DE102011015392A1

DE102011015392A1 - Photovoltaic system for electric power generation, has control apparatus for triggering control signals for simultaneous or staggered closing of switching elements, if voltage across one element exceeds first prescribed limit value

Info

Publication number: DE102011015392A1
Application number: DE201110015392
Authority: DE
Inventors: Bernhard Beck
Original assignee: Adensis GmbH
Current assignee: Belectric GmbH
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-04

Abstract

A switching element (17) is provided between phase-end positive terminal (11) and earth (18), while switching element (19) is provided between phase-end negative terminal (13) and earth. A control apparatus (21) is provided for receiving measured voltage values of measuring device (23,25) used for detecting voltage between terminals and earth, and for triggering control signals (S1,S2) for simultaneous or staggered closing of switching elements, if voltage across element (17) exceeds first prescribed limit value, or if voltage across element (19) drops below second prescribed limit value. An independent claim is included for method for operating photovoltaic system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage mit einem Photovoltaikgenerator, welcher mehrere parallel angeordnete Stränge von in Serie verbundenen Photovoltaikmodulen umfasst, wobei die Stränge einen Plus- und einen Minuspol aufweisen zwischen denen eine über die Anzahl der in Serie geschalteten Photovoltaikmodule vorgebbare Strangspannung anliegt, die im Leerlauffall des Photovoltaikgenerators mehr als 1000 Volt beträgt, und mit einem Wechselrichter, dessen Gleichspannungseingang mit den beiden Polen verbunden ist, und der ausgangsseitig mit einem Versorgungsnetz verbindbar ist.The invention relates to a photovoltaic system with a photovoltaic generator, which comprises a plurality of parallel arranged strands of photovoltaic modules connected in series, wherein the strands have a plus and a negative pole between which a predetermined over the number of photovoltaic modules connected in series strand voltage is applied, which in the idle case of Photovoltaic generator is more than 1000 volts, and with an inverter whose DC input is connected to the two poles, and the output side is connected to a supply network.

Bei der Auslegung von Photovoltaikanlagen ist es zu beachten, dass die maximal zulässige Spannung U_z zwischen dem Plus- und dem Minuspol an der Gleichstromseite des Wechselrichters unter keinen Umständen überschritten wird, da ein Überschreiten zu einer Zerstörung des Wechselrichters und des Teils der Photovoltaikmodule, an welchem eine Spannung oberhalb einer zulässigen Spannung anliegt, führt.In the design of photovoltaic systems, it should be noted that the maximum allowable voltage U _z between the plus and minus poles on the DC side of the inverter is under no circumstances exceeded, as exceeding a destruction of the inverter and the part of the photovoltaic modules, on which applies a voltage above an allowable voltage leads.

Aus diesem Grund ist es zur Zeit üblich, die Photovoltaikanlage so auszulegen, dass selbst im ungünstigsten Fall eines Leerlaufs die Leerlaufspannung U_L oder U₀ unterhalb der zulässigen Maximalspannung U_z bleibt. Eine typische Auslegung sieht vor, dass eine Vielzahl von Strängen parallel geschaltet wird. Die maximale Anzahl der Stränge richtet sich dabei nach der Leistung des Wechselrichters, an den die Stränge angeschlossen sind. Moderne Wechselrichter können bis zu einer Eingangsgleichspannung von ca. 900 Volt–1000 Volt ausgelegt sein.For this reason, it is currently customary to design the photovoltaic system so that even in the most unfavorable case of idling the no-load voltage U _L or U ₀ remains below the permissible maximum voltage U _z . A typical design provides that a plurality of strings are connected in parallel. The maximum number of strings depends on the power of the inverter to which the strings are connected. Modern inverters can be designed up to a DC input voltage of about 900 volts-1000 volts.

