DE10041340A1 - Einrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Photovoltaikeinrichtung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz - Google Patents
Einrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Photovoltaikeinrichtung in ein elektrisches EnergieversorgungsnetzInfo
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Abstract
Einrichtung zur Einspeisung der in einer Photovoltaikeinrichtung (1) erzeugten elektrischen Gleichspannungsenergie (E¶DC¶) in ein Wechselstrom-Energieversorgungsnetz (3), wobei die Gleichspannungsenergie (E¶DC¶) einem elektrischen Umrichter (2) zugeführt ist, der diese Energie (E¶DC¶) in Wechselstromenergie (EAC) umwandelt und dem Energieversorgungsnetz (3) zuführt. Erfindungsgemäß ist zwischen die Photovoltaikeinrichtung (1) und den Umrichter (2) ein kapazitiver elektrischer Energiespeicher (4) zur Zwischenspeicherung der von der Photovoltaikeinrichtung (1) erzeugten Gleichspannungsenergie (E¶DC¶) geschaltet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einspeisung von
in einer Photovoltaikeinrichtung erzeugter elektrischer
Gleichspannungsenergie in ein elektrisches Wechselstrom-
Energieversorgungsnetz, wobei die Gleichspannungsenergie aus
der Photovoltaikeinrichtung einem elektrischen Umrichter zu
geführt ist, der die Gleichspannungsenergie in Wechselstrom
energie umwandelt, die dem Wechselstrom-
Energieversorgungsnetz zugeführt ist.
Bei einer bereits vorgeschlagenen Einrichtung der genannten
Art ist die in der Photovoltaikeinrichtung erzeugte Gleich
spannungsenergie direkt dem Umrichter zugeführt.
Die im Anspruch 1 angegebene Erfindung stellt eine Einrich
tung der genannten Art bereit, bei der zwischen die Photovol
taikeinrichtung und den Umrichter ein kapazitiver elektri
scher Energiespeicher zur Zwischenspeicherung der in der Pho
tovoltaikeinrichtung erzeugten Gleichspannungsenergie ge
schaltet ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist den Vorteil auf, dass
die in der Photovoltaikeinrichtung erzeugte Gleichspannungs
energie im wesentlichen leistungsschwankungsfrei ins Wechsel
strom-Energieversorgungsnetz eingespeist wird.
Die in einer Photovoltaikeinrichtung erzeugte Gleichspan
nungsenergie weist naturgemäß im Tagesverlauf große Leis
tungsschwankungen auf. Diese Leistungsschwankungen können bei
der erfindungsgemäßen Einrichtung durch den elektrischen E
nergiespeicher vorteilhafterweise ganz oder zumindest weitge
hend ausgeglichen werden, so dass zu jedem Zeitpunkt dem Umrichter
eine im wesentlichen konstante Gleichspannungsleis
tung und folglich dem Wechselstrom-Energieversorgungsnetz
eine im wesentlichen konstante Wechselstromleistung zugeführt
wird.
Vorteilhafterweise ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
der Umrichter nur auf die im wesentlichen konstante Gleich
spannungsleistung und nicht auf einen etwaig auftretenden Ma
ximalwert dieser Leistung auszulegen.
Insbesondere gleicht die erfindungsgemäße Einrichtung vor
teilhafterweise Lastspitzen aus, die an der Photovoltaikein
richtung auftreten können.
Bei der bereits vorgeschlagenen Einrichtung wird dagegen die
von der Photovoltaikeinrichtung erzeugte und den großen Leis
tungsschwankungen im Tagesablauf unterworfene Gleichspan
nungsenergie zu jedem Zeitpunkt sofort dem Umrichter zuge
führt, so dass auch in das Wechselstrom-Energieversorgungs
netz eine entsprechend schwankende Wechselstromenergie einge
speist wird. Entsprechend ist bei der vorgeschlagenen Ein
richtung der Umrichter auf einen auftretenden Maximalwert der
von der Photovoltaikeinrichtung erzeugten schwankenden
Gleichspannungsenergie auszulegen.
Auch ist es bei der erfindungsgemäßen Einrichtung vorteil
hafterweise nicht erforderlich, die Photovoltaikeinrichtung
für Dunkelphasen, beispielsweise für die Nacht, mit einer e
lektrischen Batterie zu kombinieren. Eine solche Batterie,
die beispielsweise aus der Photovoltaikeinrichtung und einer
diese Einrichtung beleuchtenden Solarlampe bestehen kann, er
höht das Gewicht der Photovoltaikeinrichtung und weist eine
geringe Leistungsdichte und eine geringe Zahl an Lade- und
Entladezyklen auf.
