BE1024324B1 - Photovoltaic system, DC hybrid switching device, use and method for switching a photovoltaic string on and off - Google Patents

Photovoltaic system, DC hybrid switching device, use and method for switching a photovoltaic string on and off Download PDF

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BE1024324B1
BE1024324B1 BE2017/5252A BE201705252A BE1024324B1 BE 1024324 B1 BE1024324 B1 BE 1024324B1 BE 2017/5252 A BE2017/5252 A BE 2017/5252A BE 201705252 A BE201705252 A BE 201705252A BE 1024324 B1 BE1024324 B1 BE 1024324B1
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Wolfgang Höft
Andreas Stefan Ende
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02S50/00Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage (1) mit einer Schalteinrichtung (38) zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10), eine elektronisch gesteuerte Gleichstrom- Hybrid-Schalteinrichtung zum benutzergesteuerten An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10), die Verwendung eines Hybridschalters (S1) zum Schalten eines Photovoltaik-Strangs (10), sowie ein Verfahren zum Abschalten und Wiederanschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10) der Photovoltaik-Anlage (1). Die Photovoltaik-Anlage (1) umfasst: zumindest einen Photovoltaik-Strang (10), wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung erzeugen, eine Schalteinrichtung (38), welche seriell in die Strangleitung eingebaut ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) an- und abzuschalten, wobei die Schalteinrichtung (38) einen Hybridschalter (S1) mit einem Relais (54) und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung (50) mit zumindest einem Halbleiterschalter umfasst.The invention relates to a photovoltaic system (1) with a switching device (38) for switching on and off at least one photovoltaic string (10), an electronically controlled DC hybrid switching device for user-controlled switching on and off of at least one photovoltaic string ( 10), the use of a hybrid switch (S1) for switching a photovoltaic string (10), and a method for switching off and on again at least one photovoltaic string (10) of the photovoltaic system (1). The photovoltaic system (1) comprises: at least one photovoltaic string (10), wherein the at least one photovoltaic string is formed by photovoltaic modules (12), which are connected in series with one another by means of a string line and thus generate a string voltage Switching device (38), which is installed in series in the strand line to the at least one photovoltaic string with the switching device (38) on and off, wherein the switching device (38) comprises a hybrid switch (S1) with a relay (54) and a In parallel with the relay (54) connected semiconductor switching device (50) with at least one semiconductor switch.

Description

(30) Prioritätsangaben :(30) Priority information:

(73) Inhaber :(73) Owner:

PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KGPHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG

32825, BLOMBERG32825, BLOMBERG

Deutschland (72) Erfinder :Germany (72) inventor:

HÖFT Wolfgang 32683 BARNTRUP DeutschlandHÖFT Wolfgang 32683 BARNTRUP Germany

ENDE Andreas Stefan 31860 EMMERTHAL Deutschland (54) Photovoltaik-Anlage, Gleichstrom-Hybrid-Schalteinrichtung, Verwendung und Verfahren zum An-und Abschalten eines Photovoltai k-Strangs (57) Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage (1) mit einer Schalteinrichtung (38) zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10), eine elektronisch gesteuerte GleichstromHybrid-Schalteinrichtung zum benutzergesteuerten An- und Abschalten zumindest eines PhotovoltaikStrangs (10), die Verwendung eines Hybridschalters (Sl) zum Schalten eines Photovoltaik-Strangs (10), sowie ein Verfahren zum Abschalten und Wiederanschalten zumindest eines PhotovoltaikStrangs (10) der Photovoltaik-Anlage (1). Die Photovoltaik-Anlage (1) umfasst: zumindest einen Photovoltaik-Strang (10), wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung erzeugen, eine Schalteinrichtung (38), welche seriell in die Strangleitung eingebaut ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) an- und abzuschalten, wobei die Schalteinrichtung (38) einen Hybridschalter (Sl) mit einem Relais (54) und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung (50) mit zumindest einem Halbleiterschalter umfasst.END Andreas Stefan 31860 EMMERTHAL Germany (54) Photovoltaic system, direct current hybrid switching device, use and method for switching a photovoltaic string on and off (57) The invention relates to a photovoltaic system (1) with a switching device (38 ) for switching on and off at least one photovoltaic string (10), an electronically controlled DC hybrid switching device for user-controlled switching on and off of at least one photovoltaic string (10), the use of a hybrid switch (S1) for switching a photovoltaic string (10) , and a method for switching off and on again at least one photovoltaic string (10) of the photovoltaic system (1). The photovoltaic system (1) comprises: at least one photovoltaic string (10), the at least one photovoltaic string being formed by photovoltaic modules (12) which are connected in series with one another by means of a string line and thus generate a string voltage, one Switching device (38), which is installed in series in the string line in order to switch the at least one photovoltaic string on and off with the switching device (38), the switching device (38) being a hybrid switch (S1) with a relay (54) and one Semiconductor switching device (50) connected in parallel to the relay (54) with at least one semiconductor switch.

Figure BE1024324B1_D0001

BELGISCHES ERFINDUNGSPATENTBELGIAN INVENTION PATENT

FÖD Wirtschaft, K.M.B., Mittelstand & Nummer der Veröffentlichung : 1024324 Energie Einreichungsnummer : BE2017/5252FÖD Wirtschaft, K.M.B., Mittelstand & publication number: 1024324 Energy filing number: BE2017 / 5252

Amt für Geistiges Eigentum Internat. Klassifikation : H02S 50/00Office of Intellectual Property Boarding. Classification: H02S 50/00

Datum der Erteilung am : 25/01/2018Issued on: 01/25/2018

Der Minister für Unternehmen,The Minister for Enterprise

Aufgrund des Pariser Vertrags vom 20. März 1883 zum Schutz des Gewerbliches Eigentums ;Due to the Paris Treaty of March 20, 1883 for the protection of industrial property;

Aufgrund des Gezetzes vom 28. März 1984 über Erfindungspatente, Artikel 22, für die Anträgen vor dem 22. September 2014 eingeführt;Introduced under the Act of March 28, 1984 on Inventive Patents, Article 22, for applications prior to September 22, 2014;

Aufgrund des Titels I “Erfindungspatente” des Buches XI des Wirtschaftsgesetzbuches, Artikel XI.24, für die Anträgen ab 22. September 2014 eingeführt ;Based on Title I “Invention Patents” of Book XI of the Economic Code, Article XI.24, introduced for applications from September 22, 2014;

Aufgrund des königlichen Erlasses vom 2. Dezember 1986 über die Anmeldung, die Erteilung und die Aufrechterhaltung von Erfindungspatenten, Artikel 28;Based on the royal decree of December 2, 1986 on the registration, granting and maintenance of patents for invention, Article 28;

Aufgrund des Protokolls aufgenommen am 11/04/2017 beim Amt für Geistiges Eigentum.Based on the protocol, taken on 11/04/2017 at the Intellectual Property Office.

In Erwägung, dass für Patentanmeldungen, die unter den Anwendungsbereich des Titels 1, Buch XI, des Wirtschaftgesetzbuches fallen, in Übereinstimmung mit Artikel XI.19, § 4, zweiter Absatz, des Wirtschaftsgesetzbuches, wenn die Patentanmeldung Gegenstand eines Recherchenberichts ist, in dem eine mangelnde Einheitlichkeit der Erfindung im Sinne des Paragraphen 1 erwähnt wird, und wenn der Anmelder seine Anmeldung nicht beschränkt und keine Teilanmeldung einreicht in Übereinstimmung des Recherchenberichts, das erteilte Patent beschränkt sein wird auf die Patentansprüche wofür der Recherchenbericht erstellt wurde.Considering that for patent applications that fall within the scope of Title 1, Book XI, of the Economic Code, in accordance with Article XI.19, Section 4, second paragraph, of the Economic Code, if the patent application is the subject of a search report in which a lack of unity of invention within the meaning of paragraph 1 is mentioned, and if the applicant does not limit his application and does not file a divisional application in accordance with the search report, the granted patent will be limited to the claims for which the search report was created.

BESCHLIEßT :DECIDES:

Artikel 1. - Es wird ein Erfindungspatent erteilt an :Article 1. - An invention patent is granted to:

PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG, Flachsmarktstraße 8, 32825 BLOMBERG Deutschland;PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG, Flachsmarktstrasse 8, 32825 BLOMBERG Germany;

vertreten von :represented by :

für die Dauer von 20 Jahren, vorbehaltlich der Zahlung der Patentjahresgebühren erwähnt in Artikel XI.48, §1 des Wirtschaftsgesetzbuches, für : Photovoltaik-Anlage, Gleichstrom-Hybrid-Schalteinrichtung, Verwendung und Verfahren zum An-und Abschalten eines Photovoltaik-Strangs.for a period of 20 years, subject to the payment of the annual patent fees mentioned in Article XI.48, Section 1 of the Economic Code, for: photovoltaic system, DC hybrid switching device, use and method for switching a photovoltaic string on and off.

ERFINDER :INVENTOR:

HÖFT Wolfgang, Breslauer Ring 9, 32683, BARNTRUP;HÖFT Wolfgang, Breslauer Ring 9, 32683, BARNTRUP;

ENDE Andreas Stefan, Ländert 31, 31860, EMMERTHAL;END Andreas Stefan, Länder 31, 31860, EMMERTHAL;

PRIORITÄT(EN) :PRIORITIES) :

ABSPALTUNG :SEPARATION:

Teilantrag des früheren Antrags : Anmeldetag des früheren Antrags :Partial application of the previous application: Date of filing of the previous application:

Artikel 2. - Dieses Patent wird erteilt ohne jede vorherige Prüfung der Patentfähigkeit der Erfindung, ohne Garantie des Verdienstes der Erfindung oder der Genauigkeit derer Beschreibung und auf eigene Gefahr des Patentanmelders/der Patentanmelder.Article 2. - This patent is granted without any prior examination of the patentability of the invention, without guaranteeing the merit of the invention or the accuracy of its description, and at the own risk of the patent applicant (s).

Brüssel, den 25/01/2018, In besonderer Vertretung :Brussels, 25/01/2018, in special representation:

BE2017/5252BE2017 / 5252

Photovoltaik-Anlage, Gleichstrom-Hybrid-Schalteinrichtung, Verwendung undPhotovoltaic system, DC hybrid switching device, use and

Verfahren zum An-und Abschalten eines Photovoltaik-StrangsMethod for switching a photovoltaic string on and off

Beschreibungdescription

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage mit einer Schalteinrichtung zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs, eine elektronisch gesteuerte GleichstromHybrid-Schalteinrichtung zum benutzergesteuerten An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs, die Verwendung eines Hybridschalters zum Schalten eines PhotovoltaikStrangs, sowie ein Verfahren zum Abschalten und Wiederanschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs der Photovoltaik-Anlage.The invention relates to a photovoltaic system with a switching device for switching on and off at least one photovoltaic string, an electronically controlled direct-current hybrid switching device for user-controlled switching on and off of at least one photovoltaic string, the use of a hybrid switch for switching a photovoltaic string, and a Method for switching off and on again at least one photovoltaic string of the photovoltaic system.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Eine Photovoltaik-Anlage umfasst typischerweise eine Vielzahl von PhotovoltaikModulen, welche zu Strängen, manchmal auch als „Strings“ bezeichnet, in Serie geschaltet sind, um eine nominelle Photovoltaik-Generatorgleichspannung von typischerweise derzeit bis zu 1000 Volt oder sogar 1500 Volt zu erreichen. Ferner werden je nach Anzahl der zusammen geschalteten Photovoltaik-Module und deren Einzelspannung wiederum ggf. mehrere der Photovoltaik-Stränge parallel geschaltet, von denen jeder Photovoltaik-Strang beispielsweise einen nominellen Strom von 10 A erzeugen kann. Wenn mehrere Stränge parallel geschaltet werden, wird dies auch als Multistrang- oder Multistringverschaltung bezeichnet.A photovoltaic system typically comprises a large number of photovoltaic modules, which are connected in series to form strings, sometimes also referred to as “strings”, in order to achieve a nominal photovoltaic generator DC voltage of typically currently up to 1000 volts or even 1500 volts. Furthermore, depending on the number of interconnected photovoltaic modules and their individual voltage, if necessary, several of the photovoltaic strings are connected in parallel, of which each photovoltaic string can generate, for example, a nominal current of 10 A. If several lines are connected in parallel, this is also referred to as a multi-line or multi-line connection.

Aufgrund der hohen Spannung und der hohen Ströme im Gleichspannungsteil der Photovoltaik-Anlage, besteht bei Wartung oder bei Störfällen, wie z.B. bei einem Brand, die Gefahr, dass Personen lebensgefährlichen Spannungen ausgesetzt sein könnten.Due to the high voltage and the high currents in the DC voltage part of the photovoltaic system, there is maintenance or malfunctions, e.g. in the event of a fire, the danger that people could be exposed to life-threatening voltages.

Daher wurden Photovoltaik-Modul-Schutzschaltungen entwickelt, mit welchen die Photovoltaik-Module einzeln abgeschaltet werden können (vgl. WO2013/026539 A1 sowie das Produkt SCK-RSD-100 der Anmelderin). Ferner wurden Startboxen entwickelt, mit welchen solche „intelligenten“ Photovoltaik-Module wieder aktiviert werden können (vgl.For this reason, photovoltaic module protection circuits were developed with which the photovoltaic modules can be switched off individually (cf. WO2013 / 026539 A1 and the product SCK-RSD-100 from the applicant). Furthermore, start boxes were developed with which such "intelligent" photovoltaic modules can be reactivated (cf.

WO2014/122325 A1 sowie die Produkte SCK-RSD-400 und SCK-RSD-600 der Anmelderin).WO2014 / 122325 A1 and the products SCK-RSD-400 and SCK-RSD-600 from the applicant).

In der DE 10 2016 117 049 (nicht vorveröffentlicht) ist ferner eine Rückstromschutzschaltung beschrieben, mittels weicheres möglich ist, einen Strang vom zentralen Sammelpunkt zu trennen, um Querströme zu verhindern. Die Zielsetzung der DE 10 2016 117 049 ist es, mittels der Rückstromschutzschaltung automatisch einen StromflussDE 10 2016 117 049 (not previously published) also describes a reverse current protection circuit by means of which it is possible to separate a line from the central collection point in order to prevent cross currents. The aim of DE 10 2016 117 049 is to automatically generate a current flow by means of the reverse current protection circuit

BE2017/5252 entgegen der Flussrichtung des in dem jeweiligen Strang photovoltaisch erzeugten Stroms aus den anderen Photovoltaik-Strängen (Querstrom oder Rückstrom) zu verhindern.BE2017 / 5252 against the direction of flow of the photovoltaically generated electricity from the other photovoltaic strings (cross current or reverse current).

In einer deutschen Patentanmeldung derselben Anmelderin, eingereicht am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung, ist eine Strangabschaltvorrichtung zur Einzelstrangabschaltung in einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage beschrieben.In a German patent application by the same applicant, filed on the same day as the present application, a string shutdown device for single string shutdown in a multistrand photovoltaic system is described.

Die vorliegende Erfindung baut hierauf auf, weshalb der Offenbarungsgehalt der DE 10 2016 117 049 sowie der am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereichten Patentanmeldung (Anwaltsaktenzeichen 16PH 0346DEP) hiermit durch Referenz inkorporiert wird.The present invention is based on this, which is why the disclosure content of DE 10 2016 117 049 and the patent application filed on the same day as the present application (attorney file number 16PH 0346DEP) are hereby incorporated by reference.

Um z.B. einen Photovoltaik-Strang aus einem Verbund einer Parallelschaltung von Strängen bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage elektrisch zu trennen, ist ein geeigneter DCTrenner erforderlich.To e.g. A suitable DC isolator is required to electrically separate a photovoltaic string from a network of parallel strings in a multi-string photovoltaic system.

Zwar weist eine Photovoltaik-Anlage typischerweise im sogenannten Generatoranschlusskasten einen DC-Haupttrennschalter auf, allerdings lässt sich hiermit, z.B. bei Schäden durch Feuer, Wasser, Hagel etc. an den Solarpaneelen oder an den Anschlussleitungen nicht der Bereich vor dem Generatoranschlusskasten freischalten. Ferner sind derartige DC-Haupttrennschalter im Generatoranschlusskasten typischerweise handbetätigt, so dass eine übergeordnete Fernsteuerung typischerweise nicht möglich ist. Außerdem sind solche handbetätigten DC-Haupttrennschalter vom Bauvolumen her groß und kostenintensiv. Es sind auch motorbetriebene Notschalter bekannt, allerdings sind diese ebenfalls platz- und kostenintensiv. Eine selektive Freischaltung einzelner Photovoltaik-Stränge ist hiermit im Übrigen gar nicht möglich.Although a photovoltaic system typically has a DC main disconnector in the so-called generator junction box, it can be used to e.g. in the event of damage from fire, water, hail, etc. on the solar panels or on the connecting cables, do not isolate the area in front of the generator junction box. Furthermore, such DC main isolating switches in the generator connection box are typically manually operated, so that a higher-level remote control is typically not possible. In addition, such hand-operated DC main isolating switches are large in size and cost-intensive. Motorized emergency switches are also known, but they are also space and cost intensive. By the way, a selective activation of individual photovoltaic strings is not possible at all.

Nichtsdestotrotz ist bei Schaltvorgängen innerhalb eines Photovoltaik-Generators typischerweise eine Kombination aus hoher DC-Strangspannung und hohem DC-Strangstrom zu schalten. Beim Schalten einer hohen Gleichspannung und eines hohen Gleichstroms kann es anders als bei einer Anwendung mit Wechselspannung aufgrund der fehlenden Nulldurchgänge zu einem nicht verlöschenden Lichtbogen kommen. Bei einer üblichenNevertheless, a combination of a high DC phase voltage and a high DC phase current is typically to be switched during switching operations within a photovoltaic generator. When switching a high DC voltage and a high DC current, unlike in an application with AC voltage, a non-extinguishing arc can occur due to the lack of zero crossings. With a usual

Wechselspanungsfrequenz würde ein Lichtbogen typischerweise spätestens nach 10 ms von alleine wieder verlöschen.AC voltage frequency would typically extinguish an arc by itself after 10 ms at the latest.

Aus der WO 2016/091281 A1 ist eine Vorrichtung mit einer Schalteinrichtung zum Schalten einer Wechselspannung bzw. eines Wechselstroms bekannt, welche eine Überbrückungseinrichtung zum Überbrücken der Schalteinrichtung in einer BetriebsphaseWO 2016/091281 A1 discloses a device with a switching device for switching an AC voltage or an AC current, which device has a bridging device for bridging the switching device in an operating phase

BE2017/5252 aufweist. Diese Vorrichtung wird allerdings ausschließlich für Wechselspannung bzw.BE2017 / 5252. However, this device is used exclusively for AC voltage or

Wechselstrom beschrieben.AC described.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass mit der hier offenbarten Schalteinrichtung Photovoltaik-Generatoren im Gleichstromteil (DC-Teil), teilweise oder vollständig, sicher und verlustleistungsarm an- und abgeschaltet bzw. elektrisch getrennt und wieder verbunden werden können.The present invention is based, inter alia, on the knowledge that, with the switching device disclosed here, photovoltaic generators in the direct current part (DC part) can be switched on and off, partially or completely, safely and with low power loss, or can be electrically separated and reconnected.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Photovoltaik-Anlage mit einer Schalteinrichtung zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs bereit zu stellen, wobei die Schalteinrichtung bei den in Photovoltaik-Anlagen typischenThe present invention has for its object to provide a photovoltaic system with a switching device for switching on and off at least one photovoltaic string, the switching device in the typical in photovoltaic systems

DC-Strangspannungen und DC-Strangströmen kostengünstig, zuverlässig und langlebig ist, sowie eine geringe Verlustleistung aufweist und in kleinem Bauraum untergebracht werden kann.DC string voltages and DC string currents is inexpensive, reliable and durable, has low power dissipation and can be accommodated in a small installation space.

Eine weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Photovoltaik-Anlage mit einer Schalteinrichtung zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs bereit zu stellen, die hohen Sicherheitsanforderungen genügt, wartungs- und reparaturfreundlich ist und komfortabel für den Benutzer zu bedienen ist.Another aspect of the object of the invention is to provide a photovoltaic system with a switching device for switching on and off at least one photovoltaic string, which meets high safety requirements, is easy to maintain and repair and is easy to use for the user.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs einer Photovoltaik-Anlage bereit zu stellen, das eine hohe Sicherheit und Flexibilität, z.B. bei der Wartung bietet und für den Benutzer komfortabel zu bedienen ist.Another aspect of the object of the invention is to provide a method for switching on and off at least one photovoltaic string of a photovoltaic system, which has a high level of safety and flexibility, e.g. offers maintenance and is easy to use for the user.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronisch gesteuerte Gleichstrom-Hybrid-Schalteinrichtung zur Durchführung von Schaltvorgängen im DC-Teil einer Photovoltaik-Anlage bereit zu stellen, welche bei den in Photovoltaik-Anlagen typischen Strangspannungen und Strangströmen kostengünstig, zuverlässig und langlebig ist, sowie gleichzeitig eine geringe Verlustleistung aufweist und in kleinem Bauraum untergebracht werden kann, und mit welcher ggf. vorhandene Photovoltaik-Anlagen nachgerüstet werden können.Another aspect of the object of the invention is to provide an electronically controlled direct-current hybrid switching device for performing switching operations in the DC part of a photovoltaic system, which is inexpensive, reliable and durable in the case of the string voltages and string currents typical in photovoltaic systems is, and at the same time has a low power loss and can be accommodated in a small space, and with which existing photovoltaic systems can be retrofitted.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are defined in the subclaims.

