenerator gives no or no appreciable power. The presence of the current flowing from the microcontroller 38 is monitored, indicates that the subgenerator 54 is in the assembled and ready for operation state. A theft of the subgenerator 54 or individual PV modules 58 is thus discovered immediately. In this case, the microcontroller 38 Send a signal to a central station (not shown) which, for example, can automatically trigger an alarm. The central station can work with all microcontrollers 38 the generator junction boxes used in the solar system 2 communicate and control them.

Der erfindungsgemäße Generatoranschlusskasten 2 erlaubt aber auch eine Fehleranalyse der angeschlossenen Teilgeneratoren 54 im laufenden Betrieb, da dies durch die ständig kontrollierten Eingangsparameter kontinuierlich erfolgt. Eine untypische Leistungsreduzierung von einem oder von mehreren Strings wird sofort erkannt und kann, beispielsweise von dem Mikrocontroller 38 über eine drahtlose Datenverbindung, gemeldet werden. Auf diese Weise können eine fehlerhafte Steckverbindung, ein Leitungsbruch, Diebstahl, extreme Verschattung oder ein Defekt des Moduls ohne große zeitliche Verzögerung entdeckt werden. Über die Meldung des Zwischenfalls können dann unmittelbar entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.The generator connection box according to the invention 2 but also allows an error analysis of the connected subgenerators 54 during operation, as this is done continuously by the constantly controlled input parameters. An untypical power reduction of one or more strings is immediately detected and may, for example, by the microcontroller 38 via a wireless data connection. In this way, a faulty plug connection, a line break, theft, extreme shading or a defect of the module can be detected without much delay. By reporting the incident, appropriate countermeasures can then be initiated immediately.

Der Generatoranschlusskasten 2 weist pro Teilgenerator 54 eine Vorrichtung zur Erdschlussmessung 78 auf, bei der die Spannung des Teilgenerators 54 jeweils für den Pluspol + und den Minuspol – getrennt gegen Erde gemessen wird. So kann für jeden String separat Erdschluss festgestellt und der String deaktiviert bzw. außer Betrieb genommen werden. Darüber hinaus kann über das Verhältnis der gemessenen Erdschlussspannungen auch die ungefähre Position des Moduls innerhalb des Strings identifiziert werden.The generator junction box 2 points per subgenerator 54 a device for ground fault measurement 78 on, at which the voltage of the subgenerator 54 in each case for the positive pole + and the negative pole - measured separately against earth. This way, ground faults can be detected separately for each string and the string deactivated or put out of operation. In addition, the approximate position of the module within the string can be identified via the ratio of the measured ground fault voltages.

Die den Teilgeneratoren zugeordneten regelbaren bzw. adaptiven Spannungsquellen 22 sind nicht mit Hochsetzstellern bzw. Aufwärtswandlern zu verwechseln, bei denen eine Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung gewandelt wird. Die erfindungsgemäß vorgesehenen adaptiven Spannungsquellen 22 sorgen vielmehr in additiver Weise zu einer Spannungserhöhung, in dem zu einer vorhandenen Spannung eine zusätzliche Spannung, vorzugsweise zwischen 0 und 200 V, addiert wird, wobei die Größe der zusätzlichen Spannung geregelt werden kann.The controllable or adaptive voltage sources assigned to the subgenerators 22 should not be confused with boost converters or boost converters where an input voltage is converted to a higher output voltage. The inventively provided adaptive voltage sources 22 Rather, in an additive manner to increase the voltage in which an additional voltage, preferably between 0 and 200 V, is added to an existing voltage, wherein the size of the additional voltage can be controlled.

Eine Rückstromdiode 80 im dem Teilgenerator 54 zugeordneten Stromkreis schützt das System vor rückläufigem Strom, insbesondere in Situationen in denen der Teilgenerator 54 mit Hilfe des elektronischen Schalters 26 vom Zwischenkreis 30 getrennt bzw. verbunden wird.A reverse current diode 80 in the subgenerator 54 associated circuit protects the system from declining current, especially in situations where the sub-generator 54 with the help of the electronic switch 26 from the DC link 30 disconnected or connected.

Der Generatoranschlusskasten 2 kann zur Absicherung gegen Blitz und Überspannung mit Überspannungsleitern ausgerüstet werden. Diese werden zwischen jeweils Pluspol, Minuspol und Erde eingebaut.The generator junction box 2 can be equipped with overvoltage conductors for protection against lightning and overvoltage. These are installed between each positive pole, negative pole and earth.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solaranlage bzw. Anlage zur solaren Stromerzeugung 86 ist in 3 schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. An den Generatoranschlusskasten 2 sind 4 Teilgeneratoren 54 an 4 von insgesamt 8 Eingangsanschlüssen 6 angeschlossen. Der Generatoranschlusskasten 2 wiederum ist über den Ausgang 10 an den Wechselrichter 12 angeschlossen, der über die Stromnetzverbindung 82 mit einem Stromnetz verbunden ist. Wie in 1 sind die elektrischen Verbindungen jeweils nur durch eine einfach gezogene Linie gekennzeichnet, während in Wirklichkeit immer 2 Leitungen (Pluspol und Minuspol) verlegt sind.An embodiment of a solar system according to the invention or plant for solar power generation 86 is in 3 shown schematically and not to scale. To the generator junction box 2 are 4 part generators 54 at 4 out of a total of 8th input terminals 6 connected. The generator junction box 2 turn is over the exit 10 to the inverter 12 connected via the mains connection 82 connected to a power grid. As in 1 The electrical connections are each characterized by a single solid line, while in reality always 2 Lines (positive pole and negative pole) are laid.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: GeneratoranschlusskastenGenerator junction box
44: Gehäusecasing
66: Eingangsanschlussinput port
1010: Ausgangsanschlussoutput port
1414: Hauptplatinemotherboard
1818: Kabelelectric wire
2222: regelbare Spannungsquelleadjustable voltage source
2626: elektronischer Schalterelectronic switch
3030: ZwischenkreisDC
3434: Sicherungfuse
3838: Mikrocontrollermicrocontroller
5050: gestrichelter Kastendashed box
5454: TeilgeneratorArray
5858: PV-ModulPV module
6262: Verbindungsstellejunction
6666: Doppelpfeildouble arrow
7070: Messschaltungmeasuring circuit
7474: KonstantstromquelleConstant current source
7878: Vorrichtung zur ErdschlussmessungDevice for earth fault measurement
8080: RückstromdiodeReverse current diode
8282: StromnetzverbindungMains connection
8686: Anlage zur solaren StromerzeugungPlant for solar power generation
++: Pluspolpositive pole
–-: Minuspolminuspol

