DE10120595A1 - Solarenergiesystem - Google Patents

Abstract

Es wird ein Solarenergiesystem mit einer Standard-Solarzellenkette (1a) und einer Substandard-Solarzellenkette (1b) angegeben. Die von der Substandard-Solarzellenkette ausgegebene Gleichspannung wird durch eine Boostereinheit (2) auf den Pegel der von der Standard-Solarzellenkette ausgegebenen Gleichspannung angehoben, und die Gleichspannung von der Standard-Solarzellenkette und die angehobene Gleichspannung werden an einen Wechselrichter (60) geliefert, durch den eine Wechselspannung erzeugt wird, die an ein Spannungsversorgungswerk (4) geliefert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarenergiesystem. Genauer ge­ sagt, betrifft die Erfindung ein Solarenergiesystem, bei dem eine durch eine unabhängige Gleichspannungsquelle, wie eine Solarzelle, erzeugte Gleichspannung durch eine Boosterein­ heit angehoben wird und durch einen Wechselrichter in eine Wechselspannung umgesetzt wird, um eine Spannung für übliche Wechselspannungslasten für Haushalte und Büros zu liefern oder elektrische Energie in vorhandene Spannungsversorgungs­ werke einzuspeisen.

Eine Solarzelle gibt als Gleichspannungsquelle eine Gleich­ spannung aus, wenn hohe Sonneneinstrahlung besteht. Die Gleichspannung kann von der Solarzelle ohne jede andere Energiequelle, wie eine Speicherbatterie, ausgegeben werden, und es werden keine giftigen Substanzen ausgestoßen. Daher sind Solarzellen als billige und saubere Energiequellen be­ kannt.

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines her­ kömmlichen Solarenergiesystems zeigt. Der Einfachheit der Zeichnung halber sind für dieses Solarenergiesystem nur zwei Solarzellenketten 1a und 1b dargestellt. Im Allgemeinen ist eine größere Anzahl von Solarzellenketten vorhanden. Norma­ lerweise enthält eine Standard-Solarzellenkette acht oder neun Solarzellenmodule (nicht dargestellt), die in Reihe miteinander verbunden sind.

Wenn bei diesem Solarenergiesystem die von den Solarzellen­ ketten 1a und 1b ausgegebene Gleichspannung in eine Wechsel­ spannung umgesetzt wird und an ein Spannungsversorgungswerk 4 geliefert wird, ist es erforderlich, zwischen die Solar­ zellenketten 1a, 1b und das Spannungsversorgungswerk 4 einen Spannungsaufbereiter 3 einzufügen. Wenn mehrere Solarzellen­ ketten 1 an das Spannungsversorgungswerk 4 anzuschließen sind, werden diese parallel mit dem Spannungsaufbereiter 3 verbunden. Der Spannungsaufbereiter 3 verfügt über einen Rückstrom verhindernde Dioden 50a und 50b, die verhindern, dass von den mehreren parallel geschalteten Solarzellenket­ ten 1 ein Strom in Rückwärtsrichtung fließt. Die Gleichspan­ nung, die die einen Rückstrom verhindernden Dioden 50a und 50b durchlaufen hat, wird von einem Wechselrichter 60 in ei­ ne Wechselspannung umgesetzt und über eine Schutzschaltung 70 an das Spannungsversorgungswerk 4 geliefert.

Bei Solarenergiesystemen in Japan ist es übliche Vorgehens­ weise, dass eine Anzahl von in ihnen enthaltenen Solarzel­ lenketten auf dem Hauptteil eines nach Süden zeigenden Dachs installiert werden und Leitungen von diesen Solarzellenket­ ten mit dem Spannungsaufbereiter 3 verbunden werden.

Wenn Solarzellenketten auf dem Dach eines Hauses zu platzie­ ren sind, ist es manchmal schwierig, diese dadurch zu konfi­ gurieren, dass Solarzellenmodule nur auf dieser Dachfläche angeordnet werden, die die meiste Sonne empfängt. Solarzel­ lenmodule, die nicht auf der nach Süden zeigenden Dachfläche positioniert werden, können auf der nach Osten oder Westen zeigenden Dachfläche angeordnet werden, um die Solarzellen­ ketten zu bilden. Manchmal werden die Solarzellenketten da­ durch konfiguriert, dass kleine Solarzellenmodule in den verbliebenen Randbereichen angeordnet werden, nachdem größe­ re Solarzellenmodule auf dem Hauptteil der nach Süden zei­ genden Dachfläche platziert wurden. Genauer gesagt, ist manchmal die Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellen­ modulen in einigen Solarzellenketten verschieden von der in anderen Solarzellenketten. In einem solchen Fall ergeben sich von den verschiedenen Solarzellenketten verschiedene Ausgangsspannungen.

Wenn z. B. eine Standard-Solarzellenkette mit der Standard­ anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen und eine Substandard-Solarzellenkette mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Modulen unter der Standardanzahl parallel mit dem Spannungsaufbereiter 3 verbunden werden, wird nur die Spannung von der Standard-Solarzellenkette mit der Standard- Ausgangsspannung in den Spannungsaufbereiter 3 eingegeben, während diesem die Spannung von der Substandard-Solarzellen­ kette mit der Substandard-Ausgangsspannung unter der Stan­ dard-Ausgangsspannung nicht zugeführt werden kann. Selbst wenn die Spannung von der Substandard-Solarzellenkette so angepasst wird, dass sie dem Spannungsaufbereiter 3 zuge­ führt werden kann, ist es unmöglich, die maximale Ausgangs­ leistung zu erzielen, die die Summe der maximalen Leistung von der Standard-Solarzellenkette und der maximalen Leistung von der Substandard-Solarzellenkette ist, wie es aus den Fig. 16A und 16B erkennbar ist.

Solange nicht die Spannung von einer derartigen Substandard- Solarzellenkette dem Spannungsaufbereiter 3 wirkungsvoll zu­ geführt werden kann, wird die von der Substandard-Solarzel­ lenkette belegte Fläche vergeudet.

In den Kurvenbildern der Fig. 16A und 16B repräsentiert die Abszisse die Ausgangsspannung V, und die Ordinate repräsen­ tiert die Ausgangsleistung P. Im Kurvenbild von Fig. 16A re­ präsentiert die Kurve S die Ausgangsleistung einer Standard- Solarzellenkette, während die Kurve N die Ausgangsleistung einer Substandard-Solarzellenkette repräsentiert. Genauer gesagt, weist die Standard-Solarzellenkette eine maximale Ausgangsleistung Ps auf, während die Substandard-Solarzel­ lenkette eine maximale Ausgangsleistung Pn aufweist. Die Ausgangsleistung, die die Summe dieser zwei Ausgangsleistun­ gen ist, ist in Fig. 16B dargestellt. Die maximale Ausgangs­ leistung Psn der in Fig. 16B dargestellten Ausgangsleis­ tungskurve (S+N) ist beträchtlich kleiner als die Summe (Ps+pn) der in Fig. 16A dargestellten maximalen Ausgangs­ leistungen Ps und Pn. Der Grund dafür liegt darin, dass die Spannungsposition für die maximale Ausgangsleistung Ps der Standard-Solarzellenkette 1a von der Spannungsposition der maximalen Ausgangsleistung Pn der Substandard-Solarzellen­ kette 1b verschieden ist.

Angesichts des Vorstehenden besteht eine mögliche Lösung darin, die Ausgangsspannungen von den mehreren Solarzellen­ ketten anzupassen. Aus diesem Grund kann zwischen die Stan­ dard-Solarzellenkette 1a und den Spannungsaufbereiter 3 eine Impedanz eingefügt werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht praxisgerecht, da durch die Impedanz Leistung verlorengeht. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines MG- (Motorgenerator)-Verfahrens zum Ändern der Gleichspannung.

Dieses Verfahren ist jedoch nicht bevorzugt, da mechanische Schwingungen oder Geräusche erzeugt werden und der Motorge­ nerator selbst sperrig ist.