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage mit zumindest einem Strang oder Photovoltaik-Strang, welcher durch eine Mehrzahl von Photovoltaik-Modulen gebildet wird, die mittels einer Strangleitung seriell miteinander verbunden sind, um die erwünschteThe invention relates to a photovoltaic system with at least one string or photovoltaic string, which is formed by a plurality of photovoltaic modules which are connected to one another in series by means of a string line in order to achieve the desired

BE2017/5252BE2017 / 5252

Strangspannung zu erzeugen und photovoltaisch erzeugte elektrische Leistung mit der erwünschten Strangspannung und einem erwünschten Strangstrom an einen Stromabnehmer, z.B. einen Wechselrichter (manchmal auch als Solar-Inverter bezeichnet) zu liefern. Die Photovoltaik-Anlage kann aber auch ohne Wechselrichter, z.B. an eine Ladeeinheit als Stromabnehmer angeschlossen sein. Derzeit sind gemäß Schutzklasse II Strangspannungen bis zu 1000 V DC möglich. An einer weiteren Erhöhung auf bis zu 1500 V DC, dem Grenzwert der Niederspannungsdefinition nach VDE0100 wird gearbeitet. Im Rahmen der Erfindung sollen also DC-Strangspannungen geschaltet, die ein Vielfaches der Spannung eines einzelnen Photovoltaik-Moduls betragen.Generating string voltage and photovoltaically generated electrical power with the desired string voltage and a desired string current to a pantograph, e.g. to supply an inverter (sometimes called a solar inverter). The photovoltaic system can also be used without an inverter, e.g. be connected to a charging unit as a pantograph. According to protection class II, string voltages up to 1000 V DC are possible. A further increase to up to 1500 V DC, the limit value of the low voltage definition according to VDE0100, is being worked on. Within the scope of the invention, DC string voltages are to be switched which are a multiple of the voltage of an individual photovoltaic module.

Die Photovoltaik-Anlage umfasst eine Schalteinriehtung, welche seriell in die Strangleitung eingebaut ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinriehtung an- und abzuschalten, d.h. den zumindest einen Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer, z.B. von einem zentralen Sammelpunkt oder von einem Wechselrichter, elektrisch zu trennen.The photovoltaic system comprises a switching device which is installed serially in the string line in order to switch the at least one photovoltaic string on and off with the switching device, i.e. the at least one photovoltaic string from the pantograph, e.g. from a central collection point or from an inverter.

Die Schalteinriehtung umfasst einen Hybridschalter mit einem, insbesondere elektromechanischen, Relais und einer parallel zu dem Relais geschalteten Halbleiterschalteinrichtung, welche insbesondere zumindest einen, vorzugsweise zwei Halbleiterschalter bzw. Transistoren aufweist. Dadurch können die Schaltvorgänge, bei denen die Strangspannung geschaltet werden muss, von der Halbleiterschalteinrichtung vollzogen werden und das Relais entlastet die Halbleiterschalteinrichtung von dem Strangstrom, wenn das Relais im Dauerbetrieb geschlossen ist. Mit anderen Worten wird einerseits mit dem Relais beim Anund Abschalten lediglich die verbleibende Restspannung über der Halbleiterschalteinrichtung geschaltet und andererseits kommutiert das Relais auf Grund seines geringen Durchleitwiderstands nahezu vollständig den von dem zumindest einen Photovoltaik-Strang erzeugten Strangstrom.The switching device comprises a hybrid switch with a, in particular electromechanical, relay and a semiconductor switching device connected in parallel with the relay, which has in particular at least one, preferably two semiconductor switches or transistors. As a result, the switching operations in which the phase voltage has to be switched can be carried out by the semiconductor switching device and the relay relieves the semiconductor switching device of the phase current when the relay is closed in continuous operation. In other words, on the one hand, the relay only switches the remaining voltage across the semiconductor switching device when switching on and off, and on the other hand, due to its low transmission resistance, the relay commutates almost completely the string current generated by the at least one photovoltaic string.

Beim Anschalten des Photovoltaik-Strangs schaltet also insbesondere die Halbleiterschalteinrichtung den Photovoltaik-Strang zunächst alleine an, wobei das Relais geöffnet ist und zunächst auch noch geöffnet bleibt. Nach einer gewissen Zeitverzögerung wird dann bei vorher bereits geschlossener Halbleiterschalteinrichtung zusätzlich das Relais geschlossen, sodass die Halbleiterschalteinrichtung durch das parallel geschaltete später geschlossene Relais von dem Stromfluss entlastet wird. Dadurch braucht das Relais lediglich eine geringe Spannung zu schalten und die Halbleiterschalteinrichtung braucht den StrangstromWhen the photovoltaic string is switched on, the semiconductor switching device, in particular, initially switches the photovoltaic string on by itself, the relay being open and initially remaining open. After a certain time delay, the relay is then additionally closed when the semiconductor switching device is previously closed, so that the semiconductor switching device is relieved of the current flow by the later-connected relay which is connected in parallel. As a result, the relay only needs to switch a low voltage and the semiconductor switching device needs the phase current

BE2017/5252 allenfalls kurzzeitig und nicht dauerhaft zu tragen. Dadurch können günstigeBE2017 / 5252 to be worn for a short time and not permanently. This can make cheap

Standardhalbleiterschalter und Standardrelais verwendet werden und die Verlustleistung im Dauerbetrieb kann trotzdem gering gehalten werden. Das Abschalten erfolgt in umgekehrter Reihenfolge; erst wird das Relais bei noch geschlossener Halbleiterschalteinrichtung geöffnet und nach einer gewissen Zeitverzögerung wird bei vorher bereits geöffnetem Relais die Halbleiterschalteinrichtung geöffnet. Mit anderen Worten wird nach dem Öffnen des Relais der zumindest ein Photovoltaik-Strang abgeschaltet, indem zusätzlich die Halbleiterschalteinrichtung geöffnet wird.Standard semiconductor switches and standard relays are used and the power loss in continuous operation can still be kept low. Switching off takes place in reverse order; first the relay is opened with the semiconductor switching device still closed and after a certain time delay the semiconductor switching device is opened with the relay already open. In other words, after the relay has been opened, the at least one photovoltaic string is switched off by additionally opening the semiconductor switching device.

Die Schalteinrichtung ist im Gleichstromteil des Photovoltaik-Generators, vorzugsweise vor dem zentralen Sammelpunkt eingebaut und schaltet hier den zumindest einen PhotovoltaikStrang an und ab. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass genau eine Schalteinrichtung genau einen Photovoltaik-Strang schaltet. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass mehrere parallel geschaltete Photovoltaik-Stränge gemeinsam von derselben Schalteinrichtung geschaltet werden und auch dass der Photovoltaik-Generator nur einen Photovoltaik-Strang aufweist. Allgemein wird demnach ein Teil des oder der gesamte Photovoltaik-Generator von der Schalteinrichtung geschaltet. Es handelt sich jedoch insbesondere nicht um eine Schaltung auf Modulebene bei einer geringen Modulspannung, sondern um eine Schaltung einer Mehrzahl von im Photovoltaik-Strang seriell verbundenen Photovoltaik-Modulen, was die hohe Schaltspannung erfordert. Demnach ist dieThe switching device is installed in the direct current part of the photovoltaic generator, preferably in front of the central collecting point, and switches the at least one photovoltaic string on and off here. However, the invention is not restricted to the fact that exactly one switching device switches exactly one photovoltaic string. It is also within the scope of the invention that several photovoltaic strings connected in parallel are switched together by the same switching device and also that the photovoltaic generator has only one photovoltaic string. Accordingly, part or all of the photovoltaic generator is generally switched by the switching device. In particular, however, it is not a circuit at module level with a low module voltage, but rather a circuit of a plurality of photovoltaic modules connected in series in the photovoltaic string, which requires the high switching voltage. So it is

Schalteinrichtung zwischen der Mehrzahl seriell verbundener Photovoltaik-Module und dem Stromabnehmer, z.B. dem Wechselrichter bzw. zwischen der Mehrzahl seriell verbundener Photovoltaik-Module und einem Generatoranschlusskasten angeordnet. Die Schalteinrichtung ist elektronisch und damit extern triggerbar. Daher kann die Schalteinrichtung, oder bei Vorliegen mehrerer Schalteinrichtungen können die Schalteinrichtungen, vom Benutzer ferngesteuert getriggert werden, was gegenüber einem konventionellen Handbetätigten DC-Trenner im Generatoranschlusskasten vorteilhaft ist.Switching device between the plurality of serially connected photovoltaic modules and the current collector, e.g. the inverter or between the plurality of serially connected photovoltaic modules and a generator junction box. The switching device is electronic and can therefore be triggered externally. Therefore, the switching device, or if there are several switching devices, the switching devices can be triggered remotely by the user, which is advantageous compared to a conventional manually operated DC isolator in the generator junction box.

Die Schalteinrichtung ist in vorteilhafter Weise trotz der in Photovoltaik-Anlagen typischen DC-Strangspannungen und DC-Strangströmen kostengünstig, zuverlässig und langlebig, und weist eine geringe Verlustleistung auf. Sie kann insbesondere in kleinem Bauraum untergebracht werden.In spite of the DC string voltages and DC string currents typical in photovoltaic systems, the switching device is advantageously inexpensive, reliable and durable, and has a low power loss. In particular, it can be accommodated in a small installation space.

In vorteilhafter Weise wird somit eine Photovoltaik-Anlage bereit gestellt, welche es ermöglicht, zumindest einen Photovoltaik-Strang benutzergesteuert und ggf. elektronischIn an advantageous manner, a photovoltaic system is thus provided, which enables at least one photovoltaic string to be user-controlled and possibly electronic

BE2017/5252 getriggert an-und abzuschalten, was komfortabel ist und hohe Sicherheitsstandards gewährleistet, sowie wartungs- und reparaturfreundlich ist.BE2017 / 5252 triggered on and off, which is comfortable and ensures high safety standards, and is easy to maintain and repair.

Die Schalteinrichtung wird vorzugsweise in die Strangverkabelung eingesetzt. Insbesondere wird die Schalteinrichtung von einer Photovoltaik-Modul-überbergreifenden Strangbox, vorzugsweise mit einem (Kunststoff)-Gehäuse beherbergt, und diese Strangbox wird in die Strangverkabelung zwischen die Serienschaltung der Photovoltaik-Module und den Stromabnehmer eingesetzt. Die Strangbox kann am Eingang und/oder Ausgang Steckverbinder zum lösbaren Einsetzen in die Strangleitung sowie zum Nachrüsten aufweisen. Dadurch ist sogar das Nachrüsten bestehender Photovoltaik-Anlagen möglich.The switching device is preferably used in the string cabling. In particular, the switching device is housed by a strand box spanning photovoltaic modules, preferably with a (plastic) housing, and this strand box is used in the strand wiring between the series connection of the photovoltaic modules and the pantograph. The strand box can have connectors at the input and / or output for releasable insertion in the strand line and for retrofitting. This makes it possible to retrofit existing photovoltaic systems.

Die Schalteinrichtung kann in eine Strangbox, z.B. in eine Startbox gemäß der WO2014/122325 A1 integriert werden, welche hiermit vollumfänglich durch Referenz inkorporiert wird.The switching device can be placed in a string box, e.g. be integrated into a start box according to WO2014 / 122325 A1, which is hereby fully incorporated by reference.

Der Benutzer kann z.B. an einem externen Schalter an der Photovoltaik-Modulüberbergreifenden Strangbox den zugehörigen Photovoltaik-Strang abschalten oder der Benutzer sendet von einer zentralen Steuerung der Multistrang-Photovoltaik-Anlage selektiv an eine, einzelne, mehrere oder alle Strangboxen ein Abschalt-Triggersignal, wobei in Ansprechen hierauf die zugehörige Schalteinrichtung bzw. die zugehörigen Schalteinrichtungen den bzw. die zugehörigen Photovoltaik-Stränge abschaltet bzw. abschalten.The user can e.g. switch off the associated photovoltaic string at an external switch on the string box spanning the photovoltaic modules or the user selectively sends a switch-off trigger signal from one central control of the multi-string photovoltaic system to one, individual, several or all string boxes, in response to which Associated switching device or devices switches off or switch off the associated photovoltaic strings.

Der Benutzer kann also in vorteilhafter Weise lokal am zugehörigen Photovoltaik-Strang und/oder zentral Anlagenseitig, insbesondere aber Photovoltaik-Modul-überbergreifend gesteuert, gezielt den oder die gewünschten Photovoltaik-Stränge abschalten bzw. deren stromführende Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt bzw. Wechselrichter trennen.The user can thus advantageously locally on the associated photovoltaic string and / or centrally on the plant side, but in particular controlled across photovoltaic modules, specifically switch off the desired photovoltaic string or the current-carrying connection to the central collection point or inverter .

Die Schalteinrichtung schaltet vorzugsweise entweder den Pluspolleiter oder den Minuspolleiter und trennt damit den elektrischen Stromkreis des zumindest einen PhotovoltaikStrangs. Es kann trotzdem vorteilhaft sein, die Strangbox in beide Leiter (Pluspol und Minuspol) der Strangleitung, vor und hinter dem ersten bzw. letzten Photovoltaik-Modul, in den zumindest einen Photovoltaik-Strang einzusetzen.The switching device preferably switches either the positive pole or the negative pole and thus disconnects the electrical circuit of the at least one photovoltaic string. It can nevertheless be advantageous to insert the string box in both conductors (positive pole and negative pole) of the string line, in front of and behind the first or last photovoltaic module, in the at least one photovoltaic string.

Das Relais und die Halbleiterschalteinrichtung sind zueinander parallel geschaltet und die Parallelschaltung aus Relais und Halbleiterschalteinrichtung ist seriell in den PhotovoltaikStrang geschaltet. Das Relais und die Halbleiterschalteinrichtung sind demnach jeweils seriell und parallel zueinander in den Photovoltaik-Strang geschaltet.The relay and the semiconductor switching device are connected in parallel to each other and the parallel connection of relay and semiconductor switching device is connected in series in the photovoltaic string. The relay and the semiconductor switching device are accordingly connected in series and parallel to one another in the photovoltaic string.

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Die Photovoltaik-Anlage umfasst einen Photovoltaik-Generator mit einem oder mehreren parallel zueinander geschalteten Photovoltaik-Strängen. Wenn mehrere PhotovoltaikStränge parallel geschaltet sind, kann mit der Schalteinrichtung entweder ein Photovoltaik-Strang oder ggf. auch mehrere oder alle Photovoltaik-Stränge selektiv an- und abgeschaltet werden, je nachdem welche Nennströme die Photovoltaik-Stränge liefern und für welchen Strom die Schalteinrichtung ausgelegt. D.h. bei mehreren Photovoltai k-Strängen kann die Schalteinrichtung stromaufwärts oder stromabwärts des zentralen Sammelpunktes angeordnet sein. Der zentrale Sammelpunkt bildet einen Parallelschaltpunkt mehrerer Photovoltaik-Stränge. Bei Vorliegen mehrerer paralleler Photovoltaik-Stränge (Multistrang-Photovoltaik-Anlage) ist es allerdings besonders vorteilhaft, die Schalteinrichtung stromaufwärts des zentralen Sammelpunktes anzuordnen.The photovoltaic system comprises a photovoltaic generator with one or more photovoltaic strings connected in parallel to one another. If several photovoltaic strings are connected in parallel, either one photovoltaic string or possibly several or all photovoltaic strings can be selectively switched on and off with the switching device, depending on which nominal currents the photovoltaic strings supply and for which current the switching device is designed. I.e. in the case of a plurality of photovoltaic strings, the switching device can be arranged upstream or downstream of the central collection point. The central collection point forms a parallel connection point of several photovoltaic strings. If there are several parallel photovoltaic strings (multi-strand photovoltaic system), however, it is particularly advantageous to arrange the switching device upstream of the central collection point.

Dies hat mehrere Vorteile, erstens muss dann je Schalteinrichtung lediglich der Strom eines Photovoltaik-Strangs geschaltet werden und zweitens kann jeder Photovoltaik-Strang einzeln an- und abgeschaltet werden. Bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage sind also zwei oder mehr Photovoltaik-Stränge parallel geschaltet und die Photovoltaik-Stränge werden jeweils von seriell geschalteten Photovoltaik-Modulen gebildet.This has several advantages: firstly, only the current of one photovoltaic string has to be switched per switching device and secondly, each photovoltaic string can be switched on and off individually. In a multistrand photovoltaic system, two or more photovoltaic strings are connected in parallel and the photovoltaic strings are each formed by series-connected photovoltaic modules.

Mit anderen Worten wird im Gleichstromteil der Photovoltaik-Anlage der zumindest eine Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer, z.B. dem Wechselrichter getrennt, indem der Hybridschalter öffnet und dadurch den Stromfluss aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang zu dem Stromabnehmer unterbricht und der zumindest eine Photovoltaik-Strang wird angeschaltet indem der Hybridschalter schließt und den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit dem Stromabnehmer elektrisch verbindet, so dass der Stromfluss aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang in den Stromabnehmer ermöglicht wird.In other words, in the direct current part of the photovoltaic system, the at least one photovoltaic string is removed from the pantograph, e.g. separated from the inverter by opening the hybrid switch and thereby interrupting the current flow from the at least one photovoltaic string to the pantograph and the at least one photovoltaic string is switched on by closing the hybrid switch and electrically connecting the at least one photovoltaic string to the pantograph that the current flow from the at least one photovoltaic string into the pantograph is made possible.

Insbesondere definiert die Schalteinrichtung einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand und leitet in dem geschlossenen Zustand photovoltaisch erzeugten Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang zu einem Stromabnehmer durch und unterbricht in dem geöffneten Zustand die Durchleitung von photovoltaisch erzeugtem Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang. Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf eine Benutzereingabe die Schalteinrichtung bzw. den Hybridschalter benutzergesteuert zu öffnen und/oder zu schließen. Somit kann der Benutzer, z.B. bei Störungen oder für Wartungsarbeiten den zumindest eine Photovoltaik-Strang zu einem beliebigen Zeitpunkt gezielt an- und abschalten.In particular, the switching device defines a closed and an open state and in the closed state conducts photovoltaically generated current from the at least one photovoltaic string to a current collector and in the open state interrupts the passage of photovoltaically generated current from the at least one photovoltaic string. Preferably, a control device is included, which is designed to open and / or close the switching device or the hybrid switch in response to a user input. Thus the user, e.g. in the event of malfunctions or for maintenance work, selectively switch the at least one photovoltaic string on and off at any time.

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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein externes benutzergeneriertes Strangabschalt-Triggersignal zu empfangen und in Ansprechen auf das Strangabschalt-Triggersignal den zumindest einen Photovoltaik-Strang abzuschalten, indem die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung öffnet und damit den zumindest einen PhotovoltaikStrang zumindest einseitig von dem Stromabnehmer trennt. Die Schalteinrichtung ist demnach insbesondere eine aktiv schaltbare und/oder elektronisch gesteuerte Schalteinrichtung.The control device is preferably designed to receive an external user-generated string shutdown trigger signal and to switch off the at least one photovoltaic string in response to the string shutdown trigger signal by the control device opening the switching device and thus separating the at least one photovoltaic string from the pantograph at least on one side. The switching device is therefore in particular an actively switchable and / or electronically controlled switching device.

Bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage weist zumindest einer der parallelen Photovoltai k-Stränge, vorzugsweise alle der parallelen Photovoltai k-Stränge in ihrer jeweils zugehörigen Strangleitung, insbesondere zwischen den Photovoltaik-Modulen dieses jeweiligen Photovoltaik-Strangs und dem zentralen Sammelpunkt eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung auf, mittels welcher die stromführende Verbindung zwischen diesem zugehörigen PhotovoltaikStrang und dem zentralen Sammelpunkt benutzergesteuert, also auf Anforderung des Benutzers selektiv trennbar ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang, bzw. um einen beliebigen gewünschten Photovoltaik-Strang, gezielt und einzeln von der Parallelschaltung abzuschalten.In a multistrand photovoltaic system, at least one of the parallel photovoltaic strings, preferably all of the parallel photovoltaic strands in their respective associated string line, in particular between the photovoltaic modules of this respective photovoltaic string and the central collection point, has a switching device according to the invention , by means of which the current-carrying connection between this associated photovoltaic string and the central collection point can be user-controlled, i.e. selectively disconnected at the user's request, in order to specifically and individually disconnect the at least one photovoltaic string or any desired photovoltaic string from the parallel connection .

Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Schalteinrichtung auch zur Einzelstrangabschaltung in einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage verwendet werden. D.h. es kann ein einzelner oder es können mehrere einzelne Photovoltai k-Stränge gezielt abgeschaltet werden und die anderen Photovoltai k-Stränge der Parallelschaltung bleiben weiter in Betrieb und können weiter photovoltaisch erzeugten Strom über den zentralen Sammelpunkt, insbesondere in den Wechselrichter, einspeisen. In diesem Fall kann der Benutzer somit, z.B. zu Wartungszwecken, Reparatur oder bei örtlich begrenzten Fehlfunktionen gezielt einen oder mehrere der Photovoltai k-Stränge einzeln abschalten bzw. die stromführende Verbindung des oder der vom Benutzer gewünschten Photovoltaikstränge zu dem zentralen Sammelpunkt trennen, so dass diese keinen Strom mehr über den zentralen Sammelpunkt einspeisen. Es können demnach ganze Photovoltai k-Stränge abgeschaltet (und nicht nur lediglich einzelne Photovoltaik-Module) bzw. die stromführende Verbindung eines oder mehrerer ganzer Photovoltai k-Stränge zu dem zentralen Sammelpunkt getrennt werden.In other words, the switching device according to the invention can also be used for single-strand shutdown in a multi-strand photovoltaic system. I.e. a single or several individual photovoltaic strings can be switched off in a targeted manner and the other photovoltaic strands of the parallel connection remain in operation and can continue to feed in photovoltaically generated electricity via the central collecting point, in particular into the inverter. In this case the user can e.g. For maintenance purposes, repairs or in the event of localized malfunctions, selectively switch off one or more of the photovoltaic strings individually or disconnect the live connection of the photovoltaic strings desired by the user to the central collection point, so that they no longer feed in electricity via the central collection point. Accordingly, entire photovoltaic strings can be switched off (and not just individual photovoltaic modules) or the current-carrying connection of one or more entire photovoltaic strands to the central collection point can be disconnected.

