AT501422A1

AT501422A1 - Wechselrichtersystem zum einspeisen in ein 3-phasennetz sowie wechselrichteranlage für ein 3-phasennetz

Info

Publication number: AT501422A1
Application number: AT0022005A
Authority: AT
Original assignee: Fronius Int Gmbh
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-08-15
Also published as: DE212006000001U1; WO2006084294A8; WO2006084294A1; AT501422B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Wechselrichtersystem zum Einspeisen in ein 3-Phasennetz , in dem mehrere Wechselrichter und eine Steuereinheit je nach Bedarf parallel geschaltet werden und ein Wechselrichter als Master und die weiteren Wechselrichter als Slave definiert werden.

Weiters betrifft die Erfindung eine Wechselrichteranlage für ein 3-Phasennetz, bestehend aus einem Schrank oder Gehäuse, in dem mehrere Wechselrichter und eine Steuereinheit angeordnet sind, wobei die Verkabelung für das Zusammenschalten der Wechselrichter und der Steuereinheit sowie Anschlussbuchsen für einen Energieerzeuger, insbesondere für Solarmodule, eingangsseitig und ausgangsseitig für das 3-Phasennetz im Schrank integriert sind.

Bei bekannten Wechselrichtersystemen, wie beispielsweise gemäß US 6 252 785 Bl und DE 100 61 724 Al, werden mehrere unabhängige Wechselrichter aus Auslastungsgründen je nach Bedarf parallel geschaltet, wobei eine Steuereinheit über Schaltelemente entsprechend Wechselrichter zu- oder abschaltet, d.h., dass bei steigender Eingangsleistung ein zusätzlicher Wechselrichter aktiviert wird, wodurch die Eingangsleistung aufgeteilt wird und nunmehr eine gleichzeitige Einspeisung der aktiven Wechselrichter in jede..Phase des 3-Phasennetz erfolgt. Sinkt hingegen die Eingangsleistung, so wird wiederum ein am Netz hängender Wechselrichter deaktiviert. Weiters ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Auswahl, welcher Wechselrichter zu-bzw. abgeschaltet wird, von einer Steuereinheit nach bestimmten Kriterien getroffen wird, wobei ein Kriterium beispielsweise die Betriebsstunden der einzelnen Wechselrichter sein kann oder die Auswahl der Wechselrichter mit Hilfe eines Zufallgenerators erfolgt.

Nachteilig ist hierbei, dass die Wechselrichter als eigenständige Einheiten ausgeführt sind und ein derartiger Aufbau nur für teure Dreiphasen-Wechselrichter möglich ist, da beim Einsatz eines einphasigen Wechselrichters, wie dies wünschenswert und bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen ist, es zu einer Schieflast-Einspeisung in den Phasen eines 3-Phasennetzes kommen kann, d.h., dass in jeder Phase des 3-Phasennetzes unterschied- ·· ·· • · · · • · · · • · · · • · · · ·· ·· ···· · ·· · · · • · · ··· · · • ···· · ···· • · · · ··· · ··· · - 2 - liehe Energie von den Wechselrichtern eingespeist wird.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, dass ein möglichst flexibler Aufbau geschaffen wird, um eine sehr hohe Ausfallssicherheit zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die einphasig ausgebildeten Wechselrichter in drei Gruppen, also für jede Phase eine Gruppe, aufgeteilt werden, und die Auswahl des Masters durch einen oder mehreren Wechselrichter oder eine separate, zentrale Steuereinheit nach hinterlegten Kriterien, insbesondere nach Betriebsstunden der Wechselrichter, durchgeführt wird, wobei die weiteren eventuell parallel geschalteten Wechselrichter als Slaves gesteuert bzw. geregelt werden und der Master den Slaves Sollwerte, insbesondere einen Arbeitspunkt, vorgibt.

Vorteilhaft ist hierbei, dass dadurch immer ein Wechsel des Masters, der ja immer als erster aktiv ist, vorgenommen wird, wodurch die Belastung der Bauelemente auf die Wechselrichter annähernd gleich aufgeteilt wird, wodurch die Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wechselrichtersystemen sind die Zuordnungen des Masters und der Slaves fix definiert, sodass der Master immer die höchsten Betriebsstunden aufweist, wodurch das Ausfallsrisiko des Wechselrichters wesentlich erhöht ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die flexible Vergabe des Masters auch ein Ausfall des derzeit zugeordneten Masters nicht zu einem Stillstand des Wechselrichtersystems führt, da einfach von den verbleibenden Wechselrichtern ein neuer Master definiert wird. Somit wird durch einen derartigen Aufbau einer

Wechselrichteranlage eine sehr hohe Ausfallssicherheit erreicht, da nur dann ein Ausfall der Wechselrichteranlage hervorgerufen wird, wenn alle Wechselrichter defekt sind. Vorteilhaft ist auch, dass der ausgewählte Master Sollwerte, insbesondere einen Arbeitspunkt, an die Slaves vorgibt, da dadurch eine optimale Leistungsanpassung und ein optimaler Wirkungsgrad der Wechselrichteranlage erreicht wird.

Von Vorteil ist aber auch, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, redundant, gleichberechtigt und gleichartig aufgebaut 3 ···· · «· ·· • · · · • · · · • · · · • · · · ·· ··

werden und dass die Steuerung bzw. Regelung für die Energieeinspeisung in eine Phase des 3-Phasennetzes von einer in den Wechselrichtern integrierten Intelligenz, also einer Steuervorrichtung, durchgeführt wird, da dadurch jeder Wechselrichter eine eigenständige Regelung vornimmt und lediglich die Sollwerte für die Wechselrichter vorgegeben werden müssen. Somit wird der Datentransfer zwischen den Wechselrichtern und/oder einer zentralen Steuereinheit auf ein Minimum reduziert. Auch wird dadurch erreicht, dass eine schnellere Regelung und somit eine schnellere Anpassung der Wechselrichter erreicht wird.