Beim im Dokument JP-A-8-46231 offenbarten Solarenergiesystem sind in jedem Solarzellenmodul oder in jeder Solarzellenket­ te spannungsanhebende Gleichspannungswandler 80a und 80b mit Nachfahrfunktion für den Punkt maximaler Leistung vorhanden, wie in Fig. 17 dargestellt. Ein derartiges Solarenergiesys­ tem ist dahingehend von Nachteil, dass der Schaltungsaufbau kompliziert ist und die Spannungseinstellung für das Solar­ energiesystem insgesamt im anfänglichen Designstadium jeder Solarzellenkette ausgeführt werden muss, wobei die Solarzel­ lenketten verschiedene Ausgangsspannungen aufweisen.

Gemäß dem genannten Dokument ist ein Trenntrafo angeschlos­ sen. Dieser erhöht das Gewicht des Systems und senkt den Energiewandlungs-Wirkungsgrad. Im Fall einer Fehlfunktion der Spannungsanhebeschaltung, wie durch einen Spannungsstoß hervorgerufen, ist es für eine das System reparierende Per­ son schwierig, das Dach zu ersteigen und das Solarzellenmo­ dul auszutauschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anschluss meh­ rerer Solarzellenketten mit verschiedenen Ausgangsspannungen auf einfache Weise an ein Spannungsversorgungswerk zu ermög­ lichen und wirkungsvolle Nutzung der maximalen Ausgangsleis­ tung der Solarzellenketten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe ist durch das Solarenergiesystem gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Erschei­ nungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus der fol­ genden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser erkennbar.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Solarener­ giesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2A und 2B sind Kurvenbilder zum Repräsentieren der Aus­ gangsleistungen einer Standard-Solarzellenkette und einer Substandard-Solarzellenkette bzw. der Ausgangsleistung, wenn die beiden Ausgangsleistungen parallel abgegriffen werden.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines speziellen Beispiels der in Fig. 1 dargestellten Solarenergiesystem enthaltenen Boos­ tereinheit.

Fig. 4 ist ein Schaltbild, das ein spezielles Beispiel der in der Boostereinheit enthaltenen Spannungsanhebeschaltung zeigt.

Fig. 5 zeigt einen Anschlussschalter zum Bestimmen des Span­ nungsanhebeverhältnisses in der Boostereinheit von Hand.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Steuern des Schaltbauteils in der Spannungsanhebeschaltung.

Fig. 7A und 7B sind Kurvenbilder zum Veranschaulichen eines Vergleichs zwischen einer Dreieckswelle und einem Einstell­ signal sowie dem das Schaltbauteil ansteuernden Gateimpuls­ signal.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm der Boostereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung in der in Fig. 1 dargestellten Boostereinheit.

Fig. 10A bis 10C sind Signalverlaufsdiagramme für verschie­ dene Abschnitte der Steuerschaltung.

Fig. 11A bis 11F sind Signalverlaufsdiagramme für verschie­ dene Abschnitte der Steuerschaltung.

Fig. 12A bis 12C zeigen das Aussehen des Kastens, der die Boostereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufnimmt.

Fig. 13A und 13B zeigen den Innenaufbau des in den Fig. 12A bis 12C dargestellten Kastens.

Fig. 14A und 14B zeigen den Aufbau des Deckels des in den Fig. 12A bis 12C dargestellten Kastens.

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Solarener­ giesystems.

Fig. 16A und 16B sind Kurvenbilder der Ausgangsleistungen einer Standard-Solarzellenkette und einer Substandard-Solar­ zellenkette, wie sie in Fig. 15 dargestellt sind, bzw. der Ausgangsleistung, wenn die beiden genannten Ausgangsleistun­ gen parallel abgegriffen werden.

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Erfassen der Ausgangsspannung einer Standard- Solarzellenkette und zum Erzeugen eines entsprechenden Span­ nungsanhebeverhältnisses in der Boostereinheit.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Solarenergiesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Solar­ energiesystem sind zum Vereinfachen der Zeichnung nur eine Standard-Solarzellenkette 1a und eine Substandard-Solarzel­ lenkette 1b dargestellt. Es kann jedoch eine größere Anzahl von Solarzellenketten vorhanden sein. Im Allgemeinen enthält die Standard-Solarzellenkette 1a acht oder neun Solarzellen­ module (nicht dargestellt). Die Substandard-Solarzellenkette 1b enthält eine kleinere Anzahl von Solarzellenmodulen als die Standard-Solarzellenkette 1a.

Die Ausgangsspannung der Standard-Solarzellenkette 1a wird über eine in einem Spannungsaufbereiter 3 enthaltene, einen Rückstrom verhindernde Diode 50a an einen Wechselrichter 60 geliefert. Die Ausgangsspannung der Substandard-Solarzellen­ kette 1b wird über eine Boostereinheit 2 und eine einen Rückstrom verhindernde Diode 50b an den Wechselrichter ge­ liefert. Im Spannungsaufbereiter 3 werden die Ausgangsspan­ nungen der mehreren einen Rückstrom verhindernden Dioden 50a und 50b zusammengesetzt und an den Wechselrichter 60 gelie­ fert. Die vom Wechselrichter ausgegebene Wechselspannung wird über eine Schutzschaltung 70 an ein Spannungsversor­ gungswerk 4 geliefert.

Beim in Fig. 1 dargestellten Solarenergiesystem ist die Aus­ gangsspannung der Substandard-Solarzellenkette 1b durch die Boostereinheit 2 derjenigen der Standard-Solarzellenkette 1a gleich gemacht. Daher wird, wie es aus den Fig. 2B und 2B erkennbar ist, an das Spannungsversorgungswerk 4 die maxima­ le Ausgangsleistung geliefert, die die Summe aus der maxima­ len Ausgangsleistung der Standard-Solarzellenkette 1a und der maximalen Ausgangsleistung der Substandard-Solarzellen­ kette 1b ist.

In den Fig. 2A und 2B repräsentiert die Abszisse die Aus­ gangsspannung V, und die Ordinate repräsentiert die Aus­ gangsleistung P. Die Kurve S repräsentiert die Ausgangsleis­ tung der Standard-Solarzellenkette 1a, und die Kurve Nm re­ präsentiert die Ausgangsleistung der Substandard-Solarzel­ lenkette 1b nach der Spannungsanhebung für dieselbe durch die Boostereinheit 2. Wie es aus dem Kurvenbild der Fig. 2B erkennbar ist, ist die Spannungsposition der maximalen Aus­ gangsleistung Pn der Substandard-Solarzellenkette 1b, wie durch die Boostereinheit 2 angehoben, dieselbe wie die Span­ nungsposition der maximalen Ausgangsleistung Ps der Stan­ dard-Solarzellenkette 1a. Daher beträgt die Ausgangsleistung S+Nm, wenn die Ausgangsleistungen S und Nm addiert werden, wie es im Kurvenbild der Fig. 2B dargestellt ist, und demge­ mäß kann die maximale Ausgangsleistung (Ps+Pn) erhalten wer­ den.

Auf diese Weise kann durch das Solarenergiesystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch ein einfaches Ver­ fahren, bei dem die Boostereinheit 2 zwischen der Substan­ dard-Solarzellenkette 1b und dem Spannungsaufbereiter 3 an­ gebracht wird, die maximale Ausgangsleistung (Ps+Pn), die die Summe aus der maximalen Ausgangsleistung Ps der Stan­ dard-Solarzellenkette 1a und der maximalen Ausgangsleistung Pn der Substandard-Solarzellenkette 1b ist, an das Span­ nungsversorgungswerk 4 geliefert werden. Ferner kann die Boostereinheit 2 leicht abgetrennt werden, weswegen sie weg­ genommen werden kann, wenn die Substandard-Solarzellenkette 1b durch eine Standard-Solarzellenkette 1a ersetzt wird.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein speziel­ les Beispiel der in Fig. 1 dargestellten Boostereinheit 2 zeigt. Diese Boostereinheit 2 verfügt, der Reihe nach von einem Eingangsanschluss 21 aus, in einem Eingangsabschnitt über ein EMI(elektromagnetische Interferenz)-Eingangsfilter 21, einen Unterbrecher 23, eine Spannungsanhebeschaltung 24, ein EMI-Ausgangsfilter 25 und einen Ausgangsanschluss 26. Der Ausgangsanschluss 26 ist mit einem Eingangsanschluss des Spannungsaufbereiters 3 verbunden.