Eine typische Ausführung sieht vor, jeden Strang der Anlage aus elf Photovoltaikmodulen aufzubauen, von denen jedes 120 Photovoltaikzellen aufweist. Insgesamt sind somit 1330 Zellen in Reihe zueinander geschaltet. An jeder Zelle liegt im Leerlauffall eine Spannung von 0,75 Volt an, was zu einer Strangspannung von 990 Volt führt, was unter der von den Herstellern der Module angegebenen Maximalspannung von 1000 Volt liegt.A typical embodiment is to build each strand of the plant from eleven photovoltaic modules, each of which has 120 photovoltaic cells. In total, 1330 cells are connected in series with each other. Each cell has a voltage of 0.75 volts when idling, resulting in a string voltage of 990 volts, which is below the maximum voltage of 1000 volts specified by the manufacturers of the modules.

Im Betrieb der Anlage sinkt die Leerlaufspannung der Zellen auf eine Betriebsspannung von ca. 0,5 Volt, so dass zwischen den Enden der herkömmlichen Stränge eine Spannung von 660 Volt anliegt. Sollte der Netzbetreiber, an den die Photovoltaikanlage angeschlossen ist, diese aus welchen Gründen auch immer vom Netz nehmen (e. g. Kurzschluss in dem Einspeisekabel) springt die Spannung auf die genannten 990 Volt, was für die Module und die Anlage unkritisch ist. Liegt eine höhere Spannung an, kann dies zur Zerstörung eines Teils der Module, des Wechselrichters und der gesamten Anlage führen.During operation of the system, the open circuit voltage of the cells drops to an operating voltage of about 0.5 volts, so that between the ends of the conventional strands a voltage of 660 volts is applied. Should the grid operator, to which the photovoltaic system is connected, disconnect it for whatever reason (eg a short circuit in the supply cable), the voltage will jump to the 990 volt referred to, which is not critical for the modules and the system. If a higher voltage is applied, this can destroy part of the modules, the inverter and the entire system.

Auf der anderen Seite wäre es wünschenswert, insbesondere in Hinblick auf kürzlich vorgestellte neuartige Wechselrichter mit höheren erlaubten Betriebs- und Leerlaufspannungen, die Photovoltaik-Module und auch den Wechselrichter im Normalbetrieb mit einer höheren Spannung als 660 Volt, idealer Weise mit der zulässigen Höchstspannung von 1000 Volt zu betreiben. Zur besseren Ausnutzung der Isolationsfestigkeit der Verkabelung von in der Regel 1000 Volt ist es auch wünschenswert, die Anzahl der Module pro Strang zu erhöhen, um die 1000 Volt im Betrieb der PV-Anlage auszunutzen. Dieses ist aber nicht ohne weiteres möglich, da dann im Fehlerfall eine Spannung von ca. 1500 Volt gegenüber Erde zur Zerstörung der Photovoltaik-Module und der Leitungen führen könnte.On the other hand, especially with regard to recently introduced novel inverters with higher allowable operating and open circuit voltages, it would be desirable to have the photovoltaic modules and also the inverter in normal operation with a higher voltage than 660 volts, ideally with the maximum allowable voltage of 1000 To operate volts. To better utilize the insulation strength of the cabling, typically 1000 volts, it is also desirable to increase the number of modules per string to take advantage of the 1000 volts in the operation of the PV system. However, this is not readily possible, since then in the event of a fault, a voltage of about 1500 volts to earth could lead to the destruction of the photovoltaic modules and the cables.

Zur Vermeidung von diesen unzulässig hohen Spannungen ist es auf dem Fachgebiet bekannt, zwischen dem Pluspol und dem Minuspol einen Kurzschlussschalter zu setzen, der im Falle einer unzulässig hohen Spannung zwischen den Polen diese kurzschließt. Weiterhin ist es bekannt, den Pluspol oder den Minuspol auf ein festes zulässiges Potential von z. B. den genannten 1000 Volt zu fixieren, und die PV-Anlage im Betrieb von diesem Potential aus nach unten oder nach oben schweben zu lassen, was in der Regel als floaten bezeichnet wird.To avoid these unacceptably high voltages, it is known in the art to set a short-circuit switch between the positive pole and the negative pole, which short-circuits in the case of an inadmissibly high voltage between the poles. Furthermore, it is known, the positive pole or the negative pole to a fixed allowable potential of z. B. to fix said 1000 volts, and to let float the PV system in operation from this potential down or up, which is usually referred to as floats.

