DE10120595B4

DE10120595B4 - Solarenergiesystem

Info

Publication number: DE10120595B4
Application number: DE10120595A
Authority: DE
Inventors: Fumiya Uji Kimura; Hirofumi Tenri Nakata; Tsukasa Yamatotakada Takebayashi; Hirokazu Gojo Kodama; Kiyoshi Yamatotakada Nishida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: US20010035180A1; DE10120595A1; US6448489B2

Abstract

Solarenergiesystem, gekennzeichnet durch:
eine erste Solarmodulkette (1a) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen;
eine zweite Solarmodulkette (1b) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen, deren Anzahl kleiner ist als die der Solarmodule der ersten Solarmodulkette;
eine Spannungsanhebeeinrichtung (2) zur Anhebung der Spannung der von der zweiten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung auf den Pegel der von der ersten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung, wobei die Spannungsanhebeeinrichtung (2) die von der zweiten Solarmodulkette (1b) ausgegebene Gleichspannung um ein Spannungsverhältnis anhebt, das durch den Quotienten aus der Anzahl von Solarmodulen der ersten Solarmodulkette und der Anzahl von Solarmodulen der zweiten Solarmodulkette bestimmt wird;
einen Schalter zum manuellen Festlegen des Spannungsanhebeverhältnisses;
eine Steuerschaltung (110) zum Steuern der Spannungsanhebeeinrichtung mittels Impulsbreitenmodulation auf der Grundlage des manuell festgelegten Spannungsanhebeverhältnisses;
eine Verbindungs-Eingangseinrichtung (50a, 50b) zum Zuführen der durch die Spannungsanhebeeinrichtung angehobenen Gleichspannung und der von der ersten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung an...

Description

Die Erfindung betrifft ein Solarenergiesystem. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Solarenergiesystem, bei dem eine durch eine unabhängige Gleichspannungsquelle, wie eine Solarzelle, erzeugte Gleichspannung durch eine Boostereinheit 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 Spannungsversorgungsnetze einzuspeisen.

Eine Solarzelle gibt als Gleichspannungsquelle eine Gleichspannung 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 bekannt.

15 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen 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. Normalerweise enthält eine Standard-Solarzellenkette acht oder neun Solarzellenmodule (nicht dargestellt), die in Reihe miteinander verbunden sind.

Wenn bei diesem Solarenergiesystem die von den Solarzellenketten 1a und 1b ausgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung umgesetzt wird und an ein Spannungsversorgungsnetz 4 geliefert wird, ist es erforderlich, zwischen die Solarzellenketten 1a, 1b und das Spannungsversorgungsnetz 4 einen Spannungsaufbereiter 3 einzufügen. Wenn mehrere Solarzellenketten 1 an das Spannungsversorgungsnetz 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 Solarzellenketten 1 ein Strom in Rückwärtsrichtung fließt. Die Gleichspannung, die die einen Rückstrom verhindernden Dioden 50a und 50b durchlaufen hat, wird von einem Wechselrichter 60 in eine Wechselspannung umgesetzt und über eine Schutzschaltung 70 an das Spannungsversorgungsnetz 4 geliefert.

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

Wenn Solarzellenketten auf dem Dach eines Hauses zu platzieren sind, ist es manchmal schwierig, diese dadurch zu konfigurieren, dass Solarzellenmodule nur auf dieser Dachfläche angeordnet werden, die die meiste Sonne empfängt. Solarzellenmodule, die nicht auf der nach Süden zeigenden Dachfläche positioniert werden, können auf der nach Osten oder Westen zeigenden Dachfläche angeordnet werden, um die Solarzellenketten zu bilden. Manchmal werden die Solarzellenketten dadurch konfiguriert, dass kleine Solarzellenmodule in den verbliebenen Randbereichen angeordnet werden, nachdem größere Solarzellenmodule auf dem Hauptteil der nach Süden zeigenden Dachfläche platziert wurden. Genauer gesagt, ist manchmal die Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen in einigen Solarzellenketten verschieden von der in anderen Solarzellenketten. In einem solchen Fall ergeben sich von den verschiedenen Solarzellenketten verschiedene Ausgangsspannungen.

Im folgenden wird eine erste Solarmodulkette als Standard-Solarmodulkette und eine bzw. mehrere zweite Solarmodulkette(n) als Substandard-Solarmodulkette bezeichnet.