Der zumindest eine Halbleiterschalter bzw. Transistor ist insbesondere ein FeldeffektTransistor, vorzugsweise ein MOSFET.The at least one semiconductor switch or transistor is in particular a field-effect transistor, preferably a MOSFET.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Schalteinrichtung bzw. der Hybridschalter dazu ausgebildet ist, in dem geöffneten Zustand den Stromfluss nicht nur in einer Richtung, sondern in beiden Richtungen zu unterbrechen. Dadurch kann nicht nur eineIt has proven to be particularly advantageous if the switching device or the hybrid switch is designed to interrupt the current flow not only in one direction, but in both directions in the open state. This means that not only one

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Sicherheitsabschaltung z.B. bei Störungen oder zur Wartung, also eine Unterbrechung des Flusses des von dem zugehörigen Photovoltaik-Strang photovoltaisch erzeugten Stroms erreicht werden. Es können auch Ströme in entgegengesetzter Richtung, also Quer- oder Rückströme, z.B. aus anderen parallel geschalteten Photovoltaik-Strängen, in den zugehörigen Photovoltaikunterbrochen werden. Dies ist bei Multistrang-Photovoltaik-Anlagen besonders vorteilhaft, für die vorliegend beanspruchte Erfindung jedoch optional.Safety shutdown e.g. in the event of malfunctions or for maintenance, that is to say an interruption in the flow of the current photovoltaically generated by the associated photovoltaic string. Currents in the opposite direction, i.e. cross or reverse currents, e.g. from other photovoltaic strings connected in parallel, in the associated photovoltaic. This is particularly advantageous in multi-strand photovoltaic systems, but is optional for the presently claimed invention.

Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Hybridschalter eine Back-to-BackSchaltung aus zwei Halbleiterschaltern bzw. Transistoren, insbesondere eine Back-to-BackSchaltung aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise aus zwei MOSFETs, umfasst, bzw. die Halbleiterschalteinrichtung aus einer solchen Back-to-Back-Schaltung besteht. Mit anderen Worten ist der Hybridschalter eine Parallelschaltung aus dem Relais und einer Back-to-BackSchaltung aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere eine Parallelschaltung aus einem Relais und einer Back-to-Back-Schaltung aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs. Diese Parallelschaltung ist dabei seriell in die Strangleitung geschaltet.This can e.g. can be achieved in that the hybrid switch comprises a back-to-back circuit comprising two semiconductor switches or transistors, in particular a back-to-back circuit comprising two field-effect transistors, preferably comprising two MOSFETs, or the semiconductor switching device comprises such a back-to -Back circuit exists. In other words, the hybrid switch is a parallel connection made up of the relay and a back-to-back connection made up of two semiconductor switches, in particular a parallel connection made up of a relay and a back-to-back connection made up of two field-effect transistors, preferably MOSFETs. This parallel connection is connected in series in the string line.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Schalteinrichtung zusätzlich eine Rückstromschutzschaltung umfassen. Die Schalteinrichtung kann einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Sensor zum Messen einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltaik-Strang umfassen, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die mit dem Sensor gemessene elektrische Kenngröße die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs mit dem zentralen Sammelpunkt auch in Rückstromrichtung automatisch zu unterbrechen. Mit anderen Worten ist die Schalteinrichtung vorzugsweise mit der Rückstromschutzfunktion gemäß der DE 10 2016 117 049 kombiniert. Somit können die Vorteile der Rückstromverhinderung gemäß der in der DE 10 2016 117 049 beschriebenen Erfindung und einer benutzergesteuerten Abschaltung im DC-Teil einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden, was aber optional ist.According to a preferred embodiment of the invention, the switching device can additionally comprise a reverse current protection circuit. The switching device can comprise a sensor connected to the control device for measuring an electrical characteristic on the associated photovoltaic string, the control device being designed in response to the electrical characteristic measured with the sensor to connect the associated photovoltaic string to the central collection point to also interrupt automatically in the reverse flow direction. In other words, the switching device is preferably combined with the reverse current protection function according to DE 10 2016 117 049. Thus, the advantages of backflow prevention according to the invention described in DE 10 2016 117 049 and a user-controlled shutdown in the DC part of a photovoltaic system can be combined, but this is optional.

Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, beim Anschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs, bzw. elektrischem Verbinden mit dem Stromabnehmer, zunächst die Halbleiterschalteinrichtung, insbesondere den oder die Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs, zu schließen und erst nach einer zeitlichen Verzögerung danach das Relais zu schließen.The switching device is preferably designed to first close the semiconductor switching device, in particular the field-effect transistor or transistors, preferably MOSFETs, when the associated photovoltaic string or electrical connection to the pantograph is switched on, and only then after a time delay does the relay close shut down.

Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise ferner dazu ausgebildet beim Abschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs, bzw. Trennen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs von demThe switching device is preferably also designed to switch off the associated photovoltaic string, or disconnect the associated photovoltaic string from the

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Stromabnehmer, zunächst das Relais zu öffnen und erst nach einer zeitlichen Verzögerung danach die Halbleiterschalteinrichtung, insbesondere den oder die Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs zu öffnen.Current collector, first to open the relay and only after a time delay afterwards to open the semiconductor switching device, in particular the field effect transistor or transistors, preferably MOSFETs.

Dadurch kann gewährleistet werden, dass das Relais nicht die volle Strangspannung schalten muss, so dass ein aufgrund der Gleichspannung möglicherweise nicht verlöschender Lichtbogen vermieden werden kann. Trotzdem entlastet das Relais dieThis ensures that the relay does not have to switch the full phase voltage, so that an arc that may not be extinguished due to the DC voltage can be avoided. Nevertheless, the relay relieves the

Halbleiterschalteinrichtung im Dauerbetrieb, so dass die Dauer-Verlustleistung in einem für die besonderen Einbauverhältnisse bei einem Photovoltaik-Generator akzeptablen Rahmen gehalten werden kann. In vorteilhafter Weise braucht kein Hochstromrelais verwendet zu werden, sondern es kann ein einfaches kleines Standard-Relais verwendet werden. Das Relais wird geschont, was der Langlebigkeit der Schalteinrichtung dienlich ist und wodurch Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit in einem für Photovoltaik-Anlagen erforderlichen Maß gewährleistet werden können.Semiconductor switching device in continuous operation, so that the permanent power loss can be kept in a range acceptable for the special installation conditions in a photovoltaic generator. Advantageously, no high current relay needs to be used, but a simple, small, standard relay can be used. The relay is protected, which is conducive to the longevity of the switchgear and which guarantees safety, reliability and longevity to the extent required for photovoltaic systems.

Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, vor dem (Wieder-)Anschalten des zumindest einen Photovoltaik-Strangs eine Prüfroutine durchzuführen, in der Prüfroutine zumindest eine elektrische Kenngröße des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu prüfen und bei Einhalten eines vordefinierten Schwellenwerts für die zumindest eine elektrische Kenngröße den zumindest einen Photovoltaik-Strang anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt.The switching device can be designed to carry out a test routine before the (re) switching on of the at least one photovoltaic string, to test at least one electrical characteristic of the associated photovoltaic string in the test routine and to maintain a predefined threshold value for the at least one electrical characteristic to switch on the at least one photovoltaic string if there is user authorization.

Die Schalteinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, den photovoltaisch erzeugten Stromfluss durch die zugehörige Strangleitung zu messen und das Relais erst dann zu schließen, wenn der durch die Strangleitung fließende photovoltaisch erzeugte Strom I einen vordefinierten Schwellenwert l_min überschreitet, bzw. nach einer zeitlichen Verzögerung nachdem der durch die Strangleitung fließende photovoltaisch erzeugte Strom I einen vordefinierten Schwellenwert l_min überschritten hat.The switching device can also be designed to measure the photovoltaically generated current flow through the associated string line and to close the relay only when the photovoltaically generated current I flowing through the string line exceeds a predefined threshold value l_min, or after a time delay after that photovoltaically generated current I flowing through the string line has exceeded a predefined threshold value l_min.

Die Schalteinrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung und eine mit der Steuereinrichtung verbundene Sensoreinrichtung zum Messen zumindest einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltaik-Strang enthalten. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf die mit der Sensoreinrichtung gemessene zumindest eine elektrische Kenngröße den zugehörigen Photovoltaik-Strang an den Stromabnehmer elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt, wobei die Sensoreinrichtung insbesondere einen Eingangsspannungssensor umfasst, welcher die strangseitige Eingangsspannung U1 an der Schalteinrichtung misst und/oder einen Ausgangsspannungssensor umfasst, welcher dieThe switching device can also contain a control device and a sensor device connected to the control device for measuring at least one electrical parameter on the associated photovoltaic string. In response to the at least one electrical characteristic measured with the sensor device, the control device can be designed to electrically connect the associated photovoltaic string to the current collector when a user release is present, the sensor device in particular comprising an input voltage sensor which detects the input voltage U1 on the string side Switching device measures and / or comprises an output voltage sensor, which the

BE2017/5252 sammelpunktseitige Ausgangsspannung U2 an der Schalteinrichtung misst. DieBE2017 / 5252 measures the output voltage U2 at the switching point on the switching device. The

Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf die gemessene strangseitigeControl device can be designed in response to the measured strand-side

Eingangsspannung U1 und/oder auf die gemessene sammelpunktseitige Ausgangsspannung U2 die Schaltvorgänge des Relais und/oder der Halbleiterschalter zu steuern.Input voltage U1 and / or to control the switching operations of the relay and / or the semiconductor switch on the measured output voltage U2 at the common point.

In vorteilhafter Weise können beim Anschalten eine Mehrzahl von Schaltvorgängen zunächst durch die Halbleiterschalteinrichtung, z.B. die Back-to-Back-MOSFET-Schaltung durchgeführt werden, z.B. bis bestimmte Betriebsparameter erreicht sind, bevor das Relais geschlossen wird. Mit anderen Worten bleibt bei Anschalten das Relais solange geöffnet, bis bestimmte Betriebsparameter erreicht sind, selbst wenn in dieser Zeit mehrere Schaltvorgänge mit der Halbleiterschalteinrichtung durchgeführt werden. So kann die Anzahl der Schaltvorgänge des Relais niedrig gehalten werden. Im Produktions- oder Dauerbetrieb, insbesondere nachdem die erwünschten Betriebsparameter erreicht wurden, entlastet das Relais dann aber die Halbleiterschalteinrichtung. Trotzdem kann bei vollständig geöffnetem Hybridschalter, d.h. wenn sowohl die Halbleiterschalter als auch das Relais geöffnet sind, eine bidirektionale Trennung der elektrischen Verbindung erreicht werden, d.h. der Stromfluss in beiden Richtungen unterbrochen werden, wenn eine Back-to-Back-Schaltung verwendet wird.Advantageously, when switching on, a plurality of switching operations can first be carried out by the semiconductor switching device, e.g. the back-to-back MOSFET circuit are performed, e.g. until certain operating parameters are reached before the relay is closed. In other words, when switched on, the relay remains open until certain operating parameters are reached, even if several switching operations are carried out with the semiconductor switching device during this time. In this way the number of switching operations of the relay can be kept low. In production or continuous operation, especially after the desired operating parameters have been reached, the relay then relieves the load on the semiconductor switching device. Nevertheless, with the hybrid switch fully open, i.e. when both the semiconductor switches and the relay are open, bidirectional disconnection of the electrical connection is achieved, i.e. the flow of electricity will be interrupted in both directions if a back-to-back circuit is used.

Die zeitliche Verzögerung beim Anschalten und/oder beim Abschalten beträgt vorzugsweise kleiner oder gleich 2000 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 700 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 300 ms. Zumindest sollte die Halbleiterschalteinrichtung nicht länger als für diese maximale Verzögerungszeit geschlossen und dabei nicht durch das Relais entlastet sein, also die Halbleiterschalteinrichtung geschlossen und das Relais geöffnet sein, wenn der volle (Nenn-)Strangstrom, bzw. wenn ein Strangstrom von größer oder gleich 5 A, größer oder gleich 8 A, größer oder gleich 10 A, oder 12,5 A +/- 40% durch die Halbleiterschalteinrichtung fließt. D.h. die maximale Verzögerungszeit kann ab dem Zeitpunkt gerechnet werden, ab dem zumindest theoretisch der Nennstrom fließen könnte, wenn die Bestrahlung entsprechend groß ist. Mit anderen Worten wird der Hybridschalter so gesteuert, dass ein Zustand in dem die Halbleiterschalteinrichtung geschlossen, das Relais geöffnet und gleichzeitig der Nennstrom fließen kann, d.h. der Nennstrom durch die nicht-entlastete Halbleiterschaltung fließen kann, nicht länger als die maximale Verzögerungszeit besteht. Weiter bevorzugt beträgt die Verzögerungszeit zwischen 50 ms und 2000 ms, vorzugsweise zwischen 100 ms und 1000 ms, vorzugswiese zwischen 150 ms und 500 ms, vorzugsweise zwischen 200 ms und 300 ms, zumindest wenn in dem Photovoltaik-Strang ein Strangstrom fließt oderThe time delay when switching on and / or when switching off is preferably less than or equal to 2000 ms, preferably less than or equal to 700 ms, preferably less than or equal to 300 ms. At least the semiconductor switching device should not be closed for longer than this maximum delay time and should not be relieved by the relay, i.e. the semiconductor switching device should be closed and the relay should be open when the full (nominal) phase current or when a phase current greater than or equal to 5 A, greater than or equal to 8 A, greater than or equal to 10 A, or 12.5 A +/- 40% flows through the semiconductor switching device. I.e. the maximum delay time can be calculated from the point in time from which, at least theoretically, the nominal current could flow if the irradiation is correspondingly large. In other words, the hybrid switch is controlled so that a state in which the semiconductor switching device is closed, the relay is opened and at the same time the rated current can flow, i.e. the rated current can flow through the unloaded semiconductor circuit no longer than the maximum delay time. More preferably, the delay time is between 50 ms and 2000 ms, preferably between 100 ms and 1000 ms, preferably between 150 ms and 500 ms, preferably between 200 ms and 300 ms, at least if a string current flows in the photovoltaic string or

BE2017/5252 zumindest fließen kann, der im Wesentlichen dem Nennstrom entspricht. Je nachdem welche Bauteile verwendet werden, kann die Halbleiterschalteinrichtung zumindest für eine entsprechend kurze Verzögerungszeit die volle Strangleistung auch ohne Entlastung durch das Relais alleine durchleiten selbst wenn sie ohne besondere Kühlmaßnahmen in einer Strangbox eingebaut ist. Die zeitliche Verzögerung des Schaltvorgangs der Halbleiterschalteinrichtung kann demnach bezogen sein auf den vorherigen Schaltvorgang des Relais bzw. umgekehrt oder auf das Erreichen bestimmter Schwellenwerte für die elektrischen Kenngrößen, z.B. für die Eingangsspannung U1, für die Ausgangsspannung U2 und/oder für den Strangstrom I.BE2017 / 5252 can flow at least, which essentially corresponds to the nominal current. Depending on which components are used, the semiconductor switching device can pass through the full strand power at least for a correspondingly short delay time even without relief from the relay, even if it is installed in a strand box without special cooling measures. The time delay of the switching process of the semiconductor switching device can accordingly be related to the previous switching process of the relay or vice versa or to reaching certain threshold values for the electrical parameters, e.g. for the input voltage U1, for the output voltage U2 and / or for the phase current I.

Der Teil des Photovoltai k-Generators der von der Schalteinrichtung geschaltet wird, also insbesondere der zugehörige Photovoltai k-Strang weist vorzugsweise eine DC-Nennspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% und/oder einen DC-Nennstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% auf.The part of the photovoltaic generator that is switched by the switching device, in particular the associated photovoltaic string, preferably has a DC nominal voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V +/- 30% and / or a DC nominal current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of 12.5 A +/- 40%.

Der Hybridschalter als Ganzes ist demnach für eine DC-Schaltspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% und/oder für einen DC-Durchleitstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% ausgelegt. Insbesondere ist der Hybridschalter als Ganzes für eine DC-Schaltspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% ausgelegt.The hybrid switch as a whole is accordingly for a DC switching voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V +/- 30% and / or for a DC through current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of 12.5 A +/- 40%. In particular, the hybrid switch as a whole is designed for a DC switching voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V +/- 30%.

Insbesondere ist die Halbleiterschalteinrichtung bzw. sind der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs, vorzugsweise für eine Drain-Source-Spannung (Vds) von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% ausgebildet.In particular, the semiconductor switching device or the field-effect transistors, preferably MOSFETs, preferably for a drain-source voltage (Vds) of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V +/- 30% trained.

Die die Halbleiterschalteinrichtung bzw. der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs, sind vorzugsweise für einen Drain-Strom (Id) von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% ausgebildet.The semiconductor switching device or the field effect transistors, preferably MOSFETs, are preferably for a drain current (Id) of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of 12.5 A. +/- 40% trained.

Aufgrund der kurzen Dauer des Stromflusses durch die Halbleiterschalteinrichtung ist trotzdem die dabei an dem Hybridschalter entstehende Verlustleistung vertretbar. Es brauchen keine übermäßig großen und teuren Halbleiterschalter verwendet werden.Due to the short duration of the current flow through the semiconductor switching device, the power loss that arises at the hybrid switch is still acceptable. Excessively large and expensive semiconductor switches need not be used.

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Es können Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs, verwendet werden, die einen Einschaltwiderstand (Resistance-Drain-Source-On, kurz RDS-on) von größer oder gleichField-effect transistors, preferably MOSFETs, can be used which have an on-resistance (resistance-drain-source-on, or RDS-on) of greater than or equal to

100 mOhm, vorzugsweise größer oder gleich 300 mOhm, vorzugsweise größer oder gleich100 mOhm, preferably greater than or equal to 300 mOhm, preferably greater than or equal to

500 mOhm, vorzugsweise von 690 mOhm +/- 40% aufweisen.500 mOhm, preferably of 690 mOhm +/- 40%.

Dies erzeugt zwar eine relativ große Verlustleitung von ggf. einem Watt, einigen Watt oder mehr, was aber insbesondere durch die Entlastung durch das parallel geschaltete Relais akzeptabel ist. Solche Feldeffekttransistoren, insbesondere MOSFETs, sind günstig erhältlich und weisen eine geringe Baugröße auf.Although this produces a relatively large loss line of possibly one watt, a few watts or more, this is acceptable in particular due to the relief provided by the relay connected in parallel. Such field effect transistors, in particular MOSFETs, are available inexpensively and have a small size.

Der oder die Halbleiterschalter, Feldeffekttransistoren, bzw. MOSFETs, können, bezogen auf einen Nennstrom von 8,5 A oder 10 A des zumindest einen Photovoltaik-Strangs, sogar eine berechnete Verlustleistung von größer oder gleich 2 W, von größer oder gleich 5 W, von größer oder gleich 10 W, insbesondere von größer oder gleich 40 W aufweisen, wenn der oder die Halbleiterschalter, Feldeffekttransistoren, bzw. MOSFETs, geschlossen sind und das Relais geöffnet ist (intermediärer Schaltzustand).The semiconductor switch or switches, field-effect transistors or MOSFETs can, based on a nominal current of 8.5 A or 10 A of the at least one photovoltaic string, even a calculated power loss of greater than or equal to 2 W, greater than or equal to 5 W, of greater than or equal to 10 W, in particular greater than or equal to 40 W, if the semiconductor switch or switches, field-effect transistors or MOSFETs are closed and the relay is open (intermediate switching state).

Auf der anderen Seite erzeugt der Hybridschalter bezogen auf einen Nennstrom vonOn the other hand, the hybrid switch generates based on a nominal current of

8.5 A oder 10 A des zumindest einen Photovoltaik-Strangs trotzdem nur eine berechnete Verlustleistung von vorzugsweise kleiner oder gleich 10 W, vorzugsweise von kleiner oder gleich 5 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 2 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 W, wenn die Halbleiterschalteinrichtung und das Relais geschlossen sind (Dauerbetriebszustand). Insbesondere weist der Hybridschalter im Produktionsbetrieb eine Verlustleistung von kleiner oder gleich 1 W, beispielsweise bei 1000 Volt und 10 Ampere (typ. plus 25% Reserve) pro Photovoltaik-Strang auf, wenn die Halbleiterschalteinrichtung und das Relais geschlossen sind.8.5 A or 10 A of the at least one photovoltaic string nevertheless only has a calculated power loss of preferably less than or equal to 10 W, preferably less than or equal to 5 W, preferably less than or equal to 2 W, preferably less than or equal to 1 W, if the semiconductor switching device and the relays are closed (continuous operation). In particular, the hybrid switch has a power loss of less than or equal to 1 W in production operation, for example at 1000 volts and 10 amperes (typically plus 25% reserve) per photovoltaic string when the semiconductor switching device and the relay are closed.

Das Relais ist vorzugsweise für einen DC-Durchleitstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise vonThe relay is preferably for a DC through current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of

12.5 A +/- 40% ausgebildet. Auf der anderen Seite genügt es vorzugsweise, wenn für das Relais für einen DC-Schaltstrom von kleiner oder gleich 8 A, insbesondere kleiner oder gleich 6 A, insbesondere kleiner oder gleich 4 A, insbesondere von 2 A +/- 50% ausgebildet ist.12.5 A +/- 40% trained. On the other hand, it is preferably sufficient if the relay is designed for a DC switching current of less than or equal to 8 A, in particular less than or equal to 6 A, in particular less than or equal to 4 A, in particular of 2 A +/- 50%.

Ferner vorzugsweise genügt es, wenn das Relais eine maximale AC-Schaltspannung von kleiner oder gleich 800 V, insbesondere kleiner oder gleich 500 V, insbesondere von 400 V +/-50% aufweist.Furthermore, it is preferably sufficient if the relay has a maximum AC switching voltage of less than or equal to 800 V, in particular less than or equal to 500 V, in particular of 400 V +/- 50%.

Dies hält Kosten und Baugröße des Relais, insbesondere für den Einbau in einer Strangbox ebenfalls in vertretbaren Grenzen.This keeps the cost and size of the relay, especially for installation in a string box, also within reasonable limits.