Diese Maßnahme ist für Anlagen mit einem frei schwebenden Potential nicht möglich. Bei solchen Anlagen mit einem frei floatenden Potential des Plus- und des Minuspols treten z. B. Potentiale gegenüber einer virtuellen Erde von plus 600 Volt bis –600 Volt auf. Virtuelle Erde bedeutet dabei, dass die Stränge an keiner Stelle mit Erde verbunden sind, würde man allerdings die Strangmitte auf Erde setzen, würden entsprechende Spannungen von +600 Volt und –600 Volt des Pluspols bzw. des Minuspols gegenüber der geerdeten Strangmitte anfallen. Für solche Anlagen ist es bekannt, einen Schalter zwischen der Strangmitte und Erde vorzusehen, der im Falle eines Erdfehlers geschlossen wird und die Strangmitte real erdet. Im Ergebnis fallen dann lediglich noch Spannungen bis zu 600 Volt an den Modulen an. Diese Maßnahme ist mit einem erheblichen Verkabelungsaufwand verbunden, da die Mitte jeden Strangs über den Schalter erreichbar sein muss. Bei der Verwendung von TCO Modulen treten darüber hinaus Korrosionsprobleme auf, weil aufgrund von Kathodenentladung der Rand der Module erodiert wird.This measure is not possible for systems with a floating potential. In such systems with a floating potential of the plus and the negative pole z. For example, potentials versus a virtual ground of plus 600 volts to -600 volts. Virtual Earth means that the strings are not connected to earth at any point, but if you set the middle of the string to earth, corresponding voltages of +600 volts and -600 volts of the positive pole and the negative pole would arise in relation to the grounded center of the string. For such systems, it is known to provide a switch between the center of the line and earth, which is closed in the event of a ground fault and grounding the strand center real. As a result, then fall only voltages up to 600 volts to the modules. This measure is associated with a considerable amount of cabling, since the middle of each strand must be accessible via the switch. In addition, when using TCO modules corrosion problems occur because due to cathode discharge, the edge of the modules is eroded.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanlage mit frei schwebenden oder frei verschiebbaren Potential mit einer Schutzvorrichtung zu versehen, die den Betrieb mit einer hohen Betriebsspannung von z. B. 1500 Volt erlaubt und dabei sicherzustellen, dass keine unzulässigen Spannungsüberschreitungen an einem Modul oder am Eingang des Wechselrichters auftreten, insbesondere in Hinblick auf die IEC-Normen.The invention is therefore based on the object to provide a photovoltaic system with free-floating or freely displaceable potential with a protective device, the operation with a high operating voltage of z. B. 1500 volts while ensuring that no inadmissible voltage overshoots on a Module or at the input of the inverter, especially with regard to the IEC standards.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Pluspol und der Minuspol über ein erstes, beziehungsweise über ein zweites Schaltelement mit Erde verbindbar sind, wobei die Schaltelemente geschlossen werden, wenn die Spannung über das erste, offene Schaltelemente einen ersten vorgegebenen Grenzwert übersteigt oder wenn die Spannung über das zweite, offene Schaltelemente einen zweiten vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.This object is achieved in that the positive pole and the negative terminal are connected via a first, or via a second switching element to earth, wherein the switching elements are closed when the voltage across the first, open switching elements exceeds a first predetermined limit or if the Voltage across the second, open switching elements falls below a second predetermined limit.

Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass an den Komponenten der Anlage, insbesondere an den Modulen und dem Wechselrichter keine unzulässig hohe Spannung Uz gegen Erde im Leerlauffall auftritt. Durch die hohe Betriebsspannung von z. B. 1000 Volt können bei gleicher Leistung der PV-Anlage Kabel mit dünneren Leitungsquerschnitten eingesetzt werden, was kostengünstiger ist und größere Anlagen erlaubt. Der Wechselrichter selber kann an seiner maximalen Spannung betrieben werden, wodurch eine bessere Ausnutzung seiner Dimensionierung, d. h. der Spannungsfestigkeit der verbauten Kondensatoren und elektronischer Bauelemente, der Verdrahtung etc. erreicht wird und bei gegebenem Strom der Wechselrichter eine höhere Leistung ins Netz abgeben kann.This measure ensures that at the components of the system, in particular on the modules and the inverter no unacceptably high voltage Uz against earth in idle occurs. Due to the high operating voltage of z. B. 1000 volts can be used with thinner cable cross-sections with the same power of the PV system cables, which is less expensive and allows larger systems. The inverter itself can be operated at its maximum voltage, whereby a better utilization of its dimensions, d. H. the dielectric strength of the installed capacitors and electronic components, the wiring, etc. is achieved and given a current of the inverter can deliver a higher power into the network.

Wird der Photovoltaikgenerator mit einem frei schwebenden Potential betrieben, hat der Grenzwert mindestens die Hälfte der vorgebbaren Strangspannung im Leerlauffall zu betragen.If the photovoltaic generator is operated with a freely floating potential, the limit value must be at least half of the predefinable string voltage during idling.

Es ist vorteilhaft, wenn der erste oder der zweite Grenzwert mindestens 3% dem Betrage nach kleiner sind als die niedrigste zulässige Spannungsfestigkeit aller beteiligten spannungsführenden Bauteile, wie z. B. einer Klemme, eines Kabels, des Photovoltaikmoduls usw. So richtet sich die Kurzschlussschaltung nach dem schwächsten Glied in der Kette, was in der Regel das Photovoltaikmodul ist, bei älteren umgerüsteten Anlagen aber auch andere Komponenten sein können.It is advantageous if the first or the second limit value is at least 3% in magnitude smaller than the lowest permissible dielectric strength of all participating live components, such. As a terminal, a cable, the photovoltaic module, etc. Thus, the short circuit is based on the weakest link in the chain, which is usually the photovoltaic module, but older components can also be other components.

Der zweite Grenzwert sollte dem Betrage nach mindestens 3% kleiner sein als die niedrigste, im Regelalgorithmus des MPP-Reglers der Photovoltaikanlage niedergelegte Arbeitspunktspannung. Dies verhindert, dass bei dem Einsatz von TCO-Photovoltaikmodulen mit ihrem bekannten Problem der Kathodenerosion bei negativem Potential, diese TCO-Module weiterlaufen und sich selbst zersetzen.The second limit value should be at least 3% smaller than the lowest operating point voltage laid down in the control algorithm of the MPP controller of the photovoltaic system. This prevents the use of TCO photovoltaic modules with their known problem of cathode erosion at negative potential, these TCO modules continue to run and decompose itself.

Bei Ausführung der Erfindung ist es nicht erforderlich, dass weitere Kurzschluss-Schaltelemente zwischen dem Pluspol und dem Minuspol der Gleichspannungsseite des Wechselrichters vorhanden sind.In the implementation of the invention, it is not necessary that additional short-circuit switching elements between the positive pole and the negative pole of the DC side of the inverter are present.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to FIGS. Show it:

1 ein erstes Schema einer erfindungsgemäßen PV-Anlage mit zeitversetztem Kurzschließen des Plus- und Minuspols; und 1 a first scheme of a PV system according to the invention with time-delayed short-circuiting of the plus and minus pole; and

2 ein zweites Schema einer erfindungsgemäßen PV-Anlage mit synchronem Kurzschließen des Plus- und Minuspols 2 a second scheme of a PV system according to the invention with synchronous shorting of the plus and minus pole

In den 1 und 2 ist mit 1 eine Photovoltaikanlage bezeichnet, die als wesentliche Elemente einen Photovoltaikgenerator 3 und einen Wechselrichter 5 umfasst. Der PV-Generator 3 weist eine Anzahl parallel geschalteter Stränge 7 auf, die jeweils aus einer Reihenschaltung von 16 Photovoltaikmodulen 9 bestehen. Die Enden der Stränge 7 bilden einen Pluspol 11 beziehungsweise einen Minuspol 13.In the 1 and 2 is with 1 a photovoltaic system called the essential elements of a photovoltaic generator 3 and an inverter 5 includes. The PV generator 3 has a number of strings connected in parallel 7 each consisting of a series connection of 16 photovoltaic modules 9 consist. The ends of the strands 7 form a positive pole 11 or a negative pole 13 ,