Es ist aber auch möglich, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, redundant, gleichberechtigt und gleichartig aufgebaut werden und dass die Steuerung bzw. Regelung der Wechselrichter für die Energieeinspeisung in eine Phase des 3-Phasennetzes von der zentralen Steuereinheit gesteuert wird. Hierbei wird erreicht, dass ein sehr kostengünstiger Aufbau der Wechselrichter eingesetzt werden kann.

Vorteilhaft sind auch die Maßnahmen, dass von der zentralen Steuereinheit pro Gruppe ein Master bestimmt wird. Damit wird erreicht, dass die im Wechselrichter integrierte Intelligenz, also die Steuervorrichtung, leistungsschwacher und somit kostengünstiger ausgeführt werden kann, da die Master dann nur mehr eine geringere Anzahl von Slaves steuern müssen.

Es ist aber möglich, dass in der zentralen Steuereinheit die verschiedensten Daten, wie Betriebsstunden, Eingangsleistung, Ausgangsleistung, Störungen, usw., erfasst, ausgewertet und gespeichert werden. Somit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass dem Benutzer sämtlich Daten über die zentrale Steuereinheit zur Verfügung stehen und er diese von dort auslesen oder verändern kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass beispielsweise durch ein Software-Update der zentralen Steuereinheit eine Anpassung vorgenommen werden kann, da anschließend aufgrund der neuen Software die Steuereinheit aus den gespeicherten Daten entsprechende Sollwerte für den oder die Master festlegen kann.

Von Vorteil ist auch, dass von der zentralen Steuereinheit die

• · ··· · · ···· ····· • · · • ··· · verschiedensten Sollwerte für die Regelung festgelegt werden und an den oder die Master übersandt werden. Somit wird erreicht, dass der Benutzer seine Einstellungen zentral an einer Stelle, nämlich der zentralen Steuereinheit, durchführt, worauf von dieser die Sollwerte festgelegt werden und anschließend automatisch an die Master weitergeleitet werden.

Es ist aber auch möglich, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, Messdaten, insbesondere Istwerte der Eingangsleistung, Ausgangsleistung, usw., an die Steuereinheit übersenden, wodurch erreicht wird, dass die zentrale Steuereinheit über den Zustand jedes Wechselrichters Bescheid weiß und somit jederzeit Einfluss durch Anpassung der Sollwerte auf die Wechselrichter nehmen kann. Somit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Wechselrichter immer mit dem optimalen Wirkungsgrad arbeiten.

Von Vorteil ist, dass von der Steuereinheit die Anzahl der parallel zu schaltenden Wechselrichter festgelegt wird, wobei dass Zu- und Abschalten der Wechselrichter softwaremäßig oder hardwaremäßig, beispielsweise über Schaltelemente, erfolgt, da dadurch erreicht wird, dass immer eine ausgeglichene Einspeisung in die einzelnen Phasen des 3-Phasennetzes gegeben ist und somit keine Schieflast, was nur in gewissen Toleranzen erlaubt ist, auftreten kann.

Ein wesentlicher Vorteil wird durch die Maßnahme erreicht, bei der von der zentralen Steuereinheit die Betriebsstunden jedes Wechselrichters aufgenommen, ausgewertet und gespeichert werden, da damit die zentrale Steuereinheit auf die noch zu erwartenden Lebensdauer der einzelnen Wechselrichter rückschließen kann.

Von Vorteil ist, wenn der Master nach den in der zentralen Steuereinheit hinterlegten Betriebsstunden ausgewählt wird, wobei von der zentralen Steuereinheit jener Wechselrichter mit den niedrigsten Betriebsstunden ausgewählt wird, da dadurch eine Erhöhung der Lebensdauer der einzelnen Wechselrichter erreicht wird, da diese nicht immer im Betrieb sind.

Durch die Maßnahmen, dass defekte Wechselrichter von der • · · · · • · · · · ·· · · · • · · ··· · · • ···· · ···· • · · · • · · · ··· · • · · · • · · · • · · « • · · · - 5 -

Steuereinheit erkannt und/oder Störungen von den Wechselrichtern an die Steuereinheit übermittelt werden, worauf diese von der Steuereinheit deaktiviert werden und gleichzeitig ein nicht aktivierter, jedoch funktionstüchtiger und bevorzugt von der Gruppe unabhängiger Wechselrichter festgelegt wird, wird erreicht, dass ein Stillstand der Wechselrichteranlage vermieden wird. Hierbei kann es lediglich passieren, dass weniger Energie in das 3-Phasennetz eingespeist wird, aber dafür ist sichergestellt, dass die Wechselrichteranlage immer arbeitet.

Von Vorteil ist auch, dass bei Ausfall eines Masters von der Steuereinheit ein aktiver oder deaktivierter Slave als neuer Master bestimmt wird, da dadurch immer eine optimale Regelung bzw. Steuerung der Wechselrichteranlage erreicht wird und nicht wie aus dem Stand der Technik bei Ausfall des Masters die Wechselrichteranlage abgeschaltet werden muss.

Durch die Maßnahme, dass für einen Schieflast-Ausgleich der Phasen pro Gruppe eine gleiche Anzahl von Wechselrichtern von der Steuereinheit aktiviert wird, wird erreicht, dass dadurch eine einfache Energieaufteilung der zur Verfügung stehenden Energie für die Einspeisung geschaffen wird.

