DE102011011973B4 - Circuit arrangement for increasing a solar generator voltage and method for operating such a circuit arrangement - Google Patents

Circuit arrangement for increasing a solar generator voltage and method for operating such a circuit arrangement Download PDF

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Abstract

Bei dieser Schaltungsanordnung wird ein Teil der abgegebenen Leistung des Solargenerators über einen galvanisch isolierten Gleichspannungswandler (DC/DC) geführt. Dieser Gleichspannungswandler (DC/DC) erzeugt aus der Solargeneratorspannung Us die galvanisch isolierte und variable Gleichspannung U2 am Ausgang. Die Ausgangsspannung U2 wird seriell mit der Solargeneratorspannung Us verschaltet. Die Summe aus Solargeneratorspannung Us und Ausgangsspa Spannung U3 ist die Spannungsquelle für die Netzeinspeisung. Die Steuerung ST des Gleichspannungswandlers (DC/DC) regelt die Ausgangsspannung U2 so, s die Ausgangsspannung U3 unter 1000 V DC bleibt und bei Belastung am Ausgang durch einen angeschlossenen Wechselrichter für die Netzeinspeisung der Spannungsabfall am Solargenerator Us durch die Ausgangsspannung U2 teilweise kompensiert wird. Dabei wird die Ausgangsspannung U2 so eingestellt, dass die Ausgangsspannung U3 des Systems so groß ist, dass eine direkte Netzeinspeisung durch den angeschlossenen Wechselrichter am Ausgang möglich ist. Dadurch entfällt der sonst notwendige Anpassungstransformator zwischen Wechselrichter und dem Spannungsnetz, in welches die Energieeinspeisung erfolgt.In this circuit arrangement, a part of the output power of the solar generator via a galvanically isolated DC-DC converter (DC / DC) is performed. This DC-DC converter (DC / DC) generates the galvanically isolated and variable DC voltage U2 from the solar generator voltage Us at the output. The output voltage U2 is connected in series with the solar generator voltage Us. The sum of solar generator voltage Us and output voltage U3 is the voltage source for the grid feed. The control ST of the DC-DC converter (DC / DC) regulates the output voltage U2 so that the output voltage U3 remains below 1000 V DC and is partially compensated for load at the output by a connected inverter for feeding in the voltage drop at the solar generator Us by the output voltage U2. In this case, the output voltage U2 is adjusted so that the output voltage U3 of the system is so large that a direct mains supply through the connected inverter at the output is possible. This eliminates the otherwise necessary matching transformer between the inverter and the voltage network, in which the energy is supplied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erhöhung einer Solargeneratorspannung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for increasing a solar generator voltage and a method for operating such a circuit arrangement.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung wird ein Teil der abgegebenen Leistung des Solargenerators über einen galvanisch isolierten Gleichspannungswandler (DC/DC) geführt. Dazu wird aus der gesamten Solargeneratorspannung oder einem Teil davon mit dem Gleichspannungswandler (DC/DC) eine Gleichspannung erzeugt, die mit der Ausgangsspannung des Solargenerators seriell verschaltet wird. Dadurch lässt sich im Netz-Einspeise-Betrieb die Spannung erhöhen. Sinkt die Solargeneratorspannung durch Belastung im Netz-Einspeise-Betrieb, dann erhöht die Steuerung des Gleichspannungswandlers die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers und die gesamte Spannung aus Solargeneratorspannung und Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers wird erhöht. Die gesamte Spannung ist dann groß genug, um eine 3-phasige Netzeinspeisung ohne zusätzlichen Transformator zu gewährleisten. Die Systemspannung des Solargenerators bei Netzeinspeisung liegt bei maximal 1000 V DC. Im Betrieb sinkt diese Spannung im Maximum Power Point (MPP). Die sich im MPP einstellende Solargeneratorspannung ist über den gesamten Temperaturbereich nicht groß genug, um zu gewährleisten, dass eine 3-phasige Netz Einspeisung immer gewährleistet ist. Deshalb erzeugt bisher der an den Solargenerator angeschlossene Wechselrichter nicht die benötigte Netzspannung von 400 V AC, sondern eine kleinere Spannung. Zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Netzspannung wird dann ein Anpassungstransformator angeschlossen, der die aktuelle Netzspannung erzeugt. Dieser Transformator ist bei 3-phasiger Netzeinspeisung und hohen Leistungen sehr schwer und teuer. Zusätzlich erzeugt dieser Transformator nicht zu vernachlässigende Verluste, die bei der Energieerzeugung sehr nachteilig sind.In such a circuit arrangement, a part of the output power of the solar generator via a galvanically isolated DC-DC converter (DC / DC) is performed. For this purpose, a DC voltage is generated from the entire solar generator voltage or a part thereof with the DC-DC converter (DC / DC), which is connected in series with the output voltage of the solar generator. As a result, the voltage can be increased during mains supply operation. If the solar generator voltage drops due to load in the grid feed operation, then the control of the DC-DC converter increases the output voltage of the DC-DC converter and the total voltage of the solar generator voltage and output voltage of the DC-DC converter is increased. The entire voltage is then large enough to ensure a 3-phase mains supply without additional transformer. The system voltage of the solar generator with mains supply is a maximum of 1000 V DC. During operation, this voltage drops in the Maximum Power Point (MPP). The solar generator voltage setting in the MPP is not large enough over the entire temperature range to ensure that a 3-phase grid feed is always guaranteed. So far, the inverter connected to the solar generator does not generate the required mains voltage of 400 V AC, but a lower voltage. Between the output voltage of the inverter and the mains voltage then a matching transformer is connected, which generates the current mains voltage. This transformer is very heavy and expensive with 3-phase mains supply and high power. In addition, this transformer generates non-negligible losses, which are very disadvantageous in power generation.