Das Spannungsanhebeverhältnis der Spannungsanhebeschaltung 24 kann durch das Verhältnis von in Reihe geschalteten So­ larzellenmodulen in der Standard-Solarzellenkette 1a und der Substandard-Solarzellenkette 1b bestimmt werden. So ist die Schaltungskonfiguration der Spannungsanhebeschaltung 24 in der Boostereinheit 2 sehr einfach. Ferner ist eine kompli­ zierte Steuerung, wie sie in Fig. 17 dargestellt ist, über­ flüssig, bei der ein Gleichspannungswandler 80b die Aus­ gangsspannung der Substandard-Solarzellenkette 1b unter Ver­ wendung der Ausgangsspannung der Standard-Solarzellenkette 1a als Bezugsspannung so einstellt, dass die Ausgangsspan­ nung der Substandard-Solarzellenkette 1b mit der Ausgangs­ spannung der Standard-Solarzellenkette 1a übereinstimmt.

Fig. 4 ist ein Schaltbild, das ein spezielles Beispiel der in der Boostereinheit 2 enthaltenen Spannungsanhebeschaltung 24 zeigt. In dieser Spannungsanhebeschaltung 24 sind eine Drossel 101 und eine Diode 102 in Reihe geschaltet, ein Kon­ densator 103 ist zwischen der Kathode der Diode 102 und Mas­ se geschaltet, und ein Schaltbauteil 104 ist zwischen die Anode der Diode 102 und Masse geschaltet. Als Schaltbauteil 104 kann ein BJT (Bipolar Junction Transistor = Transistor mit bipolarem Übergang), ein FET (Feldeffekttransistor), ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor = bipolarer Isolier­ schichttransistor) oder ein GTO (Gate Turn Off thyrister = Thyristor mit abschaltbarem Gate) verwendet werden.

Wenn das Schaltbauteil 104 eingeschaltet ist, wird in der Spannungsanhebeschaltung 24 in der Drossel 101 Energie ge­ speichert, wenn sie von Strom durchflossen wird. Wenn das Schaltbauteil 104 abgeschaltet wird, wird die in der Drossel 101 gespeicherte Energie in einen Strom umgewandelt, der den Kondensator 103 über die Diode 102 lädt. Wenn das Schaltbau­ teil 104 erneut eingeschaltet wird, wird in der Drossel 101 erneut Energie gespeichert, und wenn das Schaltbauteil 104 wieder ausgeschaltet wird, wird die Energie in der Drossel 101 in einen Strom gewandelt, und die aus diesem Strom her­ geleitete Spannung wird der Spannung überlagert, mit der der Kondensator 103 geladen ist, wodurch eine Spannungsanhebung erzielt wird.

Fig. 5 zeigt schematisch Schalter zum Bestimmen des Span­ nungsanhebeverhältnisses. Bei diesem Beispiel kann das Span­ nungsanhebeverhältnis durch Schalten der Schalter von Hand bestimmt werden. Genauer gesagt, werden in einem Solarener­ giesystem im Allgemeinen Solarzellenmodule desselben Typs mit denselben Eigenschaften verwendet. Daher kann das Span­ nungsverhältnis zwischen der Standard-Solarzellenkette 1a und der Substandard-Solarzellenkette 1b, d. h. das Span­ nungsanhebeverhältnis, durch ein einfaches Verhältnis ganzer Zahlen bestimmt werden wie 8 : 4 bis 8 : 7 oder 9 : 4 bis 9 : 7.

Daher wird als Erstes, wenn das Spannungsanhebeverhältnis einzustellen ist, die Anzahl n1 (8 oder 9) der in der Stan­ dard-Solarzellenkette 1a enthaltenen Solarzellenmodule durch einen Schalter 27a eingestellt, und dann wird die Anzahl n2 (4 bis 7) der in der Substandard-Solarzellenkette 1b enthal­ tenen Solarzellenmodule durch einen Schalter 27b einge­ stellt. Durch Betätigen dieser zwei Schalter 27a und 27b von Hand wird die Ausgangsspannung der Boostereinheit 2 auf das n1/n2-fache der Ausgangsspannung der mit ihr verbundenen Substandard-Solarzellenkette 1b eingestellt, und damit wird die Ausgangsspannung derjenigen der seriell mit ihr verbun­ denen Standard-Solarzellenkette 1a gleich.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerschaltung zeigt, wie sie verwendet wird, wenn die Spannungsanhebe­ schaltung 24 durch PWM(Impulsbreitenmodulation)-Steuerung betrieben wird, und Fig. 7A und 7B sind Signalverlaufsdia­ gramme für verschiedene Abschnitte der Fig. 6.

Um das Spannungsanhebeverhältnis durch die Spannungsanhebe­ verhältnis-Einstelleinheit 114 mit den in Fig. 5 dargestell­ ten Schaltern 27a und 27b einzustellen, wird von einer Sig­ naleinstell-Funktionseinheit 115 ein Signaleinstellwert ge­ mäß der folgenden Gleichung (1) berechnet:

(Signaleinstellwert) = (Einstellwert des Schalters 27b)/(Einstellwert des Schalters 27a) (1)

Gemäß Fig. 7A werden von einer Signalvergleichseinheit 117 ein sich durch die Funktion der Signaleinstell-Funktionsein­ heit 115 ergebender Signaleinstellwert M und eine Dreiecks­ welle T mit einer Amplitude von 0 bis 1, die von einer Drei­ eckswelle-Erzeugungseinheit 116 ausgegeben wird, verglichen. Wenn der Signaleinstellwert M kleiner als die Dreieckswelle T ist, gibt die Signalvergleichseinheit 117 einen Gate-EIN- Pegel aus, und wenn der Signaleinstellwert M größer als die Dreieckswelle T ist, gibt die Vergleichseinheit einen Gate- AUS-Pegel aus. Im Ergebnis liefert die Signalvergleichsein­ heit 117 das in Fig. 7B dargestellte Impulssignal PS. Das Verhältnis zwischen der Periode dieses Impulssignals PS und der Impulsbreite (Tastverhältnis) ist durch die folgende Gleichung (2) repräsentiert:

(Tastverhältnis) = 1 - (Signaleinstellwert) (2)

Das Impulssignal Ps wird in eine Gatetreibereinheit 118 für die Spannungsanhebeschaltung 24 eingegeben, wobei diese Gatetreibereinheit 118 das in Fig. 4 dargestellte Schaltbau­ teil 104 ansteuert. Unter Verwendung eines derartigen Span­ nungsanhebeverfahrens unter PWM-Steuerung kann die Span­ nungsanhebeschaltung 24 mit einfachem Aufbau realisiert wer­ den.

Um die Boostereinheit 2 anzusteuern, ist eine Spannungsquel­ le für dieselbe erforderlich. Wenn eine Batterie verwendet wird, die dauernd eine Ausgangsspannung liefern kann, wie eine Trockenbatterie oder ein Akkumulator, befindet sich die Boostereinheit Tag und Nacht in Betrieb, wenn kein Span­ nungsschalter vorhanden ist. Wenn die Batterie leer ist, ist ein Batteriewechsel erforderlich. Wenn die Boostereinheit 2 Spannung vom Spannungsversorgungswerk 4 erhalten soll, ist ein gesonderter Anschluss erforderlich. Wenn die Energie der mit der Boostereinheit 2 verbundenen Substandard-Solarzel­ lenkette 1b als Ansteuerungsenergie verwendet wird, arbeitet die Boostereinheit nur am Tag, wenn sich die Substandard- Solarzellenkette 1b in Betrieb befindet, so dass der Betrieb bei Nacht automatisch beendet wird. Ferner liefert die So­ larzelle bei Tag immer Strom, weswegen, abweichend vom Fall bei einer Trockenbatterie oder einem Akkumulator, nie ein Austausch erforderlich ist. Ferner ist ein Anschluss an eine externe Spannungsquelle überflüssig.