Vorzugs- und vorteilhafterweise weist der Energiespeicher ei
ne Kondensatorbank auf.
Allerdings besteht bei großen Gleichspannungskondensatorbän
ken das Problem, dass im Falle eines Fehlers mit einer
schlagartigen Entladung und damit verbunden mit einer Zerstö
rung der Photovoltaikeinrichtung zu rechnen ist.
Dieses Problem wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
durch eine Schalteinrichtung zur Trennung der Photovoltaik
einrichtung vom Energiespeicher gelöst. Diese Schalteinrich
tung sollte so ausgebildet sein, dass in einem Fehlerfall die
Photovoltaikeinrichtung in kürzester Zeit vom Energiespeicher
getrennt wird. Je kürzer diese Zeit ist, desto besser.
Vorteilhaft ist in diesem Fall eine Schalteinrichtung zur
Verbindung des von der Photovoltaikeinrichtung getrennten E
nergiespeichers mit einem Entladewiderstand zur Entladung des
Energiespeichers. Günstig ist ein großer Entladewiderstand,
da dann der Entladestrom klein ist und der Energiespeicher
geschont wird.
Vorteilhafterweise sind die Schalteinrichtung zur Trennung
der Photovoltaikeinrichtung vom Energiespeicher und die
Schalteinrichtung zur Verbindung des von der Photovoltaikein
richtung getrennten Energiespeichers mit dem Entladewider
stand derart zu steuern, dass die Trennung der Photovoltaik
einrichtung vom Energiespeicher und die Verbindung des von
der Photovoltaikeinrichtung getrennten Energiespeichers mit
dem Entladewiderstand im wesentlichen gleichzeitig erfolgen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vorteilhaft bei einer
Photovoltaikeinrichtung in Form einer insbesondere größeren
Photovoltaikanlage anwendbar.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand
der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbei
spiels der erfindungsgemäßen Einrichtung, und
Fig. 2 in schematischer Darstellung einen kapazitiven Ener
giespeicher in Form einer Kondensatorbank des Bei
spiels nach Fig. 1.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Photovoltaikeinrichtung 1 zwei ausgangsseitige
elektrische Anschlüsse 10 und 11 auf, an denen die von der
Photovoltaikeinrichtung 1 erzeugte Gleichspannungsenergie EDC
entnehmbar ist, die im Tagesverlauf schwankt und deren
Gleichspannung UDC zwischen den beiden ausgangsseitigen An
schlüssen 10 und 11 anliegt.
Der ausgangsseitige Anschluss 10 der Photovoltaikeinrichtung
1 ist durch eine elektrische Leitung 12 mit einem eingangs
seitigen elektrischen Anschluss 20 des elektrischen Umrich
ters 2 und der andere ausgangsseitige Anschluss 11 der Photo
voltaikeinrichtung 1 ist durch eine elektrische Leitung 22
mit einem anderen eingangsseitigen Anschluss 21 des Umrichter
2 verbunden. Durch diese Leitungen 12 und 22 ist dem Umrich
ter 2 die von der Photovoltaikeinrichtung 1 erzeugte Gleich
spannungsenergie EDC über die eingangsseitigen Anschlüssen 20
und 21 des Umrichters 2 zugeführt, wobei Gleichspannung UDC
der zugeführten Gleichspannungsenergie EDC zwischen diesen
beiden eingangsseitigen Anschlüssen 20 und 21 anliegt.
Der Umrichter 2 wandelt die Gleichspannungsenergie EDC in
Wechselstromenergie EAC um, die an zwei ausgangsseitigen An
schlüssen 24 und 25 des Umrichters 2 entnehmbar ist und deren
Wechselspannung UAC zwischen diesen ausgangsseitigen An
schlüssen 24 und 25 anliegt.
Die Wechselstromenergie EAC aus dem Umrichter 2 wird in das
Wechselstrom-Energieversorgungsnetz 3 eingespeist. Dazu ist
der ausgangsseitige Anschluss 24 des Umrichters 2 mit einem
Netzanschluss 30 und der andere ausgangsseitige Anschluss 25
des Umrichters 2 mit dem anderen Netzanschluss 31 eines Netz
anschlusspaares des Wechselstrom-Energieversorgungsnetzes 3
verbunden.