Um auf das im einleitenden Teil angeführte Zahlenbeispiel zurückzugreifen, bei dem ein PV-Modul 9 zu jeweils 120 Zellen vorgestellt wurde, von denen jede eine Betriebsspannung von 0,5 Volt und eine Leerlaufspannung von 0,75 Volt aufweist, ergibt sich für jeden Strang 7 eine Leerlaufstrangspannung zwischen dem Pluspol 11 und dem Minuspol 13 von 1440 Volt. Im Betrieb des PV-Generators stellt sich dann eine Betriebsspannung zwischen den Polen von 960 Volt ein. Die Betriebsspannung ist für die PV-Module 9 und den Wechselrichter 5 ungefährlich und nutzt die zulässige Spannungsgrenze von 1000 Volt gut aus. Bei einem Abschalten des PV-Generators 3 vom Netz wird über entsprechende Maßnahmen vermieden, dass die Leerlaufspannung von 1440 Volt, die zu Schäden führen kann, an den Modulen 9 und dem Gleichspannungseingang des Wechselrichters 5 anliegt. Bleibt die Leistungsabgabe an der Wechselspannungsseite des Wechselrichters 5 allerdings ungeplant aus, springt die Eingangsspannung an der Gleichspannungsseite auf den Wert der Leerlaufspannung, was zu vermeiden ist.To refer to the numerical example given in the introductory part, in which a PV module 9 each presented at 120 cells, each having an operating voltage of 0.5 volts and an open circuit voltage of 0.75 volts, results for each strand 7 an open circuit voltage between the positive pole 11 and the negative pole 13 from 1440 volts. During operation of the PV generator, an operating voltage is then established between the poles of 960 volts. The operating voltage is for the PV modules 9 and the inverter 5 safe and uses the permissible voltage limit of 1000 volts well. When switching off the PV generator 3 From the network is avoided by appropriate measures that the open circuit voltage of 1440 volts, which can cause damage to the modules 9 and the DC input of the inverter 5 is applied. The power output remains at the AC side of the inverter 5 however, unplanned, the input voltage on the DC side jumps to the value of the open circuit voltage, which is to be avoided.

Eine andere ungeplante Spannungserhöhung kann durch einen Erdschluss oder einen schleichenden Erdfehler 15 auftreten, der an einer der Verbindungsleitungen zwischen den PV-Modulen, zwischen den Strängen oder zu dem Wechselrichter 5 auftritt. Ein solcher Erdfehler 15 ist in den Figuren durch ein gestrichelt ausgeführtes Massezeichen symbolisiert. Zur besseren Verständlichkeit ist der Erdfehler 15 unten am ersten Modul 9 eingezeichnet. An jeder anderen Stelle führt er im Prinzip zu demselben Effekt, lediglich etwas schleichender. Der Erdfehler 15 ist in der Regel kein belastbarer Kurzschluss, sondern bewirkt einen reduzierten Übergangswiderstand zur Masse, der aber ausreicht, um das Potential an diesem Punkt zu verschieben. Die Verschiebung hat zur Folge, dass im Leerlauffall der Minuspol 13 in Richtung Masse verlegt ist. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird von einem nicht Strom-belastbaren Masseschluss ausgegangen. Tritt jetzt ein Leerlaufzustand auf, so würde sich am ersten Modul 9 unten eine Leerlaufspannung von 90 Volt aufbauen, bei dem darüber liegenden zweiten Modul 9 von 180 Volt, bei dem nächsten Modul 9 von dreimal 90 Volt = 270 Volt etc. Von Modul 9 zu Modul 9 erhöht sich die Spannung am Modul um 90 Volt, was ab dem zwölften Modul 1080 Volt ausmacht, also jenseits der Zulässigkeit liegt.Another unplanned voltage increase can be caused by a ground fault or a creeping earth fault 15 occur on one of the connecting lines between the PV modules, between the strings or to the inverter 5 occurs. Such a ground fault 15 is symbolized by a dashed mass symbol in the figures. For ease of understanding is the earth fault 15 at the bottom of the first module 9 located. In any other place, it basically leads to the same effect, just a little bit creeping. The earth fault 15 is usually not a loadable short circuit, but causes a reduced contact resistance to ground, but sufficient to shift the potential at this point. The shift has the consequence that in the idle case, the negative pole 13 moved towards mass. For reasons of clarity, a non-current-loadable short to ground is assumed. If an idle state occurs now, then the first module would 9 below build up an open circuit voltage of 90 volts, at the overlying second module 9 of 180 volts, at the next module 9 of three times 90 volts = 270 volts etc. of module 9 to module 9 increases the voltage at the module by 90 volts, which is from the twelfth module 1080 volts, that is beyond the permissibility.