Es ist aber auch die Maßnahme, dass für einen Schieflast-Aus-gleich der Phase pro Gruppe bei unterschiedlich leistungsmäßig ausgebildeten Wechselrichtern von der Steuereinheit eine gleiche Ausgangsleistung vorgegeben wird, von Vorteil, da dadurch in der Wechselrichteranlage Wechselrichter mit unterschiedlichen Ausgangsleistungen eingesetzt werden können und somit eine Anpassung an die erzeugte Energie, beispielsweise bei einem weiteren Ausbau von Solarmodulen, vorgenommen werden kann.

Weiters wird die Aufgabe der Erfindung auch dadurch gelöst, dass die Wechselrichter modular aufgebaut sind und dass im Schrank oder Gehäuse Einschubplätze in Form eines Racks angeordnet sind, die so miteinander verbunden bzw. verkabelt sind, dass beim Einschieben eines Wechselrichters eine automatische Kontaktierung erfolgt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dadurch ein einfacher Austausch der Wechselrichter vorgenommen werden kann und somit kein Service-Techniker notwendig ist. Der Benutzer kann einfach - 6 -

beim Ausfall eines Wechselrichters diesen aus dem Rack herausziehen und einen neuen Wechselrichter hineinstecken, wodurch die Wechselrichteranlage mit ihrer möglichen Leistung arbeiten kann.

Die Wechselrichteranlage ist zur Steuerung oder Regelung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet. Die Vorteile können hierzu zu den einzelnen Ansprüchen 1 bis 15 entnommen werden.

Weiters ist von Vorteil, wenn der bzw. ein Einschubplatz aus Einschubschienen und einem Steckplatz ausgeführt ist. Somit wird erreicht, dass bereits aus dem Stand der Technik bekannte Systeme eingesetzt werden, wodurch die Kosten für eine derartige Wechselrichteranlage verringert werden können.

Von Vorteil ist eine Ausbildung, bei dem die zentrale Steuereinheit ein Teil im Schrank oder Gehäuse ist oder als Teil eines Wechselrichters vorliegt, da dadurch ein sehr flexibler Aufbau der Anlage erreicht wird, sodass bereits bestehende Wechselrichter in dieser eingesetzt werden können.

Durch eine Ausbildung, bei der in den Wechselrichtern eine Intelligenz bzw. Steuervorrichtung angeordnet ist, wird erreicht, dass jeder Wechselrichter eigenständig von seiner eigenen Intelligenz geregelt wird und somit der Datentransfer auf einen Datenbus verringert wird.

Bei einer Ausbildung, bei der in den Wechselrichtern eine Schnittstelle zur Steuerung über die zentrale Steuereinheit angeordnet ist, wird erreicht, dass am Wechselrichter die eigene Intelligenz entfallen kann und dieser somit kostengünstiger hergestellt werden kann. Auch ist es möglich, dass sowohl Wechselrichter mit eigener Intelligenz und Wechselrichter ohne eigene Intelligenz miteinander eingesetzt werden können.

Auch ist eine Ausbildung möglich, bei der die Wechselrichter in drei Gruppen, also eine Gruppe für eine Phase, zusammengeschaltet sind und zur Bildung der Gruppen die Wechselrichter hardwaretechnisch, beispielsweise durch eine fixe Verkabelung, oder softwaretechnisch, beispielsweise über einen Datenbus, ver- - 7 ·· ·· • · · · « • I · · • · · · • · · · • · ··· · · • · · · · • · ··· · bunden sind. Somit wird erreicht, dass in der Wechselrichteranlage billige Einphasen-Wechselrichter eingesetzt werden können, wobei jeweils ein Wechselrichter in eine Phase des 3-Phasennetzes einspeist.

Bei einer Ausbildung, bei der jeder Gruppe ein Wechselrichter als Master zugeordnet ist und gegebenenfalls weitere notwendige Wechselrichter als Slaves parallel geschaltet sind, wird erreicht, dass die Steuer- und Regelaufgaben auf mehrere Wechselrichter aufgeteilt werden, sodass die in den Wechselrichtern angeordnete Steuervorrichtung leistungsschwächer dimensioniert werden kann.

Von Vorteil ist auch eine Ausbildung, bei der der Steckplatz am Einschubplatz korrespondierend zum Steckplatz am Wechselrichter ausgeführt ist, da dadurch jeder Wechselrichter an jedem Steckplatz eingesetzt werden kann und somit der Benutzer bei einem Tausch keinerlei besondere Kenntnisse benötigt.

Bei der Ausbildung, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, gleichartig in Bezug auf Einschubplätze und Steckplätze ausgeführt sind, wird erreicht, dass jeder Wechselrichter als Master oder auch als Slave eingesetzt werden kann. Somit wird ein sehr flexibler Aufbau der Anlage erzielt, wodurch die Ausfallssicherheit der Analage wesentlich erhöht wurde.

Vorteilhaft ist auch eine Ausbildung, bei der die Wechselrichter mit unterschiedlicher Ausgangsleistung ausgeführt sind, da dadurch eine optimale Anpassung der Wechselrichteranlage an die mögliche zu erzeugende Eingangsleistung vorgenommen werden kann.

