[0001] Vorrichtung, zur Nutzung von hocheffizienten Wechselrichtern für den Einsatz mit Photovoltaikgeneratoren, die nur ein beschränktes positives oder negatives Spannungspotential tolerieren.
Stand der Technik:
[0002] Die höchsten Wirkungsgrade bei Solarkraftwerken werden heutzutage mit sogenannten "trafolosen" Wechselrichtern erreicht, welche die Leistung ohne galvanische Trennung des Photovoltaikgenerators in die Netzwechselspannung umwandeln. Dies hat allerdings zur Folge, dass dem Photovoltaikgenerator gegenüber dem Erdpotential ein Potential mit einem Gleichspannungsanteil überlagert wird und an den Modulen des Photovoltaikgenerators positive und auch negative Spannungen gegenüber dem Erdpotential entstehen können. Dieser Umstand ist bei Photovoltaikgeneratoren, die aus Solarmodulen mit klassischer kristallinen Solarzellen bestehen, problemlos. Es gibt allerdings Solarmodultypen, bei denen eine anliegende DC Potentialdifferenz zwischen den stromführenden Modulen und Erdpotential zu Problemen führt.
So wird aufgrund dieses Spannungspotentials gegenüber Erdpotential in Dünnschichtmodulen die Stabilität der Teilschichten gefährdet und es kann zum Beispiel eine Zersetzung von Teilschichten im Solarmodul stattfinden. Dieser Effekt wird auf den Transport von Ionen zurückgeführt, sofern ein negatives Potential der stromführenden Anlagenteile gegen Erde und eine ausreichende Spannung gegen Erde von < -100 Volt auftritt (Heribert Schmidt, OTTI PV Symposium Staffelstein, Deutschland März 2006). Bei kristallinen Solarmodulen mit rückseitiger Kontaktierung wurde beobachtet, dass eine Ertragsminderung stattfinden kann, falls sich ein Spannungspotential auf der Solarzellenvorderseite aufbaut.
[0003] Zur Behebung dieser Problematik werden heute Inverter eingesetzt, die erlauben, dass am Photovoltaikgenerator ein definiertes Potential gegenüber dem Erdpotential anliegt, was zum Beispiel mittels eines Wechselrichters mit Transformator zur galvanischen Trennung erfolgen kann. Dies führt aber wegen des Transformators zu einer Minderung des Wirkungsgrades der Energieumwandlung und verursacht zusätzliche Kosten bei der Herstellung der Inverter. Kürzlich wurde ein neuer Wechselrichter auf den Markt gebracht, der speziell für den Einsatz bei Dünnschichtsolarmodul -Technologien konzipiert wurde. Er verwendet im Kern den Schaltungstyp des trafolosen Inverters, hat aber zusätzlich auf der Invertereingangsseite zu den Modulen einen DC/DC Wandler integriert.
Damit lässt sich das störende DC Potential vermeiden, es resultieren aber aufgrund der zusätzlichen Baugruppen im Inverter sowohl ein tieferer Wirkungsgrad als auch höhere Herstellkosten.
Aufgabe der Erfindung
[0004] Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die einerseits hocheffiziente trafolose Wechselrichter umfasst, anderseits aber sicherstellt, dass nur zulässige Spannungspotentiale am Photovoltaikgenerator anliegen, ohne eine zusätzliche DC/DC Wandlungsstufe vorsehen und entsprechend eine Wirkungsgradeinbusse und eine Kostenerhöhung hinnehmen zu müssen.
Die Erfindung:
[0005] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.
[0006] Diese Vorrichtung dient der Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung, insbesondere aus Photovoltaikgeneratoren. Sie umfasst wenigstens einen trafolosen Inverter. Mit diesem Inverter wird die eingangsseitige elektrische Spannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umgewandelt. Der Einsatz dieses Inverters ist vorgesehen in Anlagen, in denen die vom Inverter abgegebene Wechselspannung anschliessend mit einem Hochspannungstransformator in eine Übertragungsspannung transformiert wird.
