CZ20732U1 - Řídicí zařízení pro fotovoltaické moduly - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká řídicího zařízení pro fotovoltaické moduly, které obsahuje alespoň jeden vstupní propojovací systém.

Dosavadní stav techniky

Řídicí zařízení pro fotovoltaické moduly je známo z US 2007/0252716 AI. Podle dosavadního stavu techniky je znám převodník, ktetý může být spojen s alespoň jedním fotovoltaickým generátorem na vstupním konci a s napájecí sítí na výstupním konci. Převodník zahrnuje mikrořadič pro diagnostiku převodníku. Převodník transformuje stejnosměrný proud přicházející z fotoío voltaických modulů na střídavý proud. Mikrořadič je spojen se stranou střídavého proudu (acstrana) převodníkového modulu.

Podstata technického řešeni

Cílem technického řešení je poskytnout řídicí zařízení, které je schopno monitorovat a řídit několik funkcí jednoho nebo více fotovoltaických modulů.

Tohoto cíle se dosáhne řídicím zařízením, jehož podstata je v tom, že vstupní propojovací systém je připojen k alespoň jednomu fotovoltaickému modulu a řídicí zařízení obsahuje alespoň jednu řídicí jednotku, která je připojena mezi uvedeným alespoň jedním vstupním propojovacím systémem a hlavním vypínačem. Když se řídicí zařízení takto uspořádá, je schopno monitorovat a řídit několik funkcí jednoho nebo více fotovoltaických modulů.

Řídicí jednotka s výhodou obsahuje sériový komunikační port připojený k externím měřičům energie.

Podle dalšího aspektu technického řešeni je řídicí jednotka připojena k fotovoltaickým modulům a obsahuje výpočetní jednotku výkonnosti.

Podle ještě dalšího aspektu technického řešení je řídicí jednotka připojena k externím zařízením prostřednictvím vstupních a/nebo výstupních jednotek.

Podle dalšího aspektu technického řešení řídicí zařízení obsahuje alespoň jednu vstupní jednotku, která s výhodou zahrnuje pojistku.

Podle dalšího aspektu technického řešení řídicí zařízení obsahuje alespoň jednu měřící jednotku, která je s výhodou uzpůsobena k měření teploty, napětí, proudu, výkonu a/nebo energie.

Podle dalšího aspektu technického řešení jsou alespoň dvě jednotky ze skupiny zahrnující řídicí jednotku, vstupní jednotku a měřicí jednotku vzájemně propojitelné sběrnicovým systémem, přičemž s výhodou alespoň dvě z uvedených jednotek mají alespoň jednu konektorovou vidlici na první straně a alespoň jednu odpovídající zásuvku na druhé straně, která je protilehlá k první straně, tak aby tyto jednotky byly vzájemně propojitelné, aniž by mezi nimi musel být kabel.

Další výhodné provedení technického řešení spočívá v tom, že alespoň jedna uvedená jednotka obsahuje drážku, která tvarově odpovídá standardní montážní liště.

Další výhodné provedení technického řešení spočívá v tom, že alespoň jedna uvedená jednotka zahrnuje alokační zařízení, které je schopné automaticky přidělit adresu nebo podadresu uvedeným jednotkám podle jejich polohy.

S výhodou je řídicí zařízení vhodné jako dodatečné vybavení umožňující, aby jednotky nahradily stávající držáky pojistky v elektrických panelech.

Podle ještě dalšího aspektu technického řešení je řídicí zařízení modulární, což umožňuje upravit je podle individuálních potřeb pro různá fotovoltaická zařízení.

-1CZ 20732 Ul

Podle dalšího aspektu technického řešení řídicí zařízení obsahuje mnohobarevné LED diody pro podání okamžité vizuální indikace stavu elektrických parametrů a hladiny fotovoltaických modulů.

Řídicí zařízení podle technického řešení může být použito ve spojení s fotovoltaickými moduly, které jsou spojeny sériově, a/nebo s fotovoltaickými moduly, které jsou spojeny paralelně.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude podrobněji vysvětleno pomocí příkladů s odkazem na obrázky, kde:

Obr. 1 znázorňuje blokové schéma fotovoltaického zařízení, které je opatřeno řídicím zařízením podle technického řešení;

io Obr. 2 znázorňuje řídicí zařízení podle technického řešení;

Obr. 3 znázorňuje perspektivní pohled na dva moduly, které mohou být použity v řídicím zařízení podle technického řešení;

Obr. 4 znázorňuje schéma jednořetězcové konfigurace;

Obr. 5 znázorňuje schéma mnohařetězcové konfigurace;

Obr. 6 znázorňuje schéma paralelní řetězcové konfigurace.

