WO2013091689A1 - Separating device for direct current interruption between a photovoltaic generator and an electrical apparatus, and photovoltaic system having such a separating device - Google Patents

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WO2013091689A1 PCT/EP2011/073589 EP2011073589W WO2013091689A1 WO 2013091689 A1 WO2013091689 A1 WO 2013091689A1 EP 2011073589 W EP2011073589 W EP 2011073589W WO 2013091689 A1 WO2013091689 A1 WO 2013091689A1
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Richard Schmidt
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Definitions

  • Separating device for DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device and photovoltaic system with such a separation device
  • the invention relates to a separation device for DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention further relates to a photovoltaic system with such a separation device according to claim 10.
  • Photovoltaic systems generate electrical energy in the form of DC or DC. This (r) is generated by a photovoltaic generator, then usually converted by an inverter in AC or AC and then fed into a power grid.
  • the Photovol ⁇ taikgenerator often referred to as a solar generator, environmentally summarizes thereby usually a plurality of series and / or parallel strings solar modules.
  • semiconductor switches can be used to switch DC currents, but these cause unwanted transmission losses and there is no electrical isolation and thus no personal protection ensured.
  • the mechanical switch and the semiconductor switch are electrically connected in parallel with each other and this parallel circuit in turn is electrically connected in series with the electrical device.
  • the mechanical switch and the semiconductor switch are coupled to each other via an electrical circuit such that when the switch is closed, the semiconductor switch is in a current-blocking state and at the opening switch an arc voltage generated due to an arc across the switch switches the semiconductor switch in an electrically conductive state.
  • a disconnecting device for DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device, in particular an inverter, comprises a mechanical switch and a semiconductor switch, wherein the mechanical switch is electrically switchable in series with the electrical device.
  • the semiconductor switch is parallel to the series circuit of mecha ⁇ African switch with the electrical device switchable.
  • a mechanical switch is generally understood to mean a component with a mechanical switching contact or with meh ⁇ reren mutually parallel switching contacts.
  • the invention is based on the recognition that in a parallel connection of the mechanical switch and the semiconductor switch according to the prior art in the Kom ⁇ mutation of the current must be redirected from a very good conductive mechanical contact of the mechanical switch to the semiconductor switch.
  • each semiconductor switch has a forward voltage or a higher resistance value than the switch contact. This has the consequence that the commutation takes place only after opening the switch, ie when contact spark or an arc occurs. This leads to contact erosion and beyond to EMC interference. Since even with open switch contact a semiconductor Switched contacts bridged, the function of safe electrical isolation by another mechanical
  • the semiconductor switch is on the side of the photovoltaic generator, so that the DC voltage generated by the photovoltaic generator can be short-circuited by the semiconductor switch.
  • the short-circuit current is determined by the dimensioning of the photovoltaic system and the Pho ⁇ tovoltaikgenerator behaves in case of short circuit as a constant current source.
  • the semiconductor switch can temporarily take over the flow of current from the mechanical switch.
  • the mechanical switch can then virtually switch off voltage and current.
  • the mechanical switch is thus subject to almost no wear or requires no additional measures for arc extinguishing.
  • the mechanical switch can then be designed, for example, as a simple circuit breaker (often referred to as a "disconnector").
  • the mechanical switch By the mechanical switch while a galvanic isolation of the photovoltaic generator is ensured by the electrical device to be fed through it. Since in normal operation, a current flow through the semiconductor switch takes place only briefly until the mechanical switch is opened, can also its passage losses are kept low. Due to the constant current behavior of the photovoltaic generator, the semiconductor switch also needs to be designed only for a current at the level of the maximum operating current.
  • the semiconductor switch and the mechanical switch are coupled together such that switches before opening the mechanical switch, the semiconductor switch in an electrically conductive state.
  • This coupling can, for example, be effected by having the mechanical switch auxiliary contacts, which are connected to a drive circuit of the semiconductor switch and generate a defi ⁇ ned lead time prior to opening of the main contacts a switch for the semiconductor switch.
  • the coupling can alternatively also be effected by a common drive circuit for both switches. Because of design reasons, the mechanical switch usually switches significantly slower than a semiconductor switch (eg milliseconds in the case of mechanical switches compared to microseconds in the case of semiconductor switches) due to inertia and magnetization times, then even with a simultaneous activation of both switches automatically (ie without additional delay elements) the time offset in opening the two switches set.
  • the semiconductor switch and the mechanical switch are coupled to one another in such a way that, after the mechanical switch has been opened, the semiconductor switch switches back into a current-blocking state.
  • This coupling can also be done, for example, via auxiliary contacts of the mechanical switch, which are connected to a drive circuit of the semiconductor switch and generate a turn-off signal for the semiconductor switch with a definier ⁇ time lag after opening the main contacts.
  • the semiconductor switch (automatically) switches from the current-conducting to the current-blocking state after a defined limited time. This can be effected, for example, by a timing element being coupled to a drive circuit of the semiconductor switch and generating a turn-off signal for the semiconductor switch for this purpose.
  • a drive circuit for the semiconductor switch can be connected to its power supply with the photovoltaic generator.
  • the supply voltage required to drive the semiconductor switch is then supplied by the photovoltaic generator.
  • the separator may then be self-sufficient, i. independently of another source of energy.
  • the drive circuit in this case comprises an energy store which can be charged by the photovoltaic generator.
  • the basic consideration is that the required for the control of the semiconductor switch versor ⁇ supply voltage on the side of the photovoltaic generator is always present when an operating current flows.
  • this supply voltage collapses, it can be maintained by the energy storage, eg a buffer capacitor, for a limited time. Since this time is very short, the energy storage can be kept relatively small accordingly.
  • the semiconductor switch is designed such that it is without a control by the drive circuit in an electrically conductive state and with a drive by the drive circuit in a current-blocking state.
  • the semiconductor switch is thus in the "idle state” conductive and must be ge ⁇ switched by a control signal in the high impedance state (semiconductor switches with such behavior are often used as semiconductor switch with a "normal mally on” behavior hereinafter).
  • Such a semiconductor Switch can maintain the short circuit even if the control voltage fails. This makes it possible to short-circuit a photovoltaic system even in case of fire arc-free and thereby prevent personal injury from direct contact with live parts or extinguishing water.
  • Thyristors with an erase circuit for switching off the semiconductor are characterized by particularly low forward losses. Since not play a major role through ⁇ let losses for the brief moment of turn on of the semiconductor switch, can connect ⁇ put a thyristor with an elaborate clear circuit and an IGBT or IGCT be used and still the losses are kept low.
  • a photovoltaic system with a Pho ⁇ tovoltaikgenerator, an electrical device, in particular an inverter, and a separator described above for DC interruption between the photovoltaic generator and the electrical device, the mechanical switch is electrically connected in series with the electrical device and the semiconductor switch is electrically parallel connected to the series connection of the mechanical switch with the electrical device.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a guide according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a separating device according to the invention
  • FIG. 3 shows a photovoltaic system with a separating device according to FIG. 1 or FIG. 2.
