AT514384B1 - Wechselrichter mit Programmierschnittstelle - Google Patents

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AT514384B1
AT514384B1 ATA411/2013A AT4112013A AT514384B1 AT 514384 B1 AT514384 B1 AT 514384B1 AT 4112013 A AT4112013 A AT 4112013A AT 514384 B1 AT514384 B1 AT 514384B1
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Abstract

Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer Wechselrichtersteuerung, die an eine Programmierschnittstelle des Wechselrichters angeschlossen ist, über die Wechselrichter-Softwarekomponenten nachladbar sind.

Description

Beschreibung
WECHSELRICHTER MIT PROGRAMMIERSCHNITTSTELLE [0001] Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit einer Programmierschnittstelle und insbesondere einen Wechselrichter für eine Photovoltaikanlage.
[0002] Wechselrichter - auch Inverter genannt - sind Vorrichtungen, welche eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandeln. Wechselrichter werden vor allem in Photovoltaikanlagen eingesetzt, um den von Photovoltaikmodulen erzeugten Gleichstrom in einen ein- oder mehrphasigen Wechselstrom umzuwandeln. Weitere Anwendungsgebiete für Wechselrichter sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Frequenzumrichter oder Beleuchtungseinrichtungen. In Photovoltaikanlagen werden unterschiedliche Wechselrichter eingesetzt, die sich nicht nur in ihrer Funktionsweise, sondern auch in ihrer Nennleistung unterscheiden. Jeder Wechselrichter ist für einen bestimmten Leistungsbereich geeignet. Vor allem die AC- und DCNennleistung sind für die Funktionsweise des Wechselrichters von Bedeutung. In einer Photovoltaikanlage können eine Vielzahl von Solarmodulen zueinander in Reihe geschaltet werden und auf diese Weise einen Strang bzw. String von Solarmodulen bilden. Bei kleineren Photovoltaikanlagen, die relativ wenige Solarmodule aufweisen, werden Solarmodule in Reihe geschaltet und an einen zentralen Wechselrichter angeschlossen. Bei größeren Photovoltaikanlagen kommen sogenannte Stringwechselrichter zum Einsatz.
[0003] Weiterhin unterscheiden sich Wechselrichter hinsichtlich ihres Wirkungsgrades. Damit eine Photovoltaikanlage in einem maximalen Leistungsbereich arbeitet, d.h. so viel elektrischen Strom wie möglich produziert, kann zusätzlich ein sogenannter MPP-Tracker (MPP: Maximum Power Point) in dem Wechselrichter integriert sein. Die von einer Photovoltaikanlage gelieferte Leistung variiert im Tagesverlauf abhängig von Umweltfaktoren, wie beispielsweise Sonneneinstrahlung, Temperatur und Verschattung der Solarmodule. Der in dem Wechselrichter integrierte MPP-Tracker führt dabei eine Selbstjustierung des Wechselrichters für eine maximale Stromausbeute bzw. bestmögliche Funktion des Wechselrichters durch, indem er die Spannung laufend anpasst.
[0004] Wechselrichter können je nach Implementierung Wechselspannungen mit unterschiedlicher Form liefern, insbesondere eine rechteckförmige Spannung, eine trapezförmige Spannung oder eine sinusförmige Spannung.
[0005] Der schaltungstechnische Aufbau und die von den verschiedenen Wechselrichtern der Photovoltaikanlage bereitgestellten Funktionen können somit variieren.
[0006] Manche herkömmliche Wechselrichter verfügen auch über Daten- Schnittstellen, die es erlauben, Photovoltaikanlagedaten aus dem Wechselrichter auszulesen und weiterzuverarbeiten.
[0007] Beispielsweise sind herkömmliche Wechselrichter mit einer RS232- oder RS422-DatenSchnittstelle ausgerüstet, die es ermöglichen, Daten mit einer einstellbaren Baudrate aus dem Wechselrichter auszulesen. An die serielle Daten-Schnittstelle des Wechselrichters kann beispielsweise ein PC zur Datenauswertung angeschlossen werden.
[0008] Bei manchen herkömmlichen Hardwareperipheriegeräten ist ein Prüfen und Updaten von Softwarekomponenten möglich, wie in der US6357021B1 beschrieben. Diese Updates werden beispielsweise über eine USB-Verbindung oder über einen Host-PC durchgeführt.
[0009] Die Druckschrift W02005117136A2 beschreibt Photovoltaikanlagen mit mehreren Wechselrichtern, wobei zumindest bei einem der Wechselrichter eine Datenschnittstelle vorhanden ist und alle Wechselrichter in der Photovoltaikanlage datentechnisch miteinander verbunden sind.
[0010] Weiters ist von der AT208104A1 ein Verfahren zum Durchführen von Software-Updates an einem von mehreren über eine Datenschnittstelle verbundene Wechselrichter bekannt.
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Patentamt
Diese Software-Updates werden über ein USB-Massenspeichergerät durchgeführt.
[0011] Wie aus der W02006086809A1 bekannt ist werden bei manchen Wechselrichtern Software-Updates für ein ausgelegtes Steuergerät durchgeführt. Diese Updates werden auch übermittelt, wenn das Steuergerät keine permanente elektronische Energieversorgung hat. Zusätzlich kann die DE202013001611U1 neben der Übertragung auch eine Abfrage der Software in der Steuereinheit durchführen und zyklische oder ausgelöste Updates durchführen.