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Ferner bevorzugt kann die Schalteinrichtung dazu ausgebildet sein, vor dem (Wieder-)Anschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs in einer Prüfroutine elektrische Kenngrößen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu prüfen und bei Einhalten vordefinierter Schwellenwerte für die elektrischen Kenngrößen und nach Benutzerfreigabe die Schalteinrichtung zu schließen. D.h. das Schließen der Schalteinrichtung erfolgt erst dann wenn beides vorliegt, d.h. wenn sowohl die Prüfbedingungen für die elektrischen Kenngrößen erfüllt sind, als auch die Benutzerfreigabe für das (Wieder-)Anschalten vorliegt. Erst dann wird der zugehörige Photovoltaik-Strang wieder angeschaltet. Insbesondere können die Halbleiterschalter zunächst testweise geschlossen und bei noch offenem Relais elektrische Kenngrößen, wie Eingangsspannung, Ausgangsspannung und/oder der Strangstrom gemessen werden. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, bevor auch das Relais geschlossen wird, wodurch das Relais geschont werden kann.Furthermore, the switching device can preferably be designed to check electrical parameters of the associated photovoltaic string in a test routine before the (re) switching on of the associated photovoltaic string and to close the switching device if predefined threshold values for the electrical parameters are maintained and after user approval. I.e. The switching device is only closed when both are present, i.e. if both the test conditions for the electrical parameters are met and the user is approved for (re) switching on. Only then is the associated photovoltaic string switched on again. In particular, the semiconductor switches can initially be closed as a test and, with the relay still open, electrical parameters such as input voltage, output voltage and / or the phase current can be measured. This process can be repeated several times before the relay is also closed, so that the relay can be protected.

Insbesondere umfasst die Schalteinrichtung also einen Stromsensor, welcher den photovoltaisch erzeugten Stromfluss durch die zugehörige Strangleitung misst. Die Schalteinrichtung schließt das Relais vorzugsweise nur dann, wenn der durch die Strangleitung fließende photovoltaisch erzeugte Strom einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang erst in dauerhaften Produktionsbetrieb genommen wird, wenn er vollständig betriebsbereit ist.In particular, the switching device thus comprises a current sensor, which measures the photovoltaically generated current flow through the associated string line. The switching device preferably closes the relay only when the photovoltaically generated current flowing through the string line exceeds a predefined threshold value. This can ensure that the associated photovoltaic string is only put into permanent production operation when it is fully operational.

Vorzugsweise fließt zumindest zeitweise, insbesondere im dauerhaften Produktionsbetrieb des Photovoltaik-Strangs der photovoltaisch erzeugte Strom in dem Teil des Photovoltaik-Strangs, in dem die volle nominelle Spannung der mehreren seriellen PhotovoltaikModule oder des gesamten Photovoltaik-Strangs anliegt, vorzugsweise ausschließlich, durch metallische Leiter, z.B. Metallkabel, Metallsteckverbinder und das Relais und zumindest nicht dauerhaft durch Halbleiterbauelemente. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Verlustleistung gering gehalten werden, so dass die Schalteinrichtung ggf. in vorhandene Gehäuse eingebaut werden kann, ohne dass diese überhitzen.The photovoltaically generated current preferably flows at least temporarily, in particular in the permanent production operation of the photovoltaic string, in the part of the photovoltaic string in which the full nominal voltage of the plurality of serial photovoltaic modules or of the entire photovoltaic string is present, preferably exclusively, through metallic conductors. e.g. Metal cables, metal connectors and the relay and at least not permanently through semiconductor components. As a result, the power loss can advantageously be kept low, so that the switching device can optionally be installed in existing housings without these overheating.

Bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage weist vorzugsweise jeder parallele Photovoltaik-Strang vor dem zentralen Sammelpunkt eine solche Schalteinrichtung auf. Die Schalteinrichtungen sind Photovoltaik-Modul-übergreifend, d.h. sind jeweils für den gesamten Photovoltaik-Strang mit mehreren seriell verschalteten Photovoltaik-Modulen zuständig.In a multistrand photovoltaic system, each parallel photovoltaic string preferably has such a switching device in front of the central collection point. The switching devices are cross-photovoltaic module, i.e. are each responsible for the entire photovoltaic string with several series-connected photovoltaic modules.

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Die Schalteinrichtungen weisen eingangsseitig (also Photovoltaik-Strang- oder Photovoltaik-Modul-seitig) einen Pluspoleingang und einen Minuspoleingang zum Anschließen des Pluspols bzw. Minuspols der Strangleitung sowie ausgangsseitig (also sammelpunktseitig) einen Pluspolausgang und einen Minuspolausgang zum Anschließen des Pluspols bzw. Minuspols einer Fortsetzung der Strangleitung bis zu dem zentralen Sammelpunkt der Photovoltaik-Stränge bzw. bis zum Gleichstromeingang des Wechselrichters auf. Es liegt demnach insbesondere die gesamte Strangspannung an der Schalteinrichtung an und/oder der gesamte Strangstrom fließt durch die Schalteinrichtung hindurchThe switching devices have a positive pole input and a negative pole input for connecting the positive pole or negative pole of the string line on the input side (i.e. photovoltaic string or photovoltaic module side) and a positive pole output and a negative pole output for connecting the positive pole or negative pole on the output side (i.e. on the collecting point side) Continuation of the string line up to the central collection point of the photovoltaic strings or up to the DC input of the inverter. Accordingly, in particular the entire phase voltage is applied to the switching device and / or the entire phase current flows through the switching device

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, entfaltet die vorliegende Erfindung besondere Vorteile in Kombination mit dem Rückstromschutz gemäß der DE 10 2016 117 049. Wenn die Schalteinrichtung auch als Rückstromschutzvorrichtung in einer MultistrangPhotovoltaik-Anlage wirkt, verhindert diese zusätzlich, dass ein Querstrom so groß wird, dass sich die Richtung des Stromflusses in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang umkehrt, d.h. ein negativer Strom zurück in den zugehörigen Photovoltaik-Strang fließt. Das kann insbesondere mit der Back-to-Back-Schaltung aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere der Back-to-BackSchaltung aus zwei Feldeffekttransistoren, z.B. MOSFETs, erreicht werden. In vorteilhafter weise können also unerwünschte Rückströme verhindert werden, welche ansonsten entstehen könnten, wenn der zugehörige Photovoltaik-Strang niederimpedanter sein sollte als der Wechselrichter oder entsprechende Stromabnehmer stromabwärts des zentralen Sammelpunkts. Dies kann einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer der zugehörigen Photovoltaik-Module haben. Je nach Sicherheitsausrüstung der Photovoltaik-Anlage kann die Rückstromschutzfunktion auch die Sicherheit der Anlage erhöhen, insbesondere beim Abschalten einzelner Photovoltaik-Stränge oder der Photovoltaik-Anlage, z.B. aufgrund nicht mehr hinreichender Bestrahlung, Wartungsarbeiten oder bei einer Gefahrenabschaltung, insbesondere in dem die Rückstromschutzfunktion verhindert, dass eine Abschaltung des zugehörigen PhotovoltaikStrangs aufgrund eines Rückstroms verhindert wird.As already stated above, the present invention has particular advantages in combination with the reverse current protection according to DE 10 2016 117 049. If the switching device also acts as a reverse current protection device in a multi-strand photovoltaic system, this additionally prevents a cross current from becoming so large that the direction of the current flow in the associated photovoltaic string is reversed, ie a negative current flows back into the associated photovoltaic string. This can be done in particular with the back-to-back circuit comprising two semiconductor switches, in particular the back-to-back circuit consisting of two field effect transistors, e.g. MOSFETs can be achieved. In an advantageous manner, undesired reverse currents can be prevented, which could otherwise arise if the associated photovoltaic string should have a lower impedance than the inverter or corresponding pantograph downstream of the central collecting point. This can have a positive impact on the lifespan of the associated photovoltaic modules. Depending on the safety equipment of the photovoltaic system, the reverse current protection function can also increase the safety of the system, especially when switching off individual photovoltaic strings or the photovoltaic system, e.g. due to insufficient radiation, maintenance work or in the event of a hazard shutdown, in particular in which the reverse current protection function prevents the associated photovoltaic string from being switched off due to reverse current.

Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung in ein elektrisch isolierendes Gehäuse eingebaut, welches am strangseitigen Eingang einen Pluspol-Anschluss für den Pluspol der Strangleitung und einen Minuspol-Anschluss für den Minuspol der Strangleitung des zugehörigen Photovoltai k-Strangs aufweist. Ferner vorzugsweise weist die Schalteinrichtung am sammelpunktseitigen Ausgang einen Pluspol-Anschluss für den Pluspol und einen MinuspolAnschluss für den Minuspol der Verlängerung der Strangleitung, die zu dem zentralenThe switching device is preferably installed in an electrically insulating housing which has a positive pole connection for the positive pole of the string line and a negative pole connection for the negative pole of the string line of the associated photovoltaic string at the string-side input. Furthermore, the switching device preferably has a positive pole connection for the positive pole and a negative pole connection for the negative pole of the extension of the branch line, which leads to the central one, at the output on the common point

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Sammelpunkt führt, auf. Die Anschlüsse an dem Gehäuse sind vorzugsweise als PhotovoltaikSteckverbinder, z.B. gemäß dem SUNCLIX®-System der Anmelderin/Inhaberin ausgebildet. Das Gehäuse mit der Schalteinrichtung, welches mit den Steckverbindern in die beiden Leitungen der Strangleitung des zugehörigen Photovoltaik-Moduls eingefügt werden können, kann demnach eine separat steckbare Einheit in Form einer Strangbox bilden, die auch als Nachrüstlösung noch in vorhandene Strangleitungen zwischen die Photovoltaik-Module jeweils eines PhotovoltaikStrangs und den zentralen Sammelpunkt bzw. den gemeinsamen Wechselrichter eingefügt werden kann, um eine vorhandene Multistrang-Photovoltaik-Anlage nachzurüsten.Collection point leads to. The connections on the housing are preferably as photovoltaic connectors, e.g. trained in accordance with the applicant's SUNCLIX® system. The housing with the switching device, which can be inserted with the connectors in the two lines of the string line of the associated photovoltaic module, can therefore form a separately pluggable unit in the form of a string box, which can also be used as a retrofit solution in existing string lines between the photovoltaic modules one photovoltaic string each and the central collection point or the common inverter can be inserted in order to retrofit an existing multistrand photovoltaic system.

Vorzugsweise enthält die Schalteinrichtung einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Sensor zum Messen einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltaik-Strang. In Ansprechen auf die mit dem Sensor gemessene elektrische Kenngröße kann die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung schalten, ggf. aber nur dann wenn auch eine Benutzerfreigabe vorliegt. Insbesondere verhindert die Steuereinrichtung in Ansprechen auf die mit dem Sensor gemessene elektrische Kenngröße das Schließen der Schalteinrichtung und/oder zumindest des Relais, z.B. wenn die gemessene elektrische Kenngröße außerhalb einer für das Wieder-Anschalten maßgeblichen Sicherheitsbedingung für die erste elektrische Kenngröße liegt.The switching device preferably contains a sensor connected to the control device for measuring an electrical parameter on the associated photovoltaic string. In response to the electrical characteristic measured with the sensor, the control device can switch the switching device, but possibly only if there is also user authorization. In particular, in response to the electrical characteristic measured with the sensor, the control device prevents the switching device and / or at least the relay, e.g. if the measured electrical parameter lies outside a safety condition for the first electrical parameter that is relevant for the restart.

Der Sensor ist vorzugsweise ein Stromsensor oder ein Spannungssensor, welcher zumindest eine der folgenden elektrischen Kenngrößen misst:The sensor is preferably a current sensor or a voltage sensor, which measures at least one of the following electrical parameters:

- Eingangsspannung am strangseitigen Eingang der Schalteinrichtung,- input voltage at the string-side input of the switching device,

- Ausgangsspannung am sammelpunktseitigen bzw. wechselrichterseitigen Ausgang der Schalteinrichtung,- output voltage at the collector-side or inverter-side output of the switching device,

- Strangstrom des zugehörigen Photovoltaik-Strangs bzw. durch die Schalteinrichtung oder Strangbox,- string current of the associated photovoltaic string or through the switching device or string box,

- negativer Stromfluss.- negative current flow.

Ein negativer Stromfluss bedeutet, dass der Strom in dem Photovoltaik-Strang entgegen der Flussrichtung des im Betrieb photovoltaisch erzeugten Stroms durch die Schalteinrichtung fließt. D.h. der Stromsensor ist insbesondere dazu ausgebildet, auch einen negativen Stromfluss messen zu können.A negative current flow means that the current in the photovoltaic string flows through the switching device counter to the flow direction of the current photovoltaically generated during operation. I.e. the current sensor is in particular designed to also be able to measure a negative current flow.

Der Hybridschalter kann in Ansprechen auf eine oder mehrere dieser mit dem oder den Sensoren gemessenen elektrischen Kenngrößen öffnen und die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs mit dem Stromabnehmer unterbrechen. Die Schalteinrichtung enthält alsoIn response to one or more of these electrical parameters measured with the sensor or sensors, the hybrid switch can open and interrupt the connection of the associated photovoltaic string to the pantograph. The switching device thus contains

BE2017/5252 vorzugsweise einen Stromsensor, der ggf. auch negative Ströme messen kann und/oder einenBE2017 / 5252 preferably a current sensor that can also measure negative currents and / or one if necessary

Eingangsspannungssensor und/oder einen Ausgangsspannungssensor.Input voltage sensor and / or an output voltage sensor.

Weitere Details einer optionalen zusätzlichen Rückstromverhinderung sind imFurther details of an optional additional backflow prevention are in the

Folgenden beschrieben.Described below.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein Stromsensor, welcher auch einen negativen Stromfluss durch die Schalteinrichtung messen kann. Die Schalteinrichtung kann die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu dem zentralen Sammelpunkt, d.h. zu der Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und zu dem Gleichstromeingang des Wechselrichters unterbrechen, zumindest wenn der Strom in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang negativ ist und/oder einen vordefinierten Schwellenwert für den Betrag des negativen Stroms überschreitet. Ein negativer Strom ist allerdings keine notwendige Voraussetzung für das Trennen. Je nachdem welche Betriebs- und Sicherheitsparameter vorgegeben sind, kann die Schalteinrichtung die Unterbrechung auch bereits dann durchführen, wenn der Strom zwar noch positiv ist, aber unterhalb eines vordefinierten Sicherheits-Schwellwertes liegt. Dies kann z.B. dann Vorkommen, wenn die Photovoltaik-Module des zugehörigen Photovoltaik-Strangs erheblich stärker abgeschattet sind als die Photovoltaik-Module der anderen Photovoltaik-Stränge. In diesem Fall sorgen die Querströme möglicherweise noch nicht für einen negativen Gesamt-Stromfluss in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang, reduzieren aber den von den von den zugehörigen Photovoltaik-Strang photovoltaisch erzeugten Strom ggf. bereits so weit, dass der Produktionsbetrieb dieses zugehörigen Photovoltaik-Strangs wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll ist, so dass es besser ist, die Verbindung dieses zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu der Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und zu dem gemeinsamen Wechselrichter zu unterbrechen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der von der Schalteinrichtung gemessene Strom zwar noch positiv ist, aber erheblich unter dem Maximalstrom des Photovoltaik-Strangs, z.B. kleiner als 10% des Maximalstroms des Photovoltaik-Strangs ist. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, die Schalteinrichtung automatisch zu schalten, bzw. die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu der Parallelschaltung und zu dem Wechselrichter zu unterbrechen, wenn die Bedingung eintritt, dass der Strangstrom I kleiner wird als ein vordefinierter Schwellenwert IO. Der vordefinierte Schwellenwert IO kann zwischen positiv und erheblich kleiner als der Maximalstrom des zugehörigen Photovoltaik-Strangs und einemAccording to a preferred embodiment of the invention, the sensor is a current sensor, which can also measure a negative current flow through the switching device. The switching device can connect the associated photovoltaic string to the central collection point, i.e. to the parallel connection with the other photovoltaic strings and to the direct current input of the inverter, at least if the current in the associated photovoltaic string is negative and / or exceeds a predefined threshold value for the amount of the negative current. However, a negative current is not a necessary prerequisite for the disconnection. Depending on which operating and safety parameters are specified, the switching device can also carry out the interruption even if the current is still positive but is below a predefined safety threshold value. This can e.g. then occur when the photovoltaic modules of the associated photovoltaic string are shaded considerably more than the photovoltaic modules of the other photovoltaic strings. In this case, the cross currents may not yet result in a negative total current flow in the associated photovoltaic string, but may reduce the current generated by the photovoltaic string from the associated photovoltaic string so far that the production operation of this associated photovoltaic string is no longer economically sensible, so that it is better to interrupt the connection of this associated photovoltaic string to the parallel connection with the other photovoltaic strings and to the common inverter. This can be particularly useful if the current measured by the switching device is still positive, but considerably below the maximum current of the photovoltaic string, e.g. is less than 10% of the maximum current of the photovoltaic string. In other words, the control device is preferably designed to switch the switching device automatically, or to interrupt the connection of the associated photovoltaic string to the parallel connection and to the inverter, if the condition occurs that the string current I becomes smaller than a predefined threshold value OK. The predefined threshold value IO can be between positive and considerably smaller than the maximum current of the associated photovoltaic string and one

BE2017/5252 negativen Sicherheitswert für den Stromfluss ausgewählt werden. Mathematisch ausgedrückt kann die Schaltbedingung definiert werden als l<IO, wobei IO ausgewählt wird aus einem Intervall [11,12], wobei 11 ein negativer Sicherheitswert ist, bei welchem der zugehörige PhotovoltaikStrang beschädigt werden könnte und I2 ein positiver Wert ist, unterhalb dessen ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr sinnvoll erscheint.BE2017 / 5252 negative safety value for the current flow can be selected. Expressed mathematically, the switching condition can be defined as l <IO, where IO is selected from an interval [11,12], where 11 is a negative safety value at which the associated photovoltaic string could be damaged and I2 is a positive value below which a economic operation no longer makes sense.

Insbesondere schaltet die Schalteinrichtung den zugehörigen Photovoltai k-Strang auch wieder elektrisch an die Parallelschaltung mit den anderen Photovoltai k-Strängen und an den gemeinsamen Wechselrichter elektrisch an, wenn die Betriebs- und Sicherheitsparameter dies erlauben und die Benutzerfreigabe, z.B. in Form eines Triggersignals, z.B. durch einen geschlossenen Schalter vorliegt. Hierzu ist die Steuereinrichtung mit einer Sensoreinrichtung zum Messen zumindest einer elektrischen Kenngröße verbunden.In particular, the switching device also electrically connects the associated photovoltaic k string to the parallel connection with the other photovoltaic k strings and to the common inverter if the operating and safety parameters permit this and the user release, e.g. in the form of a trigger signal, e.g. by a closed switch. For this purpose, the control device is connected to a sensor device for measuring at least one electrical parameter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schaltet die Schalteinrichtung in Ansprechen auf die gemessene strangseitige Eingangsspannung und/oder auf die gemessene sammelpunktseitige bzw. wechselrichterseitige Ausgangsspannung den zugehörigen Photovoltai k-Strang, dessen Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt unterbrochen ist, wieder an den zentralen Sammelpunkt mit den anderen parallelen Photovoltaik-Strängen und damit an den Gleichstromeingang des Wechselrichters elektrisch an, wenn die Benutzerfreigabe vorliegt.According to a preferred embodiment, the switching device switches the associated photovoltaic string, whose connection to the central collecting point is interrupted, back to the central collecting point with the other parallel ones in response to the measured string-side input voltage and / or to the measured collecting point-side or inverter-side output voltage Photovoltaic strings and thus to the DC input of the inverter electrically when the user approval is available.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Eingangsspannung mit der Ausgangsspannung verglichen und die Steuereinrichtung steuert in Ansprechen auf den Vergleich der gemessenen strangseitigen Eingangsspannung und der gemessenen stromabnehmerseitigen Ausgangsspannung die Schalteinrichtung, insbesondere dahingehend, dass der zugehörige Photovoltai k-Strang, dessen Verbindung zu dem Stromabnehmer unterbrochen ist, wieder an den Stromabnehmer an, wenn die Benutzerfreigabe vorliegt. Durch den Spannungsvergleich kann gewährleistet werden, dass nach dem elektrischen Wiederanschalten des zugehörigen Photovoltai k-Strangs die erwünschten Betriebs- und Sicherheitsparameter erfüllt sind, z.B. dass kein negativer Strom zurück in den zugehörigen Photovoltai k-Strang fließt bzw. der positive Produktionsstrom einen Mindestwert übersteigt, indem der zugehörige Photovoltai k-Strang nur dann elektrisch wieder angeschaltet wird, wenn die Differenz aus Ausgangsspannung U2 minus Eingangsspannung U1 kleiner ist, als ein vordefinierter Schwellenwert U0. Wenn U0=0 gilt, bedeutet das, dass die Ausgangsspannung U2 kleiner ist als die Eingangsspannung U1. Hierbei kann eine gewisse Toleranz vorhanden sein, insbesondere kann der Effekt ausgenutzt werden, dass die Eingangsspannung des zugehörigenAccording to a further preferred embodiment of the invention, the input voltage is compared with the output voltage and the control device controls the switching device in response to the comparison of the measured string-side input voltage and the measured pantograph-side output voltage, in particular to the extent that the associated photovoltaic k string, its connection to the Pantograph is interrupted, reapply to the pantograph when user approval is available. The voltage comparison can ensure that the desired operating and safety parameters are fulfilled after the relevant photovoltaic string has been switched on again, e.g. that no negative current flows back into the associated photovoltaic k string or that the positive production current exceeds a minimum value by the associated photovoltaic k string being switched on again electrically only when the difference between output voltage U2 minus input voltage U1 is less than one predefined threshold U0. If U0 = 0, this means that the output voltage U2 is lower than the input voltage U1. A certain tolerance can be present here, in particular the effect that the input voltage of the associated one can be exploited

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Photovoltaik-Strangs, dessen Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt unterbrochen ist, die Leerlaufspannung ist, wohingegen die Ausgangsspannung, welche die von den anderen parallelen Photovoltaik-Modulen erzeugte Spannung darstellt, bereits eine Lastspannung darstellt, welche typischerweise um etwa 20% niedriger ist als die Leerlaufspannung, weil der Wechselrichter bereits arbeitet. Demnach kann die Steuereinrichtung in Ansprechen auf den Vergleich der Leerlaufspannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs mit der Lastspannung der anderen Photovoltaik-Stränge den zugehörigen Photovoltaik-Strang, dessen Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt unterbrochen ist, wieder an den zentralen Sammelpunkt mit den anderen parallelen Photovoltaik-Strängen und damit an den Gleichstromeingang des Wechselrichters anschalten, wenn die Benutzerfreigabe vorliegt. Zusätzlich zu dem Spannungsvergleich kann noch geprüft werden, ob die Spannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs einen vordefinierten Schwellenwert U_min übersteigt, z.B. um zu gewährleisten, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang zu diesem Zeitpunkt eine hinreichende Leistung erzeugen kann.The photovoltaic string whose connection to the central collection point is broken is the open circuit voltage, whereas the output voltage, which represents the voltage generated by the other parallel photovoltaic modules, already represents a load voltage, which is typically about 20% lower than the open circuit voltage because the inverter is already working. Accordingly, in response to the comparison of the open circuit voltage of the associated photovoltaic string with the load voltage of the other photovoltaic strings, the control device can return the associated photovoltaic string, whose connection to the central collecting point is interrupted, to the central collecting point with the other parallel photovoltaic strips. Connect the strings and thus to the DC input of the inverter if the user approval is available. In addition to the voltage comparison, it can also be checked whether the voltage of the associated photovoltaic string exceeds a predefined threshold value U_min, e.g. to ensure that the associated photovoltaic string can generate sufficient power at this time.