Wenn z. B. eine Standard-Solarmodulkette mit der Standardanzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen und eine Substandard-Solarmodulkette 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-Solarmodulkette mit der Standard-Ausgangsspannung in den Spannungsaufbereiter 3 eingegeben, während diesem die Spannung von der Substandard-Solarmodulkette mit der Substandard-Ausgangsspannung unter der Standard-Ausgangsspannung nicht zugeführt werden kann. Selbst wenn die Spannung von der Substandard-Solarmodulkette so angepasst wird, dass sie dem Spannungsaufbereiter 3 zugeführt werden kann, ist es unmöglich, die maximale Ausgangsleistung zu erzielen, die die Summe der maximalen Leistung von der Standard-Solarmodulkette und der maximalen Leistung von der Substandard-Solarmodulkette ist, wie es aus den 16A und 16B erkennbar ist.

Solange nicht die Spannung von einer derartigen Substandard-Solarmodulkette dem Spannungsaufbereiter 3 wirkungsvoll zugeführt werden kann, wird die von der Substandard-Solarmodulkette belegte Fläche vergeudet.

In den Kurvenbildern der 16A und 16B repräsentiert die Abszisse die Ausgangsspannung V, und die Ordinate repräsentiert die Ausgangsleistung P. Im Kurvenbild von 16A repräsentiert die Kurve S die Ausgangsleistung einer Standard-Solarmodulkette, während die Kurve N die Ausgangsleistung einer Substandard-Solarmodulkette repräsentiert. Genauer gesagt, weist die Standard-Solarmodulkette eine maximale Ausgangsleistung Ps auf, während die Substandard-Solarmodulkette eine maximale Ausgangsleistung Pn aufweist. Die Ausgangsleistung, die die Summe dieser zwei Ausgangsleistungen ist, ist in 16B dargestellt. Die maximale Ausgangsleistung Psn der in 16B dargestellten Ausgangsleistungskurve (S+N) ist beträchtlich kleiner als die Summe (Ps+Pn) der in 16A dargestellten maximalen Ausgangsleistungen Ps und Pn. Der Grund dafür liegt darin, dass die Ausgangsspannung für die maximale Ausgangsleistung Ps der Standard-Solarmodulkette 1a von der Ausgangsspannung der maximalen Ausgangsleistung Pn der Substandard-Solarmodulkette 1b verschieden ist.

Angesichts des Vorstehenden besteht eine mögliche Lösung darin, die Ausgangsspannungen von den mehreren Solarmodulketten anzupassen. Aus diesem Grund kann zwischen die Standard-Solarmodulkette 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 wird jedoch nicht bevorzugt, da mechanische Schwingungen oder Geräusche erzeugt werden und der Motorgenerator selbst sperrig ist.