[0012] Diese herkömmlichen Wechselrichter haben eine darin integrierte Wechselrichtersteuerung, die während des Betriebs des Wechselrichters eine vorgegebene Steuerungssoftware ausführt. Die Steuerungssoftware ist dabei fest implementiert, um die Hauptfunktionen des Wechselrichters bereitzustellen. Der herkömmliche Wechselrichter setzt daher eine Standardwechselrichtersteuerungssoftware ein, die nicht auf die individuelle Konfiguration der jeweiligen Anlage abgestimmt ist und die keine von dem jeweiligen Anwender gewünschten individuellen Zusatzfunktionen bereitstellen kann.
[0013] Allgemein beschreibt die US2011/138377 ein System und Verfahren zur Überwachung von Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien.
[0014] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselrichter für eine Anlage zu schaffen, der es ermöglicht, den Funktionsumfang des Wechselrichters in einfacher Weise an die individuellen Erfordernisse der Anlage und/oder des Anlagenbetreibers anzupassen.
[0015] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wechselrichter mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
[0016] Die Erfindung schafft demnach einen Wechselrichter zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, wobei der Wechselrichter eine Wechselrichtersteuerung aufweist, die eine Programmierschnittstelle zur Verfügung stellt, über welche WechselrichterSoftwarekomponenten nachladbar sind, wobei die Programmschnittstelle mit einem durch das Internet gebildeten Datennetzwerk zum Nachladen der Wechselrichter- Softwarekomponenten von einem Server verbunden ist, wobei die über die Programmierschnittstelle nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Sicherheit überprüft wird und in einem Programmspeicher des Wechselrichters geladen wird, sofern sie als zulässig und sicher eingestuft wird.
[0017] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters ist die Programmierschnittstelle mit einer Leseeinheit zum Auslesen der Wechselrichter-Softwarekomponenten von einem Datenträger verbunden.
[0018] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene WechselrichterSoftwarekomponente hinsichtlich der Gültigkeit eines Zertifikates der Wechselrichter-Softwarekomponente überprüft und sofern das Zertifikat als gültig eingestuft wird, wird die Wechselrichter-Software-Komponente in den Programmspeicher des Wechselrichters geladen.
[0019] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird eine Wechselrichter- Softwarekomponente über eine Nutzerschnittstelle des Wechselrichters ausgewählt und/oder zur Ausführung aufgerufen.
[0020] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters überwacht die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente einen Betriebszustand des Wechselrichters und meldet bei Auftreten eines bestimmten Betriebszustandes des Wechselrichters diesen Betriebszustand in einem in der jeweiligen Wechselrichter-Softwarekomponente festgelegten Datenformat und/oder Datenübertragungsprotokoll an einen Knoten eines Datennetzwerkes an dem der Wechselrichter angeschlossen ist.
[0021] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird durch die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene Wechsel2/14
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Patentamt richter-Softwarekomponente eine in dem Wechselrichter implementierte Funktionalität freigeschaltet.
[0022] Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters hat die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente Zugriff auf lokal bei dem jeweiligen Wechselrichter verfügbare Daten, insbesondere auf lokal verfügbare Sensor- bzw. Messdaten.
[0023] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters hat die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene WechselrichterSoftwarekomponente Zugriff auf global in dem Datennetzwerk verfügbare Daten, insbesondere Anlagendaten sowie Mess- bzw. Sensordaten der jeweiligen Anlage.
[0024] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene WechselrichterSoftwarekomponente in einer Sandbox-Umgebung durch einen Interpreter interpretiert.
[0025] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters wird die über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters nachgeladene WechselrichterSoftwarekomponente in einer Sandbox-Umgebung als Maschinencode ausgeführt.
[0026] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung schafft die Erfindung eine Photovoltaikanlage mit den in Patentanspruch 9 angegebenen Merkmalen.
[0027] Die Erfindung schafft demnach eine Photovoltaikanlage mit mindestens einem Wechselrichter, der zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung vorgesehen ist, wobei der Wechselrichter eine Wechselrichtersteuerung besitzt, die an eine Programmierschnittstelle des Wechselrichters angeschlossen ist, über die Wechselrichter-Softwarekomponenten nachladbar sind, wobei die Photovoltaikanlage ferner mindestens ein Photovoltaikmodul aufweist, das eine Gleichspannung liefert, die durch den Wechselrichter in eine Wechselspannung umgewandelt wird, welche der Wechselrichter in ein Spannungsversorgungsnetzwerk einspeist.
[0028] Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage stellt die Programmierschnittstelle eines Wechselrichters der Photovoltaikanlage automatisch eine Datenverbindung zu einer vorkonfigurierten Netzwerkadresse eines Servers des Datennetzwerkes her, welcher die Wechselrichter-Softwarekomponenten zum Nachladen durch den jeweiligen Wechselrichter bereitstellt.
[0029] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage wird über die Programmierschnittstelle des Wechselrichters automatisch ein Wechselrichtertyp und/oder eine Wechselrichteridentität und/oder ein Wechselrichterstandort des jeweiligen Wechselrichters über das Datennetzwerk an den Server zum Bereitstellen von dafür geeigneten Wechselrichter-Softwarekomponenten übertragen.
[0030] Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wechselrichters unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
[0031] Es zeigen:
[0032] Fig. 1 [0033] Fig. 2 [0034] Fig. 3 ein Blockschaltbild einer einfachen Photovoltaikanlage, die einen Wechselrichter gemäß der Erfindung aufweist;
ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters;
eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters.