Příklady provedeni technického řešení

Fotovoltaické zařízení, jak je znázorněno jako přehledové schéma na obr. 1, obsahuje fotovoltaický modul 3, který může být jednořetězcovým nebo mnohařetězcovým fotovoltaickým generátorem. Fotovoltaický modul 3 je v tomto příkladu připojen k řídicímu zařízení 1 prostřednic20 tvím vstupního propojovacího systému 2 pěti řetězci. Výstupní strana řídicího zařízení 1. je opatřena převodníkem 2, který převádí stejnosměrný proud generovaný fotovoltaickým modulem 3 na střídavý proud, který může být přiváděn do veřejné elektrické sítě, Řídicí zařízení i obsahuje vstupní propojovací systém 2, řídicí jednotku 5 a hlavní vypínač 4.

Řídicí zařízení 1 je detailně znázorněno na obr. 2. Ke spodní desce 21. jsou připevněny dvě lišty

22 a 21, které mají drážky 22a. 22b, respektive 23a, 23b. Lišta 22 nese hlavní vypínač 4, modul svodiče přepětí a zdroj 25 energie vhodný pro montážní lištu. Podle provedení systému základní úrovně nese druhá lišta 23 v tomto příkladu řadu modulů, včetně zobrazovacího modulu 26 a pěti vstupních modulů 27a, 27b. 27c, 27d a 27e.

Tyto moduly vykonávají řízení lokální sběrnice jak pro měřicí jednotky, tak pro vstupní/výstupní jednotky. Dále konkrétně moduly 27a, 27b, 27c, 27d a 27e automaticky přidělují adresu řádné lokální jednotky a shromažďují lokální naměřené hodnoty přicházející z měřicích jednotek.

Provedení rozšířeného systému zahrnuje přídavné moduly, např. měření teploty nebo reléové výstupy. Moduly mohou zajistit dva reléové výstupy pro řízení alarmů a/nebo externích zátěží (např. osvětlovací systém, fotovoltaický mycí systém atd.) a dva výstupy teploty fotovoltaického panelu. Systém může být opatřen měřicí jednotkou pro měření stejnosměrného proudu (proudu generovaného fotovoltaickým panelem), která je vybavena vestavěným držákem pojistky. Další moduly sbírají relevantní environmentální data (prostřednictvím externích senzorů), např. rychlost větru, teplotu vzduchu a sluneční záření. Tak je řídicí zařízení schopno kontrolovat správnou funkci solárních baterií a rovněž sbírat veškerá elektrické údaje, např. napětí, proud, výkon, energii, pro výpočet výkonnosti zařízení. Může být použito až 16 modulů (včetně hlavního řadiče, modulů pro měření teploty, výstupních modulů, vstupních modulů) a tyto moduly jsou vzájemně propojeny pomocí sběmicového systému, který nevyžaduje Žádný kabel, což bude detailněji vysvětleno níže. Počet a typ modulů si volí uživatel podle svých potřeb. Moduly mají začleněnou pojistku. Mohou být snadno namontovány do stávajících panelů a nahradit držáky pojist45 ky, které j sou přítomny normálně (montáž dodatečného vybavení).

-2CZ 20732 Ul

Propojovací systém 2, který obsahuje pět zásuvkových konektorů, přičemž každý z nich má dva póly, je připojen jednou polaritou ke vstupním modulům 27a, 27b, 27c, 27d a 27e. zatímco pět dalších pólů druhé polarity je připojeno k pěti pojistkám 28a. 28b, 28c, 28d a 28e. Proud po průchodu pojistkami 28a až 28e dorazí k hlavnímu vypínači 4, který je připojen k výstupnímu sys5 tému 6, který obsahuje dva zásuvkové konektory pro připojení k převodníku 7.

Obr. 3 znázorňuje perspektivní pohled na dva libovolné moduly - např. moduly 27a a 27b z obr. 2 - které mohou být použity v řídicím zařízení 1 podle technického řešení. První modul 27a znázorněný na obr. 3 má obdélníkové vybrání 31, které je opatřeno šesti vodivými kolíky 32 (pouze jako příklad). Druhý modul 27b má na své straně znázorněné na obr. 3 obdélníkový výio stupek 33, který je dimenzován tak, aby pasoval do vybrání 31 prvního modulu 27a. Výstupek 33 druhého modulu 27b je opatřen otvory 34, které odpovídají uspořádání vodivých kolíků 32. Na (neznázoměné) straně prvního modulu 27a, která je protilehlá straně znázorněné na obrázku, je výstupek, který lícuje s vybráním 31 a má stejný tvar a stejné umístění jako výstupek 33 druhého modulu 27b. Podobně i na (neznázoměné) straně druhého modulu 27b, která je protilehlá straně znázorněné na obrázku, je vybrání, které má stejný tvar a stejné umístění jako vybrání 31 prvního modulu 27a. Oba moduly 27a a 27b mají podseknutou drážku 35a a 35b, která umožňuje pevné připojení modulů k druhé montážní liště 23 (obr. 2). Když jsou moduly 27a a 27b připevněny na druhou lištu 23 (obr. 2) blízko sebe, výstupek 33 modulu 27b se zasune do vybrání 32 modulu 27a a kolíky 32 se zasunou do otvorů 34 pro kolíky a zajistí se elektrické spojení mezi dvěma moduly 27a a 27b bez nutnosti kabelu. Moduly tohoto typu mohou být takto naskládány a elektricky propojeny, dokud je na druhé liště 23 dostatek místa.