Aus DE 10 2010 026 778 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Eingangsgleichspannung für einen Photovoltaik-Wechselrichter beschreibt. Diese Vorrichtung besteht aus einer Koppeleinrichtung, die wahlweise eine Reihenschaltung von PV-Generatoren oder eine Parallelschaltung von PV-Generatoren anordnet und diese Verschaltung der PV-Generatoren an den Eingang eines Wechselrichters ankoppelt.Out DE 10 2010 026 778 A1 a circuit arrangement is known, which describes a device for providing a DC input voltage for a photovoltaic inverter. This device consists of a coupling device which optionally arranges a series connection of PV generators or a parallel connection of PV generators and couples this interconnection of the PV generators to the input of an inverter.

Aus DE 10 2006 023 563 A1 ist eine Schaltungsanordnung für eine Photovoltaik-Anlage bekannt, die eine Gleichspannung für einen Photovoltaik-Wechselrichter bereitstellt. Dazu werden Solarzellenmodule zu mehreren Strings verschaltet und die Spannungen der einzelnen Strings mit DC/DC-Wandlern verändert. Diese Ausgangsspannungen der DC/DC-Wandler werden durch Schaltelemente variabel verschaltet und die erzeugte Spannung an den Eingang eines Wechselrichters angeschlossen.Out DE 10 2006 023 563 A1 a circuit arrangement for a photovoltaic system is known, which provides a DC voltage for a photovoltaic inverter. For this purpose, solar cell modules are interconnected into several strings and the voltages of the individual strings are changed with DC / DC converters. These output voltages of the DC / DC converters are variably connected by switching elements and the generated voltage is connected to the input of an inverter.

Aus DE 199 19 766 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die aus Solarzellenmodulen eine Gleichspannung für einen Photovoltaik-Wechselrichter erzeugt. Dazu werden Solarzellenmodule zu mehreren Strings verschaltet. Mit DC/DC-Wandlern werden die Spannungen der einzelnen Strings in eine bestimmte Ausgangsspannung umgewandelt. Dabei werden die Ausgänge der DC/DC-Wandler parallel geschaltet und an den Eingang eines Wechselrichters angeschlossen.Out DE 199 19 766 A1 For example, a circuit arrangement is known which generates a DC voltage for a photovoltaic inverter from solar cell modules. For this purpose, solar cell modules are interconnected to form several strings. With DC / DC converters, the voltages of the individual strings are converted into a specific output voltage. The outputs of the DC / DC converters are connected in parallel and connected to the input of an inverter.