[0035] Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, kann ein Wechselrichter 1 gemäß der Erfindung in einer Photovoltaikanlage 2 eingesetzt werden. Die Photovoltaikanlage 2 besitzt Solarmodule 3, die in einem oder mehreren Strings parallel verschaltet sein können und die einen Gleichstrom
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DC bzw. eine Gleichspannung liefern, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Wechselrichter 1 wandelt die Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom AC um und speist den erzeugten Wechselstrom AC beispielsweise über einen Einspeisezähler 4 in ein Stromversorgungsnetzwerk 5 ein. Bei dem Wechselrichter 1 kann es sich um einen fremdgeführten bzw. netzgeführten Wechselrichter handeln, der dazu vorgesehen ist, elektrische Energie von der Gleichspannungsseite in das Wechselstromnetz einzuspeisen.
[0036] Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Wechselrichter 1 auch dazu ausgelegt, in umgekehrter Richtung Energie aus dem Stromversorgungsnetz 5 zu beziehen und in Gleichspannung umzuwandeln. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Wechselrichter 1 ferner dazu ausgelegt, bei auftretenden Netzstörungen diese zu erkennen und die PhotovoltaikAnlage 2 zumindest teilweise abzuschalten. Auf diese Weise werden Überspannungen in einem abgeschalteten Netzabschnitt vermieden. Anstatt Solarmodulen kann die Anlage 2 beispielsweise auch Brennstoffzellen oder dergleichen aufweisen, die eine Gleichspannung liefern. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen netzgeführten Wechselrichter 1. Alternativ kann der Wechselrichter 1 auch ein selbstgeführter Wechselrichter sein, der über selbstabschaltbare Stromventile, beispielsweise Transistoren oder IGBTs, verfügt, die von einem Taktsignal an- und ausgeschaltet werden, welches von einem Taktgeber des Wechselrichters 1 lokal erzeugt wird.
[0037] Der in Fig. 1 dargestellte Wechselrichter 1 kann einen einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom erzeugen und in das Stromversorgungsnetzwerk 5 einspeisen. Die Signalform des erzeugten Wechselstroms kann variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform ist der erzeugte Wechselstrom sinusförmig.
[0038] Der Wechselrichter 1 weist, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Programmierschnittstelle 6 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an ein Datennetzwerk 7 angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen der Programmierschnittstelle 6 und dem Datennetzwerk 7 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, drahtgebunden sein. Alternativ ist auch eine drahtlose Verbindung zwischen dem Datennetzwerk 7 und der Programmierschnittstelle möglich. Das Datennetzwerk 7 kann ein lokales Datennetzwerk bzw. ein Local Area Network einer Anlage, insbesondere einer Industrieanlage, sein. Weiterhin kann es sich bei dem Datennetzwerk 7 um ein weitläufiges Netzwerk oder um einen Verbund von Netzwerken handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform wird das Datennetzwerk 7 durch das Internet gebildet. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann an einem Knoten des Datennetzwerkes ein Endgerät bzw. ein Terminal 8 angeschlossen sein, das von einem Nutzer bzw. Anwender der Anlage 2 bedient werden kann. Bei einer möglichen Ausführungsform weist der Wechselrichter 1 selbst eine Nutzerschnittstelle, beispielsweise ein Graphical User Interface GUI 9, auf. Neben dem Endgerät 8 ist an das Datennetzwerk 7 ein Server 10 angeschlossen, der Zugriff auf eine Datenbank 11 hat. In dieser Datenbank 11 können sich eine Vielzahl unterschiedlicher Wechselrichter- Softwarekomponenten befinden, die von einem Anwender bzw. Nutzer der Anlage 2 nach Bedarf über die Programmierschnittstelle 6 in den Wechselrichter 1 geladen werden können. Bei einer möglichen Ausführungsform verfügt der Wechselrichter 1 bei seiner Auslieferung über eine Grundausstattung von Softwarekomponenten, um Basisfunktionen bzw. Hauptfunktionen innerhalb der Anlage 2 auszuführen. Diese Basissoftware des Wechselrichters 1 kann in einem Programmierspeicher des Wechselrichters 1 abgelegt sein. Über die Programmierschnittstelle 6 des Wechselrichters 1 ist es möglich, die Haupt- bzw. Basisfunktionen des Wechselrichters 1 mit individuellen Zusatzfunktionen zu erweitern, um der individuellen Konfiguration der Anlage 2 und/oder den Bedürfnissen des Anwenders zu entsprechen. Die Wechselrichter-Softwarekomponenten, welche sich beispielsweise in der Datenbank 11 des Servers 10 befinden, können dabei von Endanwendern verschiedener Anlagen 2, insbesondere von Anwendern von Photovoltaikanlagen, oder von Dritten entwickelt und an den Server 10 zur Speicherung in seiner Datenbank 11 übertragen werden. Beispielsweise können Wechselrichter-Softwarekomponenten von einem Betreiber einer Photovoltaikanlage an dem Terminal 8 der Photovoltaikanlage 2 generiert werden und über das Datennetzwerk 7 an den Server 10 zur Speicherung in der Datenbank 11 übertragen werden. Weiterhin ist es möglich, dass ein Hersteller des Wechselrichters 1 für unterschiedliche Typen der von ihm
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Patentamt hergestellten Wechselrichtern 1 zugehörige geeignete Wechselrichter- Softwarekomponenten für unterschiedliche Zusatzfunktionen erzeugt und in der Datenbank 11 zum Laden bereitstellt. Weiterhin ist es möglich, dass jeder Wechselrichter 1 über eine individuelle Wechselrichteridentität bzw. Wechselrichterkennzeichnung verfügt, für die jeweils geeignete Wechselrichter- Softwarekomponenten in dem Datenspeicher 11 gespeichert werden. Die in der Datenbank 11 gespeicherten Wechselrichter- Softwarekomponenten stammen somit von einem Hersteller des Wechselrichters 1 oder der Photovoltaikanlage 2 sowie von Anwendern bzw. Nutzern der Anlage 2 oder von Dritten, beispielsweise Ingenieurbüros oder dergleichen.