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

Gemäß dem genannten Dokument ist ein Trenntrafo angeschlossen. 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 Person schwierig, das Dach zu ersteigen und das Solarzellenmodul auszutauschen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Anschluss mehrerer Solarzellenketten mit verschiedenen Ausgangsspannungen auf einfache Weise an ein Spannungsversorgungsnetz zu ermöglichen und wirkungsvolle Nutzung der maximalen Ausgangsleistung der Solarzellenketten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das Solarenergiesystem gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Erscheinungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus der fol genden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser erkennbar.
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Solarenergiesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2A und 2B sind Kurvenbilder zum Repräsentieren der Ausgangsleistungen einer Standard-Solarmodulkette und einer Substandard-Solarmodulkette bzw. der Ausgangsleistung, wenn die beiden Ausgangsleistungen parallel abgegriffen werden.
3 ist ein Blockdiagramm eines speziellen Beispiels der in dem in 1 dargestellten Solarenergiesystem enthaltenen Boostereinheit.
4 ist ein Schaltbild, das ein spezielles Beispiel der in der Boostereinheit enthaltenen Spannungsanhebeschaltung zeigt.
5 zeigt einen Anschlussschalter zum Bestimmen des Spannungsanhebeverhältnisses in der Boostereinheit von Hand.
6 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Steuern des Schaltbauteils in der Spannungsanhebeschaltung.
7A und 7B sind Kurvenbilder zum Veranschaulichen eines Vergleichs zwischen einer Dreieckswelle und einem Einstellsignal sowie dem das Schaltbauteil ansteuernden Gateimpulssignal.
8 ist ein Blockdiagramm der Boostereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung in der in 1 dargestellten Boostereinheit.
10A bis 10C sind Signalverlaufsdiagramme für verschiedene Abschnitte der Steuerschaltung.
11A bis 11F sind Signalverlaufsdiagramme für verschiedene Abschnitte der Steuerschaltung.
12A bis 12C zeigen das Aussehen des Kastens, der die Boostereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufnimmt.
13A und 13B zeigen den Innenaufbau des in den 12A bis 12C dargestellten Kastens.
14A und 14B zeigen den Aufbau des Deckels des in den 12A bis 12C dargestellten Kastens.
15 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Solarenergiesystems.
16A und 16B sind Kurvenbilder der Ausgangsleistungen einer Standard-Solarmodulkette und einer Substandard-Solarmodulkette, wie sie in 15 dargestellt sind, bzw. der Ausgangsleistung, wenn die beiden genannten Ausgangsleistungen parallel abgegriffen werden.
17 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Erfassen der Ausgangsspannung einer Standard-Solarmodulkette und zum Erzeugen eines entsprechenden Spannungsanhebeverhältnisses in der Boostereinheit.
1 ist ein Blockdiagramm eines Solarenergiesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Solarenergiesystem sind zum Vereinfachen der Zeichnung nur eine Standard-Solarmodulkette 1a und eine Substandard-Solar modulkette 1b dargestellt. Es kann jedoch eine größere Anzahl von Solarmodulketten vorhanden sein. Im Allgemeinen enthält die Standard-Solarmodulkette 1a acht oder neun Solarzellenmodule (nicht dargestellt). Die Substandard-Solarmodulkette 1b enthält eine kleinere Anzahl von Solarzellenmodulen als die Standard-Solarmodulkette 1a.
Die Ausgangsspannung der Standard-Solarmodulkette 1a wird über eine in einem Spannungsaufbereiter 3 enthaltene, einen Rückstrom verhindernde Diode 50a an einen Wechselrichter 60 geliefert. Die Ausgangsspannung der Substandard-Solarmodulkette 1b wird über eine Boostereinheit 2 und eine einen Rückstrom verhindernde Diode 50b an den Wechselrichter geliefert. Im Spannungsaufbereiter 3 werden die Ausgangsspannungen der mehreren einen Rückstrom verhindernden Dioden 50a und 50b zusammengesetzt und an den Wechselrichter 60 geliefert. Die vom Wechselrichter ausgegebene Wechselspannung wird über eine Schutzschaltung 70 an ein Spannungsversorgungsnetz 4 geliefert.
Beim in 1 dargestellten Solarenergiesystem ist die Ausgangsspannung der Substandard-Solarmodulkette 1b durch die Boostereinheit 2 derjenigen der Standard-Solarmodulkette 1a gleich gemacht. Daher wird, wie es aus den 2B und 2B erkennbar ist, an das Spannungsversorgungsnetz 4 die maximale Ausgangsleistung geliefert, die die Summe aus der maximalen Ausgangsleistung der Standard-Solarmodulkette 1a und der maximalen Ausgangsleistung der Substandard-Solarmodulkette 1b ist.