[0007] Die Vorrichtung ist erfindungsgemäss mit einer Potentialschiebeeinrichtung versehen. Diese Potentialschiebeeinrichtung ist eine elektronische Schaltung und dient je nach Fall entweder der Anhebung des im Inverter vorhandenen Spannungspotentials auf ein eingangsseitig minimales Niveau gegenüber dem Erdpotential oder aber zur Absenkung des im Inverter vorhandenen Spannungspotentials auf ein eingangsseitig maximales Niveau gegenüber dem Erdpotential.
[0008] Wesentlich an der Potentialschiebeeinrichtung ist, dass diese das Arbeits-Spannungspotential im Inverter so verschiebt, dass eingangsseitig ein Grenzwert nicht über-oder unterschritten wird. Dieser Grenzwert ist abhängig von der Empfindlichkeit der Photovoltaikgeneratoren, die an den Inverter angeschlossen sind. Zweckmässige Grenzwerte liegen bei Dünnschichtmodulen bei -100 Volt.
[0009] Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass bei Grosskraftwerken die erzeugte Wechselspannung, typischerweise 3 x 400 VAC, anschliessend mittels eines Transformators auf die gewünschte Übertragungsspannung von zum Beispiel 10 KV oder 20 KV transformiert wird und daher von der Übertragungsspannung galvanisch getrennt ist. Daher ist das ausgangsseitige Spannungsniveau des Inverters für die Transformation auf die Übertragungsspannung unerheblich.
[0010] Wenn nun dem Wechselspannungseingangspotential des Hochspannungstransformators, was gleichzeitig auch der Ausgang des Wechselrichters ist, ein Gleich- oder Wechselspannungsanteil überlagert wird, verschiebt sich auch das Spannungspotential an der Eingangsseite des trafolosen Wechselrichters entsprechend. Es kann somit sichergestellt werden, dass das Potential an den Photovoltaikmodulen nie einen bestimmten Spannungswert überschreiten, bzw. unterschreiten, je nach Anforderung.
[0011] Die Überlagerung einer Gleich- oder Wechselspannung am Niederspannungseingang des Hochspannungstransformators führt allerdings zu den Einschränkungen, dass keine weiteren Standardgeräte für einen 220/380 VAC Anschluss an dieses aus überlagerten Potentialen erreichte Potential angeschlossen werden können und dass die hocheffizienten trafolosen Inverter eventuell eine entsprechende Anpassung benötigen. Ferner sind auch Sicherheitsrelevante Aspekte aufgrund der Spannungsüberlagerung zu berücksichtigen.
[0012] Bei grossen Solaranlagen können mehrere Inverter einen Transformator speisen, wobei der nun zusätzlich auftretende DC Gleichspannungsanteil auf dem AC-Netzabschnitt beim Trafoeingang hier nicht weiter stört, da dieses Subnetz zwischen Photovoltaikgenerator und Hochspannungstransformator nur zum Zwecke der Solarinverter und der Solarstromerzeugung aufgebaut ist und keine anderen Standardverbraucher versorgt. Allerdings ist es vorteilhaft, möglichst gleiche Invertertypen, bzw. Schaltungstopologien in einem AC Subnetz einzusetzen.
[0013] Diese zusätzlich benötigte Potentialschiebeeinrichtung zur Anhebung oder Absenkung des Spannungspotentials am Photovoltaikgenerator gegenüber dem Erdpotential kann separat vom Inverter aufgebaut sein oder aber auch in den Inverter integriert sein. Bei mehreren Invertern ist lediglich eine Potentialschiebeeinrichtung notwendig.