Hier setzt die Erfindung ein, indem sowohl am Pluspol 11 als auch am Minuspol 13 ein erstes, beziehungsweise ein zweites Schaltelement 17, 19 vorgesehen ist, von denen bei Anliegen eines Steuersignals S1 am ersten Schaltelement 11 der Pluspol 11 mit Masse verbunden wird. Analog wird bei Anliegen eines Steuersignals S2 am zweiten Schaltelement 19 der Minuspol 13 mit Masse verbunden.This is where the invention sets in by both the positive pole 11 as well as at the negative pole 13 a first, or a second switching element 17 . 19 is provided, of which upon application of a control signal S1 to the first switching element 11 the positive pole 11 connected to ground. Analog is when a control signal S2 applied to the second switching element 19 the negative pole 13 connected to ground.

Die Schaltsignale S1 und S2 werden von einer Steuervorrichtung 21 generiert, der als Eingangssignal der von einer am Pluspol 11 angeschlossenen ersten Messvorrichtung 23 ermittelte am Pluspol 11 anliegende Spannungswert, sowie der von einer am Minuspol 13 angeschlossenen zweiten Messvorrichtung 25 ermittelte am Minuspol 13 anliegende Spannungswert zugeführt wird. Der Schließvorgang der Schaltelemente 17, 19 läuft dabei wie folgt ab: Die erste Messvorrichtung 23 ermittelt einen Spannungswert oberhalb eines Grenzwerts von z. B. 1000 Volt, was von der Steuervorrichtung 21 erkannt wird, die daraufhin ein Schaltsignal an das erste Schaltelement 17 abgibt, woraufhin dieses schließt. Aufgrund der Verbindung des Pluspols 11 zur Masse wird die Spannung am Minuspol 13 nach unten verschoben, da die anliegende PV-Generatorspannung von Masse ausgehend hin zu einem kleineren Potential führt. Die Verschiebung nach unten hat als Konsequenz, dass der zweite Grenzwert für das Auslösen des Steuersignals S2 zur Schließen des zweiten Schaltelements unterschritten wird, woraufhin das zweite Schaltelement 19 schließt und auch der Minuspol 13 des Photovoltaikgenerators 3 auf Masse gelegt. Somit ist der Photovoltaikgenerator 3 als Ganzes kurzgeschlossen und keines der beteiligten Bauelemente des PV-Generators, wie Befestigungsklemmen, Kabel, Kabelverzweigungen, Kabelschuhe, Photovoltaikmodule führt mehr Spannung. Die beiden Schaltsignale S1 und S2 werden also zeitversetzt erzeugt, wobei das Kurzschließen eines der beiden Pole 11, 13 automatisch zu einem sich zeitlich anschließenden Kurzschließen des anderen Poles 11, 13 führt. Schließt demnach zuerst das zweite Schaltelement 19, aufgrund einer von der zweiten Messeinrichtung 25 ermittelten Unterschreitung der unteren Grenzspannung von z. B. –850 Volt, so führt der belastbare Masseschluss zu einem Anheben des Potentials am Pluspol 11 des PV-Generators über den ihm zugeordneten ersten Grenzwert, wobei die Überschreitung des ersten Grenzwerts die Erzeugung des zweiten Steuersignals S2 zur Folge hat. Die Schaltelemente 17, 19 sollten so ausgelegt sein, dass die Zeitspanne zwischen der Erzeugung der beiden Steuersignal S1 und S2 zwischen 10 ms und 100 ms, insbesondere zwischen 20 ms und 50 ms, liegt.The switching signals S1 and S2 are from a control device 21 generated, the input signal from one of the positive pole 11 connected first measuring device 23 determined at the positive pole 11 applied voltage value, as well as the one at the negative pole 13 connected second measuring device 25 determined at the negative pole 13 applied voltage value is supplied. The closing process of the switching elements 17 . 