Ein Netzanschluss 30 oder 31 des Netzanschlusspaares Wechsel
strom-Energieversorgungsnetz 3, beispielsweise der Netzan
schluss 31, liegt auf einem festen elektrischen Bezugspoten
zial Uref, vorzugsweise Masse, gegenüber dem die Wechselspan
nung UAC variiert. Ebenso ist ein ausgangsseitiger Anschluss
10 oder 11 der Photovoltaikeinrichtung 1, beispielsweise der
Anschluss 11, auf festes elektrisches Bezugspotenzial, vor
zugsweise das Potenzial Uref, gelegt, gegenüber dem die
Gleichspannung UDC gemessen ist. Da der eingangsseitige An
schluss 21 des Umrichters 2 durch die Leitung 22 mit dem auf
dem festen Bezugspotenzial liegenden Anschluss 11 der Photo
voltaikeinrichtung 1 verbunden ist, liegt dieser eingangssei
tige Anschluss 21 des Umrichters 2 ebenfalls auf diesem Be
zugspotenzial Uref.
Erfindungsgemäß ist zwischen die Photovoltaikeinrichtung 1
und den Umrichter 2 ein kapazitiver elektrischer Energiespei
cher 4 zur Zwischenspeicherung der von der Photovoltaikein
richtung 1 erzeugten Gleichspannungsenergie EDC geschaltet.
Der kapazitive Energiespeicher 4 ermöglicht vorteilhafterwei
se eine konstante elektrische Leistungsabgabe durch den Um
richter 2 an das Netz 3.
In der Fig. 1 ist der kapazitive Energiespeicher 4 symbo
lisch durch einen einzigen Kondensator 40 dargestellt, der
eine bestimmte Kapazität C aufweist und zwischen die beiden
Leitungen 12 und 22 geschaltet ist. In der Praxis besteht der
kapazitive Energiespeicher 4 jedoch aus mehreren parallel
und/oder seriell zueinander geschalteten einzelnen Kondensa
toren 40, die gemeinsam eine vorzugsweise große Kapazität C
definieren und zwischen die Leitungen 12 und 22 geschaltet
sind.
Ein bevorzugt verwendeter kapazitiver Energiespeicher 4 weist
eine Kondensatorbank auf, bei der eine Vielzahl von jeweils
eine Kapazität C0 aufweisenden Kondensatoren 40 zueinander
parallel geschaltet sind, um eine möglichst große Kapazität C
des kapazitiven Energiespeicher 4 zu erhalten. In der Fig. 2
ist eine solche Kondensatorbank schematisch angedeutet. Die
Kapazität C0 kann von Kondensator 40 zu Kondensator 40 gleich
oder verschieden sein.
Bei einem konkreten Ausführungsbeispiel weist der Umrichter 2
einer COOLMOS™-Wechselrichter und die Kondensatorbank ULTRA-
CAP™ auf.
Da bei großen Gleichspannungskondensatorbänken im Falle eines
Fehlers mit einer schlagartigen und somit mit einer Zerstö
rung der Photovoltaikeinrichtung 1 zu rechnen ist, ist eine
Schalteinrichtung 5 zur Trennung der Photovoltaikeinrichtung
1 vom Energiespeicher 4 vorhanden, die es ermöglicht, die
Photovoltaikeinrichtung 1 in kürzester Zeit vom Energiespei
cher 4 zu trennen und damit die Photovoltaikeinrichtung 1 zu
schützen. Die Schalteinrichtung 5 weist vorzugsweise einen
schnellen elektronischen Gleichspannungsschalter 50 auf, der
die Photovoltaikeinrichtung 1 elektrisch mit dem Energiespei
cher 4 verbindet und bei Bedarf die Photovoltaikeinrichtung 1
schnellstens vom Energiespeicher 4 trennt.
Der von der Photovoltaikeinrichtung 1 getrennte Energiespei
cher 4 wird vorzugsweise mit einem Entladewiderstand 6 zur
Entladung des Energiespeichers 4 verbunden, der mit der auf
dem Bezugspotential Uref liegenden Leitung 22 verbunden ist.
Zu diesem Verbinden des Energiespeichers 4 mit dem Entladewi
derstand 6 ist eine Schalteinrichtung 7 vorhanden, die den
Energiespeicher 4 mit dem Entladewiderstand 6 verbindet und
bei Bedarf wieder von diesem Speicher 4 trennt. Die Schalteinrichtung
7 weist vorzugsweise einen schnellen elektroni
schen Gleichspannungsschalter 70 auf der die Photovoltaikein
richtung 1 elektrisch mit dem Energiespeicher 4 verbindet und
auch wieder vom Entladewiderstand 6 trennt.
In der Fig. 1 ist der Entladewiderstand 6 symbolisch durch
einen einzigen Widerstand 60 dargestellt, der einen bestimm
ten Widerstandswert R aufweist und zwischen die Schaltein
richtung 7 und die Leitung 22 geschaltet ist. Der Entladewi
derstand 6 kann auch aus mehreren parallel und/oder seriell
zueinander geschalteten einzelnen Widerständen 60 bestehen,
die gemeinsam den vorzugsweise großen Widerstandswert R defi
nieren und zwischen die Schalteinrichtung 7 und die Leitung
22 geschaltet sind.