In den 2A und 2B repräsentiert die Abszisse die Ausgangsspannung V, und die Ordinate repräsentiert die Ausgangsleistung P. Die Kurve S repräsentiert die Ausgangsleistung der Standard-Solarmodulkette 1a, und die Kurve Nm repräsentiert die Ausgangsleistung der Substandard-Solarmodulkette 1b nach der Spannungsanhebung für dieselbe durch die Boostereinheit 2. Wie es aus dem Kurvenbild der 2B erkennbar ist, ist die Ausgangsspannung der maximalen Ausgangsleistung Pn der Substandard-Solarmodulkette 1b, wie durch die Boostereinheit 2 angehoben, dieselbe wie die Ausgangsspannung der maximalen Ausgangsleistung Ps der Standard-Solarmodulkette 1a. Daher beträgt die Ausgangsleistung S+Nm, wenn die Ausgangsleistungen S und Nm addiert werden, wie es im Kurvenbild der 2B dargestellt ist, und demgemäß kann die maximale Ausgangsleistung (Ps+Pn) erhalten werden.
Auf diese Weise kann durch das Solarenergiesystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch ein einfaches Verfahren, bei dem die Boostereinheit 2 zwischen der Substandard-Solarmodulkette 1b und dem Spannungsaufbereiter 3 angebracht wird, die maximale Ausgangsleistung (Ps+Pn), die die Summe aus der maximalen Ausgangsleistung Ps der Standard-Solarmodulkette 1a und der maximalen Ausgangsleistung Pn der Substandard-Solarmodulkette 1b ist, an das Spannungsversorgungsnetz 4 geliefert werden. Ferner kann die Boostereinheit 2 leicht abgetrennt werden, weswegen sie weggenommen werden kann, wenn die Substandard-Solarmodulkette 1b durch eine Standard-Solarmodulkette 1a ersetzt wird.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein spezielles Beispiel der in 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 Solarzellenmodulen in der Standard-Solarmodulkette 1a und der Substandard-Solarmodulkette 1b bestimmt werden. So ist die Schaltungskonfiguration der Spannungsanhebeschaltung 24 in der Boostereinheit 2 sehr einfach. Ferner ist eine komplizierte Steuerung, wie sie in 17 dargestellt ist, überflüssig, bei der ein Gleichspannungswandler 80b die Ausgangsspannung der Substandard-Solarmodulkette 1b unter Verwendung der Ausgangsspannung der Standard-Solarmodulkette 1a als Bezugsspannung so einstellt, dass die Ausgangsspannung der Substandard-Solarmodulkette 1b mit der Ausgangsspannung der Standard-Solarmodulkette 1a übereinstimmt.
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 Kondensator 103 ist zwischen der Kathode der Diode 102 und Masse 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 Isolierschichttransistor) 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 gespeichert, 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 Schaltbauteil 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 hergeleitete Spannung wird der Spannung überlagert, mit der der Kondensator 103 geladen ist, wodurch eine Spannungsanhebung erzielt wird.
5 zeigt schematisch Schalter zum Bestimmen des Spannungsanhebeverhältnisses. Bei diesem Beispiel kann das Spannungsanhebeverhältnis durch Schalten der Schalter von Hand bestimmt werden. Genauer gesagt, werden in einem Solarenergiesystem im Allgemeinen Solarzellenmodule desselben Typs mit denselben Eigenschaften verwendet. Daher kann das Spannungsverhältnis zwischen der Standard-Solarmodulkette 1a und der Substandard-Solarmodulkette 1b, d. h. das Spannungsanhebeverhältnis, 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 Standard-Solarmodulkette 1a enthaltenen Solarzellenmodule durch einen Schalter 27a eingestellt, und dann wird die Anzahl n2 (4 bis 7) der in der Substandard-Solarmodulkette 1b enthaltenen Solarzellenmodule durch einen Schalter 27b eingestellt. 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-Solarmodulkette 1b eingestellt, und damit wird die Ausgangsspannung derjenigen der seriell mit ihr verbundenen Standard-Solarmodulkette 1a gleich.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerschaltung zeigt, wie sie verwendet wird, wenn die Spannungsanhebeschaltung 24 durch PWM(Impulsbreitenmodulation)-Steuerung betrieben wird, und 7A und 7B sind Signalverlaufsdiagramme für verschiedene Abschnitte der 6.