Claims

Generator connection box ( 2 ) for a solar power generation plant ( 86 ), with a number of input ports ( 6 ) for subgenerators ( 54 ) and an output terminal ( 10 ) for an inverter ( 12 ), characterized in that each of the input terminals ( 6 ) each have a controllable voltage source ( 22 ) and that each input terminal ( 6 ) via the respectively assigned controllable voltage source ( 22 ) with the output terminal ( 10 ) connected to the DC input of the inverter ( 12 ) connected is.

Generator connection box ( 2 ) according to claim 1, which comprises a control and control device which is configured such that, in the operating state at predetermined measuring times, at least in regions, the current-voltage characteristics of the voltage at the input terminals ( 6 ) connected subgenerators ( 54 ) and from this for each subgenerator ( 54 ) determines the maximum power point (MPP) voltage corresponding to the current maximum power point of the subgenerator ( 54 ) and that it determines a set voltage at predetermined setting times and the respective controllable voltage sources ( 22 ) causes the assigned subgenerators ( 54 ) are to be applied to voltages which in each case correspond to the difference between the setting voltage and the MPP voltage of the respective subgenerator ( 54 ) corresponds.

Generator connection box ( 2 ) according to claim 2, wherein a signal-side connection between the control and control unit and that at the output terminal ( 10 ) connectable inverters ( 12 ) is provided, in the operating state, the control and control unit, the inverter ( 12 ) to the determined setting voltage at the DC input.

Generator connection box ( 2 ) according to claim 2 or 3, wherein in the AC converter ( 12 ) an MPP tracking algorithm is implemented.

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 2 to 4, wherein the adjustment voltage of the time immediately preceding measurement of the maximum determined MPP voltage of the subgenerators ( 54 ) corresponds.

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 2 to 5, wherein the control and control device comprises a microcontroller ( 38 ).

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the input terminals ( 6 ) and the output terminal ( 10 ) are designed as plug-in connections.

Generator connection box ( 2 ) according to any one of claims 1 to 7, wherein each connected subgenerator ( 54 ) each have a number of photovoltaic modules connected in series ( 58 ).

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the control and control device is connected by a preferably wireless data link to a central station.

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 1 to 9, wherein in each case in the connection of input terminal ( 6 ) and output terminal ( 10 ) an electronic switch is provided, through which, if necessary, at the input terminal ( 6 ) connected subgenerator from the output terminal ( 10 ) or can be connected to it.

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 1 to 10, wherein each subgenerator ( 54 ) each have a signal side connected to the control and control device constant current source ( 74 ) is connected in parallel.

Generator connection box ( 2 ) according to one of claims 1 to 11, wherein each subgenerator ( 54 ) a signal side connected to the control and control device ( 78 ) is connected in parallel, the voltage of the respective sub-generator ( 54 ) measures against earth.

Solar system for solar power generation ( 86 ) with a number of subgenerators ( 54 ) and at least one generator junction box ( 2 ) according to one of claims 1 to 12.

Method for operating a solar system for solar power generation ( 86 ) with a number of subgenerators connected in parallel ( 54 ), which are connected via a common DC link to an inverter ( 12 ), characterized in that the subgenerators ( 54 ) are each subjected to a voltage, wherein the height of the respective voltage, the difference between the respective MPP voltage in the power maximum (MPP) of the respective sub-generator ( 54 ) and a predetermined adjustment voltage, whereby the respective subgenerator ( 54 ) dissipates the maximum power.

The method of claim 14, wherein the adjustment voltage of the voltage of the sub-generator ( 54 ) with the highest measured MPP voltage.

Method according to claim 14 or 15, wherein the inverter ( 12 ) is set to the adjustment voltage.

Method according to one of claims 14 or 15, wherein the inverter ( 12 ) automatically adjusts to the tuning voltage by an MPP tracking algorithm implemented in it.

Method according to one of claims 14 to 17, wherein the position of the MPP of the respective subgenerator ( 54 ) by an at least regional measurement of the current-voltage characteristic of the sub-generator ( 54 ) is determined.

Method according to one of claims 14 to 18, wherein the determined current-voltage characteristics and MPPs are transmitted to a central station where they are stored and evaluated.