Schließlich ist auch eine Ausbildung von Vorteil, bei der jeder Wechselrichter im Schrank od. Gehäuse gleichberechtigt ausgebildet ist und somit als Master und Slave einsetzbar ist, da dadurch von der zentralen Steuervorrichtung jeder Wechselrichter als Master herangezogen werden kann. Damit wird bei einem Defekt des Masters möglich, dass ein anderer Wechselrichter als Master eingesetzt werden kann und somit die Wechselrichteranlage nicht stillsteht. ···· · ·» ·· ·· · · t • · · ··· · · • MM · ···· • · · · • · · · · · · » • · · · • · · · • · · · • · · · - 8 - ”

Die vorliegende Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schrank mit Rack einer erfindungsgemäßen Wechselrichteranlage in schematischer Darstellung in Schrägansicht;

Fig. 2 den Schrank mit Rack einer Wechselrichteranlage in schematischer Darstellung im Aufriss;

Fig. 3 den Schrank mit Rack einer Wechselrichteranlage in schematischer Darstellung in geschnittener Seitenansicht gemäß den Linien II-II in Fig.2;

Fig. 4 einen erfindungsgemäß vorgesehenen Wechselrichter in schematischer Darstellung.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Wechselrichteranlage 1 gezeigt, wobei die Wechselrichteranlage 1 modular aufgebaut ist und beispielsweise in einem Schrank mit einem Rack 2, welches gleichartige Einschubplätze 3 für Wechselrichter 4 und einen Einschubplatz 5 für einer Steuereinheit 6 aufweist, integriert.

Die Einschubplätze 3 und 5 bestehen aus Einschubschienen 7 und Steckplätzen 8, wobei die Steckplätze 8 zur automatischen Kontaktierung beim Einschub der Wechselrichter 4 und der Steuereinheit 6 , welche einen korrespondierenden Steckplatz 9, wie insbesondere in Fig. 4 für den Wechselrichter 4 ersichtlich, aufweisen, dienen. Am hinteren Ende bzw. an der Rückseite des Racks 2 ist eine Verkabelung 10, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, zwischen allen Einschubplätzen 3 und 5, über die Steckplätze 8, ausgeführt. Dadurch ist es möglich, alle Wechselrichter 4 gleicher Bauart, in Bezug auf Einschubplätze 3 und Steckplätze 8 und 9, an einer beliebigen Position, außer jener der zentralen Steuereinheit 6, einzusetzen. Somit kann auch ein defekter Wechselrichter 4 einfach ausgetauscht werden. Hierbei ist es auch möglich, dass nicht alle Einschubplätze 3 mit Wechselrichtern 4 bestückt werden müssen, sondern je nach Leistung der Wechselrichteranlage 1 eine entsprechende Anzahl einge- setzt werden kann.

Weiters sind die Einschubplätze 3 und Steckplätze 8 und 9 unabhängig von der Bauart der Wechselrichter 4 in Bezug auf die Ausgangsleistung ausgebildet, d.h., dass Wechselrichter 4 mit unterschiedlicher Leistung eingesetzt werden können, sodass eine optimale Leistungsanpassung vorgenommen werden kann. Ebenso sind die Einschubplätze 3 mit Anschlussbuchsen 11, welche im Schrank 1 integriert sind und eingangsseitig für Energieerzeuger, wie beispielsweise Solarmodule, bzw. ausgangsseitig für das 3-Pha-sennetz dienen, verkabelt.

Bevorzugt weisen die Wechselrichter 4 eine eigene Intelligenz, also eine eigene Steuervorrichtung 12, wie in Fig. 4 ersichtlich, auf, wobei die Wechselrichter 4 über ein Bussystem untereinander und mit der Steuereinheit 6 verbunden sind. Die Wechselrichter 4 sind somit gleichberechtigt ausgebildet, wodurch jeder Wechselrichter 4 als Master oder Slave eingesetzt werden kann, wie dies nachstehend noch genauer erläutert wird.

Es ist jedoch auch möglich, dass Wechselrichter 4 ohne eigene Intelligenz bzw. Steuervorrichtung 12 eingesetzt werden, wobei sie jedoch über eine Schnittstelle verfügen, um mit dem Bussystem gekoppelt werden zu können. Damit ist es möglich, dass diese Wechselrichter 4 von der Steuereinheit 6 gesteuert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Wechselrichteranlage 1 derart ausgeführt, dass diese mit einphasigen Wechselrichtern 4 ausgestattet wird, die jedoch in ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz Energie einspeisen. Dabei ist die Wechselrichteranlage 1 derart aufgebaut, dass pro Phase eine Gruppe definiert ist, d.h., dass drei Gruppen mit den Wechselrichtern 4 gebildet werden, wobei jede Gruppe in eine Phase des dreiphasigen Wechselspannungsnetzes einspeist.

Die Bildung der drei Gruppen kann hierbei hardwaretechnisch oder auch softwaretechnisch erfolgen. Bei einer hardwaretechnischen Lösung werden über die Verkabelung 10 die Einschubplätze 3 direkt in drei Gruppen aufgeteilt, d.h., dass beispielsweise bei einer Wechselrichteranlage 1 mit 15 Einschubplätze 3 für die Wechselrichter 4, wie dargestellt, die drei Gruppen durch je- weils fünf Wechselrichter 4 gebildet werden, wobei hierzu die Ausgänge der fünf Wechselrichter 4 parallel geschaltet werden. Bei einer derartigen Verkabelung ist eine fixe Zuweisung der Wechselrichter 4 für eine Gruppe gegeben.