19 runs as follows: The first measuring device 23 determines a voltage value above a limit of z. B. 1000 volts, resulting from the control device 21 is detected, which then a switching signal to the first switching element 17 surrenders, whereupon this closes. Due to the connection of the positive pole 11 to the mass, the voltage at the negative pole 13 shifted downwards, because the applied PV generator voltage leads from ground to a smaller potential. As a consequence, the downward shift has the result that the second limit value for the triggering of the control signal S2 for closing the second switching element is undershot, whereupon the second switching element 19 closes and also the negative pole 13 of the photovoltaic generator 3 grounded. Thus, the photovoltaic generator 3 short-circuited as a whole and none of the involved components of the PV generator, such as mounting clamps, cables, cable branches, cable lugs, photovoltaic modules leads to more voltage. The two switching signals S1 and S2 are thus generated with a time delay, the short-circuiting one of the two poles 11 . 13 automatically to a temporally subsequent shorting of the other pole 11 . 13 leads. Accordingly, first closes the second switching element 19 , due to one of the second measuring device 25 determined below the lower limit voltage of z. B. -850 volts, the loadable short to ground leads to an increase in the potential at the positive pole 11 of the PV generator via the first limit value assigned to it, the exceeding of the first limit value resulting in the generation of the second control signal S2. The switching elements 17 . 19 should be designed so that the time between the generation of the two control signals S1 and S2 is between 10 ms and 100 ms, in particular between 20 ms and 50 ms.

In der 2 ist der Photovoltaikgenerator 3 der Übersichtlichkeit halber als Block dargestellt. Er besteht aus den gleichen Komponenten wie der Photovoltaikgenerator 3 der 1. Der Unterschied der Photovoltaikanlage 1 nach der 2 besteht darin, dass von der Steuervorrichtung 21 anstelle der beiden zeitversetzt erzeugten Steuersignale S1 und S2 nur ein einziges Steuersignal S erzeugt wird, welches zu einem synchronen Auslösen der beiden Schaltelemente 17, 19 führt. Es sind Schaltelemente 17, 19 verfügbar, die auch hohe Gleichströme von mehreren hundert Ampere bei zwei physisch getrennten Leitungen zeitgleich schalten können. Die Schaltelemente 17, 19 können dabei auf chemischer, elektrischer oder mechanischer Grundlage arbeiten und insbesondere Varistoren oder IGBTs sein.In the 2 is the photovoltaic generator 3 for the sake of clarity, shown as a block. It consists of the same components as the photovoltaic generator 3 of the 1 , The difference of the photovoltaic system 1 after 2 is that of the control device 21 Instead of the two time-offset generated control signals S1 and S2, only a single control signal S is generated, which leads to a synchronous triggering of the two switching elements 17 . 19 leads. They are switching elements 17 . 19 which can also switch high DC currents of several hundred amperes on two physically separate lines at the same time. The switching elements 17 . 19 can work on a chemical, electrical or mechanical basis and in particular be varistors or IGBTs.