Die Schalteinrichtung verbindet im geschlossenen Zustand den zugehörigen Photovoltaik-Strang elektrisch mit dem Stromabnehmer und unterbricht im offenen Zustand die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu dem Stromabnehmer innerhalb der Strangleitung bidirektional.In the closed state, the switching device electrically connects the associated photovoltaic string to the pantograph and, in the open state, bi-directionally interrupts the current-carrying connection of the associated photovoltaic string to the pantograph within the string line.

Vorzugsweise sind die verwendeten Halbleiterschalter und/oder das Relais als Schließer (Normally Off oder Normally Open, NO) ausgebildet. Dies könnte zwar auf den ersten Blick nachteilig erscheinen, da für das Halten des On-Zustandes elektrische Leistung benötigt wird. Dies wird aber in Kauf genommen, um die damit verbundene Sicherheit zu erzielen, nämlich dass die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs im Normalzustand der Schalteinrichtung zu der Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und zu dem Gleichstromeingang des Wechselrichters unterbrochen ist.The semiconductor switches and / or the relay used are preferably designed as NO contacts (normally off or normally open). At first glance, this might appear to be disadvantageous, since electrical power is required to maintain the on state. However, this is accepted in order to achieve the associated safety, namely that the connection of the associated photovoltaic string is interrupted in the normal state of the switching device to the parallel connection with the other photovoltaic strings and to the direct current input of the inverter.

Die vorliegend offenbarte Erfindung ist insbesondere vorteilhaft einzusetzen in Photovoltaik-Anlagen, bei welchen die seriell geschalteten Photovoltaik-Module in zumindest einem der Photovoltaik-Stränge, vorzugsweise in allen Photovoltaik-Strängen, jeweils Schutzschaltungen aufweisen, mittels welchen die Photovoltaik-Module einzeln von dem zugehörigen Photovoltaik-Strang abgeschaltet werden können, und wobei die Schutzschaltungen der einzelnen Photovoltaik-Module den Ausgang des jeweiligen Photovoltaik-Moduls an den Anschlusspunkten für die Strangleitung kurzschließt, um einen niederohmigen Bypass für das jeweilige Photovoltaik-Modul zu erzeugen. Solche Schutzschaltungen für die Photovoltaik-ModuleThe presently disclosed invention can be used particularly advantageously in photovoltaic systems in which the series-connected photovoltaic modules in at least one of the photovoltaic strings, preferably in all photovoltaic strings, each have protective circuits by means of which the photovoltaic modules are individually isolated from the associated one Photovoltaic string can be switched off, and the protective circuits of the individual photovoltaic modules short-circuit the output of the respective photovoltaic module at the connection points for the string line in order to generate a low-resistance bypass for the respective photovoltaic module. Such protective circuits for the photovoltaic modules

BE2017/5252 sind in der WO2013/026539 A1 genauer beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen und welche diesbezüglich hiermit durch Referenz inkorporiert wird. Ferner ist die vorliegend offenbarte Erfindung insbesondere vorteilhaft einzusetzen in Photovoltaik-Anlagen, bei welchen der zugehörige Photovoltaik-Strang eine Startschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, solche oder andere Schutzschaltungen der einzelnen Photovoltaik-Module des zugehörigen Photovoltaik-Strangs wieder zu aktivieren. Solche Startschaltungen für die Photovoltaik-Stränge sind in der WO2014/122325 A1 genauer beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen und welche diesbezüglich hiermit durch Referenz inkorporiert wird.BE2017 / 5252 are described in more detail in WO2013 / 026539 A1, to which reference is hereby made and which in this regard is hereby incorporated by reference. Furthermore, the presently disclosed invention can be used particularly advantageously in photovoltaic systems in which the associated photovoltaic string has a start circuit which is designed to reactivate such or other protective circuits of the individual photovoltaic modules of the associated photovoltaic string. Such starting circuits for the photovoltaic strings are described in more detail in WO2014 / 122325 A1, to which reference is hereby made and which in this regard is hereby incorporated by reference.

Bevorzugt können eine solche Startschaltung zum Starten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs und die Schalteinriehtung für den zugehörigen Photovoltaik-Strang in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, so dass eine Strangbox mit kombinierter An- und Abschaltfunktion für den zugehörigen Photovoltaik-Strang entsteht. Die Strangbox wird mit Pluspol- und Minuspol-Anschlüssen am Eingang und Pluspol- und Minuspol-Anschlüssen am Ausgang der Strangbox zwischen die Serie aus Photovoltaik-Modulen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs und den zentralen Sammelpunkt mit den anderen Photovoltaik-Strängen in den zugehörigen Photovoltaik-Strangs geschaltet. Hierdurch können überflüssige Komponenten, insbesondere Steckverbindungen eingespart werden, was sich positiv auf Kosten, Lebensdauer und Verlustleitung der Photovoltaik-Anlage auswirken kann. Die Verlustleistung der Schalteinriehtung ist im Produktionsbetrieb bei geschlossenem Relais so niedrig, dass die thermische Belastung akzeptabel ist.Such a start circuit for starting the associated photovoltaic string and the switching device for the associated photovoltaic string can preferably be accommodated in a common housing, so that a string box with a combined on and off function for the associated photovoltaic string is created. The strand box is provided with positive pole and negative pole connections at the input and positive pole and negative pole connections at the output of the strand box between the series of photovoltaic modules of the associated photovoltaic string and the central assembly point with the other photovoltaic strings in the associated photovoltaic String switched. In this way, superfluous components, in particular plug connections, can be saved, which can have a positive effect on costs, service life and loss conduction of the photovoltaic system. The power loss of the switching device is so low in production with the relay closed that the thermal load is acceptable.

Vorzugsweise ist jeder Photovoltaik-Strang mit der beschriebenen Photovoltaik-Modulübergreifenden Schalteinriehtung bzw. Strangbox ausgerüstet.Each photovoltaic string is preferably equipped with the switching device or string box described above for the photovoltaic module.

Die Erfindung betrifft ferner eine elektronisch gesteuerte Gleichstrom-TrennSchalteinrichtung für den Gleichstromteil einer Photovoltaik-Anlage zum Trennen von zumindest einem Photovoltaik-Strang von einem Stromabnehmer, z.B. einem Wechselrichter, wobei die Gleichstrom-Trenn-Schalteinrichtung einen Hybridschalter aus einem, insbesondere elektromechanischen, Relais und einer parallel zu dem Relais geschaltetenThe invention further relates to an electronically controlled direct current isolating switching device for the direct current part of a photovoltaic system for separating at least one photovoltaic string from a pantograph, e.g. an inverter, the DC isolating switching device being a hybrid switch consisting of a relay, in particular an electromechanical relay, and a relay connected in parallel with the relay

Halbleiterschalteinrichtung umfasst.Semiconductor switching device includes.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer solchen Schalteinriehtung für den Gleichstromteil einer Photovoltaik-Anlage.The invention further relates to the use of such a switching device for the direct current part of a photovoltaic system.

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Die Erfindung betrifft ferner eine Verfahren zum benutzergesteuerten Abschalten undThe invention further relates to a method for user-controlled shutdown and

Wiederanschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs einer Photovoltaik-Anlage, umfassend folgende Schritte:Reactivating at least one photovoltaic string of a photovoltaic system, comprising the following steps:

benutzergesteuertes Triggern der Schalteinrichtung des zumindest einen Photovoltaikstrangs durch ein elektrisches oder elektronisches Triggersignal, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer abzuschalten, benutzergesteuertes Triggern der Schalteinrichtung des zumindest einen PhotovoltaikStrangs durch ein elektrisches oder elektronisches Triggersignal, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang wieder an den Stromabnehmer anzuschalten, ggf. in Ansprechen auf die Erfüllung weiterer Prüfbedingungen.user-controlled triggering of the switching device of the at least one photovoltaic string by an electrical or electronic trigger signal in order to disconnect the at least one photovoltaic string from the pantograph, user-controlled triggering of the switching device of the at least one photovoltaic string by an electrical or electronic trigger signal to the at least one photovoltaic string to connect to the pantograph, possibly in response to the fulfillment of further test conditions.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung zwar besonders vorteilhaft für Photovoltaik-Anlagen verwendbar, jedoch prinzipiell auch für andere DC-Generatoren einsetzbar ist. Diese sollen nicht ausgeschlossen sein.It is obvious to the person skilled in the art that the invention can be used particularly advantageously for photovoltaic systems, but in principle can also be used for other DC generators. These should not be excluded.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenenThe invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and with reference to the figures, the same and similar elements being partially provided with the same reference numerals and the features of the different

Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.Embodiments can be combined.

Kurzbeschreibunq der FigurenBrief description of the figures

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Photovoltaik-Anlage mit parallelen Photovoltaik-Strängen,1 is a block diagram of a photovoltaic system with parallel photovoltaic strings,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schutzschaltung für ein Photovoltaik-Modul,2 shows a block diagram of a protective circuit for a photovoltaic module,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Strangbox mit der Schalteinrichtung,3 is a block diagram of a strand box with the switching device,

Fig. 4 einen Schaltplan der Ansteuerung der Hybrid-Schaltung aus Relais und MOSFETBack-to-Back-Schaltung,4 shows a circuit diagram of the control of the hybrid circuit comprising a relay and a MOSFET back-to-back circuit,

Fig. 5 einen Schaltplan für ein Schaltnetzteil zur Ansteuerung der MOSFET-Back-to-BackSchaltung, undFig. 5 is a circuit diagram for a switching power supply for driving the MOSFET back-to-back circuit, and

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm für das Starten, Prüfen und Abschalten des zugehörigenFig. 6 is a flowchart for starting, checking and switching off the associated

Photovoltaik-Strangs.Photovoltaic string.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

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Bezug nehmend auf Fig. 1 umfasst die Multistrang-Photovoltaik-Anlage 1 eineReferring to FIG. 1, the multi-strand photovoltaic system 1 comprises one

Mehrzahl von parallel geschalteten Photovoltaik-Strängen, von denen der Einfachheit halber lediglich zwei Photovoltaik-Stränge 10,10‘ dargestellt sind.A plurality of photovoltaic strings connected in parallel, of which only two photovoltaic strands 10, 10 'are shown for the sake of simplicity.

Jeder Photovoltaik-Strang umfasst eine Mehrzahl von Photovoltaik-Modulen oder Photovoltaik-Paneelen 12,12‘, welche jeweils mit einer Schutzschaltung 14,14‘ ausgerüstet sind, z.B. wie sie in der WO 2013/026539 A1 beschrieben sind. Die Schutzschaltungen 14,14’ sind jeweils einem Photovoltaik-Modul 12,12‘ zugeordnet und die jeweilige Strangleitung 16,16‘ führt durch die dem Photovoltaik-Strang 10,10‘ zugehörige Schutzschaltung 14,14‘ zweipolig hindurch.Each photovoltaic string comprises a plurality of photovoltaic modules or panels 12, 12 ', each of which is equipped with a protective circuit 14, 14', e.g. as described in WO 2013/026539 A1. The protective circuits 14, 14 'are each assigned to a photovoltaic module 12, 12' and the respective string line 16, 16 'leads through the protective circuit 14, 14' associated with the photovoltaic string 10, 10 'with two poles.

Bezug nehmend auf Fig. 2 enthält jede Schutzschaltung 14,14‘ einen Kurzschlussschalter S3 zum strangseitigen Kurzschließen des zugehörigen Photovoltaik-Moduls 12,12‘ sowie einen seriellen Trennschalter S4, mit welchem das zugehörige Photovoltaik-Modul 12,12‘ vom Photovoltaik-Strang 10,10‘ getrennt werden kann. Bei Beschattung oder Ausfall eines Photovoltaik-Moduls 12,12‘ schließt der Kurzschlussschalter S3 und der serielle Trennschalter S4 öffnet, so dass das jeweilige Photovoltaik-Modul 12,12‘ vom PhotovoltaikStrang getrennt wird, leerläuft und der Photovoltaik-Strang 10,10‘ trotzdem geschlossen bleibt, so dass weiterhin der photovoltaisch erzeugte Strom der übrigen Photovoltaik-Module dieses Photovoltaik-Strangs 10,10‘ durch die auch in diesem Schutzzustand geschlossene Strangleitung 16,16‘ fließen kann. Für weitere Details der für die vorliegende Erfindung optionalen Schutzschaltung 14,14‘ wird auf die WO 2013/026539 verwiesen, welche diesbezüglich hiermit durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.With reference to FIG. 2, each protective circuit 14, 14 ′ contains a short-circuit switch S3 for short-circuiting the associated photovoltaic module 12, 12 ′ as well as a serial isolating switch S4, with which the associated photovoltaic module 12, 12 ′ from the photovoltaic string 10 , 10 'can be separated. In the event of shading or failure of a photovoltaic module 12, 12 ', the short-circuit switch S3 closes and the serial isolating switch S4 opens, so that the respective photovoltaic module 12, 12' is disconnected from the photovoltaic line, runs idle and the photovoltaic line 10, 10 'nevertheless remains closed, so that the photovoltaically generated current of the other photovoltaic modules of this photovoltaic string 10, 10 'can continue to flow through the string line 16, 16', which is also closed in this protected state. For further details of the protective circuit 14, 14 ′ which is optional for the present invention, reference is made to WO 2013/026539, which in this regard is hereby made the subject of the present disclosure by reference.

Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1 ist in jeden Photovoltaik-Strang 10,10‘ eine Strangbox 20,20‘ eingefügt, welche als Startboxen gemäß der WO 2014/122325 A1 ausgebildet sein können, und durch welche beide Strangleitungen 16,16‘ hindurch gehen.Referring back to FIG. 1, a string box 20, 20 'is inserted into each photovoltaic string 10, 10', which can be designed as start boxes in accordance with WO 2014/122325 A1, and through which both string lines 16, 16 'pass .

Wechselrichterseitig der Strangboxen 20,20‘ sind Fortsetzungen 17,17‘ der Strangleitungen 16,On the inverter side of the string boxes 20, 20 'are continuations 17, 17' of the string lines 16,

16‘ an einem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b, bzw. dessen Plus- und Minuspol, parallel zusammen geschaltet, um die photovoltaisch erzeugte Leistung der in diesem Beispiel mehreren Photovoltaik-Stränge 10,10‘ etc. parallel geschaltet in den Gleichstromeingang 24a, 24b des gemeinsamen Wechselrichters 26 einzuspeisen. Am Wechselstromausgang 28 des Wechselrichters 26 wird der Wechselstrom zum Einspeisen in ein Versorgungsnetz bereitgestellt.16 'at a central collection point 22a, 22b, or its plus and minus pole, connected in parallel in order to connect the photovoltaically generated power of several photovoltaic strings 10, 10' etc. in this example to the DC input 24a, 24b of the feed common inverter 26. At the alternating current output 28 of the inverter 26, the alternating current is made available for feeding into a supply network.

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Die Strangboxen 20,20‘ werden in diesem Beispiel von einem externen 24-Volt Netzteil (Fig. 2) versorgt, um die gewünschten Schaltvorgänge auszuführen. Die Versorgung kann allerdings auch durch ein Start-Photovoltaik-Modul erfolgen, welches keine Schutzschaltung 14,In this example, the string boxes 20, 20 'are supplied by an external 24-volt power supply unit (FIG. 2) in order to carry out the desired switching operations. However, the supply can also be provided by a start photovoltaic module which does not have a protective circuit 14,

14‘ aufweist und somit bei Lichteinfall automatisch den jeweiligen Photovoltaik-Strang 10,10‘ und damit auch die zugehörige Strangbox 20,20‘ mit elektrischer Leistung versorgt. Für weitere Details hierzu wird auf die WO 2014/122325 A1 verwiesen, welche diesbezüglich hiermit durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.14 ″ and thus automatically supplies the respective photovoltaic string 10,10 ″ and thus also the associated string box 20,20 ″ with electrical power in the event of light. For further details, reference is made to WO 2014/122325 A1, which in this regard is hereby made the subject of the present disclosure by reference.

Bezug nehmend auf Fig. 3 ist eine Strangbox 20 eines der Photovoltaik-Stränge 10 genauer dargestellt. Alle übrigen parallel geschalteten Photovoltaik-Stränge 10,10‘ etc., sofern vorhanden, sind vorzugsweise gleich aufgebaut. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in einer Einzelstrang-Photovoltaik-Anlage 1, also mit einem DC-Generator 2 verwendet werden, der aus nur einem Photovoltaik-Strang 10 besteht.3, a string box 20 of one of the photovoltaic strings 10 is shown in more detail. All other photovoltaic strings 10, 10 'etc. connected in parallel, if present, are preferably constructed identically. However, the present invention can also be used in a single-strand photovoltaic system 1, that is to say with a DC generator 2, which consists of only one photovoltaic strand 10.

Die Photovoltaik-Module 12 mit angeschlossener Schutzschaltung 14, welche in Fig. 3 der Einfachhalt halber nicht separat dargestellt ist, bilden in serieller Schaltung den PhotovoltaikStrang 10. Der Pluspol 16a und der Minuspol 16b der Strangleitung 16 sind an einen Pluspoleingang 34a bzw. einen Minuspoleingang 34b der Strangbox 20 angeschlossen, um in die Strangbox 20 eingespeist zu werden. An einen Pluspolausgang 36a bzw. einen Minuspolausgang 36b sind entsprechende Fortsetzungen 17 der Strangleitung 16 an den Pluspol 24a bzw. an den Minuspol 24b des Gleichstromeingangs 24 des Wechselrichters 26, der in diesem Beispiel den Stromabnehmer für den photovoltaisch erzeugten Strom bildet, angeschlossen. Der von den Photovoltaik-Modulen 12 des Photovoltaik-Strangs 10 photovoltaisch erzeugte Strom fließt demnach im Produktionsbetrieb durch die Strangbox 20 hindurch. An den Eingängen und Ausgängen 34a, 34b; 36a, 36b sind die modulseitigen und sammelpunktseitigen Abschnitte 16, der Strangleitung, vorzugsweise mit Steckverbindern (nicht dargestellt) angeschlossen.The photovoltaic modules 12 with a connected protective circuit 14, which is not shown separately in FIG. 3 for reasons of simplicity, form the photovoltaic string 10 in series connection. The positive pole 16a and the negative pole 16b of the string line 16 are connected to a positive pole input 34a and a negative pole input, respectively 34b of the strand box 20 connected in order to be fed into the strand box 20. Corresponding extensions 17 of the string line 16 to the positive pole 24a or to the negative pole 24b of the direct current input 24 of the inverter 26, which in this example forms the current collector for the photovoltaically generated current, are connected to a positive pole output 36a or a negative pole output 36b. The current photovoltaically generated by the photovoltaic modules 12 of the photovoltaic string 10 therefore flows through the string box 20 during production operation. At the inputs and outputs 34a, 34b; 36a, 36b, the module-side and assembly-side sections 16 of the strand line are preferably connected with plug connectors (not shown).

Weitere optionale parallele Photovoltaik-Stränge 10‘ sind durch die gestrichelten Linien, welche zu den beiden Polen des zentralen Sammelpunkts 22a, 22b führen, symbolisiert.Further optional parallel photovoltaic strings 10 'are symbolized by the dashed lines which lead to the two poles of the central collecting point 22a, 22b.