Aus DE 101 36 147 B4 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die einen Photovoltaischen Wechselstromerzeuger beschreibt. Dazu wird an den Ausgang jedes Solarmoduls ein Gleichspannungswandler angeschlossen, der die Spannung des Solarmoduls in eine höhere Gleichspannung umwandelt. Die Gleichspannungswandler werden ausgangsseitig parallel geschaltet. Die Ausgangsspannung der Gleichspannungswandler werden mit dem Eingang eines Wechselrichters verbunden.Out DE 101 36 147 B4 a circuit arrangement is known which describes a photovoltaic alternator. For this purpose, a DC-DC converter is connected to the output of each solar module, which converts the voltage of the solar module into a higher DC voltage. The DC-DC converters are connected in parallel on the output side. The output voltage of the DC-DC converter are connected to the input of an inverter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Transformator durch eine Schaltungsanordnung zu ersetzen, die kostengünstig ist und gleichzeitig weniger Verluste erzeugt, wodurch ein höherer System-Gesamtwirkungsgrad entsteht, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb der Schaltungsanordnung bereitzustellen.The invention has for its object to replace this transformer by a circuit arrangement which is inexpensive and at the same time generates fewer losses, whereby a higher overall system efficiency arises, and to provide a corresponding method for operating the circuit arrangement.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features specified in the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Netz-Einspeise-Betrieb die Spannung des Solargenerators erhöht wird, obwohl nur ein Teil der abgegebenen Leistung des Solargenerators über den Gleichspannungswandler fließt. Dadurch entstehen deutlich weniger Verluste als mit einem Netztransformator.The main advantage of the invention is that in the grid feed operation, the voltage of the solar generator is increased, although only a part of the output power of the solar generator flows through the DC-DC converter. This results in significantly less losses than with a mains transformer.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbildern näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to circuit diagrams shown in the drawing. It shows:

1 zeigt die Schaltungsanordnung mit den Komponenten Solargenerator und Gleichspannungswandler (DC/DC), wobei die Solargeneratorspannung oder ein Teil davon abgegriffen wird und an den Eingang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) angeschlossen wird und die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (DC/DC) seriell mit der Solargeneratorspannung verschaltet ist. 1 shows the circuit arrangement with the components solar generator and DC-DC converter (DC / DC), wherein the solar generator voltage or a part thereof is tapped and connected to the input of the DC-DC converter (DC / DC) and the output voltage of the DC-DC converter (DC / DC) is connected in series with the solar generator voltage.

2 zeigt eine Ausführung des Wechselspannungsgenerators WG mit 2 Halbbrücken, bestehend aus den 4 Leistungsschaltern (T1, T2, T3, T4). 2 shows an embodiment of the AC voltage generator WG with 2 half-bridges, consisting of the 4 circuit breakers (T1, T2, T3, T4).

3 zeigt eine Ausführung des Gleichrichters GL mit einer Vollbrückenschaltung, bestehend aus den Dioden (D2, D3, D4, D5). 3 shows an embodiment of the rectifier GL with a full bridge circuit consisting of the diodes (D2, D3, D4, D5).