Wie oben beschrieben, kann bei einem Solarenergiesystem ge­ mäß dem Ausführungsbeispiel mit einer Standard-Solarzellen­ kette 1a und einer Substandard-Solarzellenkette 1b ein An­ schluss an ein Spannungsversorgungswerk auf einfache Weise erfolgen, und es kann die Summe der maximalen Ausgangsleis­ tungen der jeweiligen Solarzellenketten als maximale Aus­ gangsleistung genutzt werden.

Fig. 8 zeigt ein Solarenergiesystem mit einer Boostereinheit und einem Wechselrichter gemäß einem anderen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.

Gemäß Fig. 8 sind die Standard-Solarzellenkette 1a und die Substandard-Solarzellenkette 1b mit der Boostereinheit ver­ bunden, in die jeweilige Eingangsspannungen werden. Die Boostereinheit 2 ist ferner mit einem Wechselrichter 60 ver­ bunden, der die von der Boostereinheit 2 ausgegebene Gleich­ spannung in eine Wechselspannung mit derselben Phase und Frequenz, wie vom Spannungsversorgungswerk 4, 50/60 Hz, um­ setzt und diese Spannung an das Spannungsversorgungswerk 4 liefert.

Die Boostereinheit 2 enthält eine Spannungsanhebeeinrichtung 3, eine Steuerschaltung 15, eine Abschaltsignal-Erzeugungs­ einheit 28, einen Rückstrom verhindernde Dioden 6a, 6b, Blitzabsorber 7a, 7b und Eingangstrennschalter 8a und 8b.

Die einen Rückstrom verhindernden Dioden 6a und 6b verhin­ dern einen Rückstrom betreffend den Gleichstrom der Booster­ einheit 2 zu den Solarzellenketten 1a und 1b. Die Blitzab­ sorber 7a und 7b verhindern das Eintreten eines Spannungs­ stoßes durch einen Blitz aus den Solarzellenketten 1a, 1b in die Boostereinheit 2. Die Eingangstrennschalter 8a und 8b verbinden und trennen die Solarzellenketten 1a, 1b mit bzw. von der Boostereinheit 2.

Die Spannungsanhebeeinrichtung 3 verfügt über eine Drossel 9, ein Schaltbauteil 10, eine Diode 11, einen Kondensator 13, eine Sicherung 12 und einen Temperatursensor 14. Die Drossel 9 speichert Energie aus dem in die Boostereinheit 2 eingegebenen Gleichstrom und gibt solche Energie aus. Das Schaltbauteil 10 führt ein Einschalten/Ausschalten entspre­ chend einem hochfrequenten Steuerausgangssignal der Steuer­ schaltung 15 aus. Der Kondensator 13 speichert die Energie ein, wie sie von der Drossel 9 abgegeben wird, wenn das Schaltbauteil 10 abschaltet. Die Sicherung 12 öffnet den Schaltkreis, wenn ein Strom über einem vorgegebenen Wert fließt. Der Temperatursensor 14 überwacht die Temperatur des Schaltbauteils 10 und erzeugt ein Ausgangssignal für die Ab­ schaltsignal-Erzeugungseinheit 28. Die Ausgangsspannung Vout der Boostereinheit 2 und das Temperatursignal Ts des Tempe­ ratursensors 11 werden an die Abschaltsignal-Erzeugungs­ schaltung 28 geliefert, und wenn die Ausgangsspannung Vout einen Wert über einer vorbestimmten Spannung erreicht, gibt die Abschaltsignal-Erzeugungseinheit 28 ein Abschaltsignal Tp zum Öffnen der Eingangstrennschalter 8a und 8b aus.

Fig. 9 ist ein spezifisches Blockdiagramm für die in Fig. 8 dargestellte Steuerschaltung 15. Gemäß Fig. 9 verfügt diese Steuerschaltung 15 über eine Einstelleinheit 16 für das an­ fängliche Spannungsanhebeverhältnis, eine Einstelleinheit 17 für das effektive Spannungsanhebeverhältnis, eine Spannungs­ anhebeverhältnis-Vergleichseinheit 18, eine Signaleinstell- Funktionseinheit 19, eine Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 20, eine Signalvergleichseinheit 21, eine Spannungsver­ gleichseinheit 22, eine Signaleinstell-Funktionseinheit 23, eine Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 24, eine Signalver­ gleichseinheit 25, eine UND-Funktionseinheit 26 und eine Gatetreibereinheit 27.

Die Einstelleinheit 16 für das anfängliche Spannungsanhebe­ verhältnis stellt das Verhältnis zwischen der Anzahl n1 der Solarzellenmodule in der Standard-Solarzellenkette 1a und der Anzahl n2 der Solarzellenmodule in der Substandard-So­ larzellenkette 1b ein, d. h. ein Spannungsanhebeverhältnis α1 (= n1/2). Die Einstelleinheit 17 für das effektive Span­ nungsanhebeverhältnis stellt für jeden Abtastvorgang das ef­ fektive Spannungsanhebeverhältnis α2 (= Vout1/Vin) für die Eingangsspannung Vin in die Boostereinheit 2 und die Aus­ gangsspannung Vout1 ein.

Das von der Einstelleinheit 16 für das anfängliche Span­ nungsanhebeverhältnis erhaltene anfängliche Spannungsanhebe­ verhältnis α1 und das von der Einstelleinheit 17 für das ef­ fektive Spannungsanhebeverhältnis erhaltene effektive Span­ nungsanhebeverhältnis α2 werden durch die Spannungsanhebe­ verhältnis-Vergleichseinheit 18 verglichen, und eine Abwei­ chung zwischen diesen wird verstärkt und an die Signalein­ stell-Funktionseinheit 19 ausgegeben.

Die Fig. 10A bis 10C sowie 11A bis 11F sind Signalverlaufs­ diagramme für die Steuerschaltung in der in Fig. 9 darge­ stellten Boostereinheit. Gemäß Fig. 10A werden von der Sig­ nalvergleichseinheit 21 der von der Signaleinstell-Funkti­ onseinheit 19 erhaltene Signaleinstellwert Ma und die von der Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 20 erzeugte Dreieckswel­ le Ta mit einer Amplitude von 0 bis 1 verglichen, und wenn der Signaleinstellwert Ma größer als die Dreieckswelle Ta ist, führt die Signalvergleichseinheit 21 eine PWM-Steuerung aus, wobei sie einen Gate-AUS-Pegel liefert. Im Ergebnis er­ zeugt die Signalvergleichseinheit 21 ein Impulssignal PSa.

Ferner werden eine Vorgabespannung Vref1 und die Ausgangs­ spannung Vout1 der Boostereinheit 2 mit jedem Abtastvorgang eingegeben und durch die Spannungsvergleichseinheit 22 ver­ glichen. Das Ergebnis wird an die Signaleinstell-Funktions­ einheit 23 ausgegeben. Ferner werden gemäß Fig. 10 von der Signalvergleichseinheit 25 ein von der Signaleinstell-Funk­ tionseinheit 23 erhaltener Signaleinstellwert Mb und eine von der Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 24 erzeugte Drei­ eckswelle Tb mit einer Amplitude von 0 bis 1 verglichen, und wenn der Signaleinstellwert Mb größer als die Dreieckswelle Tb ist, führt die Signalvergleichseinheit 25 eine PWM-Steue­ rung aus, um den Gate-AUS-Pegel auszugeben.

Im Ergebnis liefert die Signalvergleichseinheit 5 ein Im­ pulssignal PSb. Die Impulssignale PSa und PSb werden in die UND-Funktionseinheit 26 eingegeben, um an ihnen eine UND- Operation auszuführen. Im Ergebnis wird ein in Fig. 10C dar­ gestelltes Impulssignal PSc erzeugt. Dieses Impulssignal PSc wird in die Gatetreibereinheit 27 für das Schaltbauteil 10 eingegeben.