Um das Spannungsanhebeverhältnis durch die Spannungsanhebeverhältnis-Einstelleinheit 114 mit den in 5 dargestellten Schaltern 27a und 27b einzustellen, wird von einer Signaleinstell-Funktionseinheit 115 ein Signaleinstellwert gemäß der folgenden Gleichung (1) berechnet: (Signaleinstellwert) = (Einstellwert des Schalters 27b)/(Einstellwert des Schalters 27a) (1)
Gemäß 7A werden von einer Signalvergleichseinheit 117 ein sich durch die Funktion der Signaleinstell-Funktionseinheit 115 ergebender Signaleinstellwert M und eine Dreieckswelle T mit einer Amplitude von 0 bis 1, die von einer Dreieckswelle-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 Signalvergleichseinheit 117 das in 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 4 dargestellte Schaltbauteil 104 ansteuert. Unter Verwendung eines derartigen Spannungsanhebeverfahrens unter PWM-Steuerung kann die Spannungsanhebeschaltung 24 mit einfachem Aufbau realisiert werden.
Um die Boostereinheit 2 anzusteuern, ist eine Spannungsquelle 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 Spannungsschalter vorhanden ist. Wenn die Batterie leer ist, ist ein Batteriewechsel erforderlich. Wenn die Boostereinheit 2 Spannung vom Spannungsversorgungsnetz 4 erhalten soll, ist ein gesonderter Anschluss erforderlich. Wenn die Energie der mit der Boostereinheit 2 verbundenen Substandard-Solarmodulkette 1b als Ansteuerungsenergie verwendet wird, arbeitet die Boostereinheit nur am Tag, wenn sich die Substandard-Solarmodulkette 1b in Betrieb befindet, so dass der Betrieb bei Nacht automatisch beendet wird. Ferner liefert die Solarzelle 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 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einer Standard-Solarmodulkette 1a und einer Substandard-Solarmodulkette 1b ein Anschluss an ein Spannungsversorgungsnetz auf einfache Weise erfolgen, und es kann die Summe der maximalen Ausgangsleistungen der jeweiligen Solarmodulketten als maximale Ausgangsleistung genutzt werden.
8 zeigt ein Solarenergiesystem mit einer Boostereinheit und einem Wechselrichter gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß 8 sind die Standard-Solarmodulkette 1a und die Substandard-Solarmodulkette 1b mit der Boostereinheit verbunden, der jeweilige Eingangsspannungen zugeführt werden. Die Boostereinheit 2 ist ferner mit einem Wechselrichter 60 verbunden, der die von der Boostereinheit 2 ausgegebene Gleichspannung in eine Wechselspannung mit derselben Phase und Frequenz, wie vom Spannungsversorgungsnetz 4, 50/60 Hz, umsetzt und diese Spannung an das Spannungsversorgungsnetz 4 liefert.
Die Boostereinheit 2 enthält eine Spannungsanhebeeinrichtung 3, eine Steuerschaltung 15, eine Abschaltsignal-Erzeugungseinheit 28, einen Rückstrom verhindernde Dioden 6a, 6b, Blitzabsorber 7a, 7b und Eingangstrennschalter 8a und 8b.
Die einen Rückstrom verhindernden Dioden 6a und 6b verhindern einen Rückstrom betreffend den Gleichstrom der Boostereinheit 2 zu den Solarmodulketten 1a und 1b. Die Blitzabsorber 7a und 7b verhindern das Eintreten eines Spannungsstoßes durch einen Blitz aus den Solarmodulketten 1a, 1b, in die Boostereinheit 2. Die Eingangstrennschalter 8a und 8b verbinden und trennen die Solarmodulketten 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 entsprechend einem hochfrequenten Steuerausgangssignal der Steuerschaltung 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 Abschaltsignal-Erzeugungseinheit 28. Die Ausgangsspannung Vout der Boostereinheit 2 und das Temperatursignal Ts des Temperatursensors 11 werden an die Abschaltsignal-Erzeugungsschaltung 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.
9 ist ein spezifisches Blockdiagramm für die in 8 dargestellte Steuerschaltung 15. Gemäß 9 verfügt diese Steuerschaltung 15 über eine Einstelleinheit 16 für das anfängliche Spannungsanhebeverhältnis, eine Einstelleinheit 17 für das effektive Spannungsanhebeverhältnis, eine Spannungsanhebeverhältnis-Vergleichseinheit 18, eine Signaleinstell-Funktionseinheit 19, eine Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 20, eine Signalvergleichseinheit 21, eine Spannungsvergleichseinheit 22, eine Signaleinstell-Funktionseinheit 23, eine Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 24, eine Signalvergleichseinheit 25, eine UND-Funktionseinheit 26 und eine Gatetreibereinheit 27.