Der erste und der zweite Grenzwert können über nicht gezeigte Einstellmittel an der Steuervorrichtung 21 eingestellt werden, oder es können vorbestimmte Grenzwerte genommen werden, die fest in der Steuervorrichtung 21 vorprogrammiert sind und mit den Messwerten der ersten und der zweiten Messvorrichtung 23, 25 verglichen werden.The first and the second limit value can be set via adjusting means (not shown) on the control device 21 can be set, or it can be taken predetermined limits that are fixed in the control device 21 are pre-programmed and with the measured values of the first and the second measuring device 23 . 25 be compared.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Photovoltaikanlagephotovoltaic system
33: Photovoltaikgeneratorphotovoltaic generator
55: Wechselrichterinverter
77: Strangstrand
99: Photovoltaikmodulphotovoltaic module
1111: Pluspolpositive pole
1313: Minuspolminuspol
1515: Erdfehlerground fault
1717: erstes Schaltelementfirst switching element
1919: zweites Schaltelementsecond switching element
2121: Steuervorrichtungcontrol device
2323: erste Messvorrichtungfirst measuring device
2525: zweite Messvorrichtungsecond measuring device
S, S1, S2S, S1, S2: Steuersignalcontrol signal

Claims

Photovoltaic system ( 1 ) with a photovoltaic generator ( 3 ), which has several parallel strands ( 7 ) of series-connected photovoltaic modules ( 9 ), wherein the strands have a plus and a minus pole ( 11 respectively. 13 ) between which a predetermined over the number of series-connected photovoltaic modules strand voltage is present, which is more than 1000 volts when the photovoltaic generator is idle, and with an inverter ( 5 ), whose DC voltage input is connected to the two poles, and the output side with a supply network (L1, L2, L3) is connectable, characterized in that the positive pole and the negative pole via a first, or via a second switching element ( 17 . 19 ) are connectable to ground, wherein the switching elements are closed when the voltage across the first open switching elements exceeds a first predetermined limit value or when the voltage across the second, open switching elements falls below a second predetermined limit value.

Photovoltaic system according to claim 1, characterized in that the photovoltaic generator ( 3 ) is operable with a free-floating potential and the predetermined limit is at least half of the predetermined strand voltage in idle case.

Photovoltaic system according to claim 1 or 2, characterized in that the voltages of the positive pole ( 11 ) and the negative pole ( 13 ) are measured against earth and the measured values of a control device ( 21 ) are supplied, which when the voltage value at the first switch ( 17 ) closes above the first limit.

Photovoltaic system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the voltages of the positive pole ( 11 ) and the negative pole ( 13 ) are measured against earth and the measured values of a control device ( 21 ), which falls below the voltage value at the second switch ( 19 ) below the second limit closes this.

Photovoltaic system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the voltages of the positive pole ( 11 ) and the negative pole ( 13 ) are measured against earth and the measured values of a control device ( 21 ) are supplied, which when the voltage value at the first switch ( 17 ) over the first limit this and at the same time the second switch ( 19 ) closes.

Photovoltaic system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the voltages of the positive pole ( 11 ) and the negative pole ( 13 ) are measured against earth and the measured values of a control device ( 21 ), which falls below the voltage value at the second switch ( 19 ) below the second limit and at the same time the first switch ( 17 ) closes.

Photovoltaic system according to one of claims 1 to 4, characterized in that after the closing of the first switch ( 17 ) the second switch ( 19 ) is delayed by 10 ms to 100 ms or that after closing the second switch ( 19 ) the first switch ( 17 ) is closed by 10 ms to 100 ms with a time delay.

Photovoltaic system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first and the second limit are in magnitude unequal.

Photovoltaic system according to one of claims 4 to 8, characterized in that the first or the second limit of at least 3% in amount are smaller than the lowest permissible dielectric strength of all participating live components, such. As a terminal, a cable, the photovoltaic module, etc.

Photovoltaic system according to one of claims 4 to 8, characterized in that the second limit value in terms of magnitude at least 3% smaller than the lowest, in the control algorithm of the MPP controller of the photovoltaic system ( 1 ) stored operating point voltage.

Photovoltaic system according to one of claims 1 to 10, characterized in that no further short circuit switching elements between the positive pole ( 11 ) and the negative pole ( 13 ) of the DC side of the inverter ( 5 ) available.