Die Funktion der auf die obige Weise aufgebauten Boosterein­ heit 2 ist die folgende. Wie bereits beschrieben, hebt die Boostereinheit 2 die Eingangsspannung auf Grundlage des aus der Anzahl n1 der Solarzellenmodule in der Standard-Solar­ zellenkette 1a und der Anzahl n2 der Solarzellenmodule in der Substandard-Solarzellenkette 1b bestimmten Spannungsan­ hebeverhältnisses α(= n1/n2) an, und ihre Ausgangsspannung wird an den Wechselrichter 60 geliefert. Wenn sich die Aus­ gangsspannung der Boostereinheit 2 im tolerierbaren Ein­ gangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 befindet, führt sie eine Regelung aus, die das Spannungsanhebeverhältnis konstant macht. Genauer gesagt, gibt die Steuerschaltung 17 das Impulssignal PSa (Fig. 10A) zum Erzeugen des Gate-AUS- Pegels auf Grundlage der Dreieckswelle Ta und des Signalein­ stellwerts Ma, wie aus dem anfänglichen Spannungsanhebever­ hältnis α1 und dem effektiven Spannungsanhebeverhältnis α2 erhalten, an die UND-Funktionseinheit 26 aus.

Dabei gibt, da die Ausgangsspannung Vout1 der Boostereinheit 2 innerhalb des Eingangsspannungsbereichs Vref1 des Wechsel­ richters 60 liegt (Vout1 < Vref1), die Spannungsvergleichs­ einheit 22 den Signaleinstellwert Mb mit der Amplitude 0 als Ausgangssignal der Signaleinstell-Funktionseinheit 23 in die Signalvergleichseinheit 25 ein. Dann erfolgt in der Signal­ vergleichseinheit 25 eine PWM-Regelung auf Grundlage der Dreieckswelle Mb und des Signaleinstellwerts Mb, und an die UND-Funktionseinheit 26 wird ein Impulssignal PSb mit der Impulsbreite 1 ausgegeben, wie in Fig. 11A dargestellt. Da das Impulssignal PSb die Impulsbreite 1 hat, wird an die Gatetreibereinheit 27 als Ergebnis der UND-Operation ein Im­ pulssignal PSc ausgegeben, das dem Impulssignal PSa ähnlich ist, wie in Fig. 11B dargestellt. Dabei besteht das Ziel der Regelung darin, das Spannungsanhebeverhältnis konstant zu machen.

Wenn der mit der Ausgangsseite der Boostereinheit 2 verbun­ dene Wechselrichter 60 nicht in Betrieb ist, existiert keine Last an der Boostereinheit 2, weswegen die Ausgangsspannung derselben, wenn sie einen Spannungsanhebevorgang ausführt, den tolerierbaren Eingangsspannungsbereich des Wechselrich­ ters 60 überschreitet. Daher führt die Boostereinheit 2, wenn die Ausgangsspannung derselben höher als der tolerier­ bare Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 ist, eine Konstantspannungsregelung aus, bei der das Spannungsan­ hebeverhältnis α auf einen kleineren Wert variiert wird, da­ mit sich die Ausgangsspannung der Boostereinheit 2 im tole­ rierbaren Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 befindet.

Genauer gesagt, sorgt, in der Steuerschaltung 15, wenn die Ausgangsspannung Vout1 der Boostereinheit 2 höher als der Eingangsspannungsbereich Vref1 des Wechselrichters 60 ist (Vout1 < Vref1) dafür, dass die Signaleinstell-Funktionsein­ heit 23 den Signaleinstellwert Mb mit einer Amplitude nicht über 1, aber über 0 (z. B. 0,1), an die Signalvergleichsein­ heit 25 liefert. Diese vergleicht dann die Dreieckswelle Tb mit dem Signaleinstellwert Mb, und sie führt eine PWM-Rege­ lung aus, wodurch das in Fig. 11D dargestellte Impulssignal PSb an die UND-Funktionseinheit 26 ausgegeben wird.

Dabei wird, wenn die Impulsbreite des Impulssignals PSb grö­ ßer als die des Impulssignals PSa ist, wie in Fig. 11D dar­ gestellt, ein dem Impulssignal PSa ähnliches Impulssignal PSc als Ergebnis der UND-Operation an die Gatetreiberschal­ tung 27 ausgegeben. In diesem Zustand ist die Ausgangsspan­ nung Vout1 der Boostereinheit 2 höher als der Eingangsspan­ nungsbereich Vref1 des Wechselrichters 60 (Vout1 < Vref1), und die Spannungsvergleichseinheit 22 sorgt dafür, dass die Signaleinstell-Funktionseinheit 23 den Signaleinstellwert Mb mit einem Wert über dem der letzten Amplitude in die Signal­ vergleichseinheit 25 eingibt. Die Dreieckswelle Tb und der Signaleinstellwert Mb werden durch die Signalvergleichsein­ heit 25 verglichen, und es wird eine PWM-Regelung ausge­ führt. Auf diese Weise wird das Impulssignal PSb von der Signalvergleichseinheit 25 in die UND-Funktionseinheit 26 eingegeben.

Im Ergebnis wird in die UND-Funktionseinheit 26 ein Impuls­ signal PSb mit einer Impulsbreite, wie sie in Fig. 11D dar­ gestellt ist, eingegeben, und wenn die Impulsbreite des Im­ pulssignals PSb kleiner als diejenige des Impulssignals PSa ist, gibt die UND-Funktionseinheit 26 ein dem Impulssignal PSb ähnliches Impulssignal PSc an die Gatetreibereinheit 27 aus, wie in Fig. 11F dargestellt. Im Ergebnis wird die Steuerung von einer solchen zum Konstanthalten des Span­ nungsanhebeverhältnisses auf eine solche umgeschaltet, bei der das Spannungsanhebeverhältnis α kleiner gemacht wird, d. h., es wird auf eine Konstantspannungsregelung umgeschal­ tet, bei der die Ausgangsspannung der Boostereinheit 2 im tolerierbaren Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 eingestellt wird. Dabei besteht das Regelungsziel darin, die Ausgangsspannung konstant zu machen.

Wenn die Ausgangsspannung den Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 überschreitet, während die Boostereinheit 2 die Konstantspannungsregelung ausführt, d. h., dass ein Überspannungszustand auftritt, obwohl das Spannungsanhebe­ verhältnis α kleiner gemacht wird und es unmöglich ist, das­ selbe weiter zu senken, wird der Eingangstrennschalter 8b ausgelöst, so dass die Leitung zur Solarzellenkette 1b ge­ öffnet wird. Genauer gesagt, überwacht die Auslösesignal- Erzeugungseinheit 25 die Ausgangsspannung Vout2, wie in Fig. 8 dargestellt. Wenn diese Ausgangsspannung Vout2 größer als ein vorgegebener tolerierbarer Eingangsspannungsbereich Vref2 des Wechselrichters 60 wird (Vref1 < Vref2); (Vout2 < Vref2) wird, wird von der Auslösesignal-Erzeugungseinheit 28 ein Auslösesignal Tp an den Eingangstrennschalter 8b gelie­ fert, wodurch dieser ausgelöst wird und der Pfad zur Solar­ zellenkette 1b geöffnet wird.

Wenn das Schaltbauteil 10 kurzgeschlossen wird, fließt zwi­ schen der Substandard-Solarzellenkette 1b und dem Schaltbau­ teil 10 ein Kurzschlussstrom. Wenn dieser Kurzschlussstrom fließt, steigt die Temperatur des Schaltbauteils 10 an. Wenn er kontinuierlich fließt, steigt die Temperatur des Schalt­ bauteils 10 stark an, was möglicherweise zu einer Fehlfunk­ tion der Boostereinheit 2 fährt. Daher überwacht die Auslö­ sesignal-Erzeugungseinheit 28 die Temperatur Ts des Schalt­ bauteils 10 mittels eines an diesem befestigten Temperatur­ sensors 29. Wenn eine vorgegebene Temperatur erreicht wird, überdeckt die Auslösesignal-Erzeugungseinheit 28 ein Ein­ gangstrennschalter-Auslösesignal Tp an den Eingangstrenn­ schalter 8b, damit der Pfad zur Substandard-Solarzellenkette 1b geöffnet wird. Auf diese Weise kann ein kontinuierlicher Fluss des Kurzschlussstroms verhindert werden.