Die Schalteinrichtung 5 zur Trennung der Photovoltaikeinrich
tung 1 vom Energiespeicher 4 und die Schalteinrichtung 7 zur
Verbindung des von der Photovoltaikeinrichtung 1 getrennten
Energiespeichers 4 mit dem Entladewiderstand 4 sind vorzugs
weise derart gesteuert, dass die Trennung der Photovoltaik
einrichtung 1 vom Energiespeicher 4 und die Verbindung des
von der Photovoltaikeinrichtung 1 getrennten Energiespeichers
4 mit dem Entladewiderstand 4 im wesentlichen gleichzeitig
erfolgen. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht wer
den, dass der elektronische Gleichspannungsschalter 50 der
Schalteinrichtung 5 und der elektronische Gleichspannungs
schalter 70 der Schalteinrichtung 7 regelungstechnisch gekop
pelt sind. Der Schalter 50 und der Schalter 70 sind vorzugs
weise je ein schneller Halbleiterschalter. Die regelungstech
nische Kopplung der beiden Schalter 50 und 70 ist in der
Fig. 1 durch eine punktierte Linie angedeutet, welche die
Schalter 50 und 70 miteinander verbindet.
Claims (5)
1. Einrichtung zur Einspeisung von in einer Photovoltaikein
richtung (1) erzeugter elektrischer Gleichspannungsenergie
(EDC) in ein elektrisches Wechselstrom-Energieversorgungsnetz
(3), wobei die von der Photovoltaikeinrichtung (1) erzeugte
Gleichspannungsenergie (EDC) einem elektrischen Umrichter (2)
zugeführt ist, der die Gleichspannungsenergie (EDC) in Wech
selstromenergie (EAC) umwandelt, die dem Wechselstrom-
Energieversorgungsnetz (3) zugeführt ist, gekennzeichnet
durch
einen zwischen die Photovoltaikeinrichtung (1) und den Um
richter (2) geschalteten kapazitiven elektrischen Energie
speicher (4) zur Zwischenspeicherung der von der Photovol
taikeinrichtung (1) erzeugten Gleichspannungsenergie (EDC).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass der kapazitive Energiespeicher (4) eine Kondensa
torbank aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch eine Schalteinrichtung (5) zur Trennung der Photovol
taikeinrichtung (1) vom kapazitiven Energiespeicher (4).
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
eine Schalteinrichtung (7) zur Verbindung des von der Photo
voltaikeinrichtung (1) getrennten kapazitiven Energiespei
chers (4) mit einem Entladewiderstand (6) zur Entladung des
Energiespeichers (4).
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, dass die Schalteinrichtung (5) zur Trennung der Photo
voltaikeinrichtung (1) vom kapazitiven Energiespeicher (4)
und die Schalteinrichtung (7) zur Verbindung des von der Pho
tovoltaikeinrichtung (1) getrennten kapazitiven Energiespei
chers (4) mit dem Entladewiderstand (4) derart gesteuert
sind, dass die Trennung der Photovoltaikeinrichtung (1) vom
Energiespeicher (4) und die Verbindung des von der Photovol
taikeinrichtung (1) getrennten Energiespeichers (4) mit dem
Entladewiderstand (4) im wesentlichen gleichzeitig erfolgen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10041340A DE10041340A1 (de) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Einrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Photovoltaikeinrichtung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10041340A DE10041340A1 (de) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Einrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Photovoltaikeinrichtung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10041340A1 true DE10041340A1 (de) | 2002-03-14 |
Family
ID=7653494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10041340A Ceased DE10041340A1 (de) | 2000-08-23 | 2000-08-23 | Einrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie aus einer Photovoltaikeinrichtung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10041340A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010034413A1 (de) * | 2008-09-25 | 2010-04-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Trennschaltung für wechselrichter |
WO2011029767A1 (en) * | 2009-09-11 | 2011-03-17 | Sma Solar Technology Ag | Topology surveying a series of capacitors |
US8975899B2 (en) | 2009-09-11 | 2015-03-10 | Sma Solar Technology Ag | Inverter device comprising a topology surveying a series of capacitors |
-
2000
- 2000-08-23 DE DE10041340A patent/DE10041340A1/de not_active Ceased
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US8253424B2 (en) | 2009-09-11 | 2012-08-28 | Sma Solar Technology Ag | Topology surveying a series of capacitors |
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