Entsprechend dem Stand der Technik wird bei 3-phasiger Netzeinspeisung mit großen Leistungen aufgrund der begrenzten Systemspannung bei Solaranlagen von 1000 V DC zwischen dem Wechselrichter für die Netzeinspeisung und dem Stromnetz ein Anpassungstransformator geschaltet. Dieser Transformator wird durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ersetzt und dadurch die Kosten gesenkt und der Gesamtwirkungsgrad erhöht.According to the state of the art, a matching transformer is connected in the case of 3-phase mains supply with high powers due to the limited system voltage for solar systems of 1000 V DC between the inverter for the grid feed and the power grid. This transformer is replaced by the circuit arrangement according to the invention and thereby reduces costs and increases the overall efficiency.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung nach 1 wird die gesamte Solargeneratorspannung Us oder ein Teil der Solargeneratorspannung Us an den Eingang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) angeschlossen. Aus der Eingangsspannung U1 des Gleichspannungswandlers (DC/DC) wird die variable Ausgangsspannung U2 erzeugt.In the circuit arrangement according to the invention according to 1 the entire solar generator voltage Us or a part of the solar generator voltage Us is connected to the input of the DC-DC converter (DC / DC). From the input voltage U1 of the DC-DC converter (DC / DC), the variable output voltage U2 is generated.

Diese variable Ausgangsspannung U2 wird seriell mit der Solargeneratorspannung Us verschaltet und ergibt die Ausgangsspannung U3 der gesamten Schaltungsanordnung.This variable output voltage U2 is connected in series with the solar generator voltage Us and gives the output voltage U3 of the entire circuit arrangement.

Die Funktion der Schaltungsanordnung nach 1 ist wie folgt:
Die gesamte Solargeneratorspannung Us oder ein Teil der Solargeneratorspannung Us wird an den Eingang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) angelegt und ergibt die Eingangsspannung U1. Aus dieser Eingangsspannung U1 erzeugt der Gleichspannungswandler (DC/DC) die variable Ausgangsspannung U2. Der Gleichspannungswandler (DC/DC) besteht aus den Baugruppen Wechselspannungsgenerator WG, Übertrager Ü und Ausgangsgleichrichter GL mit der Glättungsdrossel L und dem Ausgangskondensator C2. Um eine Ausgangsspannung U2 zu erhalten, muss die Eingangsspannung U1 in eine Wechselspannung UTp gewandelt werden. Die Schaltungsanordnung des Wechselspannungsgenerators WG enthält Leistungsschalter, welche die Gleichspannung U1 am Eingang zerhacken und dadurch die Wechselspannung UTp erzeugen. Diese Wechselspannung UTp am Ausgang des Wechselspannungsgenerators WG wird durch den Übertrager Ü in die galvanisch isolierte Wechselspannung UTs gewandelt. Durch den Gleichrichter GL wird die Rechteckspannung UTs gleichgerichtet und ergibt die Spannung UGL. Mit den Bauelementen Glättungsdrossel L und Ausgangskondensator C2 wird die Ausgangsspannung UGL des Gleichrichters GL geglättet, wodurch am Ausgang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) die variable Gleichspannung U2 anliegt. Die Größe der Ausgangsspannung U2 wird durch die Steuer- und Regeleinrichtung ST des Wechselspannungsgenerators WG geregelt.The function of the circuit according to 1 is as follows:
The entire solar generator voltage Us or part of the solar generator voltage Us is applied to the input of the DC-DC converter (DC / DC) and gives the input voltage U1. From this input voltage U1, the DC-DC converter (DC / DC) generates the variable output voltage U2. The DC-DC converter (DC / DC) consists of the assemblies AC voltage generator WG, transformer Ü and output rectifier GL with the smoothing inductor L and the output capacitor C2. In order to obtain an output voltage U2, the input voltage U1 must be converted into an AC voltage UTp. The circuit arrangement of the AC voltage generator WG contains power switches, which chop the DC voltage U1 at the input and thereby generate the AC voltage UTp. This AC voltage UTp at the output of the AC voltage generator WG is converted by the transformer Ü in the galvanically isolated AC voltage UTs. By the rectifier GL, the square-wave voltage UTs is rectified and gives the voltage UGL. With the components smoothing inductor L and output capacitor C2, the output voltage UGL of the rectifier GL is smoothed, whereby at the output of the DC-DC converter (DC / DC), the variable DC voltage U2 is applied. The magnitude of the output voltage U2 is regulated by the control and regulating device ST of the AC voltage generator WG.