Wird hingegen die Wechselrichteranlage 1 durch eine softwaretechnisch Lösung zur Bildung der drei Gruppen aufgebaut, so sind alle Ausgänge der möglichen einzusetzenden Wechselrichter 4, also bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die fünfzehn Wechselrichter 4, parallel geschaltet, wobei hierzu in die Verkabelung 10 steuerbare Schaltelemente zwischengeschaltet oder die Wechselrichter 4 entsprechend ausgebildet werden. Bevorzugt ist die softwaretechnische Lösung, da hierbei die zentrale Steuereinheit 6 über einen Datenbus, welcher auf der Rückseite des Racks 2 die Einschubplätze 3 und 5 bzw. die Steckplätze 8 und 9 und die Steuereinheit 6 miteinander verbindet, die Wechselrichter 4 bzw. die Schaltelemente ansteuern kann und somit eine flexible Gruppenbildung möglich ist. Die hardwaretechnische Lösung setzt eine fixe Verkabelung 10 bzw. sog. DIP-Schalter zur Codierung voraus, wodurch jeder Wechselrichter 4 fest einer Gruppe zugeordnet ist.

Weiters ist der Schrank derart aufgebaut, dass er ein zentrales Kühlsystem für die Wechselrichter 4 und die Steuereinheit 6 aufweist, wobei im Bereich der Aufstandsfläche des Schrankes Ansaugöffnungen angeordnet sind und an der gegenüberliegenden oberen Seite des Schrankes eine zentrale Abluftstutzen angeordnet ist. Um eine Luftströmung zu erreichen, ist ein entsprechender Ventilator angeordnet, sodass im Schrank ein Luftstrom von unten nach oben verursacht wird und somit eine Kühlung der Bauelemente erreicht wird.

Das Wechselrichtersystem bzw. die Wechselrichteranlage 1 dient also für eine individuelle Einspeisung von erzeugter Energie von einphasigen Wechselrichtern 4 in ein 3-Phasennetz. Bevorzugt wird das Wechselrichtersystem für Solarmodule eingesetzt, sodass abhängig von der Sonneneinstrahlung eine Einspeisung in das 3-Phasennetz erfolgt, d.h., je mehr Sonneneinstrahlung, desto mehr Energie bzw. Leistung soll in das 3-Phasennetz eingespeist werden. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die einzelnen Wechsel- richter 4 je nach Bedarf zu kombinieren bzw. parallel zu schalten, wofür von der zentralen Steuereinheit 6 ein sogenannter Master als Wechselrichter 4 definiert wird und alle weiteren Wechselrichter 4 als Slave dienen. Die zentrale Steuereinheit 6 kann beispielsweise in einem Wechselrichter 4 integriert sein oder als eigene Einheit die Wechselrichter 4 steuern, wie dies zuvor für den Aufbau der Wechselrichteranlage 1 beschrieben wurde.

Da bei der erfindungsgemäßen Lösung alle Wechselrichter 4 gleichberechtigt sind und beispielsweise eine eigene Steuervorrichtung 12 aufweisen, kann jeder Wechselrichter 4 als Master oder als Slave eingesetzt werden, wobei der Master jener Wechselrichter 4 ist, welcher als erster Leistung in eine Phase des 3-Phasennetzes einspeist.

Die Entscheidung, welcher Wechselrichter 4 als Master dient, wird von der zentralen Steuereinheit 6 getroffen. Dies erfolgt derart, dass die Wechselrichter 4 ihre Betriebsstunden mitzählen und diese an die zentrale Steuereinheit 6 übermitteln, wobei hierzu fix definierte Zeitpunkte vorgesehen sind oder aber von der Steuereinheit 6 eine Abfrage gestartet wird, worauf die Wechselrichter 4 ihre Betriebsstunden übersenden. Anschließend wird von der Steuereinheit 6 jener Wechselrichter 4, welcher die geringste Summe von Betriebsstunden an die zentrale Steuereinheit gesendet hat und funktionstüchtig ist, als Master definiert. Damit wird erreicht, dass der Betrieb bzw. Einsatz der Wechselrichter 4 annähernd gleich gehalten wird, wodurch die Lebensdauer aller Wechselrichter 4 verlängert wird, d.h., dass die Belastung der Bauelemente im Gesamtsystem verringert wird, da immer verschiedene Wechselrichter 4 als Master eingesetzt werden. Bevorzugt weist jeder Wechselrichter 4 eine Kennung auf, sodass bei einem Austausch eines Wechselrichter 4 von der Steuereinheit 6 erkennen kann, dass nunmehr ein neuer Wechselrichter 4 eingesetzt wurde und somit die Betriebsstunden für diesen Wechselrichter 4 neu abgefragt und gespeichert werden.

Neben den Betriebsstunden werden auch weitere Daten, wie die Eingangsleistung von den am Wechselrichtersystem angeschlossenen Solarmodulen, oder die Ausgangsleistung, welche in das 3-Pha- 12 « · · • · * • · · • 9 · • « · • « • · • · ··· ·· · ·

• ··· · 9 9 sennetz gespeist wird, von der zentralen Steuereinheit 6 aufgenommen, ausgewertet und gespeichert. Weiters werden von der zentralen Steuereinheit eventuelle Störungen bzw. Fehlermeldungen der Wechselrichter 4 empfangen, wodurch die zentrale Steuereinheit den Status der Wechselrichter 4, ob funktionstüchtig oder defekt oder ob (wie häufig) Störungen bzw. Fehlermeldungen von einem Wechselrichter 4 gesendet werden, abspeichern kann. Jedoch bedeutet nicht jede Störmeldung bzw. Fehlermeldung, dass ein Wechselrichter 4 defekt ist und nicht eingesetzt werden kann. Dabei wird von der Steuereinheit 4 aufgrund der Störungsmeldung, insbesondere eines übersandten Störungscodes, festgelegt, ob der Wechselrichter 4 eingesetzt wird oder nicht.