Wenn auf der Ausgangsseite der Boostereinheit 2, d. h. auf der Seite des Wechselrichters 60, ein Kurzschlussstrom fließt, ist eine Fehlfunktion des Schaltbauteils 10 oder dergleichen möglich. Daher wird in diesem Fall die in der Vorstufe des Kondensators 13 in der Spannungsanhebeeinrich­ tung 3 vorhandene Sicherung 12 durchgebrannt, wodurch ein dauerndes Fließen des Kurzschlussstroms verhindert wird.

Als Schaltbauteil 10 der in Fig. 8 dargestellten Boosterein­ heit 2 kann ein FET (Feldeffekttransistor), ein IGBT (bipo­ larer Trennschichttransistor) oder dergleichen verwendet werden. Die Steuerschaltung 15 kann durch eine analoge oder eine digitale Schaltung realisiert werden.

Die Fig. 12A bis 12C veranschaulichen das Aussehen des die Boostereinheit aufnehmenden Kastens gemäß einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung. Fig. 12A ist eine Vorderansicht, 12B eine Seitenansicht und 12C eine Ansicht von unten. Die Fig. 13A und 13B zeigen den Innenaufbau des in den Fig. 12A bis 12C dargestellten Kastens. Fig. 13A ist eine Vorderansicht mit entfernter Abdeckung, wie sie in Fig. 12B dargestellt ist, und Fig. 13B ist eine Ansicht von unten. Die Fig. 14A und 14B zeigen den Aufbau des in Fig. 12A dargestellten De­ ckelelements. Fig. 14A ist eine Vorderansicht des Deckels, und Fig. 14B ist eine Schnittansicht, die zeigt, wie der De­ ckel befestigt ist.

Der in den Fig. 12A bis 12C dargestellte Kasten 30 nimmt die in Fig. 8 dargestellte Boostereinheit 2 auf, wobei, wie es in Fig. 12B dargestellt ist, der Kasten im Freien vertikal entlang einer Wandfläche 40 aufgestellt wird. Der Kasten 30 enthält einen Gehäuseabschnitt 31 und eine diesen bedeckende Abdeckung 32. Wie es in Fig. 13A dargestellt ist, ist ent­ lang der Oberseite und der Seitenflächen im Gehäuseabschnitt 31 ein als Entwässerungspfad dienender Sperrabschnitt 33 ausgebildet. Der Sperrabschnitt 33 führt zwischen dem Gehäu­ seabschnitt 31 und der Abdeckung 32 eintretendes Regenwasser zum unteren Teil des Gehäuseabschnitts 31 ab und gibt das Wasser durch einen Regenauslass 34, der im unteren Teil des Gehäuseabschnitts 31 ausgebildet ist, nach außen ab. So sind leitende Teile der Spannungsanhebeeinrichtung 3 und der Steuerschaltung 15, die im außen angebrachten Kasten 30 un­ tergebracht sind, gegen Regenwasser geschützt.

Im unteren Teil (rechte Seite in Fig. 12B) des Gehäuseab­ schnitts 31 des Kastens 30 ist eine Wärmesenke 35 ange­ bracht. Auf der Wärmesenke 35 sind das Schaltbauteil 10 in­ nerhalb der Spannungsanhebeeinrichtung 3 sowie die in Fig. 8 dargestellten, einen Rückstrom verhindernden Dioden 6a und 6b befestigt, damit durch Verluste in diesen Bauteilen er­ zeugte Wärme mit verbessertem Abstrahleffekt nach außen ab­ gestrahlt werden kann.

Ferner ist um die Wärmesenke 35 herum eine rechteckige Me­ tallplatte 41 mit einer offenen Seite vorhanden. Innerhalb der Metallplatte 41 ist ein Haken 42 zum Halten des Gehäuse­ abschnitts 31 ausgebildet. Wenn die Metallplatte 41 an der Wandfläche 40 befestigt ist und der Gehäuseabschnitt 31 durch den Haken 42 festgehalten wird, kann dadurch der Kas­ ten 30 in vertikaler Richtung entlang der Wandfläche 40 be­ festigt werden. Die Metallplatte 41 ist so ausgebildet, dass sie die Wärmesenke 35 überdeckt, um ein Verbrennen durch un­ beabsichtigtes Berühren der Wärmesenke 35 zu verhindern, die durch die durch Verluste der einen Rückstrom verhindernden Dioden 6a und 6b und des Schaltbauteils 10 erzeugte Wärme stark erwärmt wird, wenn sich die Spannungsanhebeeinrichtung 3 im Betrieb befindet.

Im mittleren Teil der Abdeckung 32 des Kastens 30 befindet sich eine Anzeigeeinheit 36. Wenn die Spannungsanhebeein­ richtung 3 aktiviert wird, wird die Anzeigeeinheit 36 einge­ schaltet, und sie wird ausgeschaltet, wenn der Betrieb der Einrichtung endet. So kann ohne das Erfordernis eines Öff­ nens des Gehäuses der Boostereinheit 2 erkannt werden, ob sich diese an einem Tag mit viel Sonnenlicht in Betrieb be­ findet oder nicht. Wenn die Anzeigeeinheit während des Tags ausgeschaltet ist, kann erkannt werden, dass sich die Span­ nungsanhebeeinrichtung 3 nicht in Betrieb befindet. So kann durch die Anzeigeeinheit 36 klargestellt werden, ob die Spannungsanhebeeinrichtung 3 normal arbeitet oder nicht.

Ferner ist im unteren Teil der Abdeckung 32 ein Deckelab­ schnitt 37 zum Bedecken eines Öffnungsabschnitts vorhanden. Wenn der Deckelabschnitt 37 vom Gehäuse 31 abgenommen wird, erlaubt er den Betrieb der am Gehäuse 31 angebrachten Ein­ gangstrennschalter 8a und 8b, wie in Fig. 13A dargestellt. Auf einer Seite des Deckelabschnitts 37 ist, wie in Fig. 14A dargestellt, ein Befestigungsschienenabschnitt 38 ausgebil­ det, und auf der anderen Seite ist ein Montageteil 39 befes­ tigt. Im Berührungsabschnitt zwischen dem Deckelabschnitt 37 und dem Gehäuse 31 ist ein wasserdichtes Element 45, wie ein solches aus Gummi, befestigt.

Das Montageteil 39 verfügt über eine Befestigungsplatte 391 und einen Knopf 392. Wenn der Knopf 392 gedreht wird, dreht sich die Befestigungsplatte 391, und durch diese Bedienung ist es möglich, den Deckelabschnitt 37 am Gehäuse der Boos­ tereinheit 2 zu befestigen oder davon zu trennen. Wenn der Deckelabschnitt 37 offen ist, ist es möglich, die Eingangs­ trennschalter 8a und 8b zu betätigen. Daher können die Ein­ gangstrennschalter 8a und 8b einfach durch Öffnen des De­ ckelabschnitts 37 von außen bedient werden, ohne dass es er­ forderlich ist, das Gehäuse der Spannungsanhebeeinheit 2 zu öffnen. Ferner ist für den Deckelabschnitt 37 keine Schraube verwendet. Daher ist es überflüssig, ein spezielles Werkzeug zum Entfernen des Deckelabschnitts 37 vom Kasten 30 zu ver­ wenden. Dies ermöglicht es, die Spannungsanhebeeinheit 2 und die Solarzelle 1b oder den Wechselrichter 60 z. B. in einem Notfall auf einfache Weise abzutrennen, wodurch die Sicher­ heit des Gesamtsystems verbessert werden kann.