Diese variable Ausgangsspannung U2 wird seriell mit der Solargeneratorspannung Us verschaltet. Dabei wird der Minus-Pol der Solargeneratorspannung Us mit dem Plus-Pol der Ausgangsspannung U2 verbunden oder der Minus-Pol der Ausgangsspannung U2 mit dem Plus-Pol der Solargeneratorspannung Us verbunden. Die Summe der Solargeneratorspannung Us und der Ausgangsspannung U2 ergibt die Ausgangsspannung U3 der gesamten Schaltungsanordnung. An diese Ausgangsspannung U3 wird in Solaranlagen für Netzeinspeisung ein Wechselrichter angeschlossen, welcher eine 3-phasige Ausgangsspannung für die Netz-Einspeisung erzeugt. Im Netz-Einspeise-Betrieb sinkt die Leerlaufspannung des Solargenerators Us bis zur Spannung im MPP. Ohne Belastung am Ausgang der Systemspannung U3 hat die Solargeneratorspannung Us den Wert der Leerlaufspannung des Solargenerators Us1. Die Steuer- und Regeleinrichtung ST des Wechselspannungsgenerators WG regelt die Ausgangsspannung U2 im Betrieb ohne Belastung der Systemspannung U3 so, dass die gesamte Spannung U3 des Systems unter 1000 V liegt. Bei Belastung an den Klemmen der Ausgangsspannung U3 des Systems im Netz-Einspeise-Betrieb sinkt die Solargeneratorspannung Us bis zu einem Minimum im MPP. Dieser Spannungsabfall wird teilweise kompensiert durch eine Erhöhung der Ausgangsspannung U2 des Gleichspannungswandlers (DC/DC). Diese Erhöhung der Ausgangsspannung U2 wird durch die Steuer- und Regeleinrichtung ST des Wechselspannungsgenerators WG geregelt. Dabei ist die Erhöhung der Ausgangsspannung U2 so groß, dass die gesamte Spannung des Systems U3 für die direkte Netzeinspeisung mit einem Wechselrichter ohne Anpassungstransformator groß genug ist. Die Steuer- und Regeleinheit ST benötigt für die Regelung der Ausgangsspannung U2 die Messwerte Solargeneratorspannung Us, Eingangsspannung U1 und Ausgangsspannung U2.This variable output voltage U2 is connected in series with the solar generator voltage Us. In this case, the negative pole of the solar generator voltage Us is connected to the positive pole of the output voltage U2 or the negative pole of the output voltage U2 is connected to the positive pole of the solar generator voltage Us. The sum of the solar generator voltage Us and the output voltage U2 gives the output voltage U3 of the entire circuit arrangement. An inverter is connected to this output voltage U3 in solar systems for grid feed, which generates a 3-phase output voltage for the grid feed. In grid-feed operation, the no-load voltage of the solar generator Us drops to the voltage in the MPP. Without load at the output of the system voltage U3, the solar generator voltage Us has the value of the open-circuit voltage of the solar generator Us1. The control and regulating device ST of the AC voltage generator WG regulates the output voltage U2 in operation without loading the system voltage U3 so that the total voltage U3 of the system is less than 1000 V. When loaded at the terminals of the output voltage U3 of the system in mains supply operation, the solar generator voltage Us decreases to a minimum in the MPP. This voltage drop is partially compensated by an increase of the output voltage U2 of the DC-DC converter (DC / DC). This increase in the output voltage U2 is controlled by the control and regulating device ST of the AC voltage generator WG. In this case, the increase in the output voltage U2 is so great that the entire voltage of the system U3 for the direct grid feed with an inverter without matching transformer is large enough. The control unit ST requires for the regulation of the output voltage U2 the measured values solar generator voltage Us, input voltage U1 and output voltage U2.