Obr. 4 znázorňuje schéma jednořetězcové konfigurace. Záporný pól (-) solárního modulu 3 je připojen přímo k zápornému vstupu převodníku 7. Vstupní modul 27 je uzemněn prostřednictvím záporné svorkovnice. Kladný pól (+) je připojen ke vstupnímu modulu 27 řídicí jednotky. Proud, který přichází ze solárního modulu 3, je veden přes vstupní modul za účelem měření parametrů jako je napětí, proud, výkon a energie, a nakonec přichází ke kladnému vstupu převodníku 7.

Obr. 5 znázorňuje mnohařetězcovou konfiguraci. Jsou v ní tři fotovoltaické moduly 3. Každý ze tří záporných pólů fotovoltaických modulů 3 je jednotlivě připojen k mnohařetězcovému převodníku 7. Vstupní moduly 27a. 27b. 27c jsou uzemněny prostřednictvím záporných svorkovnic.

Kladné spoje tří fotovoltaických modulů 3 jsou vedeny vstupními moduly 27a, 27b, 27c pro měřicí a řídící účely, podobně jako tomu je u jednořetězcové konfigurace z obr. 4.

Obr. 6 znázorňuje paralelní řetězcovou konfiguraci. Jsou v ní tři fotovoltaické moduly 3, jejichž záporné póly jsou vzájemně propojeny ve svorkovnici, která je připojena k jedinému zápornému vstupu převodníku 7. Kladné spoje tří fotovoltaických modulů 3 jsou vedeny vstupními moduly

27a, 27b, 27c pro měřicí a řídicí účely, podobně jako je tomu u konfigurace z obr. 5. Kladné výstupy vstupních modulů 27a, 27b, 27c jsou vzájemně propojeny a pak připojeny k jedinému kladnému vstupu převodníku 7.

Systémem podle technického řešení se dosáhne následujících výhod:

1) Systém je modulární, jeden hlavní modul může být připojen k dalším - např. - až k 15 modu40 lům, které si zvolil uživatel.

2) Snadné propojení, moduly se instalují na standardních montážních lištách (DIN lištách) a mohou být použity bud’jako dodatečné vybavení nebo pro čelní panel.

3) Vzájemné propojení mezi moduly je velmi snadné, protože pro vzájemné propojení využívají sběmicového systému.

4) Dynamické rozdělení komunikačních adres. To znamená, že každému modulu je adresa automaticky přidělena podle jeho polohy.

5) Podadresový systém. Pro každý modul je zřízena podadresa, takže můžeme mít 15 (maximální počet modulů v jednom systému) ^x 247 (maximální počet adres ve sběrnici modulu Modbusu) = celkem 3705 adres.

-3CZ 20732 Ul

6) Měření týkající se řetězců a převodníků napětí, proudu, frekvence, výkonu, energie, namísto pouhého měření proudu.

7) Hlavní řadič může sbírat impulsní data externími elektroměry. Spolu s dalšími měřeními prováděnými systémem a s daty o teplotě (panelu, okolí), která jsou dostupná vstupními moduly, jsou tato data použita k automatickému výpočtu výkonnosti zařízení.

8) Integrované ověření řetězce. Systém ověřuje správnou Činnost řetězce a jeho přítomnost během dne a během noci. Proto systém funguje i proti krádeži.

9) Možnost aktivace digitálních výstupů, řízení externích zařízení, např. světla nebo automatického Čištění každou hodinu.

ío 10) Systém může být použit jako jediná jednotka za použití hlavního řadiče a měřicího modulu za účelem monitorování jednoho řetězce, jakož i mnohanásobné jednotky pro monitorování až 15 řetězců. Navíc může být systém rozšířen jako hlavní systém měřicí ústředny distribuovaných dat za použití jednoduché sítě RS485. Pokud jeden systém selže, neovlivní to měření a databázi dalších systémů (kapacita paměti je rozdělena v každé jednotce VMU-M).

is 11) Vstupní moduly VMU-S mají včleněnou pojistku pro použití s proudy až 16 A. To usnadňuje instalaci. Jsou rovněž dostupné bez interních pojistek pro použití s vyššími proudy.