[0014] Das vorgeschlagen Prinzip der Erdspannungsführung muss nicht auf DC-Spannungen beschränkt bleiben, sondern kann auch auf Wechselsignale übertragen werden oder es könnte eine Kombination von Gleichspannung und Wechselspannung überlagert werden. Mit einer Wechselspannungsüberlagerung ist es zusätzlich auch möglich, kapazitive Ableitströme vom Photovoltaikgenerator gegenüber Erde zu reduzieren. Das überlagerte Potential kann eine fixe Spannung sein oder aber auch aktiv nachgeregelt werden mittels einer Messung des Potentials am Photovoltaikgenerator.
[0015] Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist daher vorteilhaft geeignet für eingangsseitig an die Vorrichtung angeschlossene Photovoltaikgeneratoren, die mit negativen Spannungspotential arbeiten und lediglich ein positives Spannungspotential bis zu einem Maximalwert von zum Beispiel +200V tolerieren, oder mit positivem Spannungspotenzial arbeiten und lediglich ein negatives Spannungspotential zum Beispiel bis -200 V tolerieren. Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt das Betreiben solcher Photovoltaikgeneratoren ohne einen teuren zwischengeschalteten DC/DC-Wandler oder den Einsatz eines Wechselrichters mit Transformator.
[0016] Solche Photovoltaikgeneratoren weisen zweckmässigerweise Dünnschichtmodule oder rückseitig kontaktierte kristalline Solarmodule auf. Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt daher die Entwicklung neuer Generationen von Photovoltaikgeneratoren, die bisherige Vorgaben nicht mehr zu erfüllen brauchen und die noch empfindlicher auf ein bestimmtes Spannungspotential reagieren oder bei denen ein besonderes Spannungspotential notwendigerweise vorliegen muss.
[0017] Vorteilhaft ist an die Vorrichtung ausgangsseitig ein Hochspannungstransformator angeschlossen, der die Ausgangs-Wechselspannung in eine Übertragungs-Wechselspannung transformiert.
[0018] Bei Grossanlagen mit mehreren trafolosen Invertern, deren Ausgänge zusammengeschaltet sind, ist lediglich eine einzige Potentialschiebeeinrichtung notwendig. Dadurch können gegenüber Invertern mit DC/DC-Wandlern erhebliche Kosten eingespart werden, da jeder Inverter einen DC/DC-Wandler benötigt.
[0019] Eine einfache Variante der Potentialschiebeeinrichtung ist zweckmässigerweise derart ausgebildet, dass sie dem Spannungspotential in den Invertern eine Gleichspannung überlagert.
[0020] Sie kann aber auch derart ausgebildet sein, dass sie dem Spannungspotential in den Invertern eine Wechselspannung oder sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung überlagert. Das dem Hochspannungstransformator zugespiesene Spannungspotential kann, wie oben ausgeführt, ein beinahe beliebiges Spannungspotential gegenüber der Erde annehmen (>+/-500 Volt). Wesentlich für den Hochspannungstransformator ist die Differenz zwischen den beiden Ausgängen des Inverters.
[0021] Um sicherzustellen, dass die gewünschten Grenzwerte der Photovoltaikgeneratoren eingehalten werden, kann eine Regeleinrichtung zur Regelung der überlagerten Spannung aufgrund eines Messwerts am Eingang des Inverters oder der Inverter vorhanden sein. Für die Messung dieses Messwerts ist zweckmässigerweise ein Messgerät an den Photovoltaikgenerator oder eingangsseitig an den Inverter angeschlossen. Weiter kann eine Stromüberwachung gegenüber Erdpotential eingerichtet sein, um beim Auftreten von unzulässigen Ableitströmen auf das Erdpotential, Schaltungsmassnahmen einzuleiten.
Kurzbeschreibung der Figuren
[0022]
<tb>Fig. 1.<sep>zeigt schematisch eine bekannte Inverter-Anordnung mit einem Photovoltaikgenerator.
<tb>Fig. 3.<sep>zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
<tb>Fig. 5<sep>zeigt schematisch den Spannungszeitverlauf gegenüber dem Erdpotential am Ausgang des bekannten Inverters.
<tb>Fig. 7<sep>zeigt schematisch den Spannungsverlauf gegenüber dem Erdpotential am Photovoltaikgenerator.