Parallel zu einer oder mehrerer der Spannungen Solargeneratorspannung Us, Eingangsspannung U1 des Gleichspannungswandlers (DC/DC) und Ausgangsspannung U3 des Systems sind die Kondensatoren Cs, C1 und C3 parallel geschaltet. Diese zusätzlichen Kondensatoren erhöhen die Stabilität der Regelung der Ausgangsspannung U3 des Systems. Die Diode D1 am Ausgang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) parallel zu dem Kondensator C2 ermöglicht ein einfaches und zuverlässiges Verhalten des Systems bei der ersten Belastung durch einen angeschlossenen Wechselrichter. Am Anfang ist die Spannung U2 noch klein und der fließende Anfangsstrom am Ausgang reduziert die Spannung am Kondensator C2. Die Diode D1 sorgt dafür, dass am Kondensator C2 die Spannung U2 nicht kleiner als die Durchlassspannung der Diode D1 werden kann. Die Anode der Diode D1 ist mit dem Minus-Pol der Spannung U2 verbunden und die Kathode der Diode D1 mit dem Plus-Pol der Spannung U2 verbunden.Parallel to one or more of the voltages solar generator voltage Us, input voltage U1 of the DC-DC converter (DC / DC) and output voltage U3 of the system, the capacitors Cs, C1 and C3 are connected in parallel. These additional capacitors increase the stability of the regulation of the output voltage U3 of the system. The diode D1 at the output of the DC-DC converter (DC / DC) in parallel to the capacitor C2 allows a simple and reliable behavior of the system at the first load by a connected inverter. At the beginning of the voltage U2 is still small and the flowing initial current at the output reduces the voltage across the capacitor C2. The diode D1 ensures that the voltage U2 at the capacitor C2 can not become smaller than the forward voltage of the diode D1. The anode of the diode D1 is connected to the negative pole of the voltage U2 and the cathode of the diode D1 connected to the positive pole of the voltage U2.

Die Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 (2) beschreibt eine Ausführung des Wechselspannungsgenerators WG. Der Wechselspannungsgenerator WG besteht aus 2 Halbbrücken mit jeweils 2 Leistungsschaltern (T1 und T3, T2 und T4), wobei jeweils 2 Leistungsschalter seriell verschaltet sind und die 2 Mittelpunkte der Halbbrücken die 2 Ausgangsklemmen mit der Spannung UTp des Wechselspannungsgenerators WG ergeben.The circuit arrangement according to claim 5 ( 2 ) describes an embodiment of the AC voltage generator WG. The AC voltage generator WG consists of 2 half bridges each with 2 circuit breakers (T1 and T3, T2 and T4), wherein each 2 circuit breakers are connected in series and the 2 midpoints of the half bridges, the 2 output terminals with the voltage UTp of the AC voltage generator WG.

Diese Schaltung erzeugt Rechteckimpulse am Ausgang, die anschließend mit dem Übertrager Ü in galvanisch isolierte Rechteckimpulse transformiert werden.This circuit generates square-wave pulses at the output, which are then transformed with the transformer Ü into galvanically isolated rectangular pulses.

Die Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 (3) beschreibt eine Ausführung des Gleichrichters GL, wobei der Gleichrichter GL aus einem Vollbrückengleichrichter (D2, D3, D4, D5) besteht.The circuit arrangement according to claim 6 ( 3 ) describes an embodiment of the rectifier GL, wherein the rectifier GL consists of a full-bridge rectifier (D2, D3, D4, D5).

Durch den Einsatz der erfundenen Schaltungsanordnung, die zur Erhöhung der Spannung des Solargenerators dient, ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber der bisher üblichen Praxis, einen Transformator zur Spannungsanpassung zwischen der Ausgangsspannung des an den Solargenerator angeschlossenen Wechselrichters und der Netzspannung zu schalten. Durch den in der erfundenen Schaltungsanordnung verwendeten Gleichspannungswandler (DC/DC) fließt nur ein Teil des Gesamtstromes und dadurch entstehen in dem Gleichspannungswandler (DC/DC) weniger Verluste als in einem Anpassungstransformator. Gleichzeitig ist der Gleichspannungswandler (DC/DC) günstiger herzustellen.By using the invented circuit arrangement, which serves to increase the voltage of the solar generator, there are significant advantages over the usual practice of switching a transformer for voltage adjustment between the output voltage of the solar generator connected to the inverter and the mains voltage. Due to the DC / DC converter used in the invented circuit arrangement, only a part of the total current flows, and as a result less losses occur in the DC / DC converter than in a matching transformer. At the same time the DC-DC converter (DC / DC) is cheaper to produce.