Wird jedoch beispielsweise von der zentralen Steuereinheit 6 erkannt, dass der Master defekt ist, wird automatisch von der Steuereinheit 6 ein funktionierender, aktiver oder deaktiver Slave als neuer Master definiert. Jeder funktionierende Wechselrichter 4, ob aktiv oder inaktiv, kann einen defekten Wechselrichter 4, bevorzugt unabhängig von der Gruppe, ersetzen. Somit ist ein Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Wechselrichtersystemen darin gegeben, dass bei der erfindungsgemäßen Lösung bei Ausfall des Master die Wechselrichteranlage 1 weiter betriebsbereit ist bzw. betrieben wird, wogegen beim Stand der Technik durch den Ausfall des Masters die gesamte Anlage still steht. Da eine Vielzahl von Wechselrichtern 4 im Schrank angeordnet ist, ist es somit fast unmöglich, dass die Wechselrichteranlage 1 total ausfällt. Wird nämlich ein Wechselrichter 4 defekt, so sind noch genügend weitere Wechselrichter 4 vorhanden, die bis zum Eintreffen eines Ersatz-Wechselrichters 4 eingesetzt werden können. Der defekte Wechselrichter 4 kann anschließend aufgrund des modularen Aufbaus vom Benutzer einfach aus dem Einschubplatz 3 herausgezogen und durch Einschieben eines neuen Wechselrichters 4 ersetzt werden.

Wird von den am Wechselrichtersystem angeschlossenen Energieerzeugern, wie beispielsweise Solarmodulen, Windrädern, usw., Energie produziert, so wird ein Wechselrichter 4 aktiv und versorgt die zentrale Steuereinheit 6, wodurch der Betrieb der Wechselrichteranlage 1 aufgenommen wird. Durch die Steuereinheit 6 wird anschließend der Wechselrichter 4 mit den geringsten Betriebsstunden, also der Master, bestimmt, welcher als erster die produzierte Energie in eine Phase des 3-Phasennetz einspeist. Gleichzeitig werden zwei weitere Wechselrichter 4 für die weiteren Phasen aktiviert, sodass in allen Phasen gleichzeitig eine gleiche Einspeisung erfolgt, d.h., dass für den Minimalbetrieb der Wechselrichteranlage 1 für die Einspeisung ins Netz drei Wechselrichter 4 aktiv sind, wobei die anstehende Eingangsleistung auf die drei Wechselrichter 4 aufgeteilt wird.

Es ist aber auch möglich, dass zuerst nur der Master aktiviert wird, der in eine Phase des 3-Phasennetzes einspeist. Steigt die Eingangsleistung so weit an, dass ein zusätzlicher Wechselrichter 4 aktiviert werden kann, dann wird von der Steuereinheit 6 ein weiterer Wechselrichter 4 für die nächste Phase des 3-Pha-sennetzes aktiviert. Bei weiter steigender Eingangsleistung wird wiederum der nächste Wechselrichter 4 aktiviert, sodass somit in jede Phase des 3-Phasennetzes eingespeist wird. Sind also an jeder Phase des 3-Phasennetzes Wechselrichter 4 aktiviert, so wird bei weiter steigender Eingangsleistung nunmehr für jede Phase ein Wechselrichter 4 dazugeschaltet, d.h., dass nach dem erstmaligen einzelnen Dazuschalten eines Wechselrichters 4 pro Phase anschließend immer drei Wechselrichter 4, also ein Wechselrichter 4 für jede Phase, aktiviert werden. Dies kann solange fortgesetzt werden, bis alle Wechselrichter 4 der Wechselrichteranlage 1 aktiviert sind.

Steigt die Eingangsleistung weiterhin, werden von der Steuereinheit 6 ein oder mehrere Slaves pro Gruppe dazugeschaltet, sodass immer gleich viele Wechselrichter 4 pro Gruppe am Dreiphasennetz hängen. Dies erfolgt dadurch, dass die Steuereinheit 6, wie bereits erwähnt, ständig über die Eingangsleistung und Ausgangsleistung vom Master informiert wird und somit aufgrund von vorgegebenen einstellbaren Sollwerten erkennt, dass in naher Zukunft die aktiven Wechselrichter 4 die Eingangsleistung nicht mehr verarbeiten können. Deshalb wird von der Steuereinheit 6 ein weiterer Slave pro Gruppe mit den nächst geringsten Betriebsstunden dazugeschaltet, welcher den Arbeitspunkt MPP für die eigenständige Regelung vom Master erhält, wodurch die Eingangsleistung aufgeteilt wird und der 14 14 ···· ···· • · • · • · • ·

Wirkungsgrad erhöht bzw. optimiert wird. Sinkt die Eingangsleistung hingegen, so werden von der Steuereinheit 6 ein oder mehrere Slaves pro Gruppe abgeschaltet und die noch aktiven Wechselrichter 4 übernehmen die Ausgangsleistung vom abgeschalteten Slave. Es werden dabei jene Wechselrichter 4 abgeschaltet, welcher die höchsten Betriebsstunden haben, da jedoch keiner der Master sind. Dadurch wird vermieden, dass ein Wechselrichter 4 unnötig aktiv ist, und somit erreicht, dass die Wechselrichteranlage 1 immer mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad arbeitet.