<tb>Fig. 9<sep>zeigt schematisch den Spannungsverlauf gegenüber dem Erdpotential am Ausgang der erfindungsgemässen Vorrichtung.
<tb>Fig. 11<sep>zeigt schematisch den Spannungsverlauf gegenüber dem Erdpotential am einen und am anderen Anschluss des Photovoltaikgenerators.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
[0023] In Fig. 1 ist eine bekannte Inverter-Anordnung bestehend aus Photovoltaikgenerator 11, Wechselrichter 13 mit den Anschlüssen 17 und 18 zur Netzeinspeisung dargestellt. Die bei dieser bekannten Anordnung auftretenden Spannungspotentiale gegenüber dem Erdpotential sind in den Fig. 5 und 7 dargestellt. Fig. 5 zeigt den Verlauf des Spannungspotentials am Ausgang 17, während Fig. 7 den Verlauf des Spannungspotentials an den beiden Polen 14 und 15 des Eingangs zeigt. Die Gegenüberstellung zeigt, dass an beiden Eingängen die Wechselspannung des Ausgangs zu einer wellenförmigen Verlauf der Eingangsspannung führt, wobei der Abstand der beiden wellenförmigen Spannungsverläufen 71 und 73 an den Eingängen 14 und 15 dem vom Photovoltaikgenerator 11 produzierten Spannungspotential entspricht.
[0024] Eine Ausführung der Erfindung ist in Fig. 3dargestellt. Gezeigt ist ein Photovoltaikgenerator 11, ein Wechselrichter oder Inverter 13 mit Eingängen 14 und 15 und Anschlüssen 17 und 18 zur Netzeinspeisung. Weiter ist die Vorrichtung mit einer Gleichspannungsquelle 23 zur Erzeugung einer Gleichspannung 21 zwischen dem Erdpotential 19 und dem Anschluss 18 ausgerüstet. Weiter ist der eingangsseitige Teil des Hochspannungstransformators 39 mit den Anschlüssen 31 (Sternpunkt) und den Anschlüssen 33, 35, 37 für die einzelnen Phasen dargestellt. Der Photovoltaikgenerator 11 ist mit einem typischen, hoch-effizienten Wechselrichter 13 verbunden. Der Ausgang 18 des Wechselrichters 13 ist mit einem Gleichspannungspotential 21 beaufschlagt.
Das Gleichspannungspotential wird durch die Schaltung 23 erzeugt, die hier aus einem Transformator 25, einem Gleichrichter 27 und einem Spannungsregler 29 besteht. Die Anschlüsse 17 und 18 des Wechselrichters werden mit dem Transformator 39 verbunden, wobei der Anschluss 18 mit dem Sternpunkt 31 des Transformators 39 verbunden ist und der Anschluss 17 mit dem Eingang 33 verbunden wird. An den Anschlüssen 33, 35 und 37 können weitere Wechselrichter angeschlossen werden.
[0025] Wie aus den Fig. 9 und 11 ersichtlich ist, wird mit der Schaltung 23 der ausgangsseitigen Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert, wodurch der Spannungsverlauf vom Niveau 53, wo es um das Spannungspotential der Erde pendelt, auf ein positiveres Spannungspotential 91 angehoben. Dies bewirkt die Anhebung der eingangsseitigen Spannungsverläufe 71 (Eingang 14) und 73 (Eingang 15) um denselben Betrag. Damit resultiert am Eingang 14 ein positiverer Spannungsverlauf 75, und am Eingang 15 ein negativerer angehobener Spannungsverlauf 77 gegenüber dem Erdpotential. Der Betrag, um welchen die beiden Spannungsverläufe auf der Eingangsseite angehoben werden, ist durch die Schaltung 23 bestimmbar. Damit kann das tiefste auftretende Spannungspotential oder auch das höchste positive Spannungspotential bestimmt werden.