  • a shown in Figure 1 separator 1 is designed as a four-pole network having two input terminals 2a, 2b formed for each ⁇ wells positive or negative DC voltage potential, and two output terminals 3a, 3b for each positive and nega tive ⁇ DC potential. It comprises a mechanical switch 4, which is connected with a switching contact between the input terminal 2a and the output terminal 3a (whereby a separation of the positive current path 2a-3a Ch ⁇ resembled is), and a semiconductor switch 5 connected between the input terminals 2a, 2b is.
  • the switch 4 be formed multipolar and, for example, each ⁇ wells a switching contact both between the input terminal 2a and the output terminal 3a and between the input ⁇ terminal 2b and the output terminal may be connected 3b - alternatively - as shown in Fig. 2
  • ⁇ through an all-pole separation of both the positive current path 2a-3a and the negative current path 2b-3b is possible.
  • the separator 1 is - as explained later in connection with FIG 3 - in a photovoltaic system between a photovoltaic generator and an electrical device powered by this, such as an inverter, switchable. For this purpose, it is on the input side by means of the A ⁇ through terminals 2a, 2b to the photovoltaic generator and the output side by means of the output terminals 3a, 3b connected to the elekt ⁇ generic device.
  • the mechanical switch 4 is electrically switchable in series with the electrical device, and the semiconductor switch 5 is connected in parallel with the series connection of the mecha- nischen switch 4 switchable with the electrical device.
  • the semiconductor switch 5 is advantageously a turn-off IGBT semiconductor switch.
  • a drive circuit 6 serves to control the switching state of the semiconductor switch 5.
  • the semiconductor switch 5 is designed such that it is in a current-conducting state without a control by the An Kunststoffschal- 6 and with a control by the drive circuit 6 in a current-blocking state.
  • the drive circuit 6 is connectable via the terminals 2a, 2b to their power supply to the photovoltaic generator.
  • the drive circuit in this case comprises an energy store 7 which can be charged by the photovoltaic generator and, in the event of a short-term failure of the energy supply by the photovoltaic generator, can supply the drive circuit 6 with energy.
  • the mechanical switch 4 is designed as a circuit breaker (disconnector), i. for a currentless disconnection.
  • a coil 8 with an armature serves as a drive for the switch 4.
  • FIG. 3 shows by way of example an integration of the
  • the photovoltaic system 10 includes a photovoltaic generator 11 and one of this with electrical DC-powered electrical device in the form of an inverter 12th
  • the separator 1 is connected between the photovoltaic generator 11 and the inverter 12. It is the
  • the separator 1 on the input side by means of the input terminals 2a, 2b connected to the photovoltaic generator 11 and the output side by means of the output terminals 3a, 3b to the inverter 12.
  • the separator 1 serves to interrupt a direct current I between the Photovoltaikgene ⁇ generator 11 and the inverter 12th
  • the photovoltaic generator 11, often referred to as a solar generator, usually includes a plurality of connected in series and / or parallel strands solar modules.
  • the inverter 12 is used to convert the DC voltage generated by the photovoltaic generator 11 into an AC voltage for an unspecified AC network.
  • the mechanical switch 4 uni. the semiconductor switch 5 of the separation device 1 (see FIGS. 1 and 2) are coupled to one another in such a way that, before the mechanical switch 4 is opened, the semiconductor switch 5 switches into an electrically conducting state.
  • the DC voltage generated by the photovoltaic generator 11 is short-circuited. This is possible in the case of a photovoltaic generator, since the short-circuit current is determined by the dimensioning of the photovoltaic system and the photovoltaic generator behaves like a constant current source in the event of a short circuit.
  • the semiconductor switch 5 can temporarily take over the flow of current from the mechanical switch 4.
  • the mechanical switch 4 can then switch virtually voltage and current-free.
  • the mechanical switch 4 un ⁇ terliegt characterized virtually no wear and requires no additional measures for arc quenching.
  • the mechanical switch 4 ensures electrical isolation of the photovoltaic generator 11 from the inverter 12.
  • the mechanical switch 4 and the semiconductor switch ⁇ 5 are coupled together such that switches after opening of the mechanical switch 4, the semiconductor switch 5 in a current-blocking state.
  • a current flow via the semiconductor switch 5 then takes place only briefly until the mechanical switch 4 is opened, so that the forward losses of the semiconductor switch 5 can be kept low. Due to the constant current behavior of the photovoltaic generator 11, the semiconductor switch 5 also needs to be designed only for a current at the level of the maximum operating current.
  • the coupling between the mechanical switch 4 and the semiconductor switch 5 for turning on the semiconductor switch 5 can be done, for example, that the mecha ⁇ African switch 4 auxiliary contacts, which are connected to the Ansteu ⁇ ersciens 6 of the semiconductor switch 5 and with a defined temporal Forward before opening the main contacts of the mechanical switch 4 a switch ⁇ signal for the semiconductor switch 5 generate.
  • the coupling for switching on the semiconductor switch 5 may alternatively be done by a common drive circuit for both switches 4 and 5. Since the mechanical switch 4 due to inertia and magnetization usually usually switches much slower than the semiconductor switch 5 (eg milliseconds in the case of the mechanical switch 4 compared to microseconds in the case of the semiconductor switch 5) can then even with ei ⁇ ner simultaneous control both switches 4, 5 automatically (ie without additional delay elements) set the time offset in the opening of the two switches 4, 5.
  • a coupling for switching off the semiconductor switch 5 can also be done via auxiliary contacts of the mechanical switch 4, which are connected to the drive circuit 6 of the semiconductor switch 5 and with a defined time lag after opening the main contacts of the switch 4 generate a turn-off signal for the semiconductor switch 5.
  • the semiconductor switch 5 (automatically) switches from the current-conducting to the current-blocking state after a defined limited time. This can be effected, for example, by coupling a timer to the drive circuit 6 of the semiconductor switch 5 and generating a turn-off signal for the semiconductor switch 5 for this purpose.

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Abstract

The invention relates to a separating device (1) for direct current interruption between a photovoltaic generator (11) and an electrical apparatus (12), in particular an inverter, comprising a mechanical switch (4) and a semiconductor switch (5), wherein the mechanical switch (4) is electrically switchable in series with the electrical apparatus (12). According to the invention, the semiconductor switch (5) is switchable in parallel with the series connection of the mechanical switch (4) and the electrical device (12). In this way, in addition to a secure galvanic separation and low conduction losses, wear of the mechanical switch can be avoided without the need for additional means for arc extinction, such as e.g. an extinguishing chamber.

Description

Beschreibung description
Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung zwischen einem Photovoltaikgenerator und einer elektrischen Einrichtung sowie Photovoltaikanlage mit einer derartigen Trennvorrichtung Separating device for DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device and photovoltaic system with such a separation device
Die Erfindung betrifft eine Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung zwischen einem Photovoltaikgenerator und einer elektrischen Einrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a separation device for DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device according to the preamble of patent claim 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Photovoltaikanlage mit einer derartigen Trennvorrichtung gemäß Patentanspruch 10. The invention further relates to a photovoltaic system with such a separation device according to claim 10.