12) Vstupní moduly jsou vzájemně izolovány pro nezávislá měření řetězce, ale terminály byly vytvořeny pro snadné paralelní propojení v případě potřeby. To umožňuje jejich použití pro mnohařetězcové fotovoltaické generátory (za použití převodníků s několika izolovanými vstupy), jakož i pro měření řetězců u paralelních řetězců nebo u jediného řetězce.

Výhody dosažené technickým řešením jsou shrnuty následovně:

Řídicí zařízení je schopno kontrolovat správnou činnost solárních baterií a rovněž sbírat veškerá elektrická data, např. napětí, proud, výkon, energie, za účelem výpočtu výkonnosti zařízení. Lze použít až 16 modulů (včetně hlavního řadiče, modulů pro měření teploty, výstupních modulů, vstupních modulů), které jsou vzájemně propojeny za použití sběmicového systému, který nevyžaduje žádný kabel. Počet a typ modulů si volí uživatel podle svých potřeb. Moduly jsou kompatibilní s MOD DIN a obsahují pojistku 10x38 mm. Mohou být snadno namontovány do stávajících panelů a nahradit držáky pojistek, které jsou normálně přítomny. Základní aktivní úroveň sestává z jednoho modulu hlavního regulátoru a jednoho nebo více vstupních modulů. Rozšířený systém obsahuje i přídavné moduly, např. pro měření teplot nebo reléové výstupy.

Claims (19)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Řídicí zařízení (1) pro fotovoltaické moduly (3), které obsahuje alespoň jeden vstupní propojovací systém (2), vyznačující se tím, že vstupní propojovací systém (2) je připojen k alespoň jednomu fotovoltaickému modulu (3) a řídicí zařízení (1) obsahuje alespoň

   35 jednu řídicí jednotku (5), která je připojena k uvedenému alespoň jednomu vstupnímu propojovacímu systému (2).
2. 2. Řídicí zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje hlavní vypínač (4)·
3. 3. Řídicí zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se t í m, že řídicí jednotka (5) 40 obsahuje sériový komunikační port připojený k externím měřičům energie.
4. 4. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (5) je uzpůsobena k řízení fotovoltaických modulů (3) a obsahuje výpočetní jednotku výkonnosti.

   -4CZ 20732 Ul
5. 5. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (5) je připojena k externím zařízením prostřednictvím vstupních a/nebo výstupních jednotek.
6. 6. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků laž5, vyznačující se tím, že obsa5 huje alespoň jednu vstupní jednotku (27a - 27e).
7. 7. Řídicí zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že alespoň jedna vstupní jednotka (27a - 27e) obsahuje pojistku.
8. 8. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu výstupní jednotku (29a, 29b).

   ío
9. 9. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu měřicí jednotku.
10. 10. Řídicí zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že měřicí jednotka je měřicí jednotkou pro měření teploty, napětí, proudu, výkonu a/nebo energie.
11. 11. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že

    15 alespoň dvě vstupní jednotky (27a - 27e) jsou vzájemně propojitelné sběmicovým systémem.
12. 12. Řídicí zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že alespoň dvě jednotky (27a, 27b) mají alespoň jednu konektorovou vidlici (31, 32) na první straně a alespoň jednu odpovídající zásuvku (33, 34) na druhé straně, která je protilehlá k první straně pro vzájemnou propojitelnost těchto jednotek (27a, 27b).

    20
13. 13. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že alespoň jedna vstupní jednotka (27a, 27e) obsahuje drážku (35a, 35b) tvarově odpovídající standardní montážní liště (22, 23).
14. 14. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že alespoň jedna jednotka (27a, 27e) zahrnuje alokační zařízení pro automatické přidělení adresy

    25 nebo podadresy jednotkám podle jejich polohy.
15. 15. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků laŽ14, vyznačující se tím, že je vytvořeno jako dodatečné vybavení pro umožnění nahrazení stávajících držáků pojistek v elektrických panelech jednotkami.
16. 16. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že

    30 systém je modulární.
17. 17. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že obsahuje mnohobarevné LED diody pro podání okamžité vizuální indikace stavu elektrických parametrů a hladiny fotovoltaických modulů (3).
18. 18. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že

    35 alespoň dva fotovoltaické moduly (3) jsou spojeny sériově.
19. 19. Řídicí zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že alespoň dva fotovoltaické moduly (3) jsou spojeny paralelně.

    3 výkresy