Das tiefste auftretende negative Potential ist in Fig. 11 auf den Wert bei Bezugsziffer 79 begrenzt.
[0026] Die Erfindung betrifft zusammengefasst eine Vorrichtung, die eine Nutzung von hoch-effizienten trafolosen Wechselrichtern mit Photovoltaikgeneratoren erlaubt, die nur mit beschränkten positiven oder negativen Eingangsspannungen beaufschlagt werden dürfen. Die Vorrichtung zur Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung aus den Photovoltaikgeneratoren umfasst einen trafoloser Inverter, der diese eingangsseitige Spannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umsetzt. Diese Wechselspannung wird mit einem Hochspannungstransformator in eine Übertragungsspannung transformiert. Der trafolose Inverter ist mit einer Einrichtung zur Verschiebung des im Inverter vorhandenen Spannungspotentials auf ein gewünschtes Niveau gegenüber dem Erdpotential versehen.
Dies hat auf die Ausgangsleistung und das Spannungspotential der von den Hochspannungstransformatoren generierten Hochspannung keinerlei Einfluss, da das Übertragungspotential vom Eingangspotential in den Transformatoren galvanisch getrennt ist.
Device for the use of high-efficiency inverters for use with photovoltaic generators that tolerate only a limited positive or negative voltage potential.
State of the art:
The highest efficiencies in solar power plants are nowadays achieved with so-called "transformerless" inverters, which convert the power without galvanic isolation of the photovoltaic generator in the AC mains voltage. However, this has the consequence that the photovoltaic generator with respect to the ground potential, a potential with a DC component is superimposed and can cause positive and negative voltages to the ground potential of the modules of the photovoltaic generator. This fact is no problem for photovoltaic generators consisting of solar modules with classic crystalline solar cells. However, there are solar module types in which an applied DC potential difference between the current-carrying modules and ground potential leads to problems.
Thus, due to this voltage potential to earth potential in thin film modules, the stability of the sublayers is endangered and, for example, a decomposition of sublayers in the solar module can take place. This effect is attributed to the transport of ions, provided that a negative potential of the current-carrying system components to ground and a sufficient voltage to ground of <-100 volts occurs (Heribert Schmidt, OTTI PV Symposium Staffelstein, Germany March 2006). In the case of crystalline solar modules with back contacting, it has been observed that a reduction in yield can take place if a voltage potential builds up on the solar cell front side.
In order to overcome this problem today inverters are used, which allow the photovoltaic generator a defined potential is applied to the ground potential, which can be done for example by means of an inverter with transformer for galvanic isolation. However, because of the transformer, this leads to a reduction in the efficiency of energy conversion and causes additional costs in the manufacture of the inverter. Recently, a new inverter has been launched, specifically designed for use with thin film solar module technologies. It basically uses the circuit type of transformerless inverter, but has also integrated on the inverter input side to the modules a DC / DC converter.
This avoids the disturbing DC potential, but due to the additional components in the inverter, both lower efficiency and higher production costs result.
Object of the invention
The object of this invention is to propose a device which on the one hand includes highly efficient transformerless inverters, but on the other hand ensures that only allowable voltage potentials applied to the photovoltaic generator, without providing an additional DC / DC conversion stage and accordingly accept a Wirkungsgradeinbusse and a cost increase have to.
The invention:
The object is achieved according to the invention by a device according to claim 1.
This device is used to convert an input side applied electrical voltage, in particular from photovoltaic generators. It comprises at least one transformerless inverter. With this inverter, the input-side electrical voltage is converted into an output-side AC voltage. The use of this inverter is provided in systems in which the AC voltage supplied by the inverter is subsequently transformed into a transmission voltage with a high-voltage transformer.
The device according to the invention is provided with a potential shift device. This potential shifter is an electronic circuit and is used depending on the case either the increase in the voltage present in the inverter voltage on an input side minimum level compared to the ground potential or to reduce the voltage present in the inverter voltage potential on an input side maximum level relative to the ground potential.