Wie oben beschrieben, wird gemäß dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel Raum zum Installieren, wie er speziell für Verbindungen innen und außen an einem Gebäude vorhanden ist, eingespart, was die Verbindung zwischen der Gleichspannungs­ quelle, also den Solarzellenketten 1a und 1b, mit der Boos­ tereinheit 2 und dem Wechselrichter 60 betrifft, und der spezielle Kasten 30 ist integriert, um die Kosten der gesam­ ten Vorrichtung zu senken, wobei das Aussehen innerhalb und außerhalb des Gebäudes nicht beeinträchtigt wird, da weniger Leitungen und Kabel für den Anschluss vorhanden sind. Ferner ist, wenn sich die Spannungsanhebeeinheit 2 in Betrieb be­ findet, eine Überspannung an den Wechselrichter 60 verhin­ dert, und es kann die Erzeugung eines Kurzschlussstroms im Fall einer Fehlfunktion oder eines Kurzschließens des Schaltbauteils 10 vermieden werden, wodurch eine sichere Vorrichtung realisiert ist.

Ferner sind eine die Gleichspannung anhebende Spannungsanhe­ beschaltung, eine einen Rückstrom verhindernde Schaltung, die ein Zurückfließen von Strom von der Spannungsanhebeein­ richtung zur Gleichspannungsquelle verhindert, eine Verbin­ dungs/Trenn-Eingangseinheit zum Verbinden oder Trennen der Gleichspannungsquelle mit der Spannungsanhebeschaltung bzw. von dieser sowie eine Blitzspannung-Verhinderungsschaltung vorhanden, die verhindert, dass ein durch einen Blitz her­ vorgerufener Spannungsstoß von der Gleichspannungsquelle in die Spannungsanhebeschaltung eintritt, wodurch insgesamt ein Zurückfließen des Stroms von der Spannungsanhebeeinrichtung und dem Wechselrichter zur Solarzelle verhindert werden kann und es möglich ist, die Solarzelle und die Spannungsanhebe­ schaltung sowie diese und den Wechselrichter z. B. bei War­ tungsarbeiten sicher zu verbinden oder zu trennen.

Ferner kann das Eintreten eines Spannungsstoßes durch einen Blitz von der Seite der Solarzelle zur Spannungsanhebeschal­ tung und zum Wechselrichter vermieden werden, wodurch die Sicherheit des Wechselrichters gewährleistet ist. Ferner kann eine Wechselspannung mit demselben Wert wie dem der Wechselspannung einer Standard-Solarzellenkette auch von ei­ ner Substandard-Solarzellenkette an den Wechselrichter ge­ liefert werden, weswegen begrenzter Raum auf z. B. einem Ge­ bäudedach wirkungsvoll genutzt werden kann.

Ferner führt die Spannungsanhebeschaltung, wenn die Aus­ gangsspannung derselben niedriger als eine obere Grenzspan­ nung ist, eine Steuerung aus, durch die das Spannungsanhebe­ verhältnis konstant gemacht wird, damit von einer Substan­ dard-Solarzellenkette eine Gleichspannung an den Wechsel­ richter geliefert werden kann, die mit derjenigen einer Standard-Solarzellenkette vergleichbar ist. Daher kann be­ grenzter Raum auf z. B. einem Gebäudedach wirkungsvoll ge­ nutzt werden.

Ferner führt die Spannungsanhebeschaltung, wenn die Aus­ gangsspannung derselben höher als die obere Grenzspannung ist, eine Steuerung aus, die die obere Grenzspannung kon­ stant macht, wodurch eine Überspannung an den Wechselrich­ ter, die möglicherweise zu einer Fehlfunktion führt, verhin­ dert werden kann.

Wenn die Spannungsanhebeschaltung während des Tags bei hoher Sonneneinstrahlung in Betrieb ist, caird eine Steuerung für konstante Einstellung des Spannungsanhebeverhältnisses aus­ geführt, und wenn die Ausgangsspannung auf einen höheren Wert als den der oberen Grenzspannung ansteigt, wird die Steuerung zum Konstanthalten des Spannungsanhebeverhältnis­ ses angehalten, und es wird eine Steuerung zum Konstanthal­ ten der oberen Grenzspannung durch Ändern des Spannungsanhe­ beverhältnisses ausgeführt, damit die Ausgangsspannung die Obergrenze nicht überschreitet. Auf diese Weise kann eine Überspannung zum Wechselrichter, die möglicherweise eine Fehlfunktion hervorrufen würde, verhindert werden.

Ferner erzeugt die Abschaltsignal-Erzeugungsschaltung ein Abschaltsignal, wenn die Ausgangsspannung übermäßig hoch wird, so dass durch eine Unterbrecherschaltung die Verbin­ dung zur Substandard-Solarzellenkette geöffnet wird. Wenn die Spannungsanhebeschaltung während des Tags bei hoher Son­ neneinstrahlung in Betrieb ist und eine Steuerung zum Kon­ stanthalten des Spannungsanhebeerhältnisses oder der Span­ nung ausgeführt wird, öffnet die Abschaltsignal-Erzeugungs­ schaltung die Unterbrecherschaltung, wenn eine Überspannung von der Spannungsanhebeschaltung erkannt wird. Daher kann eine Überspannung zum Wechselrichter, die möglicherweise zu einer Fehlfunktion führt, verhindert werden.

Hinsichtlich der Abschaltfunktion im Trennschalter wird, wenn sich die Boostereinheit während des Tags bei hoher Son­ neneinstrahlung in Betrieb befindet, die Spannungsanhebe­ schaltung kurzgeschlossen, und es fließt ein Kurzschluss­ strom zwischen der Solarzelle und der Spannungsanhebeschal­ tung, wodurch die Temperatur derselben ansteigt. Dann er­ zeugt die Auslösesignal-Erzeugungsschaltung ein Auslösesig­ nal zum Öffnen des Schaltkreises, wenn die Temperatur über einen vorgegebenen Wert ansteigt. Demgemäß ist ein dauernder Fluss eines Kurzschlussstroms verhindert, so dass eine durch einen Kurzschlussstrom hervorgerufene Fehlfunktion der Boos­ tereinheit verhindert werden kann.

Die Spannungsanhebeschaltung enthält eine Sicherung zum Ver­ hindern eines Kurzschlussstroms von außen. Dabei fließt, wenn der Wechselrichter kurzgeschlossen wird, ein Kurz­ schlussstrom von diesem zur Boostereinheit, und er fließt im Schaltkreis, wodurch die Sicherung so arbeitet, dass sie den Schaltkreis öffnet und ein dauerhaftes Fließen des Kurz­ schlussstroms verhindert. Daher kann eine durch einen Kurz­ schlussstrom hervorgerufene Fehlfunktion der Boostereinheit verhindert werden.

Die Sicherung ist in Reihe zur Spannungsanhebeschaltung ge­ schaltet, und der Pfad, durch den der Kurzschlussstrom fließt, wird abhängig von der Stärke desselben geöffnet. Da­ her wird die in der Spannungsanhebeschaltung vorhandene Si­ cherung durchgebrannt, um den Schaltkreis zu öffnen, wenn der Wechselrichter kurzgeschlossen wird und der Kurzschluss­ strom von diesem zur Boostereinheit und im Schaltkreis fließt. So kann ein andauernder Fluss des Kurzschlussstroms verhindert werden, und damit kann eine durch einen solchen Kurzschlussstrom hervorgerufene Fehlfunktion verhindert wer­ den.

Ferner ist mindestens ein Eingangs/Ausgangs-Anschluss in ei­ nem im Freien positionierten Kasten untergebracht, der einen Entwässerungspfad aufweist, der Regenwasser zum unteren Teil führt, wenn Regenwasser eindringt. Das in den unteren Teil geführte Regenwasser wird an einem Auslass nach außen ge­ führt. Daher kann ein Eintreten von Regenwasser in die lei­ tenden Teile des Wechselrichters und der Steuerschaltung vermieden werden. Ferner können die Gesamtkosten der Vor­ richtung gesenkt werden, da ein spezieller Kasten einstückig hergestellt wird.