Die Strangbox 20 enthält eine Schalteinrichtung 38, welche in das vorzugsweise wasserdichte Kunststoff-Gehäuse 21 der Strangbox 20 integriert ist. Die Schalteinrichtung 38 umfasst einen Hybridschalter S1, welcher seriell in den Photovoltaik-Strang 10, in diesem Beispiel in einen Ast der Strangleitung (in diesem Beispiel der Pluspol) geschaltet ist. Mit dem seriellen Hybridschalter S1 kann die stromführende Verbindung des zugehörigen PhotovoltaikStrangs 10 zu dem Wechselrichter 26 benutzergesteuert unterbrochen und der zugehörigeThe strand box 20 contains a switching device 38, which is integrated into the preferably waterproof plastic housing 21 of the strand box 20. The switching device 38 comprises a hybrid switch S1, which is connected in series in the photovoltaic string 10, in this example in a branch of the string line (in this example the positive pole). With the serial hybrid switch S1, the current-carrying connection of the associated photovoltaic string 10 to the inverter 26 can be interrupted in a user-controlled manner, and the associated one

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Photovoltaik-Strang 10 damit abgeschaltet werden. Eine Steuereinrichtung 42 in Form einesPhotovoltaic string 10 can thus be switched off. A control device 42 in the form of a

Mikrocontrollers steuert den seriellen Hybridschalter S1, der auch als Trenn-Hybridschalter bezeichnet werden kann, und überwacht einen Stromsensor 44, einenThe microcontroller controls the serial hybrid switch S1, which can also be referred to as an isolating hybrid switch, and monitors a current sensor 44, one

Eingangsspannungssensor 46 und einen Ausgangsspannungssensor 48, um elektrischeInput voltage sensor 46 and an output voltage sensor 48 to electrical

Kenngrößen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 zu gewinnen.To obtain parameters of the associated photovoltaic string 10.

Der Eingangsspannungssensor 46 ist parallel zu den Eingangsanschlüssen 34a, 34b der Strangbox 20 geschaltet, um die Eingangsspannung U1 zu messen, welche die Strangspannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 ist. Der Ausgangsspannungssensor 48 ist parallel zu den Ausgangsanschlüssen 36a, 36b der Strangbox 20 geschaltet, um die Ausgangsspannung U2 zu messen, welches diejenige Spannung ist, die am Wechselrichter 26 anliegt. Im Falle einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage ist die Ausgangsspannung U2 diejenige Spannung, die von der Parallelschaltung aller anderen Photovoltaik-Stränge an den Wechselrichter 26 angelegt wird. Der Stromsensor 44 misst im Produktionsbetrieb den Strangstrom, welcher bei Stromproduktion des Photovoltaik-Strangs 10 in der normalen Richtung, welche hier als positiv bezeichnet wird, durch die Strangleitung 16, die Strangbox 20 und die Fortsetzung der Strangleitung 17 in den Wechselrichter 26 fließt, um in den Wechselrichter 26 eingespeist zu werden. Der Stromsensor 44 ist optional auch dazu ausgelegt, einen Stromfluss in der umgekehrten Richtung, d.h. einen in Bezug auf die normale Stromrichtung der Produktion des Photovoltaik-Strangs 10 negativen Strom (also umgekehrtpolig zu den Gleichstromeingängen 24a, 24b des Wechselrichters) zu messen. Alternativ können aber auch zwei getrennte Stromsensoren, einer für den positiven Stromfluss und einen für den negativen Stromfluss vorgesehen sein (nicht dargestellt). Die Schalteinrichtung 38 ist demnach, falls gewünscht, dazu ausgebildet, positiven und/oder negativen Stromfluss zu messen.The input voltage sensor 46 is connected in parallel to the input connections 34a, 34b of the string box 20 in order to measure the input voltage U1, which is the string voltage of the associated photovoltaic string 10. The output voltage sensor 48 is connected in parallel to the output connections 36a, 36b of the string box 20 in order to measure the output voltage U2, which is the voltage that is present at the inverter 26. In the case of a multi-strand photovoltaic system, the output voltage U2 is the voltage which is applied to the inverter 26 by the parallel connection of all other photovoltaic strings. In production operation, the current sensor 44 measures the string current which flows through the string line 16, the string box 20 and the continuation of the string line 17 into the inverter 26 in the normal direction, which is referred to here as positive, when the photovoltaic string 10 is producing current to be fed into the inverter 26. The current sensor 44 is optionally also designed to detect a current flow in the reverse direction, i.e. to measure a current which is negative with respect to the normal current direction of production of the photovoltaic string 10 (that is to say with the opposite polarity to the direct current inputs 24a, 24b of the inverter). Alternatively, however, two separate current sensors, one for the positive current flow and one for the negative current flow, can also be provided (not shown). If desired, the switching device 38 is accordingly designed to measure positive and / or negative current flow.

In der Grundstellung der Strangbox 20 bzw. der Schalteinrichtung 38 ist der serielle Hybridschalter S1 offen und befindet sich in seinem Normalzustand (Normally Open). Eine Hauptfunktion des seriellen Hybridschalters S1 ist es, die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 zu dem Wechselrichter 26 zu unterbrechen. Ein Kurzschlussschalter S2 wird dazu benutzt, strangseitige Kurzschlüsse in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 auszulösen und die Photovoltaik-Module 12 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 über einen eingeprägten Startstrom zu aktivieren. Nach dem Senden des Startimpulses werden die Strangspannung U1 und die Wechselrichterspannung U2 gemessen und verglichen, um in Ansprechen auf den Spannungsvergleich den zugehörigenIn the basic position of the string box 20 or the switching device 38, the serial hybrid switch S1 is open and is in its normal state (normally open). A main function of the serial hybrid switch S1 is to interrupt the current-carrying connection of the associated photovoltaic string 10 to the inverter 26. A short-circuit switch S2 is used to trigger string-side short-circuits in the associated photovoltaic string 10 and to activate the photovoltaic modules 12 of the associated photovoltaic string 10 via an impressed starting current. After sending the start pulse, the phase voltage U1 and the inverter voltage U2 are measured and compared in order to respond to the associated voltage response

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Photovoltaik-Strang 10 an den Wechselrichter 26 elektrisch anzuschalten, ggf. wenn eine entsprechende Benutzerfreigabe vorliegt.To electrically connect the photovoltaic string 10 to the inverter 26, if necessary if there is a corresponding user release.

Der serielle Hybridschalter S1 wird in diesem Beispiel in Ansprechen auf einen Vergleich der Strangspannung U1 und der Wechselrichterspannung U2 geschlossen, d.h. die Schaltbedingung für den Anschaltvorgang des seriellen Hybridschalters S1 hängt in diesem Beispiel von einem Vergleich der Strangspannung U1 und der Wechselrichterspannung U2 ab. Der serielle Hybridschalter S1 wird insbesondere nur dann geschlossen, wenn die Strangspannung U1 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 entweder größer ist als die Wechselrichterspannung U2 oder nur um einen vorbestimmten Schwellenwert U0 (geringfügig) kleiner ist als die Wechselrichterspannung U2. Mit anderen Worten ist eine Schaltbedingung für den seriellen Hybridschalter S1 zum elektrischen Anschalten des Photovoltaik-Strangs 10 an die Parallelschaltung und an den Wechselrichter 26: U1 >=U2-U0, wobei U0 ein vordefinierter Wert für die maximal zulässige Spannungsdifferenz für das sichere Anschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 an den Wechselrichter ist. Der vordefinierte und in dem Mikrocontroller hinterlegte Schaltwert U0 ist demnach (deutlich) kleiner als die maximal mögliche Spannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10. Erst wenn eine solche Schaltbedingung, welche von elektrischen Kenngrößen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 und ggf. den anderen Photovoltaiksträngen abhängt, erfüllt ist, steuert die Steuereinrichtung 42 den seriellen Hybridschalter S1 derart, dass der Hybridschalter S1 geschlossen wird und damit den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 an den Wechselrichter 26 anschaltet. Somit ist in diesem speziellen Ausführungsbeispiel ein Systemstart des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 sogar ohne die Gefahr des Auftretens von unerwünschten Rückströmen möglich.In this example, the serial hybrid switch S1 is closed in response to a comparison of the phase voltage U1 and the inverter voltage U2, i.e. the switching condition for the connection process of the serial hybrid switch S1 depends in this example on a comparison of the phase voltage U1 and the inverter voltage U2. The serial hybrid switch S1 is only closed when the string voltage U1 of the associated photovoltaic string 10 is either greater than the inverter voltage U2 or only by a predetermined threshold value U0 (slightly) less than the inverter voltage U2. In other words, a switching condition for the serial hybrid switch S1 for electrically switching on the photovoltaic string 10 to the parallel connection and to the inverter 26: U1> = U2-U0, where U0 is a predefined value for the maximum permissible voltage difference for the safe switching on of the associated photovoltaic string 10 to the inverter. The predefined switching value U0 stored in the microcontroller is accordingly (significantly) smaller than the maximum possible voltage of the associated photovoltaic string 10. Only when such a switching condition, which depends on electrical parameters of the associated photovoltaic string 10 and possibly the other photovoltaic strings , is fulfilled, the control device 42 controls the serial hybrid switch S1 in such a way that the hybrid switch S1 is closed and thus connects the associated photovoltaic string 10 to the inverter 26. In this special exemplary embodiment, it is thus possible to start the associated photovoltaic string 10 even without the risk of undesired reverse currents occurring.

Um unerwünschte Rückströme von den in diesem Beispiel vorhandenen anderen Photovoltaik-Strängen in den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 im Produktionsbetrieb zu erfassen, in welchem der serielle Hybridschalter S1 geschlossen ist, wird während des Produktionsbetriebs der Stromfluss einschließlich die Stromflussrichtung überwacht. Hierfür wird dauerhaft eine Strommessung mit dem Stromsensor 44 durchgeführt. Mittels des Stromsensors 44 wird demnach eine dauerhafte Überwachung des Strangstroms durchgeführt, einschließlich des Vorzeichens des Strangstroms, also dahingehend ob der Strangstrom negativ wird. Falls der Strangstrom negativ werden sollte oder ein Zustand erreicht wird, der dem nahe kommt, steuert der Mikrocontroller 42 den seriellen Hybridschalter S1 dahingehend, dass dieser öffnet und dieIn order to detect undesired reverse currents from the other photovoltaic strings present in this example in the associated photovoltaic string 10 in the production mode in which the serial hybrid switch S1 is closed, the current flow including the direction of current flow is monitored during the production mode. For this purpose, a current measurement is carried out using the current sensor 44. The current sensor 44 accordingly carries out permanent monitoring of the phase current, including the sign of the phase current, that is to say as to whether the phase current is negative. If the string current should become negative or a state close to that is reached, the microcontroller 42 controls the serial hybrid switch S1 to open and the

BE2017/5252 stromführende Verbindung des Photovoltaik-Strangs 10 zu dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b und zu dem Wechselrichter 26 unterbricht.BE2017 / 5252 current-carrying connection of the photovoltaic string 10 to the central collection point 22a, 22b and to the inverter 26 is interrupted.

Damit alle Strangboxen 20 den jeweils zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 sauber vom Wechselrichter 26 trennen, wenn die gesamte Photovoltaik-Anlage 1 herunterfährt, werden, vorzugsweise und soweit vorhanden, die seriellen Hybridschalter S1 aller Schalteinrichtungen 38 aller Photovoltaik-Stränge ebenfalls geöffnet, sobald die Wechselrichterspannung U2 unterhalb einer vordefinierten Mindestspannung U_min liegt, wobei U_min z.B. im Bereich von etwa 30 Volt liegen kann.So that all string boxes 20 cleanly separate the associated photovoltaic string 10 from the inverter 26 when the entire photovoltaic system 1 shuts down, the serial hybrid switches S1 of all switching devices 38 of all photovoltaic strings are also opened, preferably and if available, as soon as the inverter voltage U2 is below a predefined minimum voltage U_min, U_min, for example can be in the range of about 30 volts.

Bezug nehmend auf Fig. 3 und 4 umfasst der Hybridschalter S1 eine Parallelschaltung aus einer Back-to-Back-Schaltung 50 zweier Halbleiterschalter, in diesem Beispiel zweier Feldeffekt-Transistoren, genauer zweier MOS-FETs 52, und einem elektromechanischen Relais 54. Der Hybridschalter S1 als Ganzes ist für die volle nominelle Strangspannung und den vollen nominellen Strangstrom des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 ausgelegt, welche typischerweise bis zu 1000 Volt oder sogar 1500 Volt sowie z.B. 10 A betragen. Die MOS-FETs 52 weisen allerdings einen typischen Einschaltwiderstand, den sogenannten Resistance-DrainSource-On oder kurz RDS-on, von in diesem Beispiel 690 mOhm auf. Dadurch kann bei einem typischen Photovoltaik-Strang 10 an den MOS-FETs 52 eine Verlustleistung im Bereich von einigen Watt entstehen. Z.B. entsteht bei einem RDS-on von 690 mOhm und einem nominellen Strangstrom von lnom = 10 A eine rechnerische Verlustleistung Pvl = RDS-on * (lnom)2, d.h. in diesem Beispiel also Pvl = 69 Watt. Da eine solche Verlustleistung insbesondere zum Einbau in vorhandene (Kunststoff-)Gehäuse unerwünscht ist, entlastet das Relais 54 die Back-to-BackSchaltung 50 aus den beiden MOS-FETs 52 im Dauerbetrieb. D.h. der Einschaltvorgang wird zunächst von der Back-to-Back-Schaltung aus den beiden MOS-FETs 52 ausgeführt und wenn der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 für eine gewisse Mindestzeit im Produktionsbetrieb ist, wird das parallele Relais 54 geschlossen, um die MOS-FETs 52 zu entlasten. Dadurch wird einerseits die dauerhafte Erzeugung von hoher Verlustleistung an den MOS-FETs 52 vermieden und andererseits kann ein Relais 54 verwendet werden, das alleine nicht geeignet wäre,3 and 4, the hybrid switch S1 comprises a parallel circuit comprising a back-to-back circuit 50 of two semiconductor switches, in this example two field-effect transistors, more precisely two MOS-FETs 52, and an electromechanical relay 54. The hybrid switch S1 as a whole is designed for the full nominal string voltage and the full nominal string current of the associated photovoltaic string 10, which are typically up to 1000 volts or even 1500 volts and, for example, 10 A. However, the MOS-FETs 52 have a typical switch-on resistance, the so-called resistance drain source-on or RDS-on for short, of 690 mOhm in this example. This can result in a power loss in the region of a few watts in a typical photovoltaic string 10 on the MOS-FETs 52. For example, with an RDS-on of 690 mOhm and a nominal phase current of lnom = 10 A, there is a calculated power loss Pvl = RDS-on * (lnom) 2 , ie Pvl = 69 watts in this example. Since such a power loss is particularly undesirable for installation in existing (plastic) housings, the relay 54 relieves the back-to-back circuit 50 from the two MOS-FETs 52 in continuous operation. That is, the switch-on process is first carried out by the back-to-back circuit from the two MOS-FETs 52 and when the associated photovoltaic string 10 is in production operation for a certain minimum time, the parallel relay 54 is closed to the MOS-FETs Relieve 52. This on the one hand avoids the permanent generation of high power loss at the MOS-FETs 52 and on the other hand a relay 54 can be used which would not be suitable on its own.

Schaltvorgänge bei einer nominellen DC-Strangspannung von 1000 V oder sogar 1500 V durchzuführen, ohne dass aufgrund der DC-Spannung eine erhöhte Gefahr eines nicht verlöschenden Lichtbogens entstünde.Carry out switching operations at a nominal DC phase voltage of 1000 V or even 1500 V without the DC voltage causing an increased risk of a non-extinguishing arc.

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Der Hybridschalter S1 kann trotz der hohen Anforderungen an nominelleThe hybrid switch S1 can despite the high demands on nominal

Strangspannung, nominellen Strangstrom und die Gleichstrom-Anwendung mit handelsüblichen, relativ kleinen und kostengünstigen Bauteilen aufgebaut werden.String voltage, nominal string current and the direct current application can be built with commercially available, relatively small and inexpensive components.

Z.B. haben sich die Relais des Typs RT.3T und RTS3L von TE Connectivity Ltd. (vgl.E.g. the RT.3T and RTS3L relays from TE Connectivity Ltd. (see.

www.te.com) mit folgenden Eigenschaften als geeignet erwiesen:www.te.com) with the following properties:

Pol 16A,Pole 16A,

Form A (NO) Kontakt (AgSnO2 or W pre-make contact + AgSnO2) mono- oder bistabile Spule 5kV/10mm Spulenkontakt verstärkte IsolationForm A (NO) contact (AgSnO2 or W pre-make contact + AgSnO2) mono- or bistable coil 5kV / 10mm coil contact reinforced insulation

WG Version: Produkt gemäß IEC60335-1WG version: Product according to IEC60335-1

RTS3T: Elektronischer Ballast UL508/NEMA410 bewertet RTS3T : 165/20ms EinschaltspitzenstromRTS3T: UL508 / NEMA410 electronic ballast rated RTS3T: 165 / 20ms inrush current

Kontaktdatencontact details

KontaktanordnungContact arrangement

Nennspannungnominal voltage

Max. SchaltspannungMax. Switching voltage

NennstromRated current

Begrenzender Dauerstrom Begrenzender Einschaltstrom, max. 20ms (Glühlampen) max. 200psLimiting continuous current Limiting inrush current, max. 20ms (incandescent lamps) max. 200ps

Schaltleistung max.Switching capacity max.

KontaktmaterialContact material

KontaktartContact type

Betriebsfrequenz, mit/ohne Last Betriebs-/Auslösezeit max., DC SpuleOperating frequency, with / without load Operating / tripping time max., DC coil

RT.3TRT.3T

RTS3LRTS3L

Betriebs-/Rückstellzeit max., bistable version PrellzeitOperating / reset time max., Bistable version bounce time

Form A (NO) Kontakt 250VAC 400VACForm A (NO) contact 250VAC 400VAC

16A16A

16A, UL: 20A(RTS3L)16A, UL: 20A (RTS3L)

165A peak 800A peak165A peak 800A peak

4000VA4000VA

W (pre-make cont.) +AgSnO2 pre-make contactW (pre-make cont.) + AgSnO2 pre-make contact

360/3600h-1 360 / 3600h- 1

10/5ms10 / 5ms

120A peak120A peak

10/10ms max. 4ms10 / 10ms max. 4ms

AgSnO2 single contactAgSnO2 single contact

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Für die Back-to-Back-Schaltung 50 haben sich z.B. die MOSFETs des Typs STH12N120K5-2,For the back-to-back circuit 50, e.g. the STH12N120K5-2 type MOSFETs,

STP12N120K5, STW12N120K5, oder STWA12N120K5 von ST (vgl. www.st.com) mit folgendenSTP12N120K5, STW12N120K5, or STWA12N120K5 from ST (see www.st.com) with the following

Eigenschaften als geeignet erwiesen:Properties proven to be suitable:

2017/52522017/5252

Vos: 1200 VVos: 1200 V

RDS-on max. 690 mOhm Id 12ARDS-on max. 690 mOhm Id 12A

Ptot 250 WPtot 250 W.

Vgs Gate-Source Spannung ± 30 VVgs gate-source voltage ± 30 V

Id Drain-Strom bei Tc = 25°C 12 AId drain current at Tc = 25 ° C 12 A.

Id Drain-Strom bei Tc = 100°C 7,6 AId drain current at Tc = 100 ° C 7.6 A.

Idm Drain-Strom (gepulst) 48 AIdm drain current (pulsed) 48 A

Ptot Totale Dissipation bei Tc = 25°C 250 WPtot total dissipation at Tc = 25 ° C 250 W.

Iar Max Strom während wiederholter oder einzelner Puls-Lawine 4 AIar Max current during repeated or single pulse avalanche 4 A

Eas Einzelpuls-Lawinen-Energie 215 mJ dv/dt Spitzen-Dioden-Rückstellspannungsabfall 4,5V/ns dv/dt MOSFET dv/dt Unempfindlichkeit 50 V/nsEas single pulse avalanche energy 215 mJ dv / dt peak diode reset voltage drop 4.5V / ns dv / dt MOSFET dv / dt insensitivity 50 V / ns

Mit einer solchen Hybridschaltung S1 bestehend aus dem Relais 54 und der MOSFETBack-to-Back-Schaltung 50, sowie der zugehörigen Ansteuerelektronik kann der PhotovoltaikStrang sicher und langfristig an und abgeschaltet werden.With such a hybrid circuit S1 consisting of the relay 54 and the MOSFET back-to-back circuit 50, as well as the associated control electronics, the photovoltaic string can be switched on and off safely and in the long term.

Es wird also mittels des Hybridschalters S1 die stromführende Verbindung zwischen dem zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 bzw. dem hiermit geschalteten Teil des DC-Generators 2 und dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b bzw. dem Wechselrichter 26, in diesem Beispiel sogar bidirektional, getrennt, d.h. es wird ein möglicher Stromfluss, in diesem Beispiel in beiden Richtungen, unterbrochen.The current-carrying connection between the associated photovoltaic string 10 or the part of the DC generator 2 connected therewith and the central collection point 22a, 22b or the inverter 26 is thus separated, in this example even bidirectionally, by means of the hybrid switch S1, i.e. a possible current flow, in this example in both directions, is interrupted.

Wenn der Benutzer ein Triggersignal zum Abschalten initiiert, was hier mit der Prüfbedingung „U ext. Start = Off1 bezeichnet wird, öffnet die Steuereinrichtung 42 automatisch den Hybridschalter S1.If the user initiates a trigger signal to switch off, which is indicated here with the test condition “U ext. Start = Off 1 , the control device 42 automatically opens the hybrid switch S1.

Beim Abschalten des Photovoltaik-Strangs 10 wird zunächst das Relais 54 und erst mit einer Zeitverzögerung danach die Back-to-Back-Schaltung 50 geöffnet, um den zugehörigenWhen the photovoltaic string 10 is switched off, the relay 54 is opened first and only after a time delay the back-to-back circuit 50 is opened in order to remove the associated one

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Photovoltaik-Strang 10 von dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b zu trennen. DieSeparate photovoltaic string 10 from the central collection point 22a, 22b. The

Zeitverzögerung beim Anschalten und/oder Abschalten beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 200 ms bis 300 ms, was kurz genug ist, um die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 ohne besondere Kühlung nicht zu überlasten.In this exemplary embodiment, the time delay when switching on and / or switching off is approximately 200 ms to 300 ms, which is short enough not to overload the MOSFET back-to-back circuit 50/52 without special cooling.

Fig. 4 zeigt den Hybridschalter S1 mit einer Ansteuerschaltung 60 zur Ansteuerung des Relais 54 sowie eine genauere Darstellung der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52.4 shows the hybrid switch S1 with a control circuit 60 for controlling the relay 54 and a more detailed illustration of the MOSFET back-to-back circuit 50/52.