Photovoltaikanlagen erzeugen elektrische Energie in Form von Gleichspannung bzw. Gleichstrom. Diese (r) wird von einem Photovoltaikgenerator erzeugt, danach üblicherweise von einem Wechselrichter in Wechselspannung bzw. Wechselstrom gewandelt und anschließend in ein Stromnetz eingespeist. Der Photovol¬ taikgenerator, häufig auch als Solargenerator bezeichnet, um- fasst dabei meist mehrere in Reihe und/oder zu parallelen Strängen geschaltete Solarmodule. Photovoltaic systems generate electrical energy in the form of DC or DC. This (r) is generated by a photovoltaic generator, then usually converted by an inverter in AC or AC and then fed into a power grid. The Photovol ¬ taikgenerator, often referred to as a solar generator, environmentally summarizes thereby usually a plurality of series and / or parallel strings solar modules.
Für Installations- , Montage- oder Servicezwecke sowie zum allgemeinen Personenschutz ist eine zuverlässige galvanische Trennung der elektrischen Einrichtung (Wechselrichter For installation, assembly or service purposes as well as for general personal protection is a reliable electrical isolation of the electrical device (inverter
und/oder Stromnetz) von dem Photovoltaikgenerator notwendig. Dies erfolgt durch eine Trennvorrichtung, die in der Lage sein muss, eine Unterbrechung auch unter Last, d.h. ohne vorheriges Abschalten des Photovoltaikgenerators , zu ermögli¬ chen . and / or power grid) from the photovoltaic generator necessary. This is done by a separator, which must be able to interrupt even under load, ie without previous shutdown of the photovoltaic generator, ermögli ¬ chen.
Hierzu können beispielsweise mechanische Gleichspannungs¬ schalter verwendet werden. Allerdings tritt bei einem Ener- giefluss in einem Gleichspannungssystem bereits bei vergleichsweise niedrigen Spannungen ein Lichtbogen auf, der zu einer schnellen Abnutzung der Kontakte des Schalters führt. Als Abhilfe kann der Schalter mit Mitteln zum Löschen des Lichtbogens (z.B. in Form von Löschkammern und Permanentmag¬ neten zur Unterstützung der Zwangslöschung des Lichtbogens) ausgerüstet werden, was jedoch aufwendig ist und viel Bauraum benötigt . To this end, mechanical DC ¬ switch can be used, for example. However, in the case of an energy flow in a DC voltage system, an arc occurs even at comparatively low voltages, which leads to rapid wear of the contacts of the switch. As a remedy, the switch with means for deleting the Arc (eg in the form of extinguishing chambers and Permanentmag ¬ Neten to support the forced extinction of the arc) are equipped, but this is expensive and requires a lot of space.
Alternativ können auch Halbleiterschalter zum Schalten von DC-Strömen verwendet werden, allerdings verursachen diese unerwünschte Durchlassverluste und es ist keine galvanische Trennung und damit kein Personenschutz sichergestellt. Alternatively, semiconductor switches can be used to switch DC currents, but these cause unwanted transmission losses and there is no electrical isolation and thus no personal protection ensured.
Aus der WO 2010/108565 AI ist eine Trennvorrichtung zur From WO 2010/108565 AI is a separation device for
Gleichstromunterbrechung zwischen einem Photovoltaikgenerator und einer elektrischen Einrichtung, insbesondere einem Wechselrichter, mit einem mechanischen Schalter und mit einem Halbleiterschalter bekannt. Der mechanische Schalter und der Halbleiterschalter sind dabei elektrisch parallel zueinander geschaltet und diese Parallelschaltung wiederum elektrisch in Reihe mit der elektrischen Einrichtung geschaltet. Der mechanische Schalter und der Halbleiterschalter sind dabei über eine elektrische Schaltung derart miteinander gekoppelt, dass bei geschlossenem Schalter der Halbleiterschalter in einem stromsperrenden Zustand ist und bei sich öffnendem Schalter eine infolge eines Lichtbogens über dem Schalter erzeugte Lichtbogenspannung den Halbleiterschalter stromleitend schaltet . DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device, in particular an inverter, known with a mechanical switch and with a semiconductor switch. The mechanical switch and the semiconductor switch are electrically connected in parallel with each other and this parallel circuit in turn is electrically connected in series with the electrical device. The mechanical switch and the semiconductor switch are coupled to each other via an electrical circuit such that when the switch is closed, the semiconductor switch is in a current-blocking state and at the opening switch an arc voltage generated due to an arc across the switch switches the semiconductor switch in an electrically conductive state.
Da über den Halbleiterschalter bei geschlossenem mechanischem Schalter kein Strom fließt und daher über dem Halbleiterschalter kein Spannungsabfall erfolgt, erzeugt der Halblei¬ terschalter bei geschlossenem mechanischem Schalter keine Verluste. Sobald der Halbleiterschalter stromleitend geschal¬ tet ist und der mechanische Schalter geöffnet wird, beginnt der Lichtbogenstrom von dem mechanischen Schalter zu dem Halbleiterschalter zu kommutieren. Hierdurch kann die Abnutzung der Schaltkontakte des mechanischen Schalters vermieden werden und dabei auf Seite des mechanischen Schalters aber trotzdem auf zusätzliche Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung (z.B. eine Löschkammer) verzichtet werden. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Trennvorrichtung anzugeben, die neben einer sicheren galvanischen Trennung und geringen Durchlassverlusten einen noch geringeren Verschleiß des mechanischen Schalters gewährleistet, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung wie z.B. eine Löschkammer notwendig sind. Since on the semiconductor switch is closed mechanical switch, no current flows and therefore the semiconductor switch is no voltage drop, the semiconducting ¬ terschalter not generate losses in closed mechanical switch. As soon as the semiconductor switch is geschal ¬ tet conducting current and the mechanical switch is opened, the arc current of the mechanical switch starts to commutate the semiconductor switches. As a result, the wear of the switching contacts of the mechanical switch can be avoided while still dispensing with additional measures for arc quenching (eg an extinguishing chamber) on the side of the mechanical switch. Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide a separation device, which ensures a lower wear of the mechanical switch in addition to a safe galvanic isolation and low passage losses, without additional measures for arc extinction such as a quenching chamber are necessary.
Die Lösung der auf die Trennvorrichtung gerichteten Aufgabe gelingt durch eine Trennvorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Eine Photovoltaikanlage mit einer derartigen Trennvorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausges¬ taltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. The solution of the object directed to the separating device is achieved by a separating device according to claim 1. A photovoltaic system with such a separating device is the subject of claim 10. Advantageous Ausges ¬ statements are the subject of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung zwischen einem Photovoltaikgenerator und einer elektrischen Einrichtung, insbesondere einem Wechselrichter, um- fasst einen mechanischen Schalter und einen Halbleiterschalter, wobei der mechanische Schalter elektrisch in Reihe mit der elektrischen Einrichtung schaltbar ist. Der Halbleiterschalter ist dabei parallel zu der Reihenschaltung des mecha¬ nischen Schalters mit der elektrischen Einrichtung schaltbar. Unter einem mechanischen Schalter wird hierbei allgemein ein Bauelement mit einem mechanischen Schaltkontakt oder mit meh¬ reren zueinander parallel geschalteten Schaltkontakten verstanden . A disconnecting device according to the invention for DC interruption between a photovoltaic generator and an electrical device, in particular an inverter, comprises a mechanical switch and a semiconductor switch, wherein the mechanical switch is electrically switchable in series with the electrical device. The semiconductor switch is parallel to the series circuit of mecha ¬ African switch with the electrical device switchable. In this case, a mechanical switch is generally understood to mean a component with a mechanical switching contact or with meh ¬ reren mutually parallel switching contacts.
Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass bei einer Parallelschaltung des mechanischen Schalters und des Halbleiterschalters gemäß dem Stand der Technik bei der Kom¬ mutierung der Strom von einem sehr gut leitenden mechanischen Kontakt des mechanischen Schalters auf den Halbleiterschalter umgelenkt werden muss. Jeder Halbleiterschalter weist aber eine Durchlass-Spannung bzw. einen höheren Widerstandswert auf als der Schalterkontakt. Dies hat zur Folge, dass das Kommutieren erst nach Öffnen des Schalters erfolgt, d.h. wenn schon Kontaktfunken bzw. ein Lichtbogen auftritt. Dies führt zu Kontaktabbrand und darüber hinaus zu EMV-Störungen . Da auch bei geöffnetem Schalterkontakt ein Halbleiter die Schaltkontakte überbrückt, muss die Funktion der sicheren elektrischen Trennung durch einen weiteren mechanischen The invention is based on the recognition that in a parallel connection of the mechanical switch and the semiconductor switch according to the prior art in the Kom ¬ mutation of the current must be redirected from a very good conductive mechanical contact of the mechanical switch to the semiconductor switch. However, each semiconductor switch has a forward voltage or a higher resistance value than the switch contact. This has the consequence that the commutation takes place only after opening the switch, ie when contact spark or an arc occurs. This leads to contact erosion and beyond to EMC interference. Since even with open switch contact a semiconductor Switched contacts bridged, the function of safe electrical isolation by another mechanical
Schalter (einen sogenannten „Trennschalter" ) gewährleistet werden . Switch (a so-called "disconnector") are guaranteed.
Im Gegensatz hierzu befindet sich bei der erfindungsgemäßen Verschaltung der Halbleiterschalter auf Seite des Photovol- taikgenerators , so dass durch den Halbleiterschalter die von dem Photovoltaikgenerator erzeugte Gleichspannung kurzgeschlossen werden kann. Dies ist im Falle eines Photovoltaik- generators möglich, da der Kurzschlussstrom durch die Bemessung der Photovoltaikanlage festgelegt ist und sich der Pho¬ tovoltaikgenerator im Kurzschlussfall wie eine Konstantstromquelle verhält. In contrast, in the circuit according to the invention, the semiconductor switch is on the side of the photovoltaic generator, so that the DC voltage generated by the photovoltaic generator can be short-circuited by the semiconductor switch. This is possible in the case of a photovoltaic generators, since the short-circuit current is determined by the dimensioning of the photovoltaic system and the Pho ¬ tovoltaikgenerator behaves in case of short circuit as a constant current source.
Durch ein Kurzschließen der vom Photovoltaikgenerator erzeugten Gleichspannung kann der Halbleiterschalter kurzzeitig den Stromfluss von dem mechanischen Schalter übernehmen. Der mechanische Schalter kann dann praktisch spannungs- und stromfrei schalten. Der mechanische Schalter unterliegt dadurch nahezu keinem Verschleiß bzw. benötigt keine zusätzlichen Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung. Der mechanische Schalter kann dann beispielsweise als einfacher Trennschalter (häufig auch als "Trenner" bezeichnet) ausgebildet sein. By short-circuiting the DC voltage generated by the photovoltaic generator, the semiconductor switch can temporarily take over the flow of current from the mechanical switch. The mechanical switch can then virtually switch off voltage and current. The mechanical switch is thus subject to almost no wear or requires no additional measures for arc extinguishing. The mechanical switch can then be designed, for example, as a simple circuit breaker (often referred to as a "disconnector").
Da die Kommutierung von dem mechanischen Schalter zu dem Halbleiterschalter bei geschlossenem Kontakt des mechanischen Schalters erfolgt, werden auf Seite des mechanischen Schal¬ ters auch keine Funken verursacht. Somit werden auch keine EMV-Störungen erzeugt, die die elektrische Einrichtung, bei¬ spielsweise den nachgeschalteten Wechselrichters, belasten können . Since the commutation is of the mechanical switch to the semiconductor switch for closed contact of the mechanical switch, no sparks caused on side of the mechanical scarf ¬ ters. Thus, no EMC interference is generated, which can load the electrical device, for example, the downstream inverter in ¬ .
Durch den mechanischen Schalter ist dabei eine galvanische Trennung des Photovoltaikgenerators von der durch ihn zu speisenden elektrischen Einrichtung sichergestellt. Da im Normalbetrieb ein Stromfluss über den Halbleiterschalter nur kurzzeitig bis zum Öffnen des mechanischen Schalters erfolgt, können auch dessen Durchlassverluste gering gehalten werden. Durch das Konstantstromverhalten des Photovoltaikgenerators braucht der Halbleiterschalter auch nur für einen Strom in der Höhe des maximalen Betriebsstroms ausgelegt werden. By the mechanical switch while a galvanic isolation of the photovoltaic generator is ensured by the electrical device to be fed through it. Since in normal operation, a current flow through the semiconductor switch takes place only briefly until the mechanical switch is opened, can also its passage losses are kept low. Due to the constant current behavior of the photovoltaic generator, the semiconductor switch also needs to be designed only for a current at the level of the maximum operating current.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Halbleiterschalter und der mechanische Schalter derart miteinander gekoppelt, dass vor einem Öffnen des mechanischen Schalters der Halbleiterschalter in einen stromleitenden Zustand schaltet. Hierdurch kann im Betrieb automatisch eine Aktivierung desAccording to an advantageous embodiment of the semiconductor switch and the mechanical switch are coupled together such that switches before opening the mechanical switch, the semiconductor switch in an electrically conductive state. As a result, an activation of the
Halbleiterschalters vor dem mechanischen Öffnungsvorgang des mechanischen Schalters erfolgen. Diese Kopplung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der mechanische Schalter Hilfskontakte aufweist, die mit einer Ansteuerschaltung des Halbleiterschalters verschaltet sind und die mit einem defi¬ nierten zeitlichen Vorlauf vor dem Öffnen der Hauptkontakte ein Einschaltsignal für den Halbleiterschalter erzeugen. Die Kopplung kann alternativ auch durch eine gemeinsame Ansteuerschaltung für beide Schalter erfolgen. Da bauartbedingt der mechanische Schalter aufgrund von Massenträgheiten und Aufmagnetisierungszeiten üblicherweise deutlich langsamer schaltet als ein Halbleiterschalter (z.B. Millisekunden im Fall mechanischer Schalter im Vergleich zu Mikrosekunden im Fall von Halbleiterschaltern) kann sich dann sogar bei einer gleichzeitigen Ansteuerung beider Schalter automatisch (d.h. ohne zusätzliche Verzögerungsglieder) der zeitliche Versatz im Öffnen der beiden Schalter einstellen. Semiconductor switch before the mechanical opening operation of the mechanical switch done. This coupling can, for example, be effected by having the mechanical switch auxiliary contacts, which are connected to a drive circuit of the semiconductor switch and generate a defi ¬ ned lead time prior to opening of the main contacts a switch for the semiconductor switch. The coupling can alternatively also be effected by a common drive circuit for both switches. Because of design reasons, the mechanical switch usually switches significantly slower than a semiconductor switch (eg milliseconds in the case of mechanical switches compared to microseconds in the case of semiconductor switches) due to inertia and magnetization times, then even with a simultaneous activation of both switches automatically (ie without additional delay elements) the time offset in opening the two switches set.