Essential to the potential shift device is that it shifts the working voltage potential in the inverter so that the input side, a limit is not exceeded or fallen below. This limit depends on the sensitivity of the photovoltaic generators connected to the inverter. Appropriate limit values for thin-film modules are -100 volts.
The invention makes use of the fact that in large power plants, the AC voltage generated, typically 3 x 400 VAC, then by means of a transformer to the desired transmission voltage of, for example, 10 KV or 20 KV is transformed and therefore is galvanically isolated from the transmission voltage , Therefore, the output side voltage level of the inverter is insignificant for the transformation to the transfer voltage.
Now, if the AC voltage input potential of the high voltage transformer, which is also the output of the inverter, a DC or AC voltage component is superimposed, also shifts the voltage potential at the input side of the transformerless inverter accordingly. It can thus be ensured that the potential at the photovoltaic modules never exceed or fall short of a specific voltage value, depending on the requirement.
However, the superimposition of a DC or AC voltage at the low voltage input of the high voltage transformer leads to the limitations that no other standard devices for a 220/380 VAC connection can be connected to this reached potentials from superimposed potentials and that the highly efficient transformerless inverters may have a corresponding Need adjustment. Furthermore, safety-relevant aspects due to the voltage superposition must also be taken into account.
For large solar systems multiple inverters can feed a transformer, which now additionally occurring DC DC component on the AC network section at the transformer input does not bother here, since this subnet between photovoltaic generator and high voltage transformer is built only for the purpose of solar inverters and solar power generation and no other standard consumers supplied. However, it is advantageous to use as much as possible inverter types or circuit topologies in an AC subnet.
This additionally required potential shift device for raising or lowering the voltage potential at the photovoltaic generator relative to the ground potential may be constructed separately from the inverter or else integrated in the inverter. With multiple inverters, only one potential shift device is necessary.
The proposed principle of Erdspannungsführung must not be limited to DC voltages, but can also be transferred to AC signals or it could be superimposed on a combination of DC and AC voltage. With an alternating voltage superposition, it is also possible to reduce capacitive leakage currents from the photovoltaic generator to earth. The superimposed potential can be a fixed voltage or else actively readjusted by means of a measurement of the potential at the photovoltaic generator.
The inventive device is therefore advantageously suitable for the input side to the device connected photovoltaic generators that work with negative voltage potential and tolerate only a positive voltage potential up to a maximum value of, for example + 200V, or operate with positive voltage potential and only a negative voltage potential for Example tolerate -200V. The inventive device allows the operation of such photovoltaic generators without an expensive intermediate DC / DC converter or the use of an inverter with transformer.
Such photovoltaic generators expediently have thin-film modules or crystalline solar modules contacted on the back side. The device according to the invention therefore permits the development of new generations of photovoltaic generators which no longer need to fulfill the previous requirements and which are even more sensitive to a specific voltage potential or in which a particular voltage potential must necessarily be present.
Advantageously, a high-voltage transformer is connected to the output side of the device, which transforms the output AC voltage into a transmission AC voltage.
In large systems with multiple transformerless inverters whose outputs are connected together, only a single potential shift device is necessary. As a result, considerable costs can be saved compared to inverters with DC / DC converters, since each inverter requires a DC / DC converter.
A simple variant of the potential shift device is expediently designed such that it superimposes a direct voltage on the voltage potential in the inverters.
But it can also be designed such that it superimposes an AC voltage or both an AC voltage and a DC voltage to the voltage potential in the inverters. The voltage potential supplied to the high-voltage transformer can, as stated above, assume an almost arbitrary voltage potential with respect to the earth (> +/- 500 volts). Essential for the high-voltage transformer is the difference between the two outputs of the inverter.
To ensure that the desired limits of the photovoltaic generators are met, a control device for controlling the superimposed voltage due to a measured value at the input of the inverter or the inverter may be present. For the measurement of this measured value, a measuring device is expediently connected to the photovoltaic generator or to the inverter on the input side. Furthermore, current monitoring can be set up with respect to ground potential in order to initiate circuit measures when unallowable leakage currents to the ground potential occur.