Am Steuereingang 62 „Relais“ erhält die Ansteuerschaltung 60 ein Normsignal (0/1) als Triggersignal von der Steuereinrichtung 42. Ein Bipolartransistor 64 schaltet gegen Erde 66 „GND“. Parallel zu dem Relais 54 ist zur Funkenunterbrechung ein Freilaufbauelement, in diesem Beispiel eine Freilaufdiode 68 geschaltet. Die Gate-Spannung der Halbleiterschalteinrichtung 50 bzw. FET-Back-to-Back-Schaltung ist potentialfrei gegen Source.At the control input 62 “relay”, the control circuit 60 receives a standard signal (0/1) as a trigger signal from the control device 42. A bipolar transistor 64 switches against ground 66 “GND”. A freewheeling element, in this example a freewheeling diode 68, is connected in parallel with the relay 54 to interrupt the spark. The gate voltage of the semiconductor switching device 50 or FET back-to-back circuit is potential-free against source.

Fig. 5 zeigt ein Schaltnetzteil 70 zur Ansteuerung der MOSFET-Back-to-BackSchaltung 50/52. Über Drain 72 fließen bis zu 10 A. Ein Taktgeber 74 gibt einen 50/50-Takt mit etwa 200kHz auf die Schalttransistoren 76. Dieser Teil der Ansteuerung, welcher das Ansteuersignal für die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 erzeugt, ist galvanisch von der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 getrennt. Die galvanische Trennung wird mittels eines Leiterplattenübertragers 78 hergestellt.5 shows a switching power supply 70 for driving the MOSFET back-to-back circuit 50/52. Up to 10 A flow via drain 72. A clock generator 74 outputs a 50/50 clock pulse at approximately 200 kHz to the switching transistors 76. This part of the control, which generates the control signal for the MOSFET back-to-back circuit 50/52 , is electrically isolated from the MOSFET back-to-back circuit 50/52. The electrical isolation is produced by means of a circuit board transformer 78.

Die Dioden V17, C35, C36 sorgen für die Gleichrichtung und Glättung der zerhackten Spannung von 19,4 V.The diodes V17, C35, C36 rectify and smooth the chopped voltage of 19.4 V.

Ferner umfasst die Ansteuerung für die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 einen Optokoppler 82, welcher eine galvanische Trennung von der Steuereinrichtung 42 bewirkt. Über den Steuerausgang 84 wird das Ansteuersignal bereit gestellt und die Spannung des Netzteils wird über den Optokoppler 82 an die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 angeschaltet.Furthermore, the control for the MOSFET back-to-back circuit 50/52 includes an optocoupler 82, which effects a galvanic separation from the control device 42. The control signal is provided via the control output 84 and the voltage of the power supply unit is connected to the MOSFET back-to-back circuit 50/52 via the optocoupler 82.

Die Anschlüsse Gate 86 und Source 88 sind die Leistungen die mit der MOSFET-Backto-Back-Schaltung 50/52 verbunden sind.The gate 86 and source 88 connections are the powers that are connected to the MOSFET back-to-back circuit 50/52.

Bezug nehmend auf Fig. 6 läuft die Start- und Abschaltsequenz der Schalteinrichtung 38 beispielweise wie folgt ab.6, the start and shutdown sequence of the switching device 38 proceeds, for example, as follows.

Zum Systemstart bei 102 ist der Hybridschalter S1 im Schritt 104 offen (Halbleiterschalteinrichtung 50 und Relais 54 offen). In einer Abfrage im Schritt 106 wird geprüft, ob die Eingangsspannung U1 eine Mindestspannung U_min1 unterschreitet. Falls die Bedingung U1<U_min1, wobei im vorliegenden Beispiel U_min1 = 30 V DC ist, erfüllt ist und die Benutzerfreigabe zum Starten (U ext. Start = on) vorliegt, werden in dem Schritt 108 mit demAt system start at 102, the hybrid switch S1 is open in step 104 (semiconductor switching device 50 and relay 54 open). A query in step 106 checks whether the input voltage U1 falls below a minimum voltage U_min1. If the condition U1 <U_min1, in the present example U_min1 = 30 V DC, is fulfilled and the user is enabled to start (U ext. Start = on), in step 108 with the

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Kurzschlussschalter S2 die Startimpulse ausgelöst, um den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 zu starten. Der serielle Hybridschalter S1 bleibt weiterhin offen und der Loop geht zurück zumShort-circuit switch S2 triggered the start pulses to start the associated photovoltaic string 10. The serial hybrid switch S1 remains open and the loop goes back to

Schritt 104.Step 104.

Wenn nun durch die Startimpulse der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 gestartet ist, indem die zugehörigen Schutzschaltungen 14 die zugehörigen Photovoltaik-Module 12 an den Photovoltaik-Strang 10 elektrisch angeschaltet haben, sollte die Strangspannung U1 deutlich über dem vordefinierten Mindestwert U_min1 liegen - sofern kein Fehler vorliegt - und der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 nicht total beschattet ist. Nachdem also im Schritt 106 die Bedingung U1<U_min1 bei normaler Einstrahlung und ohne Störung nicht mehr erfüllt ist und weiterhin die Benutzerfreigabe zum Starten (U ext. Start = on) vorliegt, erfolgt eine weitere Abfrage im Schritt 110 dahingehend, ob die Eingangsspannung U1 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 größer oder gleich der Ausgangsspannung U2 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 minus einem vordefinierten Schwellenwert U0 beträgt (U1 >=U2-U0), wobei U0 in diesem Beispiel 20 V DC beträgt, aber auch null sein könnte. Diese Bedingung soll vorzugsweise für eine vordefinierte Mindest-Zeit tO erfüllt sein, welche in diesem Fall tO = 1s beträgt. Ferner wird nochmals geprüft, ob die Spannung U1 größer oder gleich einem Mindestwert U_min2 ist, um sicherzustellen, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 noch immer elektrisch angeschaltet ist, wobei in diesem Beispiel U_min2 = 150 V DC beträgt. Ferner wird wieder geprüft, ob die Benutzerfreigabe (U ext. Start = on) vorliegt. Wenn mindestens eine dieser drei Prüfbedingungen in dem Abfrageschritt 110 nicht erfüllt ist, geht der Loop zurück zum Schritt 104 und zur Abfrage 106.If the associated photovoltaic string 10 has now started as a result of the start pulses, in that the associated protective circuits 14 have electrically connected the associated photovoltaic modules 12 to the photovoltaic string 10, the string voltage U1 should be significantly above the predefined minimum value U_min1 - provided there is no error is present - and the associated photovoltaic string 10 is not totally shaded. After the condition U1 <U_min1 is no longer fulfilled in normal irradiation and without interference in step 106 and the user is still enabled to start (U ext. Start = on), a further query is made in step 110 as to whether the input voltage U1 of the associated photovoltaic string 10 is greater than or equal to the output voltage U2 of the associated photovoltaic string 10 minus a predefined threshold value U0 (U1> = U2-U0), wherein U0 in this example is 20 V DC, but could also be zero. This condition should preferably be met for a predefined minimum time tO, which in this case is tO = 1s. Furthermore, it is checked again whether the voltage U1 is greater than or equal to a minimum value U_min2, in order to ensure that the associated photovoltaic string 10 is still electrically connected, U_min2 = 150 V DC in this example. Furthermore, it is checked again whether the user release (U ext. Start = on) is present. If at least one of these three test conditions is not met in query step 110, the loop goes back to step 104 and query 106.

Sind jedoch alle diese drei Prüfbedingungen in der Abfrage 110 erfüllt, wird in Schritt 111 geprüft, ob der Strangstrom I größer ist, als ein vordefinierter Schwellenwert l_min, wobei l_min in diesem Beispiel 500 mA (in positiver Richtung) beträgt. Ist diese Prüfbedingung nicht erfüllt, steuert der Mikrocontroller 42 im Schritt 112a den seriellen Hybridschalter S1, derart, dass zunächst nur die Halbleiterschalteinrichtung 50 bzw. Back-to-Back-Schaltung schließt. Ist diese Prüfbedingung I > l_min erfüllt, steuert der Mikrocontroller 42 im Schritt 112b den seriellen Hybridschalter S1, derart, dass die Back-to-Back-Schaltung 50 geschlossen bleibt und nun auch das Relais 54 schließt. In beiden Fällen 112a, 112b wird der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 an den zentralen Sammelpunkt 22a, 22b bzw. den Wechselrichter 26 angeschaltet und der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 speist elektrische Leistung hier über den zentralen Sammelpunkt 22a, 22b in den Wechselrichter 26 ein, wobei der Hybridschalter S1 aber erst nachIf, however, all of these three test conditions in query 110 are met, it is checked in step 111 whether the phase current I is greater than a predefined threshold value l_min, l_min being 500 mA (in the positive direction) in this example. If this test condition is not met, the microcontroller 42 controls the serial hybrid switch S1 in step 112a, such that initially only the semiconductor switching device 50 or back-to-back circuit closes. If this test condition I> l_min is met, the microcontroller 42 controls the serial hybrid switch S1 in step 112b in such a way that the back-to-back circuit 50 remains closed and the relay 54 now also closes. In both cases 112a, 112b, the associated photovoltaic string 10 is connected to the central collection point 22a, 22b or the inverter 26, and the associated photovoltaic string 10 feeds electrical power into the inverter 26 via the central collection point 22a, 22b, but the hybrid switch S1 only after

BE2017/5252 dem Schließen des Relais 54 im Schritt 112b, d.h. im Zustand für den Dauer-Produktionsbetrieb, besonders verlustarm arbeitet. Dadurch dass die Halbleiterschalteinrichtung 50 bzw. Back-toBack-Schaltung alleine bereits vorher im Schritt 112a geschlossen wird, bewirkt diese Routine im Schritt 112b ein zeitlich versetztes Schließen des Relais 54 erst nach einer Verzögerung nach dem Schließen der Halbleiterschalter-Back-to-Back-Schaltung 50 im Schritt 112a. Die zeitliche Verzögerung beträgt in dem vorliegenden Beispiel etwa 200 ms bis 300 ms, was kurz genug ist, um die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50 nicht zu überlasten, selbst wenn der volle nominelle Strangstrom fließen sollte.BE2017 / 5252 closing relay 54 in step 112b, i.e. in the state for continuous production operation, works particularly low loss. Because the semiconductor switching device 50 or back-to-back circuit alone is already closed beforehand in step 112a, this routine in step 112b causes the relay 54 to close at different times only after a delay after the semiconductor switch back-to-back has closed. Circuit 50 in step 112a. The time delay in the present example is approximately 200 ms to 300 ms, which is short enough not to overload the MOSFET back-to-back circuit 50, even if the full nominal phase current should flow.

Das Relais 54 übernimmt den Stromfluss in diesem Beispiel erst ab I > 500 mA und braucht nur eine geringe Spannung von typischerweise 1 Volt zu schalten, so dass ein relativ kleines, kostengünstiges und insbesondere nicht zum Schalten von 1000 V DC ausgelegten Relais verwendet werden kann, wie z.B. mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften.The relay 54 takes over the current flow in this example only from I> 500 mA and only needs to switch a low voltage of typically 1 volt, so that a relatively small, inexpensive and in particular not designed for switching 1000 V DC can be used, such as with the properties described above.

Während des Produktionsbetriebs wird dann in einem Prüfschritt 114 dauerhaft oder regelmäßig geprüft, a) ob ein negativer Strom größer oder gleich einem vordefinierten Mindestwert LReverse vorliegt, und zwar über eine vordefinierte Mindest-Zeit t1 (t1 = 1s), oder b) ob die Eingangsspannung U1 einen vordefinierten Mindestwert U_min3 (hier U1_min3 = 150V) unterschreitet oder c) ob die Benutzerfreigabe nicht vorliegt (U ext. Start = Off). Der Mindestwert LReverse für den negativen Strom liegt typischerweise im Milli-Ampere-Bereich. In diesem Beispiel ist daher die entsprechende Prüfbedingung, ob einer negativer Strom von mindestens 20 mA vorliegt (l_Reverse<=-20mA). Solange alle drei Prüfergebnisse a), b), c) negativ sind, d.h. logisch a) OR b) OR c) = NO, wird der Hybridschalter S1 geschlossen gehalten.During production operation, a test step 114 then continuously or regularly checks whether a) there is a negative current greater than or equal to a predefined minimum value LReverse, specifically over a predefined minimum time t1 (t1 = 1s), or b) whether the input voltage U1 falls below a predefined minimum value U_min3 (here U1_min3 = 150V) or c) whether the user release is not available (U ext. Start = Off). The minimum value LReverse for the negative current is typically in the milliampere range. In this example, the corresponding test condition is therefore whether there is a negative current of at least 20 mA (l_Reverse <= - 20mA). As long as all three test results a), b), c) are negative, i.e. logical a) OR b) OR c) = NO, the hybrid switch S1 is kept closed.

Anschließend wird ein weiterer Prüfschritt 116 durchgeführt, indem in einer Fehlerüberwachung abgefragt wird, ob die Temperatur < 130°C beträgt und ob die Differenzspannung zwischen U1 und U2 größer als 2V beträgt. Falls auch diese Fehlerprüfung negativ ausfällt wird der Loop zum Prüfschritt 111 geschlossen. Die Schritte 111-116 bilden demnach einen dauerhaften beziehungsweise kontinuierlichen Überwachungskreis für den zugehörigen Photovoltai k-Strang 10 daraufhin, dass auch im Produktionsbetrieb keine unerwünschten Werte der überwachten elektrischen Kenngrößen auftreten.A further test step 116 is then carried out by querying in an error monitor whether the temperature is <130 ° C. and whether the differential voltage between U1 and U2 is greater than 2V. If this error check is also negative, the loop to test step 111 is closed. Steps 111-116 accordingly form a permanent or continuous monitoring circuit for the associated photovoltaic string 10 to ensure that no undesired values of the monitored electrical parameters occur even in production operation.

Falls die Abfrage in dem Schritt 114 ergibt, dass eine der drei genannten Prüfbedingungen positiv ist, d.h. logisch a) OR b) OR c) = YES, z.B. wenn ein unerwünscht hoher negativer Rückstrom vorliegt, weil z.B. der zugehörige Photovoltai k-Strang 10 erheblich stärker abgeschattet ist als die anderen Photovoltai k-Stränge, oder weil der zugehörige Photovoltaik32If the query in step 114 shows that one of the three test conditions mentioned is positive, i.e. logical a) OR b) OR c) = YES, e.g. if there is an undesirably high negative reverse current because e.g. the associated photovoltaic k string 10 is shaded considerably more than the other photovoltaic k strands, or because the associated photovoltaic 32

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Strang 10 soweit an Strangspannung verloren hat, dass die Schwellenbedingung U1<U_min3 erfüllt ist, oder weil die benutzergesteuerte Abschaltanforderung an der Steuereinrichtung 42 vorliegt (U ext. Start = Off), geht der Loop zurück zum Schritt 104, d.h. der Hybridschalter S1 öffnet, wobei erst das Relais 54 geöffnet wird und erst nach einer zeitlichen Verzögerung die Halbleiterschalteinrichtung 50. Vorzugsweise ist der Hybridschalter S1 bzw. sowohl die MOSFETs 52 als auch das Relais 54 als Schließer (Normally Open) ausgebildet, so dass der Hybridschalter S1 als Ganzes automatisch in den geöffneten Zustand fällt, wenn nicht die MOSFETs 52 und das Relais 54 von der Steuereinrichtung 42 in dem geschlossenen Zustand (Loop 111-116) gehalten werden. Auch hierbei wird, falls erforderlich, die zeitliche Verzögerung sichergestellt. Der Loop 111-116 repräsentiert demnach den Produktionsbetrieb des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10.String 10 has lost string voltage to such an extent that the threshold condition U1 <U_min3 is met, or because the user-controlled switch-off request is present at the control device 42 (U ext. Start = Off), the loop goes back to step 104, i.e. the hybrid switch S1 opens, the relay 54 only being opened and the semiconductor switching device 50 only after a time delay. The hybrid switch S1 or both the MOSFETs 52 and the relay 54 are preferably designed as normally open contacts, so that the hybrid switch S1 as a whole automatically falls into the open state unless the MOSFETs 52 and the relay 54 are kept in the closed state by the control device 42 (loop 111-116). If necessary, the time delay is also ensured here. Loop 111-116 accordingly represents the production operation of the associated photovoltaic string 10.

Der Benutzer kann in dem Schritt 114 durch Triggern der Bedingung U ext. Start = Off, nach Wunsch in den Loop 111-116 eingreifen, um die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 benutzergesteuert vom Wechselrichter 26 zu trennen bzw. den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 benutzergesteuert abzuschalten. Wenn so benutzergesteuert durch Triggern der Bedingung U ext. Start = Off die Abfrage in dem Schritt 114 auf „ja“ gesetzt wird, wird der Loop 111-116 unterbrochen und der Pfad der Prüf-/Steuerroutine geht zum Schritt 104, in welchem der Hybridschalter S1 öffnet, selbst dann wenn alle elektrischen Kenngrößen die vordefinierten Prüfbedingungen erfüllen. Der Benutzer hat hiermit also die Möglichkeit die Abschaltung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 benutzergesteuert nach eigenem Ermessen zu triggern bzw. auszulösen. Auch hierbei wird, falls erforderlich, die zeitliche Verzögerung sichergestellt.In step 114, the user can trigger the condition U ext. Start = Off, intervene in the loop 111-116 as desired in order to disconnect the current-carrying connection of the associated photovoltaic string 10 in a user-controlled manner from the inverter 26 or to switch off the associated photovoltaic string 10 in a user-controlled manner. If so user-controlled by triggering the condition U ext. Start = Off the query in step 114 is set to "yes", the loop 111-116 is interrupted and the path of the test / control routine goes to step 104, in which the hybrid switch S1 opens, even if all the electrical parameters meet predefined test conditions. The user thus has the possibility of triggering or triggering the shutdown of the associated photovoltaic string 10 in a user-controlled manner at his own discretion. If necessary, the time delay is also ensured here.

Wenn die Fehlerüberwachung im Schritt 116 ein positives Ergebnis ergibt, d.h. wenn eine der beiden genannten Fehlerbedingungen zutrifft, wird in einem Schritt 118 der Hybridschalter S1 wie im Schritt 114 geöffnet und zusätzlich der Meldeausgang getoggelt, der eine Fehlermeldung für den Benutzer abgibt. Anschließend wird der Zyklus mit dem Schritt 120 beendet. Dies signalisiert typischerweise eine Störung.If the error monitoring in step 116 gives a positive result, i.e. If one of the two error conditions mentioned applies, the hybrid switch S1 is opened in a step 118 as in step 114 and the signaling output is additionally toggled, which emits an error message for the user. The cycle is then ended with step 120. This typically signals a malfunction.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, jeden mit einer solchen Schalteinrichtung 38 ausgerüsteten gestarteten bzw. im Produktionsbetrieb befindlichen Photovoltaik-Strang 10 benutzergesteuert kontrolliert abzuschalten, d.h. vom Stromabnehmer 26 zu trennen. Dies wird mittels des Hybridschalters S1 aus einer Parallelschaltung aus einer MOSFET-Back-to-Back33With the present invention it is possible to switch off in a controlled manner any user-controlled photovoltaic string 10 equipped with such a switching device 38 or in production operation, i.e. to separate from the pantograph 26. This is achieved by means of the hybrid switch S1 from a parallel connection from a MOSFET back-to-back33

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Schaltung 50 und einem Relais 54 und einer entsprechenden Steuerung z.B. gemäß Fig. 6 bewerkstelligt.Circuit 50 and a relay 54 and a corresponding control e.g. 6 accomplished.

Der in der Strangbox 20 verbaute Hybridschalter S1 ist in der Lage den PhotovoltaikStrang 10 aufzutrennen und den Stromfluss zu unterbinden. Dies veranlasst die in dem vorliegenden Beispiel an den Photovoltaik-Modulen 12 verbauten Schutzschaltungen 14 (z.B. Phoenix Contact SCK-RSD-100) ebenfalls abzuschalten. Mit anderen Worten deaktivieren sich also in dem vorliegenden Beispiel dann automatisch die an den Photovoltaik-Modulen 12 verbauten Schutzschaltungen 14 und schalten die einzelnen Photovoltaik-Module 12 ab, so dass der gesamte Photovoltaik-Strang 10 nicht nur elektrisch von dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b getrennt wird, sondern auch keine berührgefährliche Spannung mehr führt.The hybrid switch S1 installed in the string box 20 is able to disconnect the photovoltaic string 10 and prevent the current flow. This causes the protective circuits 14 (e.g. Phoenix Contact SCK-RSD-100) installed on the photovoltaic modules 12 in the present example to also be switched off. In other words, in the present example, the protective circuits 14 installed on the photovoltaic modules 12 are then automatically deactivated and the individual photovoltaic modules 12 are switched off, so that the entire photovoltaic string 10 is not only electrical from the central collection point 22a, 22b is disconnected, but also no longer leads dangerous voltage.

Zum Starten des Photovoltaik-Strangs 10 werden über die Strangleitung 16 Startimpulse an die Schutzschaltungen 14 der Photovoltaik-Module 12 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 gesendet (Schritt 108), um den unbelasteten Photovoltaik-Strang 10 wieder zu aktivieren, aber noch nicht unmittelbar an den zentralen Sammelpunkt 22a, 22b anzuschließen. Danach wird die Prüfroutine mit Schritten 110-116 gemäß Fig. 6 durchgeführt.To start the photovoltaic string 10, start pulses are sent via the string line 16 to the protective circuits 14 of the photovoltaic modules 12 of the associated photovoltaic string 10 (step 108) in order to reactivate the unloaded photovoltaic string 10, but not yet immediately to connect the central collection point 22a, 22b. The test routine is then carried out with steps 110-116 according to FIG. 6.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein An- und Abschalten des zumindest einen Photovoltaik-Strangs 10 über eine (Modul-)übergeordnete Steuereinheit und stellt eine vorteilhafte Funktion für den Kunden dar, um nicht nur im Notfall, sondern auch z.B. zu Wartungszwecken Photovoltaik-Stränge oder ganze Bereiche eines DC-Generators 2 abzuschalten.The present invention enables the at least one photovoltaic string 10 to be switched on and off via a (module) higher-level control unit and represents an advantageous function for the customer in order not only to act in an emergency, but also e.g. switch off photovoltaic strings or entire areas of a DC generator 2 for maintenance purposes.