Ferner ist an der Außenseite des Kastens eine Abstrahlungs­ einrichtung zum Abstrahlen von Wärme von der Spannungsanhe­ beschaltung und der einen Rückstrom verhindernden Schaltung nach außen vorhanden. So kann der Abstrahleffekt verbessert werden.

Ferner kann, da eine die Abstrahleinrichtung des Kastens be­ deckende und den Kasten an einer Wandfläche haltende Metall­ platte vorhanden ist, ein mögliches Verbrennen durch unbeab­ sichtigtes Berühren der Abstrahleinrichtung verhindert wer­ den, und der Kasten kann an einer Wandfläche befestigt wer­ den.

Ferner ist am Kasten ein öffenbarer Deckelabschnitt vorhan­ den, und durch Betätigen der Verbindung/Trenn-Eingangsein­ heit bei offenem Deckel ist es möglich, die Boostereinheit im Notfall von der Gleichspannungsquelle zu trennen.

Ferner ist eine Anzeigeeinrichtung, die einschaltet, wenn die Spannungsanhebeschaltung arbeitet, und die ausgeschaltet wird, wenn der Betrieb der Spannungsanhebeschaltung endet, im Kasten vorhanden. Daher kann leicht festgestellt werden, ob die Spannungsanhebeschaltung normal arbeitet oder nicht.

Claims (22)

1. Solarenergiesystem mit Anhebung einer von einer Solar­ zelle ausgegebenen Gleichspannung zum Liefern der angehobe­ nen Gleichspannung an einen Wechselrichter, der die angeho­ bene Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt, mit:

• - einer Standard-Solarzellenkette (1a) mit einer Standardan­ zahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen; und
• - einer Substandard-Solarzellenkette (1b) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen, die kleiner als die Standardanzahl ist;
  gekennzeichnet durch
• - eine Spannungsanhebeeinrichtung (2) zur Spannungsanhebung der von der Substandard-Solarzellenkette ausgegebenen Gleichspannung auf die von der Standard-Solarzellenkette ausgegebene Gleichspannung; und
• - eine Verbindungs-Eingangseinrichtung (2, 50a, 50b), die die von der Spannungsanhebeeinrichtung angehobene Gleich­ spannung und die von der Standard-Solarzellenkette ausgege­ bene Gleichspannung an den Wechselrichter liefert.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung (2) die von der Substandard- Solarzellenkette (1b) ausgegebene Gleichspannung mit einem Spannungsanhebeverhältnis anhebt, die durch das Verhältnis zwischen der Standardanzahl und der Anzahl, die kleiner als die Standardanzahl ist, bestimmt ist.

3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Schalter (27a, 27b) zum Schalten des Spannungsanhebeverhält­ nisses der Spannungsanhebeeinrichtung von Hand.

4. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steu­ erschaltung (110) zum Steuern der Spannungsanhebeeinrichtung durch Einstellen des Spannungsanhebeverhältnisses durch Im­ pulsbreitenmodulation.

5. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Substandard-Solarzellenketten (1b), wobei die Spannungsanhe­ beeinrichtung (2) für jede dieser mehreren Substandard-So­ larzellenketten vorhanden ist und sie die von einer entspre­ chenden Substandard-Solarzellenkette ausgegebene Gleichspan­ nung anhebt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung (2) weg­ nehmbar zwischen der Substandard-Solarzellenkette (1b) und der Verbindungs-Eingangseinrichtung vorhanden ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass von der Standard-Solarzellenkette (1a) eine Versorgungsspannung an die Spannungsanhebeeinrichtung (2) geliefert wird.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs-Eingangseinrichtung Folgendes aufweist:

• - eine einen Rückstrom verhindernde Einrichtung (6a, 6b, 50a, 50b), die ein Zurückfließen von Strom von der Span­ nungsanhebeeinrichtung (2) zur Substandard-Solarzellenkette (1b) verhindert;
• - eine Verbindungs- und Trenn-Eingangseinrichtung (8a, 8b) zum Verbinden oder Trennen der Substandard-Solarzellenkette mit der Spannungsanhebeeinrichtung bzw. von dieser; und
• - eine Blitzspannungsstoß-Verhinderungseinrichtung (7a, 7b) zum Verhindern des Eintretens eines Blitzspannungsstoßes von der Substandard-Solarzellenkette in die Spannungsanhebeein­ richtung.

9. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Span­ nungssteuerungseinrichtung (15) zum Ausführen eines Ein­ stellvorgangs zum Konstanthalten des Spannungsanhebeverhält­ nisses, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsanhebeein­ richtung (2) niedriger als eine obere Grenzspannung ist.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuerungseinrichtung eine Einstellung zum Kon­ stanthalten einer oberen Grenzspannung ausführt, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsanhebeeinrichtung (2) höher als die obere Grenzspannung ist.

11. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungssteuerungseinrichtung das Spannungsanhebever­ hältnis ändert.

12. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs-Eingangseinrichtung Folgendes aufweist:

• - eine Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung (28) zum Erzeu­ gen eines Abschaltsignals auf eine eine Überspannung dar­ stellende Ausgangsspannung; und
• - eine Öffnungs/Schließ-Einrichtung (8a, 8b), die auf das Abschaltsignal von der Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung reagiert, um die Verbindung zwischen der Substandard-Solar­ zellenkette (1b) und der Verbindungs-Eingangseinrichtung zu öffnen.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung (28) das Abschalt­ signal erzeugt, wenn die Spannungsanhebeeinrichtung (2) kurzgeschlossen ist, so dass die Verbindung zwischen der Substandard-Solarzellenkette (1b) und der Verbindungs-Ein­ gangseinrichtung durch die Öffnungs/Schließ-Einrichtung ge­ öffnet wird.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung (28) das Abschalt­ signal dann ausgibt, wenn erkannt wird, dass ein Kurz­ schlussstrom in die Spannungsanhebeeinrichtung (2) fließt und die Temperatur ansteigt.

15. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung (28) das Abschalt­ signal dann erzeugt, wenn die Ausgangsspannung der Span­ nungsanhebeeinrichtung (2) einen vorbestimmten Eingangsspan­ nungsbereich überschreitet.

16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Spannungsanhebeeinrichtung (2) eine Sicherung (12) zum Abtrennen eines Kurzschlussstroms von au­ ßen aufweist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung (12) in Reihe zur Spannungsanhebeeinrichtung (2) geschaltet ist und den Pfad des Kurzschlussstroms abhän­ gig von der Stärke desselben öffnet.

18. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

• - einen im Freien zu platzierenden Kasten (30), der zumin­ dest die Verbindungs-Eingangseinrichtung aufnimmt;
• - wobei der Kasten einen Wasserableitungspfad (33) aufweist, der Regenwasser, wenn solches eindringt, in einen unteren Teil führt, wobei ein Auslass (34) vorhanden ist, der das in den unteren Teil geleitete Regenwasser nach außen ausgibt.

19. System nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine au­ ßerhalb des Kastens angebrachte Abstrahleinrichtung (35) zum Abstrahlen von Wärme von der Spannungsanhebeeinrichtung (2) und der einen Rückstrom verhindernden Einrichtung (50a, 50b) nach außen.

20. System nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Me­ tallplatte (41), die die Abstrahleinrichtung des Kastens (30) abdeckt und dazu dient, den Kasten an einer Wandfläche zu befestigen.

21. System nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Kasten (30) über einen öffenbaren/­ schließbaren Deckelabschnitt (37) verfügt und die Verbin­ dungs-Eingangseinrichtung durch Öffnen des Deckels betätigt wird.

22. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine An­ zeigeeinrichtung (36), die dann eingeschaltet ist, wenn die Spannungsanhebeeinrichtung (2) in Betrieb ist, und die aus­ geschaltet wird, wenn der Betrieb der Spannungsanhebeein­ richtung beendet wird.