Das Zu- bzw. Abschalten eines Wechselrichters 4 kann beispielsweise softwaremäßig über einen Datenbus, an den jeder Wechselrichter 4 angeschlossen ist, oder hardwaremäßig über eine fixe Verkabelung bzw. ein Schalterelement, welches von der Steuereinheit 6 geregelt wird, erfolgen, wie dies zuvor schon beschreiben wurde. Durch das Zu- bzw. Abschalten eines Wechselrichters 4 pro Gruppe wird erreicht, dass immer die gleiche Ausgangsleistung pro Phase in 3-Phasennetz eingespeist wird, wodurch eine Schieflast der Phasen vermieden bzw. die erlaubte Toleranz nicht überschritten wird. Das Zu- bzw. Abschalten eines Wechselrichters 4 pro Gruppe ist nur dann nötig, wenn alle Wechselrichter 4 eines Wechselrichtersystems die gleiche Ausgangsleistung aufweisen, wie dies in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Werden Wechselrichter 4 mit unterschiedlicher Ausgangsleistung verwendet, ist es nicht zwingend erforderlich, pro Gruppe einen Wechselrichter 4 zu-bzw. abzuschalten, sondern es muss lediglich sicher gestellt werden, dass in jede Phase des 3-Phasennetzes die gleich Leistung eingespeist wird, d.h., dass beispielsweise auf der ersten und zweiten Phase jeweils ein Wechselrichter 4 mit 9kW arbeitet, wogegen auf der dritten Phase drei Wechselrichter 4 mit jeweils 3kW eingesetzt werden. Sinkt anschließend die Eingangsleistung ab, sodass nicht mehr die vollständige Ausgangsleistung eingespeist werden kann, so werdend die ersten beiden Wechselrichter 4 derart geregelt, dass diese nur mehr 6kW einspeisen, und auf der dritten Phase wird ein Wechselrichter 4 abgeschaltet. Somit ist wiederum sicher gestellt, dass keine Schieflast bei der Einspeisung entsteht. 15 15 ···· · ·· ·· » · ♦ • · • ···· • · ······· · • · · · t « · ··· » · · « · ···· • · · · · · • t ·· ··· · ···

Die Steuerung der Ausgangsleistung kann dabei auf unterschiedliche Arten erfolgen. Einerseits wird die Steuerung vom Master vorgenommen, wobei hierzu der Master an alle weiteren aktiven Wechselrichter 4, also an die Slaves, den Sollwert vorgibt. Andererseits kann die Steuerung auch über die Steuereinheit 6 erfolgen, wobei hierzu vom Master die entsprechende Eingangsleistung und Ausgangsleistung übersandt wird, worauf von der Steuereinheit 6 ein Sollwert für die Ausgangsleistung festgelegt wird, der an alle Wechselrichter 4, also an Master und Slaves, gesandt wird. Die Regelung auf den vorgegebenen Sollwert wird von jedem Wechselrichter 4 selbstständig durchgeführt.

Es ist auch möglich, dass von der zentralen Steuereinheit 6 nicht nur ein Master, sondern ein Master pro Gruppe bestimmt wird. In diesem Fall wird der Arbeitspunkt nicht von einem Master an die Slaves weitergegeben, sondern die Steuereinheit 6 empfängt die Arbeitspunkte der Master und wertet diese aus.

Jener ausgewertete Arbeitspunkt, welcher für den Wirkungsgrad des Wechselrichtersystems am effektivsten ist, wird dann von der Steuereinheit 6 an die Master und in weiterer Folge an die Slaves weitergegeben. Somit regeln drei Master drei Gruppen, wobei die drei Master wiederum von der Steuereinheit 6 geregelt werden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, gilt auch hier die Ausfallredundanz, Bestimmung des Masters, Vermeidung der Schieflast usw.

Die Art und Weise, wie die Steuerung der Wechselrichteranlage 1 erfolgt, kann dabei vom Hersteller bestimmt oder aber auch vom Benutzer über die Steuereinheit 6 definiert werden. Grundsätzlich ist hierzu noch zu erwähnen, dass die Steuereinheit 6 eine Eingabe- und Ausgabevorrichtung, insbesondere Tasten, Schalter, Drehgeber, LCD-Anzeige, usw., aufweist, über die der Benutzer eine individuelle Anpassung vornehmen kann bzw. über die Ausgabevorrichtung sämtliche Daten, wie die Istwerte und Sollwerte der Eingangsleistung und/oder der Ausgangsleistung, die Betriebsstunden der einzelnen Wechselrichter, die aufgetretenen Störungen usw., ablesen kann.