Zusammenfassend kann mit der vorliegenden Schalteinrichtung 38 auf kleinem Bauvolumen eine große Leistung bei geringer Verlustleistung geschaltet werden. Bevorzugt beträgt die nominelle Leistung des Photovoltaik-Strangs 10 mindestens 10 kW, welche von dem Hybridschalter S1 als Ganzes geschaltet werden kann. Die Verlustleitung des Hybridschalters S1 beträgt jedoch bei nominell 1000 V und 10 A kleiner oder gleich 10 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 2 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 W, wenn das Relais 54 den Strom kommutiert. Es werden die Vorteile der verschiedenen Schaltarten (elektromechanisch, Halbleiter) sinnvoll miteinander kombiniert. Beim Einschalten übernimmt die Halbleiterschalteinrichtung 50 den ersten Schaltvorgang um die bis zu 1000 V im ggf. kleinen Lastbereich (z.B. bis 500 mA) ein und wieder aus zu schalten. Hier wird der bezogen auf die DCAnwendung wichtige Vorteil der Halbleiterschalteinrichtung 50 genutzt, große Spannungen ohne Funkenüberschlag schalten zu können. Nach dem Schalten der Halbleiterschalteinrichtung 50In summary, the present switching device 38 can be used to switch a large output with a small power loss on a small construction volume. The nominal power of the photovoltaic string 10 is preferably at least 10 kW, which can be switched as a whole by the hybrid switch S1. The loss line of the hybrid switch S1, however, is nominally 1000 V and 10 A less than or equal to 10 W, preferably less than or equal to 5 W, preferably less than or equal to 2 W, preferably less than or equal to 1 W, when the relay 54 commutates the current. The advantages of the different switching types (electromechanical, semiconductors) are sensibly combined. When switching on, the semiconductor switching device 50 takes over the first switching operation in order to switch the up to 1000 V in the possibly small load range (for example up to 500 mA) on and off again. Here, the advantage of the semiconductor switching device 50, which is important in relation to the DC application, of being able to switch large voltages without sparkover is used. After switching the semiconductor switching device 50

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2017/5252 geht es aber dann vorrangig darum, die Verlustleistung des fließenden Stromes in den Griff zu bekommen. Hierfür sind die Produktparameter eines Halbleiters nicht ideal geeignet, denn mit steigender Spannung an UBS steigt auch der interne Durchleitwiderstand RDS-on. Hierfür werden die Vorteile eines elektromechanischen Schalters in Form eines Relais 54 genutzt. Relais in kleiner Bauform sind zwar nicht in der Lage hohe Gleichspannungen zu trennen, aber dafür sind große Ströme bis z.B. 16 Ampere unproblematisch.2017/5252, however, is primarily about getting a grip on the power loss of the flowing current. The product parameters of a semiconductor are not ideally suited for this, since the internal through-resistance RDS-on increases with increasing voltage at UBS. The advantages of an electromechanical switch in the form of a relay 54 are used for this. Small relays are not able to separate high DC voltages, but large currents up to e.g. 16 amps unproblematic.

Beim Anschalten wird erst die Halbleiterschalteinrichtung 50, und dann zeitverzögert das Relais eingeschaltet 54. Beim Abschalten erfolgt dies entsprechend umgekehrt, ebenfalls mit Zeitverzögerung. Das Relais 54 schaltet somit sowohl beim Anschalten als auch beim Abschalten nur noch die verbleibende Restspannung, überder Halbleiterschalteinrichtung 50, bzw. den MOSFETs 52, kommutiert aber auf Grund des geringen Durchleitwiederstands fast den kompletten Strom. Somit ist die Schalteinrichtung 38 dazu geeignet 1000 V mit 10 A Gleichspannung/Gleichstrom bei geringer Verlustleitung zu schalten. Somit können mit der Erfindung ein Photovoltaik-Strang 10 oder Teile des DC-Generators 2 baugrößenoptimal und kostenoptimal kontrolliert ein und aus geschaltet werden.When switching on, the semiconductor switching device 50 is switched on, and then the relay is switched on with a time delay 54. When switching off, this is done in reverse, likewise with a time delay. Relay 54 thus only switches the remaining residual voltage both when switching on and when switching off, via semiconductor switching device 50 or MOSFETs 52, but commutates almost all of the current due to the low conduction resistance. The switching device 38 is thus suitable for switching 1000 V with 10 A direct voltage / direct current with a low loss line. Thus, with the invention, a photovoltaic string 10 or parts of the DC generator 2 can be switched on and off in a size-optimized and cost-optimized manner.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenenIt will be apparent to those skilled in the art that those described above

Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in derEmbodiments are to be understood as examples and the invention is not limited to these, but can be varied in many ways without leaving the scope of the claims. It can also be seen that the features regardless of whether they are in the

Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.Description, the claims, the figures or otherwise disclosed also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features.

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Claims (15)

Patentansprüche:Claims: 1. Photovoltaik-Anlage (1) umfassend:1. Photovoltaic system (1) comprising: zumindest einen Photovoltaik-Strang (10), wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung erzeugen, eine Schalteinrichtung (38), welche seriell in die Strangleitung eingebaut ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) an- und abzuschalten, wobei die Schalteinrichtung (38) einen Hybridschalter (S1) mit einem Relais (54) und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung (50) mit zumindest einem Halbleiterschalter umfasst.at least one photovoltaic string (10), the at least one photovoltaic string being formed by photovoltaic modules (12) which are connected in series with one another by means of a string line and thus generate a string voltage, a switching device (38) which is connected serially into the String line is installed in order to switch the at least one photovoltaic string on and off with the switching device (38), the switching device (38) being a hybrid switch (S1) with a relay (54) and a semiconductor switching device connected in parallel with the relay (54) (50) with at least one semiconductor switch. 2. Photovoltaik-Anlage (1) nach Anspruch 1, wobei der Hybridschalter (S1) einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand definiert und in dem geschlossenen Zustand photovoltaisch erzeugten Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang (10) zu einem Stromabnehmer durchleitet und in dem geöffneten Zustand die Durchleitung von photovoltaisch erzeugtem Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang (10) unterbricht, und wobei eine Steuereinrichtung (42) umfasst ist, welche dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf eine Benutzereingabe den Hybridschalter (S1) benutzergesteuert zu öffnen.2. Photovoltaic system (1) according to claim 1, wherein the hybrid switch (S1) defines a closed and an open state and in the closed state passes photovoltaically generated electricity from the at least one photovoltaic string (10) to a current collector and in which opened state, the passage of photovoltaically generated current from the at least one photovoltaic string (10) is interrupted, and a control device (42) is included, which is designed to open the hybrid switch (S1) in a user-controlled manner in response to a user input. 3. Photovoltaik-Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Halbleiterschalter ein Feldeffekttransistor, vorzugsweise ein MOSFET (52) ist.3. Photovoltaic system (1) according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor switch is a field effect transistor, preferably a MOSFET (52). 4. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hybridschalter (S1) dazu ausgebildet ist, in dem geöffneten Zustand den Stromfluss in beiden Richtungen zu unterbrechen.4. Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the hybrid switch (S1) is designed to interrupt the current flow in both directions in the open state. BE2017/5252BE2017 / 5252 5. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hybridschalter (S1) eine Parallelschaltung aus dem Relais (54) und einer Back-to-Back-Schaltung (50) aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere eine Parallelschaltung aus einem Relais (54) und einer Back-to-Back-Schaltung (50) aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), umfasst.5. Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the hybrid switch (S1) is a parallel connection from the relay (54) and a back-to-back circuit (50) from two semiconductor switches, in particular a parallel connection from a relay (54) and a back-to-back circuit (50) comprising two field-effect transistors, preferably MOSFETs (52). 6. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (38) dazu ausgebildet ist, beim Anschalten des zugehörigen Photovoltai k-Strangs (10) zunächst die Halbleiterschalteinrichtung (50), insbesondere den oder die Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), zu schließen und erst nach einer zeitlichen Verzögerung danach das Relais (54) zu schließen und/oder beim Abschalten des zugehörigen Photovoltai k-Strangs (10) zunächst das Relais (54) zu öffnen und erst nach einer zeitlichen Verzögerung danach die Halbleiterschalteinrichtung (50), insbesondere den oder die Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), zu öffnen.6. Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (38) is designed, when switching on the associated photovoltaic k string (10), first the semiconductor switching device (50), in particular the field effect transistor or transistors, preferably to close MOSFETs (52) and then to close the relay (54) only after a time delay and / or to open the relay (54) when the associated photovoltaic string (10) is switched off and only after a time delay then open the semiconductor switching device (50), in particular the field-effect transistor (s), preferably MOSFETs (52). 7. Photovoltaik-Anlage (1) nach Anspruch 6, wobei die zeitliche Verzögerung beim Anschalten und/oder beim Abschalten kleiner oder gleich 2000 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 700 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 300 ms beträgt, zumindest wenn in dem Photovoltai k-Strang (10) ein Strangstrom fließt, der im Wesentlichen dem Nennstrom entspricht.7. The photovoltaic system (1) according to claim 6, wherein the time delay when switching on and / or when switching off is less than or equal to 2000 ms, preferably less than or equal to 700 ms, preferably less than or equal to 300 ms, at least if in the photovoltaic k Strand (10) a strand current flows which essentially corresponds to the nominal current. 8. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (38) eine Steuereinrichtung (42) und eine mit der Steuereinrichtung (42) verbundene Sensoreinrichtung (46,48) zum Messen zumindest einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltai k-Strang (10) enthält, wobei die Steuereinrichtung (42) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die mit der Sensoreinrichtung (46,48) gemessene zumindest eine elektrische Kenngröße den zugehörigen Photovoltai k-Strang (10) an den Stromabnehmer elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt, wobei die Sensoreinrichtung insbesondere umfasst:8. Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (38), a control device (42) and a sensor device (46, 48) connected to the control device (42) for measuring at least one electrical parameter on the associated photovoltaic contains k-string (10), the control device (42) being designed to electrically connect the associated photovoltaic k-string (10) to the current collector in response to the at least one electrical characteristic measured with the sensor device (46, 48), if there is a user release, the sensor device comprising in particular: einen Eingangsspannungssensor (46), welcher die strangseitigean input voltage sensor (46), which the string-side BE2017/5252BE2017 / 5252 Eingangsspannung (U1) an der Schalteinrichtung (38) misst und/oder einen Ausgangsspannungssensor (48), welcher die stromabnehmerseitigeInput voltage (U1) on the switching device (38) and / or an output voltage sensor (48) which measures the pantograph-side Ausgangsspannung (U2) an der Schalteinrichtung (38) misst, und wobei die Steuereinrichtung (42) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die gemessene strangseitige Eingangsspannung (U1) und/oder auf die gemessene stromabnehmerseitige Ausgangsspannung (U2) den zugehörigen Photovoltaik-Strang (10) an den zentralen Sammelpunkt (22a,b) elektrisch anzuschalten, wenn eineOutput voltage (U2) measures at the switching device (38), and the control device (42) is designed to respond to the measured string-side input voltage (U1) and / or the measured pantograph-side output voltage (U2) the associated photovoltaic string ( 10) to be electrically connected to the central collection point (22a, b) if one Benutzerfreigabe vorliegt.User approval exists. 9. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (38) für eine DC-Schaltspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% und/oder für einen DC-Durchleitstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% ausgebildet ist, und/oder wobei der Hybridschalter (S1) eine bezogen auf den Nennstrom des zumindest einen Photovoltaik-Strangs berechnete Verlustleistung von kleiner oder gleich 10 W, vorzugsweise von kleiner oder gleich 5 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 2 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 W erzeugt, wenn die Halbleiterschalteinrichtung (50) und das Relais (54) geschlossen sind, und/oder wobei die Halbleiterschalteinrichtung (50) für eine DC-Schaltspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% ausgebildet ist.9. Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (38) for a DC switching voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V. +/- 30% and / or for a DC through current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of 12.5 A +/- 40%, and / or wherein the hybrid switch (S1) generates a power loss of less than or equal to 10 W, preferably less than or equal to 5 W, preferably less than or equal to 2 W, preferably less than or equal to 1 W, calculated based on the nominal current of the at least one photovoltaic string, if the semiconductor switching device (50) and the relay (54) are closed, and / or wherein the semiconductor switching device (50) for a DC switching voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, before preferably greater than or equal to 800 V, preferably 1250 V +/- 30%. 10. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 3-9, wobei der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), für eine Drain-Source-Spannung (Vds) von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% und/oder für einen Drain-Strom (Id) von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40%10. photovoltaic system (1) according to any one of claims 3-9, wherein the or the field effect transistors, preferably MOSFETs (52), for a drain-source voltage (Vds) of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V +/- 30% and / or for a drain current (Id) of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably from 12.5 A +/- 40% BE2017/5252 ausgebildet sind.BE2017 / 5252 are trained. 11. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der Ansprüche 3-10, wobei der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), ein Resistance-Drain-Source-On von größer oder gleich 100 mOhm, vorzugsweise größer oder gleich 300 mOhm, vorzugsweise größer oder gleich 500 mOhm, vorzugsweise von 690 mOhm +/- 40% aufweisen und/oder wobei der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), eine bezogen auf den Nennstrom des zumindest einen Photovoltaik-Strangs (10) berechnete Verlustleistung von größer oder gleich 2 W, von größer oder gleich 5 W, von größer oder gleich 10 W, insbesondere von größer oder gleich 40 W erzeugen, wenn der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), geschlossen sind und das Relais (54) geöffnet ist.11. The photovoltaic system (1) according to any one of claims 3-10, wherein the field effect transistor or transistors, preferably MOSFETs (52), a resistance drain source on of greater than or equal to 100 mOhm, preferably greater than or equal to 300 mOhm, preferably greater than or equal to 500 mOhm, preferably of 690 mOhm +/- 40% and / or wherein the field-effect transistors, preferably MOSFETs (52), have a power loss of greater than that calculated based on the nominal current of the at least one photovoltaic string (10) or equal to 2 W, greater than or equal to 5 W, greater than or equal to 10 W, in particular greater than or equal to 40 W, if the field effect transistor or transistors, preferably MOSFETs (52), are closed and the relay (54) is open . 12. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Relais (54) für einen DC-Durchleitstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% und/oder für einen DC-Schaltstrom von kleiner oder gleich 8 A, insbesondere kleiner oder gleich 6 A, insbesondere kleiner oder gleich 4 A, insbesondere von 2 A +/- 50% ausgebildet ist und/oder wobei das Relais (54) eine maximale AC-Schaltspannung von kleiner oder gleich 800 V, insbesondere kleiner oder gleich 500 V, insbesondere von 400 V +/-50% aufweist.12. Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the relay (54) for a DC through current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of 12, 5 A +/- 40% and / or for a DC switching current of less than or equal to 8 A, in particular less than or equal to 6 A, in particular less than or equal to 4 A, in particular of 2 A +/- 50%, and / or wherein the relay (54) has a maximum AC switching voltage of less than or equal to 800 V, in particular less than or equal to 500 V, in particular of 400 V +/- 50%. 13. Elektronisch gesteuerte Gleichstrom-Hybrid-Schalteinrichtung ausgebildet für den Gleichstromteil einer Photovoltaik-Anlage (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Abschalten von zumindest einem Photovoltaik-Strang (10) von einem Stromabnehmer, wobei die Gleichstrom-Hybrid-Schalteinrichtung einen Hybridschalter (S1) aus einem Relais (54) und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung (50) umfasst.13. Electronically controlled direct current hybrid switching device designed for the direct current part of a photovoltaic system (1), in particular according to one of the preceding claims, for switching off at least one photovoltaic string (10) from a pantograph, the direct current hybrid switching device comprises a hybrid switch (S1) comprising a relay (54) and a semiconductor switching device (50) connected in parallel with the relay (54). 14. Verwendung einer Schalteinrichtung (38) umfassend einen Hybridschalter (S1) aus einem Relais (54) und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung14. Use of a switching device (38) comprising a hybrid switch (S1) comprising a relay (54) and a semiconductor switching device connected in parallel to the relay (54) BE2017/5252BE2017 / 5252 2017/5252 (50), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum An- und Abschalten zumindest eines Teils eines Photovoltaik-Generators (2) im DC-Teil einer PhotovoltaikAnlage (1).2017/5252 (50), in particular according to one of the preceding claims, for switching on and off at least part of a photovoltaic generator (2) in the DC part of a photovoltaic system (1). 5 15. Verfahren zum benutzergesteuerten Abschalten und Wiederanschalten zumindest eines5 15. Procedure for user-controlled switching off and on again at least one Photovoltaik-Strangs (10) einer Photovoltaik-Anlage (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte:Photovoltaic string (10) of a photovoltaic system (1), in particular according to one of the preceding claims, comprising the following steps: benutzergesteuertes Triggern (U ext. Start = Off) einer Schalteinriehtung (38) des zumindest einen Photovoltaikstrangs (10) durch ein Triggersignal, um den zumindest einenUser-controlled triggering (U ext. Start = Off) of a switching device (38) of the at least one photovoltaic string (10) by a trigger signal to trigger the at least one 10 Photovoltaik-Strang (10) von dem Stromabnehmer abzuschalten, benutzergesteuertes Triggern (U ext. Start = On) der Schalteinriehtung (38) des zumindest einen Photovoltaik-Strangs (10) durch ein Triggersignal, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang (10) wiederan den Stromabnehmer anzuschalten, gegebenenfalls in Ansprechen auf die Erfüllung weiterer Prüfbedingungen.10 to disconnect the photovoltaic string (10) from the pantograph, user-controlled triggering (U ext. Start = On) of the switching device (38) of the at least one photovoltaic string (10) by a trigger signal to trigger the at least one photovoltaic string (10) connect to the pantograph again, possibly in response to the fulfillment of further test conditions. t rkk It rkk I AC-NetzAC grid ................................ BE2017/5252BE2017 / 5252 AGAG 77·;77 ·; ν' PVPane! Iν 'PVPane! I. .....+ J............ + J ....... t\/z t \ / z 12‘^J ! PV·12 ‘^ J! PV 12‘-J12'-J 24b I24b I ZZuZZu 17‘ -—i Out17 ″ -— i out 2O‘~^ \ DC j LAC2O '~ ^ \ DC j LAC SCK·SCK RSD 100 iRSD 100 i ......I........ I .. κ:κ: 17Ί7: ! .-22a •5;z 17Ί7: .-22a • 5; -x ·Υ........-x · Υ ........ Out H-17Out H-17 SCK-RSD4 i SCK-RSD-^20 600 ! I 600 ΐSCK-RSD4 i SCK-RSD- ^ 20 600! I 600 ΐ Ext j j Ext. j c*.™- î s .Start* ΐExt j j Ext. J c *. ™ - î s .Start * ΐ ..Stört, I <.......f..........t··' l· ' t..Disrupt, I <....... f .......... t ·· 'l ·' t Pi6; Pi6 ; SCKRSD100SCKRSD100 IPaneiIPanei MscK-H I MscK-H I i jSCK-J i jSCK-J ( ! RSD-p44 ' ! (! RSD-p44 '! i pSDrt i pSDrt j Γ-4 WO 7 : I j Γ-4 WO 7: I j H ‘710 i j H'710 i
12'12 ' 12\/i12 \ / i PVPane!!PVPane !! fOl j PV- j j Panel IfOl j PV- j j Panel I PV- IPV- I Panel !Panel! SCK- 5 îrsd4— ί wo I .SCK- 5 îrsd4— ί where I. pZil • i PV [RSD-I 124psnof ί loo !pZil • i PV [RSD-I 124p sno f ί loo! ISCK-jISCK-j BE2017/5252BE2017 / 5252 BE2017/5252BE2017 / 5252 BE2017/5252BE2017 / 5252 BE2017/5252BE2017 / 5252 Hg. 5Ed. 5 BE2017/5252 nein ·BE2017 / 5252 no BE2017/5252BE2017 / 5252 2017/52522017/5252 ZusammenfassungSummary Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage (1) mit einer Schalteinrichtung (38) zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10), eine elektronisch gesteuerte Gleichstrom5 Hybrid-Schalteinrichtung zum benutzergesteuerten An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10), die Verwendung eines Hybridschalters (S1) zum Schalten eines Photovoltaik-Strangs (10), sowie ein Verfahren zum Abschalten und Wiederanschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10) der Photovoltaik-Anlage (1). Die Photovoltaik-Anlage (1) umfasst:The invention relates to a photovoltaic system (1) with a switching device (38) for switching on and off at least one photovoltaic string (10), an electronically controlled direct current5 hybrid switching device for the user-controlled switching on and off of at least one photovoltaic string (10 ), the use of a hybrid switch (S1) for switching a photovoltaic string (10), and a method for switching off and on again at least one photovoltaic string (10) of the photovoltaic system (1). The photovoltaic system (1) includes: zumindest einen Photovoltaik-Strang (10), wobei der zumindest eineat least one photovoltaic string (10), the at least one 10 Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung erzeugen, eine Schalteinrichtung (38), welche seriell in die Strangleitung eingebaut ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) an- und abzuschalten, wobei die Schalteinrichtung (38) einen Hybridschalter (S1) mit einem Relais (54)10 photovoltaic string is formed by photovoltaic modules (12) which are connected in series with one another by means of a string line and thus generate a string voltage, a switching device (38) which is installed in series in the string line around the at least one photovoltaic string the switching device (38) on and off, the switching device (38) a hybrid switch (S1) with a relay (54)
15 und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung (50) mit zumindest einem Halbleiterschalter umfasst.15 and a semiconductor switching device (50) connected in parallel to the relay (54) with at least one semiconductor switch.
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