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Halbleiterschalter und der mechanische Schalter derart miteinander gekoppelt, dass nach einem Öffnen des mechanischen Schalters der Halbleiterschalter wieder zurück in einen stromsperrenden Zustand schaltet. Diese Kopplung kann beispielsweise ebenfalls über Hilfskontakte des mechanischen Schalters erfolgen, die mit einer Ansteuerschaltung des Halbleiterschalters verschaltet sind und die mit einem definier¬ ten zeitlichen Nachlauf nach einem Öffnen der Hauptkontakte ein Ausschaltsignal für den Halbleiterschalter erzeugen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Halbleiterschalter nach Ablauf einer definierten begrenzten Zeit (automatisch) von dem stromleitenden in den stromsperrenden Zustand schaltet. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass ein Zeitglied mit einer Ansteuerschaltung des Halbleiterschalters gekoppelt ist und für diese ein Ausschaltsignal für den Halbleiterschalter erzeugt. In accordance with a further advantageous embodiment, the semiconductor switch and the mechanical switch are coupled to one another in such a way that, after the mechanical switch has been opened, the semiconductor switch switches back into a current-blocking state. This coupling can also be done, for example, via auxiliary contacts of the mechanical switch, which are connected to a drive circuit of the semiconductor switch and generate a turn-off signal for the semiconductor switch with a definier ¬ time lag after opening the main contacts. Alternatively it can be provided that the semiconductor switch (automatically) switches from the current-conducting to the current-blocking state after a defined limited time. This can be effected, for example, by a timing element being coupled to a drive circuit of the semiconductor switch and generating a turn-off signal for the semiconductor switch for this purpose.
Bevorzugt ist eine Ansteuerschaltung für den Halbleiterschal- ter zu ihrer Energieversorgung mit dem Photovoltaikgenerator verbindbar. Die für die Ansteuerung des Halbleiterschalters erforderliche Versorgungsspannung wird dann von dem Photovoltaikgenerator geliefert. Die Trennvorrichtung kann dann autark, d.h. unabhängig von einer anderen Energiequelle, be- trieben werden. Preferably, a drive circuit for the semiconductor switch can be connected to its power supply with the photovoltaic generator. The supply voltage required to drive the semiconductor switch is then supplied by the photovoltaic generator. The separator may then be self-sufficient, i. independently of another source of energy.
Von Vorteil umfasst die Ansteuerschaltung hierbei einen Energiespeicher, der durch den Photovoltaikgenerator aufladbar ist. Hierbei liegt die Überlegung zugrunde, dass die für die Ansteuerung des Halbleiterschalters erforderliche Versor¬ gungsspannung auf Seite des Photovoltaikgenerators immer dann vorliegt, wenn ein Betriebsstrom fließt. Im Kurzschlussfall, wenn diese Versorgungsspannung zusammenbricht, kann sie durch den Energiespeicher, z.B. einen Pufferkondensator, noch für eine begrenzte Zeit aufrechterhalten werden. Da diese Zeit sehr kurz ist, kann der Energiespeicher entsprechend relativ klein gehalten werden. Advantageously, the drive circuit in this case comprises an energy store which can be charged by the photovoltaic generator. Here, the basic consideration is that the required for the control of the semiconductor switch versor ¬ supply voltage on the side of the photovoltaic generator is always present when an operating current flows. In the event of a short circuit, when this supply voltage collapses, it can be maintained by the energy storage, eg a buffer capacitor, for a limited time. Since this time is very short, the energy storage can be kept relatively small accordingly.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Halbleiterschalter derart ausgebildet, dass er sich ohne eine Ansteuerung durch die Ansteuerschaltung in einem stromleitenden Zustand und mit einer Ansteuerung durch die Ansteuerschaltung in einem stromsperrenden Zustand befindet. Der Halbleiterschalter ist somit im „Ruhezustand" leitend und muss durch ein Steuersignal in den hochohmigen Zustand ge¬ schaltet werden (Halbleiterschalter mit einem derartigen Verhalten werden häufig als Halbleiterschalter mit einem "nor- mally on"-Verhalten bezeichnet) . Ein derartiger Halbleiter- Schalter kann den Kurzschluss auch bei einem Ausfall der Steuerspannung aufrechterhalten. Hierdurch ist es möglich, eine Photovoltaikanlage auch im Brandfall lichtbogenfrei kurzzuschließen und dadurch eine Personengefährdung durch direktes Berühren spannungsführender Teile oder durch Löschwasser zu verhindern. According to a further advantageous embodiment of the semiconductor switch is designed such that it is without a control by the drive circuit in an electrically conductive state and with a drive by the drive circuit in a current-blocking state. The semiconductor switch is thus in the "idle state" conductive and must be ge ¬ switched by a control signal in the high impedance state (semiconductor switches with such behavior are often used as semiconductor switch with a "normal mally on" behavior hereinafter). Such a semiconductor Switch can maintain the short circuit even if the control voltage fails. This makes it possible to short-circuit a photovoltaic system even in case of fire arc-free and thereby prevent personal injury from direct contact with live parts or extinguishing water.
Für den Halbleiterschalter können verschiedenste Arten von abschaltbaren Halbleiterschaltern wie z.B. Thyristoren, IGBTs, IGCTs etc. zum Einsatz kommen. Thyristoren mit einer Löschschaltung zum Abschalten des Halbleiters zeichnen sich durch besonders geringe Durchlassverluste aus. Da die Durch¬ lassverluste für den kurzen Moment des Durchschaltens des Halbleiterschalters aber keine große Rolle spielen, kann an¬ stelle eines Thyristors mit einer aufwendigen Löschschaltung auch ein IGBT oder ein IGCT zum Einsatz kommen und dabei trotzdem die Verluste gering gehalten werden. For the semiconductor switch various types of turn-off semiconductor switches such as thyristors, IGBTs, IGCTs, etc. can be used. Thyristors with an erase circuit for switching off the semiconductor are characterized by particularly low forward losses. Since not play a major role through ¬ let losses for the brief moment of turn on of the semiconductor switch, can connect ¬ put a thyristor with an elaborate clear circuit and an IGBT or IGCT be used and still the losses are kept low.