[0039] Für einen Nutzer der Anlage 2 besteht die Möglichkeit, über die Nutzerschnittstelle 9 des Wechselrichters 1 eine Eingabe zu machen, um eine gewünschte Wechselrichter-Softwarekomponente auszuwählen und in dem jeweiligen Wechselrichter 1 zur sofortigen oder späteren Ausführung nachzuladen. Alternativ kann die gewünschte Wechselrichter-Softwarekomponente auch über das Terminal 8 der Anlage 2 ausgewählt bzw. selektiert werden. Die generierte Wechselrichter-Softwarekomponentenanforderung wird über das Datennetzwerk 7 an den Server 10 übermittelt. Dabei wird vorzugsweise zusätzlich eine Identitätsinformation hinsichtlich des anfordernden Wechselrichters 1 und/oder der Anlage 2 mit übertragen. Die Identität des Wechselrichters 1 und/oder der Photovoltaikanlage 2 wird seitens des Servers 10 überprüft bzw. verifiziert. Der Server 10 kann beispielsweise vom Hersteller von Wechselrichtern 1 und/ oder Photovoltaikanlagen 2 betrieben werden. Beispielsweise kann der Hersteller ein Serviceportal für eine Bibliothek bzw. Sammlung von Wechselrichter- Softwarekomponenten betreiben.
[0040] Um die Sicherheit und Betriebsbereitschaft der Anlage 2 zu gewährleisten, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform die über die Programmierschnittstelle 6 nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente zunächst hinsichtlich ihrer Zulässigkeit und anschließend hinsichtlich ihrer Sicherheit überprüft, wie in Fig. 2 dargestellt. Vor dem Laden einer WechselrichterSoftwarekomponente von dem Server 10 über die Programmierschnittstelle 6 erfolgt zunächst in einem Schritt S1 eine Zulässigkeitsprüfung der jeweiligen Wechselrichter- Softwarekomponente. Beispielsweise weisen Stromversorgungsnetzwerke 5 in unterschiedlichen Ländern unterschiedliche Grundfrequenzen auf. Diese Grundfrequenz liegt beispielsweise in Deutschland oder Österreich bei 50 Hz. In anderen Staaten bzw. Ländern ist die Grundfrequenz des Stromversorgungsnetzwerkes davon abweichend. Hat die Wechselrichter-Softwarekomponente z.B. Einfluss auf die Einstellung der Frequenz der durch den Wechselrichter 1 in das Stromversorgungsnetzwerk 5 eingespeisten Wechselspannung bzw. Wechselstromes AC, kann seitens eines Überprüfungsmoduls des Wechselrichters 1 in dem Schritt S1 geprüft werden, ob die angeforderte Wechselrichter-Softwarekomponente für den jeweiligen Staat bzw. das jeweilige Land, in dem sich das Stromversorgungsnetzwerk 5 befindet, zulässig bzw. geeignet ist. Beispielsweise kann eine Wechselrichter-Softwarekomponente für einen Wechselrichter 1, der sich in den USA befindet, geeignet bzw. zulässig sein, während sie für einen anderen Wechselrichter T, der sich in Deutschland oder Österreich befindet, unzulässig bzw. ungeeignet ist.
[0041] Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 stellt die Programmierschnittstelle 6 des Wechselrichters 1 automatisch eine Datenverbindung zu einer vorkonfigurierten Netzwerkadresse eines Servers 10 des Datennetzwerkes 7 her. Diese Netzwerkadresse kann beispielsweise eine IP-Netzwerkadresse sein oder ein URL (Uniform Resource Locator). Diese Servernetzwerkadresse kann in einem Speicher des Wechselrichters 1 vorkonfiguriert sein, sodass automatisch eine Datenverbindung zu einem bestimmten Server 10 hergestellt wird, von dessen Datenbank 11 die gewünschten Wechselrichter-Softwarekomponenten geladen werden können. Je nach Konfiguration und/oder Standort des Wechselrichters 1 kann eine automatische Verbindung zu einem zugehörigen Server 10 innerhalb des Datennetzwerkes 7 hergestellt werden. Wird beispielsweise der Wechselrichter 1 in einem bestimmten Staat aufgestellt bzw. dorthin geliefert, stellt die Programmierschnittstelle 6 eine Datenverbindung zu der Netzwerkadresse eines Servers 10 her, der Zugriff auf WechselrichterSoftwarekomponenten hat, die für den jeweiligen Staat bzw. für dessen Stromversorgungsnetzwerk 5 geeignet sind.