Claims

- 16 - ·· ·· • • ···· • • · ♦ » • · • · • • · • · • • · ··· • • · • ♦ • »··· ♦ • • · • · • • · ·· ·· • ··· Patentansprüche: 1. Wechselrichtersystem zum Einspeisen in ein 3-Phasennetz, in dem mehrere Wechselrichter und eine Steuereinheit je nach Bedarf parallel geschaltet werden und ein Wechselrichter als Master und die weiteren Wechselrichter als Slave definiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einphasig ausgebildeten Wechselrichter in drei Gruppen, also für jede Phase eine Gruppe, aufgeteilt werden, und die Auswahl des Masters durch einen oder mehreren Wechselrichter oder eine separate, zentrale Steuereinheit nach hinterlegten Kriterien, insbesondere nach Betriebsstunden der Wechselrichter, durchgeführt wird, wobei die weiteren eventuell parallel geschalteten Wechselrichter als Slaves gesteuert bzw. geregelt werden und der Master den Slaves Sollwerte, insbesondere einen Arbeitspunkt, vorgibt.
2. Wechselrichtersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, redundant, gleichberechtigt und gleichartig aufgebaut sind und dass die Steuerung bzw. Regelung für die Energieeinspeisung in eine Phase des 3-Phasennetzes von einer in den Wechselrichtern integrierten Intelligenz, also einer Steuervorrichtung, durchgeführt wird.
3. WechselrichterSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, redundant, gleichberechtigt und gleichartig aufgebaut sind und dass die Steuerung bzw. Regelung der Wechselrichter für die Energieeinspeisung in eine Phase des 3-Phasennetzes von der zentralen Steuereinheit gesteuert wird.
4. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der zentralen Steuereinheit pro Gruppe ein Master bestimmt wird.
5. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zentralen Steuereinheit die verschiedensten Daten, wie Betriebsstunden, Eingangsleistung, Ausgangsleistung, Störungen, usw., erfasst, ausgewertet und gespeichert werden. • ···· · • · · • « ··· · · ·♦·· · ···# • · · ·· ·· • · · · • · · · • « · · • · · · ·· ·· - 17 -
6. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der zentralen Steuereinheit die verschiedensten Sollwerte für die Regelung festgelegt werden und an den oder die Master übersandt werden.
7. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, Messdaten, insbesondere Istwerte der Eingangsleistung, Ausgangsleistung, usw., an die Steuereinheit übersenden.
8. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinheit die Anzahl der parallel zu schaltenden Wechselrichter festgelegt wird, wobei dass Zu- und Abschalten der Wechselrichter softwaremäßig oder hardwaremäßig, beispielsweise über Schaltelemente, erfolgt.
9. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der zentralen Steuereinheit die Betriebsstunden jedes Wechselrichters aufgenommen, ausgewertet und gespeichert werden.
10. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Master nach den in der zentralen Steuereinheit hinterlegten Betriebsstunden ausgewählt wird, wobei von der zentralen Steuereinheit jener Wechselrichter mit den niedrigsten Betriebsstunden ausgewählt wird.
11. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass defekte Wechselrichter von der Steuereinheit erkannt und/oder Störungen von den Wechselrichtern an die Steuereinheit übermittelt werden, worauf diese von der Steuereinheit deaktiviert werden und gleichzeitig ein nicht aktivierter, jedoch funktionstüchtiger und bevorzugt von der Gruppe unabhängiger Wechselrichter festgelegt wird.
12. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines - 18 9 9999 9 9 9 9 9 9 999 ► 9 9 9 • 9 99 9 9 999 9 9 9999 99999 9 9 9 9 999 9 Masters von der Steuereinheit ein aktiver oder inaktiver Slave als neuer Master bestimmt wird.
13. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Schief-last-Ausgleich der Phasen pro Gruppe eine gleiche Anzahl von Wechselrichtern von der Steuereinheit aktiviert wird.
14. Wechselrichtersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Schieflast-Aus-gleich der Phase pro Gruppe bei unterschiedlich leistungsmäßig ausgebildeten Wechselrichtern von der Steuereinheit eine gleiche Ausgangsleistung vorgegeben wird.
15. Wechselrichteranlage für ein 3-Phasennetz, bestehend aus einem Schrank oder Gehäuse, in dem mehrere Wechselrichter und eine Steuereinheit angeordnet sind, wobei die Verkabelung für das Zusammenschalten der Wechselrichter und der Steuereinheit sowie Anschlussbuchsen für einen Energieerzeuger, insbesondere für Solarmodule, eingangsseitig und ausgangsseitig für das 3-Phasennetz im Schrank integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter modular aufgebaut sind und dass im Schrank oder Gehäuse Einschubplätze in Form eines Racks angeordnet sind, die so miteinander verbunden bzw. verkabelt sind, dass beim Einschieben eines Wechselrichters eine automatische Kontaktierung erfolgt.
16. Wechselrichteranlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichteranlage zur Steuerung oder Regelung nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
17. Wechselrichteranlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschubplatz aus Einschubschienen und einem Steckplatz ausgeführt ist.
18. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit ein Teil im Schrank oder Gehäuse oder als Teil eines Wechselrichters ausgeführt ist. • · ····t ♦ · · « · • « « ··· · « • ···· · «··· • · » t ··· » ··· · ·· ·· • · · ♦ • · · · • · · « • · · · ·· ·· - 19 -
19. Wechselrichteranlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wechselrichtern eine Intelligenz bzw. Steuervorrichtung angeordnet ist.
20. Wechselrichteranlage nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wechselrichtern eine Schnittstelle zur Steuerung über die zentrale Steuereinheit angeordnet ist.
21. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter in 3 Gruppen, also eine Gruppe für eine Phase, zusammengeschaltet sind.
22. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Gruppen die Wechselrichter hardwaretechnisch, beispielsweise durch eine fixe Verkabelung, oder softwaretechnisch, beispielsweise über einen Datenbus, verbunden sind.
23. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gruppe ein Wechselrichter als Master zugeordnet ist und ev. weitere notwendige Wechselrichter als Slaves parallel geschaltet sind.
24. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckplatz am Einschubplatz korrespondierend zum Steckplatz am Wechselrichter ausgeführt ist.
25. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter, also Master und Slave, gleichartig in Bezug auf Einschubplätze und Steckplätze ausgeführt sind.
26. Wechselrichteranlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter mit unterschiedlicher Ausgangsleistung ausgeführt sind.
27. Wechselrichteranlage nach einem oder mehreren der Ansprüche ···· · ·« ·· ·· · · · • · · ··· · · • ···· · ···· • · · · ··· · ··· · • · · · • · · · • · · · • · · · ·· ·· - 20 - 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wechselrichter im Schrank od. Gehäuse gleichberechtigt ausgebildet ist und somit als Master und Slave einsetzbar ist.