Bei einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage mit einem Pho¬ tovoltaikgenerator, einer elektrischen Einrichtung, insbesondere einem Wechselrichter, und einer vorstehend beschriebenen Trennvorrichtung zur Gleichstromunterbrechung zwischen dem Photovoltaikgenerator und der elektrischen Einrichtung ist der mechanische Schalter elektrisch in Reihe mit der elektrischen Einrichtung geschaltet und der Halbleiterschalter ist elektrisch parallel zu der Reihenschaltung des mechanischen Schalters mit der elektrischen Einrichtung geschaltet. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung erläuterten Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsge¬ mäße Photovoltaikanlage. In a photovoltaic system according to the invention with a Pho ¬ tovoltaikgenerator, an electrical device, in particular an inverter, and a separator described above for DC interruption between the photovoltaic generator and the electrical device, the mechanical switch is electrically connected in series with the electrical device and the semiconductor switch is electrically parallel connected to the series connection of the mechanical switch with the electrical device. The advantages explained in connection with the inventive separation device apply to the erfindungsge ¬ Permitted photovoltaic system.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen: The invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the figures; show in it:
FIG 1 eine erste Aus führungs form einer erfindungsgemäßen 1 shows a first embodiment of a guide according to the invention
Trennvorrichtung, FIG 2 eine zweite Aus führungs form einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung und Separator FIG. 2 shows a second embodiment of a separating device according to the invention and FIG
FIG 3 eine Photovoltaikanlage mit einer Trennvorrichtung gemäß FIG 1 oder FIG 2. 3 shows a photovoltaic system with a separating device according to FIG. 1 or FIG. 2.
Eine in FIG 1 dargestellte erfindungsgemäße Trennvorrichtung 1 ist als ein Vierpol mit zwei Eingangsklemmen 2a, 2b für je¬ weils positives bzw. negatives Gleichspannungspotenzial und zwei Ausgangsklemmen 3a, 3b für jeweils positives bzw. nega¬ tives Gleichspannungspotenzial ausgebildet. Sie umfasst einen mechanischen Schalter 4, der mit einem Schaltkontakt zwischen die Eingangsklemme 2a und die Ausgangsklemme 3a geschaltet ist (wodurch eine Trennung des positiven Strompfads 2a-3a mö¬ glich ist) , sowie einen Halbleiterschalter 5, der zwischen die Eingangsklemmen 2a, 2b geschaltet ist. A shown in Figure 1 separator 1 according to the invention is designed as a four-pole network having two input terminals 2a, 2b formed for each ¬ weils positive or negative DC voltage potential, and two output terminals 3a, 3b for each positive and nega tive ¬ DC potential. It comprises a mechanical switch 4, which is connected with a switching contact between the input terminal 2a and the output terminal 3a (whereby a separation of the positive current path 2a-3a Ch ¬ resembled is), and a semiconductor switch 5 connected between the input terminals 2a, 2b is.
Alternativ kann - wie in FIG 2 dargestellt - der Schalter 4 auch mehrpolig ausgebildet sein und beispielsweise mit je¬ weils einem Schaltkontakt sowohl zwischen die Eingangsklemme 2a und die Ausgangsklemme 3a als auch zwischen die Eingangs¬ klemme 2b und die Ausgangsklemme 3b geschaltet sein. Hier¬ durch ist eine allpolige Trennung sowohl des positiven Strompfads 2a-3a als auch des negativen Strompfads 2b-3b möglich. The switch 4 be formed multipolar and, for example, each ¬ weils a switching contact both between the input terminal 2a and the output terminal 3a and between the input ¬ terminal 2b and the output terminal may be connected 3b - alternatively - as shown in Fig. 2 Here ¬ through an all-pole separation of both the positive current path 2a-3a and the negative current path 2b-3b is possible.
Die Trennvorrichtung 1 ist - wie später auch im Zusammenhang mit FIG 3 erläutert - in einer Photovoltaikanlage zwischen einen Photovoltaikgenerator und eine von diesem gespeiste elektrische Einrichtung, wie z.B. einen Wechselrichter, schaltbar. Hierzu ist sie eingangsseitig mittels der Ein¬ gangsklemmen 2a, 2b an den Photovoltaikgenerator und aus- gangsseitig mittels der Ausgangsklemmen 3a, 3b an die elekt¬ rische Einrichtung anschließbar. The separator 1 is - as explained later in connection with FIG 3 - in a photovoltaic system between a photovoltaic generator and an electrical device powered by this, such as an inverter, switchable. For this purpose, it is on the input side by means of the A ¬ through terminals 2a, 2b to the photovoltaic generator and the output side by means of the output terminals 3a, 3b connected to the elekt ¬ generic device.
Hierdurch ist der mechanische Schalter 4 elektrisch in Reihe mit der elektrischen Einrichtung schaltbar und der Halbleiterschalter 5 ist parallel zu der Reihenschaltung des mecha- nischen Schalters 4 mit der elektrischen Einrichtung schaltbar . As a result, the mechanical switch 4 is electrically switchable in series with the electrical device, and the semiconductor switch 5 is connected in parallel with the series connection of the mecha- nischen switch 4 switchable with the electrical device.
Der Halbleiterschalter 5 ist von Vorteil ein abschaltbarer IGBT-Halbleiterschalter . Eine Ansteuerschaltung 6 dient zur Steuerung des Schaltzustandes des Halbleiterschalters 5. The semiconductor switch 5 is advantageously a turn-off IGBT semiconductor switch. A drive circuit 6 serves to control the switching state of the semiconductor switch 5.
Bevorzugt ist der Halbleiterschalter 5 derart ausgebildet, dass er sich ohne eine Ansteuerung durch die Ansteuerschal- tung 6 in einem stromleitenden Zustand und mit einer Ansteuerung durch die Ansteuerschaltung 6 in einem stromsperrenden Zustand befindet. Preferably, the semiconductor switch 5 is designed such that it is in a current-conducting state without a control by the Ansteuerschal- 6 and with a control by the drive circuit 6 in a current-blocking state.
Die Ansteuerschaltung 6 ist dabei über die Klemmen 2a, 2b zu ihrer Energieversorgung mit dem Photovoltaikgenerator verbindbar. Die Ansteuerschaltung umfasst dabei einen Energiespeicher 7, der durch den Photovoltaikgenerator aufladbar ist und im Fall eines kurzzeitigen Ausfalls der Energieversorgung durch den Photovoltaikgenerator die Ansteuerschaltung 6 mit Energie versorgen kann. The drive circuit 6 is connectable via the terminals 2a, 2b to their power supply to the photovoltaic generator. The drive circuit in this case comprises an energy store 7 which can be charged by the photovoltaic generator and, in the event of a short-term failure of the energy supply by the photovoltaic generator, can supply the drive circuit 6 with energy.
Der mechanische Schalter 4 ist als ein Trennschalter (Trenner) ausgebildet, d.h. für ein stromloses Trennen. Eine Spule 8 mit einem Anker dient als Antrieb für den Schalter 4. The mechanical switch 4 is designed as a circuit breaker (disconnector), i. for a currentless disconnection. A coil 8 with an armature serves as a drive for the switch 4.