[0042] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1
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Patentamt erfolgt nach erfolgter Zulässigkeitsprüfung S1 in einem weiteren Schritt S2 eine Sicherheitsprüfung, um festzustellen, ob die nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente einen sicheren Betrieb des Wechselrichters 1 und der Anlage 2 gewährleistet. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 wird die über die Programmierschnittstelle 6 des Wechselrichters 1 nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente hinsichtlich der Gültigkeit eines Zertifikates der Wechselrichter- Softwarekomponente überprüft. Erst wenn die Gültigkeit des Zertifikates erkannt wird, wird die angeforderte Wechselrichter-Softwarekomponente beispielsweise in einem Programmspeicher des Wechselrichters 1 zur sofortigen oder späteren Ausführung geladen. Die nachgeladenen Wechselrichter-Softwarekomponenten bzw. Wechselrichter-Module können Grund- bzw. Basisfunktionen des Wechselrichters 1 erweitern oder ersetzen. Beispielsweise kann durch Zugriff auf zertifizierte Wechselrichter-Softwarekomponenten aus einem einfachen Wechselrichter ein Hybridwechselrichter entstehen. Auch eine Umrüstung auf weiterentwickelte oder andere Gerätetypen des Wechselrichters 1 können durch Nachladen entsprechender zertifizierter Wechselrichter-Softwarekomponenten erfolgen. Die über die Programmierschnittstelle 6 nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente kann beispielsweise eine in dem Wechselrichter 1 bereits implementierte Funktionalität freischalten oder erweitern.
[0043] Sofern die Zulässigkeitsprüfung in Schritt S1 und die Sicherheitsprüfung in Schritt S2 erfolgreich ist, kann eine Ausführung der geladenen Wechselrichter-Softwarekomponenten in Schritt S3 erfolgen, wie in Fig. 2 dargestellt. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die über die Programmier-Schnittstelle 6 des Wechselrichters 1 geladene Wechselrichter-Softwarekomponente durch einen Interpreter interpretiert. Bei einer Ausführungsvariante ist die Programmierschnittstelle 6 in einer eigenen proprietären Programmiersprache programmiert. Bei dieser Ausführungsvariante können daher nur Befehle eingesetzt werden, die dem jeweiligen Interpreter bekannt sind. Andererseits ist sichergestellt, dass nur ein Wechselrichter 1, der über einen entsprechenden Interpreter verfügt, die entsprechende Wechselrichter-Softwarekomponente interpretieren und ausführen kann.
[0044] Bei einer alternativen Ausführungsvariante wird die über die Programmierschnittstelle 6 heruntergeladene Softwarekomponente als Maschinencode und ggf. als Assemblercode ausgeführt. Der Zugriff auf Daten und Steuerungselemente kann hier beispielsweise über eine Bibliothek bzw. Library realisiert werden. Dabei kann die Library einen Großteil der Zulässigkeits- und Sicherheitsprüfung übernehmen. Weiterhin kann die Applikation bzw. Wechselrichter-Softwarekomponente in einem eigenen Shadow-copied-Rootfs abgelegt sein, um das Betriebssystem zu verbergen. Bei einer möglichen Ausführungsform werden beide Varianten kombiniert, um die Sicherheit und Flexibilität des Wechselrichters 1 zu erhöhen. Beispielsweise kann ein PythonScript in einer eigenen Sandbox-Umgebung interpretiert werden.
[0045] Die Wechselrichter-Softwarekomponenten bzw. Wechselrichter- Softwareapplikationen können entweder veröffentlicht oder privat bzw. proprietär eingesetzt werden. Die Veröffentlichung der Wechselrichter-Softwarekomponenten kann beispielsweise über ein Online-Portal des Herstellers erfolgen. Der Nutzer einer Anlage 2, insbesondere einer Photovoltaikanlage, hat die Möglichkeit, über dieses Online-Portal die für seine Anlage 2 geeigneten und seinen Wünschen entsprechenden Wechselrichter-Softwarekomponenten über die Programmierschnittstelle 6 einzuspielen.
[0046] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 weist dieser eine Leseeinheit zum Auslesen von Wechselrichter-Softwarekomponenten von einem Datenträger, beispielsweise einem USB-Stick, auf.
[0047] Im Folgenden ist ein Beispiel für eine Programmierschnittstelle 6 angegeben, wie sie bei einem Wechselrichter 1 gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann:
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Patentamt double OTnsO*OÄniF^ni^ri<^uaitsdtoubi«>::quieTjteN{>.· naaespace Devices ///Cet list of active devlces
Statte void GetList(vrctor«striflg> & aDeviceldUst);
///Query Current Vslues static void QueryCurrwi£tiwerterValucs(£trl.ng eenst aDeviceld, veew-sifttr const* •aSettJffieciuwtwKhenneLs, vecter*double> 4 aSetofValues):
///Inverter stetes emm lnverter_state_t { undetectable > o.
Off - 1, Sleeplng - 2» Standby - 9, starting « A» Slurtdean - S.
RURflfhg « 6, Fault - 7. Throttlad « 8, CönhPault 9 ///Get Inverter State static vold GetState(string canst aDeviceld, inverter_$tate_t & «State):
///Set Inverter State
Static bool 5et$tete(string cxmst «DeviceId, inverterj»tate_t Ccrrst aState):
>
Moeapace Features enue feature~state_,t { Sequi red » 1, //needed
Avftilable ” 2 Disabled - 3, Optional Λ, ForcedOff» 5 class FeaturfBase { public:
FeatureBuse<K )
virtual -FeetureBase()i >
//supported //unsupported //unused //incoapatlble featurejmate_t state;
enun t$p^,t < Base, int, Double virtual typ«_t gptType(){ retur-n SMe;
>
«lass rearureint ; public PeaiturebauH public:
uintSHj: value;
a»tw<w retum Int;
ctotg FMrcnreOonttta ; pab»lg Featwrettaae i
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Patentamt public:
double veiuer type_t g»tType{){ returo Doublt;
>
//Get systcn dapcndend Vtxtures (ieriels, in*, pme« devicetyp. rattngs, pomrstage Features....) ! «Mir void Quury(<trlflg eenst tOcviceld, Int eanst «FtatureQescriptor, FMturvBose * «Feature); j naoespaee Throttle //Power Throttle Functions struct poiRt_t 1
Int throttleValue; int dependtnySource:
tnum threttlejtependtncyjt { None,
I
ΚοιψοηβίΛίη (pims...)