Brief description of the figures
[0022]
<Tb> FIG. 1. <sep> schematically shows a known inverter arrangement with a photovoltaic generator.
<Tb> FIG. 3. <sep> shows schematically a device according to the invention.
<Tb> FIG. 5 <sep> schematically shows the voltage time profile with respect to the ground potential at the output of the known inverter.
<Tb> FIG. 7 <sep> shows schematically the voltage curve with respect to the earth potential at the photovoltaic generator.
<Tb> FIG. 9 <sep> schematically shows the voltage curve with respect to the earth potential at the output of the device according to the invention.
<Tb> FIG. 11 <sep> shows schematically the voltage curve with respect to the ground potential at one and the other terminal of the photovoltaic generator.
Detailed description of the figures
In Fig. 1, a known inverter arrangement consisting of photovoltaic generator 11, inverter 13 is shown with the terminals 17 and 18 for grid feeding. The voltage potentials with respect to the ground potential occurring in this known arrangement are shown in FIGS. 5 and 7. FIG. 5 shows the profile of the voltage potential at the output 17, while FIG. 7 shows the profile of the voltage potential at the two poles 14 and 15 of the input. The comparison shows that at both inputs, the AC voltage of the output leads to a wave-shaped course of the input voltage, wherein the distance between the two wave-shaped voltage curves 71 and 73 at the inputs 14 and 15 corresponds to the voltage produced by the photovoltaic generator 11 voltage potential.
An embodiment of the invention is shown in Fig. 3d. Shown is a photovoltaic generator 11, an inverter or inverter 13 with inputs 14 and 15 and terminals 17 and 18 for grid connection. Furthermore, the device is equipped with a DC voltage source 23 for generating a DC voltage 21 between the ground potential 19 and the terminal 18. Furthermore, the input-side part of the high-voltage transformer 39 is shown with the terminals 31 (star point) and the terminals 33, 35, 37 for the individual phases. The photovoltaic generator 11 is connected to a typical high-efficiency inverter 13. The output 18 of the inverter 13 is supplied with a DC potential 21.
The DC potential is generated by the circuit 23, which consists of a transformer 25, a rectifier 27 and a voltage regulator 29 here. The terminals 17 and 18 of the inverter are connected to the transformer 39, the terminal 18 is connected to the neutral point 31 of the transformer 39 and the terminal 17 is connected to the input 33. At the terminals 33, 35 and 37 more inverters can be connected.
As is apparent from FIGS. 9 and 11, a DC voltage is superimposed with the circuit 23 of the output-side AC voltage, whereby the voltage waveform from the level 53, where it oscillates around the voltage potential of the earth, raised to a more positive voltage potential 91. This causes the increase of the input side voltage curves 71 (input 14) and 73 (input 15) by the same amount. This results in a more positive voltage curve 75 at the input 14, and at the input 15 a more negative raised voltage curve 77 with respect to the ground potential. The amount by which the two voltage curves are raised on the input side, can be determined by the circuit 23. Thus, the lowest occurring voltage potential or the highest positive voltage potential can be determined.
The lowest occurring negative potential is limited in Fig. 11 to the value at reference numeral 79.
The invention relates in summary to a device which allows the use of highly efficient transformerless inverters with photovoltaic generators, which may only be subjected to limited positive or negative input voltages. The device for converting an input-side applied electrical voltage from the photovoltaic generators comprises a transformerless inverter, which converts this input-side voltage into an output-side AC voltage. This alternating voltage is transformed with a high voltage transformer into a transmission voltage. The transformerless inverter is provided with a device for shifting the voltage potential present in the inverter to a desired level with respect to the ground potential.
This has no influence on the output power and the voltage potential of the high voltage generated by the high-voltage transformers, since the transfer potential is galvanically isolated from the input potential in the transformers.