Die FIG 3 zeigt hierzu beispielhaft eine Einbindung der FIG. 3 shows by way of example an integration of the
Trennvorrichtung 1 von FIG 1 in eine Photovoltaikanlage 10. Die Photovoltaikanlage 10 umfasst einen Photovoltaikgenerator 11 und eine von diesem mit elektrischem Gleichstrom gespeiste elektrischen Einrichtung in Form eines Wechselrichters 12.1 in a photovoltaic system 10. The photovoltaic system 10 includes a photovoltaic generator 11 and one of this with electrical DC-powered electrical device in the form of an inverter 12th
Die Trennvorrichtung 1 ist zwischen den Photovoltaikgenerator 11 und den Wechselrichters 12 geschaltet. Dabei ist die The separator 1 is connected between the photovoltaic generator 11 and the inverter 12. It is the
Trennvorrichtung 1 eingangsseitig mittels der Eingangsklemmen 2a, 2b an den Photovoltaikgenerator 11 und ausgangsseitig mittels der Ausgangsklemmen 3a, 3b an den Wechselrichter 12 angeschlossen. Die Trennvorrichtung 1 dient dabei zur Unterbrechung eines Gleichstromes I zwischen dem Photovoltaikgene¬ rator 11 und dem Wechselrichter 12. Der Photovoltaikgenerator 11, häufig auch als Solargenerator bezeichnet, umfasst üblicherweise mehrere in Reihe und/oder zu parallelen Strängen geschaltete Solarmodule. Separator 1 on the input side by means of the input terminals 2a, 2b connected to the photovoltaic generator 11 and the output side by means of the output terminals 3a, 3b to the inverter 12. The separator 1 serves to interrupt a direct current I between the Photovoltaikgene ¬ generator 11 and the inverter 12th The photovoltaic generator 11, often referred to as a solar generator, usually includes a plurality of connected in series and / or parallel strands solar modules.
Der Wechselrichter 12 dient zur Umwandlung der von dem Photovoltaikgenerator 11 erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung für ein nicht näher dargestelltes Wechselstromnetz. The inverter 12 is used to convert the DC voltage generated by the photovoltaic generator 11 into an AC voltage for an unspecified AC network.
Der mechanische Schalter 4 uni . der Halbleiterschalter 5 der Trennvorrichtung 1 (siehe FIG 1 und 2) sind derart miteinan- der gekoppelt, dass vor einem Öffnen des mechanischen Schal- ters 4 der Halbleiterschalter 5 in einen stromleitenden Zu- stand schaltet. The mechanical switch 4 uni. the semiconductor switch 5 of the separation device 1 (see FIGS. 1 and 2) are coupled to one another in such a way that, before the mechanical switch 4 is opened, the semiconductor switch 5 switches into an electrically conducting state.
Hierdurch wird die von dem Photovoltaikgenerator 11 erzeugte Gleichspannung kurzgeschlossen. Dies ist im Falle eines Pho- tovoltaikgenerators möglich, da der Kurzschlussstrom durch die Bemessung der Photovoltaikanlage festgelegt ist und sich der Photovoltaikgenerator im Kurzschlussfall wie eine Konstantstromquelle verhält. As a result, the DC voltage generated by the photovoltaic generator 11 is short-circuited. This is possible in the case of a photovoltaic generator, since the short-circuit current is determined by the dimensioning of the photovoltaic system and the photovoltaic generator behaves like a constant current source in the event of a short circuit.
Durch ein Kurzschließen der vom Photovoltaikgenerator 11 erzeugten Gleichspannung kann der Halbleiterschalter 5 kurzzeitig den Stromfluss von dem mechanischen Schalter 4 übernehmen. Der mechanische Schalter 4 kann dann praktisch span- nungs- und stromfrei Schalten. Der mechanische Schalter 4 un¬ terliegt dadurch nahezu keinem Verschleiß bzw. benötigt keine zusätzlichen Maßnahmen zur Lichtbogenlöschung. By short-circuiting the DC voltage generated by the photovoltaic generator 11, the semiconductor switch 5 can temporarily take over the flow of current from the mechanical switch 4. The mechanical switch 4 can then switch virtually voltage and current-free. The mechanical switch 4 un ¬ terliegt characterized virtually no wear and requires no additional measures for arc quenching.
Da die Kommutierung von dem mechanischen Schalter 4 zu dem Halbleiterschalter 5 bei geschlossenem mechanischem Kontakt erfolgt, werden auch keine Funken verursacht. Somit werden auch keine EMV-Störungen erzeugt, die den nachgeschalteten Wechselrichter 12 belasten können. Durch den mechanischen Schalter 4 ist dabei eine galvanische Trennung des Photovol- taikgenerators 11 von dem Wechselrichter 12 sichergestellt. Außerdem sind der mechanische Schalter 4 und der Halbleiter¬ schalter 5 derart miteinander gekoppelt, dass nach einem Öffnen des mechanischen Schalters 4 der Halbleiterschalter 5 in einen stromsperrenden Zustand schaltet. Since the commutation of the mechanical switch 4 to the semiconductor switch 5 takes place with closed mechanical contact, no sparks are caused. Thus, no EMC interference is generated, which can burden the downstream inverter 12. The mechanical switch 4 ensures electrical isolation of the photovoltaic generator 11 from the inverter 12. In addition, the mechanical switch 4 and the semiconductor switch ¬ 5 are coupled together such that switches after opening of the mechanical switch 4, the semiconductor switch 5 in a current-blocking state.
Ein Stromfluss über den Halbleiterschalter 5 erfolgt dann nur kurzzeitig bis zum Öffnen des mechanischen Schalters 4, so dass die Durchlassverluste des Halbleiterschalters 5 gering gehalten werden können. Durch das Konstantstromverhalten des Photovoltaikgenerators 11 braucht der Halbleiterschalter 5 auch nur für einen Strom in der Höhe des maximalen Betriebsstroms ausgelegt werden. A current flow via the semiconductor switch 5 then takes place only briefly until the mechanical switch 4 is opened, so that the forward losses of the semiconductor switch 5 can be kept low. Due to the constant current behavior of the photovoltaic generator 11, the semiconductor switch 5 also needs to be designed only for a current at the level of the maximum operating current.
Die Kopplung zwischen dem mechanischen Schalter 4 und dem Halbleiterschalter 5 für das Einschalten des Halbleiterschalters 5 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der mecha¬ nische Schalter 4 Hilfskontakte aufweist, die mit der Ansteu¬ erschaltung 6 des Halbleiterschalters 5 verschaltet sind und die mit einem definierten zeitlichen Vorlauf vor dem Öffnen der Hauptkontakte des mechanischen Schalters 4 ein Einschalt¬ signal für den Halbleiterschalter 5 erzeugen. The coupling between the mechanical switch 4 and the semiconductor switch 5 for turning on the semiconductor switch 5 can be done, for example, that the mecha ¬ African switch 4 auxiliary contacts, which are connected to the Ansteu ¬ erschaltung 6 of the semiconductor switch 5 and with a defined temporal Forward before opening the main contacts of the mechanical switch 4 a switch ¬ signal for the semiconductor switch 5 generate.