Claims (8)

Schaltungsanordnung zur Erhöhung einer Solargeneratorspannung mit einem Gleichspannungswandler (DC/DC), wobei – die Solargeneratorspannung (Us) oder ein Teil dieser Spannung an den Eingang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) angeschlossen ist und diese am Eingang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) angeschlossene Spannung (U1) in eine variable Ausgangsspannung (U2) am Ausgang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) umgewandelt wird, und wobei – die Pole der Ausgangsspannung (U2) am Ausgang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) mit den Polen der Spannung des Solargenerators (Us) derart seriell verschaltet sind, dass die Summe aus der Solargeneratorspannung (Us) und der Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) die Ausgangsspannung (U3) der Schaltungsanordnung ergibt, indem der Minus-Pol der Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) mit dem Plus-Pol der Solargeneratorspannung (Us) verbunden ist oder der Minus-Pol der Solargeneratorspannung (Us) mit dem Plus-Pol der Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) verbunden ist, und wobei – der Gleichspannungswandler (DC/DC) aus den Komponenten Wechselspannungsgenerator (WG), Übertrager (Ü), Gleichrichter (GL) und einem Ausgangsfilter mit einer Induktivität (L) und einem Kondensator (C2) besteht, und wobei – der Wechselspannungsgenerator (WG) aus der am Eingang anliegenden Spannung (U1) die Wechselspannung (UTp) erzeugt, und wobei – der Übertrager (Ü) die Wechselspannung (UTp) in eine galvanisch isolierte Wechselspannung (UTs) transformiert, und wobei – der Gleichrichter (GL) die Wechselspannung (UTs) am Ausgang des Übertragers (Ü) gleichrichtet und diese gleichgerichtete Spannung (UGL) mit dem Ausgangsfilter, bestehend aus der Induktivität (L) und dem Kondensator (C2), geglättet wird und diese geglättete Spannung die Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) ist.Circuit arrangement for increasing a solar generator voltage with a DC-DC converter (DC / DC), wherein - The solar generator voltage (Us) or a part of this voltage to the input of the DC-DC converter (DC / DC) is connected and connected to the input of the DC-DC converter (DC / DC) voltage (U1) in a variable output voltage (U2) at the output of the DC-DC converter (DC / DC) is converted, and where - The poles of the output voltage (U2) at the output of the DC-DC converter (DC / DC) are connected in series with the poles of the voltage of the solar generator (Us) such that the sum of the solar generator voltage (Us) and the output voltage (U2) of the DC-DC converter ( DC / DC), the output voltage (U3) of the circuit arrangement results by the negative pole of the output voltage (U2) of the DC-DC converter (DC / DC) is connected to the positive pole of the solar generator voltage (Us) or the negative pole of the solar generator voltage ( Us) is connected to the plus pole of the output voltage (U2) of the DC-DC converter (DC / DC), and wherein - The DC-DC converter (DC / DC) consists of the components AC voltage generator (WG), transformer (Ü), rectifier (GL) and an output filter with an inductance (L) and a capacitor (C2), and wherein - The AC voltage generator (WG) from the voltage applied to the input (U1) generates the AC voltage (UTp), and wherein - The transformer (Ü) the AC voltage (UTp) transformed into a galvanically isolated AC voltage (UTs), and wherein - The rectifier (GL) rectifies the AC voltage (UTs) at the output of the transformer (Ü) and this rectified voltage (UGL) with the output filter, consisting of the inductance (L) and the capacitor (C2), smoothed and this smoothed voltage the output voltage (U2) of the DC-DC converter (DC / DC) is. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Solargeneratorspannung (Us) oder der Ausgangsspannung (U3) oder parallel zu beiden Spannungen (Us, U3) jeweils ein Kondensator (Cs, C3) geschaltet ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in parallel to the solar generator voltage (Us) or the output voltage (U3) or in parallel to both voltages (Us, U3) in each case a capacitor (Cs, C3) is connected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anschluss eines Teils der Solargeneratorspannung (Us) an den Eingang des Gleichspannungswandlers (DC/DC) parallel zu der Eingangsspannung (U1) ein Kondensator (C1) angeschlossen ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that at a connection of a portion of the solar generator voltage (Us) to the input of the DC-DC converter (DC / DC) parallel to the input voltage (U1), a capacitor (C1) is connected. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diode (D1) parallel zu der Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) angeschlossen ist und die Anode der Diode (D1) mit dem Minus-Pol der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist und die Kathode der Diode (D1) mit dem Plus-Pol der Ausgangsspannung (U2) verbunden ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a diode (D1) is connected in parallel to the output voltage (U2) of the DC-DC converter (DC / DC) and the anode of the diode (D1) is connected to the negative pole of the output voltage (U2) and the cathode of the diode (D1) is connected to the plus pole of the output voltage (U2). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungsgenerator (WG) aus zwei Halbbrücken mit jeweils zwei Transistoren (T1, T2, T3, T4) besteht und die Mittelpunkte der zwei Halbbrücken an die Primärwicklung des Übertragers (Ü) angeschlossen sind und der Wechselspannungsgenerator (WG) aus der Eingangsspannung (U1) Rechteckimpulse mit positiver und negativer Amplitude erzeugt.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the AC voltage generator (WG) consists of two half bridges each having two transistors (T1, T2, T3, T4) and the centers of the two half bridges are connected to the primary winding of the transformer (Ü) and the AC voltage generator (WG) from the Input voltage (U1) Generates rectangular pulses with positive and negative amplitudes. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (GL) aus einer Gleichrichter-Vollbrücke mit 4 Dioden (D2, D3, D4, D5) besteht.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the rectifier (GL) consists of a rectifier full bridge with 4 diodes (D2, D3, D4, D5). Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Messschaltung die Signale Solargeneratorspannung (Us), Eingangsspannung (U1) und Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) an eine Steuer- und Regeleinrichtung (ST) des Wechselspannungsgenerators (WG) angeschlossen sind.Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that via a measuring circuit, the signals solar generator voltage (Us), input voltage (U1) and output voltage (U2) of the DC-DC converter (DC / DC) to a control and regulating device (ST) of the AC voltage generator (WG) are connected. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlauf ohne Belastung der Ausgangsspannung (U3) der Schaltungsanordnung der Wechselspannungsgenerator (WG) durch die Steuer- und Regeleinrichtung (ST) so angesteuert wird, dass die gesamte Ausgangsspannung (U3) der Schaltungsanordnung kleiner als 1000 V ist und bei einer Leistungsabgabe am Ausgang der Schaltungsanordnung die Solargeneratorspannung (Us) sinkt und der Wechselspannungsgenerator (WG) durch die Steuer- und Regeleinrichtung (ST) so angesteuert wird, dass die Ausgangsspannung (U2) des Gleichspannungswandlers (DC/DC) so viel erhöht wird, dass eine direkte 3-phasige Netzeinspeisung durch einen am Ausgang der Schaltungsanordnung angeschlossenen Wechselrichter ohne Anpassungstransformator möglich ist.Method for operating a circuit arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that, during no-load operation of the output voltage (U3) of the circuit arrangement, the AC voltage generator (WG) is controlled by the control and regulating device (ST) such that the entire output voltage (U3) of the circuit arrangement is less than 1000 V and at a power output at the output of the circuit, the solar generator voltage (Us) decreases and the AC voltage generator (WG) is controlled by the control and regulating device (ST) so that the output voltage (U2) of the DC converter (DC / DC) is increased so much that a direct 3-phase mains supply is possible by an inverter connected to the output of the circuit arrangement without matching transformer.
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