BtMdOnPln, //abhängig von PV !
BasedQnVic. //abhängig vwi Nets
BasebDnTtnpemure, //abbänglg von Trap I SestdOnErternal //abhängig von Externen I >1 «nun thrnttiejRodejC { Statle.
des lt) und wlrt nach neustart von LT nicht reuivtiaiisiert //me Konfiguration gut aauemart tauen
Dynamic //gilt hur für eine gewisse flauer] enun thrortle_type_t { F.
//fahre eine Leistungsitennlinie
CoiFhi, //Fahre eine CosPht Kennlinie
Qrel //Fahre einen relativen Blindanteil struct tnrowle_cowftg_t { tbrattlejeependenäy_t Deoendeaqr; tprottie_BOd*,t Volatil «Statt;
Typt;
Irrt ClMracterlttietlradiant;
Int stertlnseconds;
im ActiveDuratiOn;
//reeutn -t <w faiiur«/not «jpparted or twetoer > ft lt sueceddtd etotlc Int Setftlwottti*_pon'ftg_t oonrt» config, vector<poin^_t> constft aClnart);
Z/return tru» ob BBcceas srtattd bool Bteae#(lnt const* aUirottleid);
[0048] Bei einer möglichen Ausführungsform hat das Interface bzw. die Programmierschnittstelle 6 Zugriff auf alle verfügbaren Anlagen- und Messdaten in dem jeweiligen System. Bei einer möglichen Ausführungsform haben die über die Programmierschnittstelle 6 nachgeladenen Wechselrichter-Softwarekomponenten Zugriff auf lokal bei dem jeweiligen Wechselrichter 1 verfügbare Daten, insbesondere auf Sensor- oder Messdaten des Wechselrichters 1. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform haben die über die Programmierschnittstelle 6 nachgeladenen Wechselrichter-Softwarekomponenten Zugriff auf global in dem Datennetzwerk 7 verfügbare Daten, insbesondere auf Anlagen- und Messdaten, oder auf Daten, die von Webservices bereitgestellt werden.
[0049] Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 werden nur zertifizierte Wechselrichter- Softwarekomponenten, welche die Sicherheitsprüfung in Schritt S2 gemäß Fig. 2 bestehen, in einem integrierten Programmspeicher des Wechselrichters 1 zur Ausführung geladen. Die Zertifizierung der Softwarekomponenten kann beispielsweise durch einen Hersteller des Wechselrichters 1 oder durch eine sonstige Zertifizierungsinstanz geschehen. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die Wechselrichter-Softwarekomponente eine digitale Signatur auf, die mithilfe eines passenden öffentlichen Schlüssels überprüft werden kann. Dieser öffentliche Schlüssel wird von einer vertrauenswürdigen Instanz unterschrieben, damit es möglich ist, seine Echtheit zu verifizieren. Diese signierende Instanz bildet die Zertifizierungsinstanz bzw. Certification Authority CA. Den von der Zertifizierungsinstanz unterschriebenen öffentlichen Schlüssel mit der dazugehörigen digitalen Signatur sowie ggf.
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Patentamt zusätzlichen Parametern bildet das Zertifikat der Wechselrichter- Softwarekomponente. Bei einer möglichen Ausführungsform erstellt und verwaltet ein sogenanntes Trustcenter die Zertifikate sowie dazugehörige Sperrlisten. Das Trustcenter kann auch die Schlüsselgenerierung und die digitalen Signaturen vornehmen. Das Zertifikat wird in der Regel von der Zertifizierungsinstanz erstellt und enthält den öffentlichen Schlüssel des Signierers sowie die Signatur der Zertifizierungsinstanz. Bei einer möglichen Ausführungsform kann der Wechselrichter 1 sowohl zertifizierte als auch unzertifizierte Wechselrichter-Softwarekomponenten laden, wobei allerdings sichergestellt ist, dass die unzertifizierten Wechselrichter-Softwarekomponenten keine wesentlichen oder sicherheitskritischen Funktionen beeinflussen können.
[0050] Fig. 3 zeigt schematisch eine Struktur eines Softwaresystems, das von dem erfindungsgemäßen Wechselrichter 1 verwendet wird. Das Softwaresystem weist mehrere Schichten bzw. Layers auf, wobei Wechselrichter-Softwarekomponenten WR-SWK bzw. Wechselrichter-Applikationen über eine Zwischenschicht Zugriff auf Wechselrichter-Basisfunktionen bzw. Basissoftwarekomponenten haben. Die Zwischenschicht bildet eine Abstraktions- und Sicherheitsschicht, die gewährleistet, dass Benutzerapplikationen bzw. Wechselrichter- Softwarekomponenten WRSWK nicht direkt Zugriff auf die Basisfunktionen des Wechselrichters 1 haben. Die Abstraktionsund Sicherheitsschicht führt die Sicherheitsprüfung in Schritt S2 durch.