Die Kopplung für das Einschalten des Halbleiterschalters 5 kann alternativ auch durch eine gemeinsame Ansteuerschaltung für beide Schalter 4 und 5 erfolgen. Da bauartbedingt der mechanische Schalter 4 aufgrund von Massenträgheiten und Aufmagnetisierungszeiten üblicherweise deutlich langsamer schaltet als der Halbleiterschalter 5 (z.B. Millisekunden im Fall des mechanischen Schalters 4 im Vergleich zu Mikrosekunden im Fall des Halbleiterschalters 5) kann sich dann sogar bei ei¬ ner gleichzeitigen Ansteuerung beide Schalter 4, 5 automatisch (d.h. ohne zusätzliche Verzögerungsglieder) der zeitliche Versatz im Öffnen der beiden Schalter 4, 5 einstellen. Eine Kopplung für das Ausschalten des Halbleiterschalters 5 kann ebenfalls über Hilfskontakte des mechanischen Schalters 4 erfolgen, die mit der Ansteuerschaltung 6 des Halbleiterschalters 5 verschaltet sind und die mit einem definierten zeitlichen Nachlauf nach einem Öffnen der Hauptkontakte des Schalters 4 ein Ausschaltsignal für den Halbleiterschalter 5 erzeugen . Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Halbleiterschalter 5 nach Ablauf einer definierten begrenzten Zeit (automatisch) von dem stromleitenden in den stromsperrenden Zustand schaltet. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass ein Zeitglied mit der Ansteuerschaltung 6 des Halbleiter- Schalters 5 gekoppelt ist und für diese ein Ausschaltsignal für den Halbleiterschalter 5 erzeugt. The coupling for switching on the semiconductor switch 5 may alternatively be done by a common drive circuit for both switches 4 and 5. Since the mechanical switch 4 due to inertia and magnetization usually usually switches much slower than the semiconductor switch 5 (eg milliseconds in the case of the mechanical switch 4 compared to microseconds in the case of the semiconductor switch 5) can then even with ei ¬ ner simultaneous control both switches 4, 5 automatically (ie without additional delay elements) set the time offset in the opening of the two switches 4, 5. A coupling for switching off the semiconductor switch 5 can also be done via auxiliary contacts of the mechanical switch 4, which are connected to the drive circuit 6 of the semiconductor switch 5 and with a defined time lag after opening the main contacts of the switch 4 generate a turn-off signal for the semiconductor switch 5. Alternatively, it can be provided that the semiconductor switch 5 (automatically) switches from the current-conducting to the current-blocking state after a defined limited time. This can be effected, for example, by coupling a timer to the drive circuit 6 of the semiconductor switch 5 and generating a turn-off signal for the semiconductor switch 5 for this purpose.

Claims

Patentansprüche claims
1. Trennvorrichtung (1) zur Gleichstromunterbrechung zwischen einem Photovoltaikgenerator (11) und einer elektrischen Ein- richtung (12), insbesondere einem Wechselrichter, mit einem mechanischen Schalter (4) und mit einem Halbleiterschalter (5), wobei der mechanische Schalter (4) elektrisch in Reihe mit der elektrischen Einrichtung (12) schaltbar ist, 1. Separating device (1) for DC interruption between a photovoltaic generator (11) and an electrical device (12), in particular an inverter, with a mechanical switch (4) and with a semiconductor switch (5), wherein the mechanical switch (4) electrically switchable in series with the electrical device (12),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Halb- leiterschalter (5) parallel zu der Reihenschaltung des mechanischen Schalters (4) mit der elektrischen Einrichtung (12) schaltbar ist. That is, the semiconductor switch (5) can be switched in parallel with the series connection of the mechanical switch (4) to the electrical device (12).
2. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2. Separating device (1) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der mecha¬ nische Schalter (4) und der Halbleiterschalter (5) derart miteinander gekoppelt sind, dass vor einem Öffnen des mecha¬ nischen Schalters (4) der Halbleiterschalter (5) in einen stromleitenden Zustand schaltet. characterized in that the mecha ¬ African switch (4) and the semiconductor switch (5) are coupled together such that switches before opening the mecha ¬ African switch (4) of the semiconductor switch (5) in an electrically conductive state.
3. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Separating device (1) according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der mecha¬ nische Schalter (4) und der Halbleiterschalter (5) derart miteinander gekoppelt sind, dass nach einem Öffnen des mecha- nischen Schalters (4) der Halbleiterschalter (5) in einen stromsperrenden Zustand schaltet. characterized in that the mecha ¬ African switch (4) and the semiconductor switch (5) are coupled together such that after opening of the mechanical switch (4) of the semiconductor switch (5) switches in a current-blocking state.
4. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, 4. separating device (1) according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
der Halbleiterschalter (5) nach Ablauf einer definierten begrenzten Zeit von einem stromleitenden Zustand in einen stromsperrenden Zustand schaltet. the semiconductor switch (5) switches from a current-conducting state to a current-blocking state after a defined limited time has elapsed.
5. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, 5. Separating device (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine An¬ steuerschaltung (6) für den Halbleiterschalter (5) zu ihrer Energieversorgung mit dem Photovoltaikgenerator (11) verbindbar ist. characterized in that an on ¬ control circuit (6) for the semiconductor switch (5) to its Power supply to the photovoltaic generator (11) is connectable.
6. Trennvorrichtung (1) nach Anspruch 5, 6. Separating device (1) according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die An¬ steuerschaltung (6) einen Energiespeicher (7) umfasst, der durch den Photovoltaikgenerator (11) aufladbar ist. characterized in that the on ¬ control circuit (6) comprises an energy store (7) which is chargeable by the photovoltaic generator (11).
7. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, 7. Separating device (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Halb¬ leiterschalter (5) derart ausgebildet ist, dass er sich ohne eine Ansteuerung durch eine Ansteuerschaltung (6) in einem stromleitenden Zustand und mit einer Ansteuerung durch eine Ansteuerschaltung (6) in einem stromsperrenden Zustand befindet . characterized in that the semi ¬ conductor switch (5) is designed such that it is in a current-blocking state without a drive by a drive circuit (6) in an electrically conductive state and with a drive by a drive circuit (6) in a current-blocking state.
8. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Separating device (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der mecha¬ nischen Schalter (4) als ein Trennschalter (Trenner) ausgebildet ist. characterized in that the mecha ¬ African switch (4) is designed as a circuit breaker (disconnector).
9. Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, 9. Separating device (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Halb¬ leiterschalter (5) ein IGBT-Halbleiterschalter ist. characterized in that the semi-conductor switch ¬ (5) is an IGBT semiconductor switch.
10. Photovoltaikanlage (10) mit einem Photovoltaikgenerator (11), einer elektrischen Einrichtung (12), insbesondere einem10. Photovoltaic system (10) with a photovoltaic generator (11), an electrical device (12), in particular a
Wechselrichter, und einer Trennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Gleichstromunterbrechung zwischen dem Photovoltaikgenerator (11) und der elektrischen Einrichtung (12), wobei der mechanischen Schalter (4) elekt- risch in Reihe mit der elektrischen Einrichtung (12) geschaltet ist und wobei der Halbleiterschalter (5) elektrisch parallel zu der Reihenschaltung des mechanischen Schalters (4) mit der elektrischen Einrichtung (12) geschaltet ist. Inverter, and a separator (1) according to one of the preceding claims for DC interruption between the photovoltaic generator (11) and the electrical device (12), wherein the mechanical switch (4) is electrically connected in series with the electrical device (12) and wherein the semiconductor switch (5) is electrically connected in parallel with the series connection of the mechanical switch (4) to the electrical device (12).
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