[0051] Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 überwacht die über die Programmierschnittstelle 6 geladene Wechselrichter-Softwarekomponente einen Betriebszustand des Wechselrichters 1. Bei Auftreten eines bestimmten Betriebszustandes wird dieser Betriebszustand an einen Knoten des Datennetzwerkes 7 gemeldet. Dieser Knoten kann beispielsweise ein Überwachungsknoten der jeweiligen Anlage sein. Bei einer möglichen Ausführungsform wird dieser Betriebszustand in einem in der Wechselrichter-Softwarekomponente festgelegten Datenformat und/oder Datenübertragungsprotokoll an den Knoten des Datennetzwerkes 7 gemeldet. Beispielsweise möchte ein Nutzer über gewisse Zustände des Wechselrichters 1 und/oder der Anlage 2 informiert werden sowie die Zustände sowie das Format und die Übertragungsweise dieser Information selbst festlegen. In diesem Falle ist es dem Nutzer bzw. Anwender möglich, ein entsprechendes eigenes Softwaremodul bzw. eine entsprechende Wechselrichter-Softwarekomponente zu entwickeln, welche den Betriebszustand des Wechselrichters 1 überwacht und bei Auftreten eines Fehlers diesen Fehler an einen bestimmten Endknoten im Datennetzwerk 7 des Benutzers weiterleitet. Bei dem Knoten auch um ein netzwerkfähiges Anzeigegerät handeln, welches die aktuellen Betriebsdaten des Wechselrichters 1 anzeigt.
[0052] Hat ein Nutzer bzw. Anwender eine geeignete Wechselrichter- Softwarekomponente entwickelt, beispielsweise an seinem Terminal 8, kann er diese Wechselrichter-Softwarekomponenten anderen Anwendern zur Verwendung bereitstellen, indem er sie beispielsweise auf ein Online-Portal des Servers 10 hochlädt. Bei einer möglichen Ausführungsform kann nach Empfang der Wechselrichter-Softwarekomponente von einem User bzw. Anwender ein Test der entwickelten Wechselrichter-Softwarekomponente durch den Hersteller des Wechselrichters 1, welcher das Portal betreibt, erfolgen. Die getestete Wechselrichter-Softwarekomponente kann nach erfolgreichem Test durch den Hersteller des jeweiligen Typs des Wechselrichters 1 entsprechend zertifiziert werden und zum Laden von dem Server 10 anderen Nutzern bereitgestellt werden. Bei einer möglichen Ausführungsvariante wird einem Nutzer bzw. Anwender vor dem Herunterladen einer Wechselrichter-Softwarekomponente angezeigt, ob die jeweilige Wechselrichter-Komponente seitens des Herstellers als hinsichtlich der Sicherheit unbedenklich zertifiziert wurde oder nicht.
[0053] Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform hat ein Nutzer bzw. Anwender ein eigenes Datenformat, mit welchem er Daten verarbeitet. Typischerweise verfügt der Nutzer bereits über verschiedene Werkzeuge bzw. Tools, welche die Daten in diesem Datenformat einiesen und verarbeiten. Der Nutzer bzw. Anwender der Anlage 2 möchte deshalb sein Datenformat auch für die Daten nutzen, die von dem Wechselrichter 1 seiner Anlage stammen. In diesem Fall besteht für den Nutzer bzw. Anwender der Anlage die Möglichkeit, eine eigene Wechselrichter- Softwarekomponente bzw. ein entsprechendes Softwaremodul zu entwickeln, welches
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[0054] Mit dem erfindungsgemäßen System ist es möglich, Wechselrichter-Softwarekomponenten bereitzustellen, welche beliebige Datenübertragungsprotokolle, insbesondere IP-basierende Datenübertragungsprotokolle, unterstützen. Über die zusätzlichen Protokolle können von Anwendern Daten entsprechend ausgelesen, aufbereitet und versandt werden. Hierdurch wird die Integration in größere bzw. weitgehendere Systeme erleichtert, da aus Sicht des Anwenders keine Abhängigkeit mehr von einem Softwarehersteller besteht. Bei diesem größeren System kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes Mixed-Concept-System handeln. Bei einem Mixed-Concept-System werden Leistungsteile bei geringerer Leistungsproduktion ausgeschaltet. Auf diese Weise werden Betriebsstunden eingespart und der Wirkungsgrad erhöht. Mithilfe einer Wechselrichter-Softwarekomponente hat ein Nutzer die Möglichkeit, diese Funktionalität seinen eigenen Wünschen und Anforderungen entsprechend umzusetzen.
[0055] Beispielsweise kann ein Nutzer ein bestimmtes Signal benötigen, wenn ein Wechselrichter 1 eine Menge von einstellbaren bzw. konfigurierbaren Regeln erfüllt. Beispielsweise wird ein Signal benötigt, wenn über eine einstellbare Zeitdauer ein parametrisierter Leistungswert nicht überschritten bzw. unterschritten wird. Weiterhin kann ein Signal generiert werden bzw. benötigt werden, wenn ein Maximal- bzw. Minimalwert erreicht wurde.
[0056] Weiterhin kann mit einer Wechselrichter-Applikation ein kontrollierender Zugriff auf die Leistungsproduktion ermöglicht werden, wobei eine Anbindung an Rundsteuerempfänger oder andere übergeordnete Steuerungssysteme realisiert werden kann. Ein Anwender kann mittels einer Wechselrichter-Softwarekomponente ein proprietäres Protokoll einsetzen, wodurch sich das Produkt flexibel in beliebige Systeme einbinden lässt. Ein Nutzer bzw. Kunde hat die Möglichkeit, selbst zusammengestellte Elemente zu definieren. Ein neu definiertes Element kann als Wechselrichter-Softwarekomponente, beispielsweise als Plug-in, für das Graphical User Interface GUI 9 und/oder eine Webseite eingebunden und in Betrieb genommen werden. Die verfügbaren Wechselrichter-Softwarekomponenten sind vordefiniert und frei anwendbar, beispielsweise hinsichtlich ihrer Position auf einer Anzeigeeinheit, hinsichtlich der angezeigten Werte oder der angezeigten Graphiken usw. Die Zusammenstellung der WechselrichterSoftwarekomponenten kann am Gerät vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine Wechselrichter-Softwarekomponente eine Favoritenwerteliste anzeigen oder Sprachanpassungen vornehmen. Ferner kann ein Nutzer bzw. Anwender der Anlage 2 eine Unterstützung für seine Sprache einbauen. Weiterhin ist es möglich, dass ein Systemintegrator Wechselrichter 1 von einem Hersteller bezieht und diese durch Wechselrichter-Softwarekomponenten derart anpasst, dass ein eigenes Branding sowie eine zugehörige Erweiterung des Funktionsumfangs angezeigt wird. Dies wird beispielsweise durch Anpassung mittels der Nutzerschnittstelle 9 des Wechselrichters 1 erreicht. Der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 kann in einer Photovoltaikanlage 2 eingesetzt werden, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Wechselrichter 1 kann auch in anderen Anwendungen oder anderen Anlagen verwendet werden, beispielsweise in unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtungen oder in Frequenzumrichtern. Bei dem Wechselrichter 1 kann es sich um einen Modulwechselrichter, einen Strangwechselrichter oder auch um einen Zentralwechselrichter einer Photovoltaikanlage 2 handeln. Die Wechselrichter-Softwarekomponenten können die in dem Wechselrichter 1 vorgesehene Programmierschnittstelle 6 dazu verwenden, ein Betriebssystem des Wechselrichters 1 zur Ausführung der durch sie bereitgestellten Aktionen zu veranlassen. Der Anwender bzw. Nutzer hat dadurch die Möglichkeit, eigene Zusatzfunktionen zu programmieren und damit die Möglichkeit, die WechselrichterSoftwarekomponenten um eigene Funktionen zu erweitern.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    1. Wechselrichter (1) zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer Wechselrichtersteuerung, die eine Programmierschnittstelle (6) des Wechselrichters (1) zur Verfügung stellt, über die Wechselrichter- Softwarekomponenten nachladbar sind; wobei die Programmierschnittstelle (6) mit einem durch das Internet gebildeten Datennetzwerk (7) zum Nachladen der Wechselrichter- Softwarekomponenten von einem Server (10) verbunden ist;
    wobei die über die Programmierschnittstelle (6) nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente hinsichtlich ihrer Zulässigkeit und Sicherheit überprüft wird und in einem Programmspeicher des Wechselrichters geladen wird, sofern sie als zulässig und sicher eingestuft wird.
  2. 2. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Programmierschnittstelle (6) mit einer Leseeinheit zum Auslesen der Wechselrichter-Softwarekomponenten von einem Datenträger verbunden ist.
  3. 3. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die über die Programmierschnittstelle (6) des Wechselrichters nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente hinsichtlich der Gültigkeit eines Zertifikates der Wechselrichter-Softwarekomponente überprüft wird, bevor sie in den Programmspeicher des Wechselrichters (1) geladen wird.
  4. 4. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Wechselrichter-Softwarekomponente über eine Nutzerschnittstelle des Wechselrichters (1) selektiert aufgerufen wird.
  5. 5. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die über die Programmierschnittstelle (6) nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente einen Betriebszustand des Wechselrichters (1) überwacht und bei Auftreten eines bestimmten Betriebszustandes diesen Betriebszustand in einem in der Wechselrichter-Softwarekomponente festgelegten Datenformat und/oder Datenübertragungsprotokoll an einen Knoten des Datennetzwerkes (7) meldet.
  6. 6. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die über die Programmierschnittstelle (6) nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente eine in dem Wechselrichter (1) implementierte Funktionalität freischaltet.
  7. 7. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die über die Programmierschnittstelle (6) nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente auf lokal bei dem Wechselrichter (1) verfügbare Daten und/oder global in dem Datennetzwerk (7) verfügbare Daten Zugriff hat.
  8. 8. Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei die über die Programmierschnittstelle (6) nachgeladene Wechselrichter-Softwarekomponente in einer Sandbox- Umgebung durch einen Interpreter interpretiert oder als Maschinencode ausgeführt wird.
  9. 9. Photovoltaikanlage (2) mit mindestens einem Wechselrichter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9 und mindestens einem Photovoltaikmodul (3) , das eine Gleichspannung liefert, die durch den Wechselrichter (1) in eine Wechselspannung umgewandelt wird, welche der Wechselrichter (1) in ein Spannungsversorgungsnetzwerk (5) einspeist.
  10. 10. Photovoltaikanlage nach Anspruch 10, wobei die Programmierschnittstelle (6) eines Wechselrichters (1) automatisch eine Datenverbindung zu einer vorkonfigurierten Netzwerkadresse eines Servers (10) herstellt, welcher geeignete Wechselrichter-Softwarekomponenten zum Nachladen durch den jeweiligen Wechselrichter (1) bereitstellt.
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    11. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 oder 10, wobei über die Programmierschnittstelle (6) des Wechselrichters (1) automatisch ein Wechselrichtertyp und/oder eine Wechselrichteridentität und/oder ein Wechselrichterstandort des jeweiligen Wechselrichters über das Datennetzwerk (7) an den Server (10) zum Bereitstellen von geeigneten Wechselrichter-Softwarekomponenten übertragen wird.
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