Die Einstelleinheit 16 für das anfängliche Spannungsanhebeverhältnis stellt das Verhältnis zwischen der Anzahl n1 der Solarzellenmodule in der Standard-Solarmodulkette 1a und der Anzahl n2 der Solarzellenmodule in der Substandard-Solarmodulkette 1b ein, d. h. ein Spannungsanhebeverhältnis α1 (= n1/n2). Die Einstelleinheit 17 für das effektive Spannungsanhebeverhältnis stellt für jeden Abtastvorgang das effektive Spannungsanhebeverhältnis α2 (= Vout1/Vin) für die Eingangsspannung Vin in die Boostereinheit 2 und die Ausgangsspannung Vout1 ein.
Das von der Einstelleinheit 16 für das anfängliche Spannungsanhebeverhältnis erhaltene anfängliche Spannungsanhebeverhältnis al und das von der Einstelleinheit 17 für das effektive Spannungsanhebeverhältnis erhaltene effektive Spannungsanhebeverhältnis α2 werden durch die Spannungsanhebe verhältnis-Vergleichseinheit 13 verglichen, und eine Abweichung zwischen diesen wird verstärkt und an die Signaleinstell-Funktionseinheit 19 ausgegeben.
Die 10A bis 10C sowie 11A bis 11F sind Signalverlaufsdiagramme für die Steuerschaltung in der in 9 dargestellten Boostereinheit. Gemäß 10A werden von der Signalvergleichseinheit 21 der von der Signaleinstell-Funktionseinheit 19 erhaltene Signaleinstellwert Ma und die von der Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 20 erzeugte Dreieckswelle 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 erzeugt die Signalvergleichseinheit 21 ein Impulssignal PSa.
Ferner werden eine Vorgabespannung Vref1 und die Ausgangsspannung Vout1 der Boostereinheit 2 mit jedem Abtastvorgang eingegeben und durch die Spannungsvergleichseinheit 22 verglichen. Das Ergebnis wird an die Signaleinstell-Funktionseinheit 23 ausgegeben. Ferner werden gemäß 10 von der Signalvergleichseinheit 25 ein von der Signaleinstell-Funktionseinheit 23 erhaltener Signaleinstellwert Mb und eine von der Dreieckswelle-Erzeugungseinheit 24 erzeugte Dreieckswelle 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-Steuerung aus, um den Gate-AUS-Pegel auszugeben.
Im Ergebnis liefert die Signalvergleichseinheit 5 ein Impulssignal PSb. Die Impulssignale PSa und PSb werden in die UND-Funktionseinheit 2G eingegeben, um an ihnen eine UND-Operation auszuführen. Im Ergebnis wird ein in 10C dargestelltes Impulssignal PSc erzeugt. Dieses Impulssignal PSc wird in die Gatetreibereinheit 27 für das Schaltbauteil 10 eingegeben.
Die Funktion der auf die obige Weise aufgebauten Boostereinheit 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-Solarmodulkette 1a und der Anzahl n2 der Solarzellenmodule in der Substandard-Solarmodulkette 1b bestimmten Spannungsanhebeverhältnisses α(= n1/n2) an, und ihre Ausgangsspannung wird an den Wechselrichter 60 geliefert. Wenn sich die Ausgangsspannung der Boostereinheit 2 im tolerierbaren Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 befindet, führt sie eine Regelung aus, die das Spannungsanhebeverhältnis konstant macht. Genauer gesagt, gibt die Steuerschaltung 17 das Impulssignal PSa (10A) zum Erzeugen des Gate-AUS-Pegels auf Grundlage der Dreieckswelle Ta und des Signaleinstellwerts Ma, wie aus dem anfänglichen Spannungsanhebeverhältnis 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 Wechselrichters 60 liegt (Vout1 < Vref1), die Spannungsvergleichseinheit 22 den Signaleinstellwert Mb mit der Amplitude 0 als Ausgangssignal der Signaleinstell-Funktionseinheit 23 in die Signalvergleichseinheit 25 ein. Dann erfolgt in der Signalvergleichseinheit 25 eine PWM-Regelung auf Grundlage der Dreieckswelle Mb und des Signaleinstellwerts Mb, und an die UND-Funktionseinheit 2G wird ein Impulssignal PSb mit der Impulsbreite 1 ausgegeben, wie in 11A dargestellt. Da das Impulssignal PSb die Impulsbreite 1 hat, wird an die Gatetreibereinheit 27 als Ergebnis der UND-Operation ein Impulssignal PSc ausgegeben, das dem Impulssignal PSa ähnlich ist, wie in 11B dargestellt. Dabei besteht das Ziel der Regelung darin, das Spannungsanhebeverhältnis konstant zu machen.
Wenn der mit der Ausgangsseite der Boostereinheit 2 verbundene 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 Wechselrichters 60 überschreitet. Daher führt die Boostereinheit 2, wenn die Ausgangsspannung derselben höher als der tolerierbare Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters 60 ist, eine Konstantspannungsregelung aus, bei der das Spannungsanhebeverhältnis α auf einen kleineren Wert variiert wird, damit sich die Ausgangsspannung der Boostereinheit 2 im tolerierbaren 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-Funktionseinheit 23 den Signaleinstellwert Mb mit einer Amplitude nicht über 1, aber über 0 (z. B. 0,1), an die Signalvergleichseinheit 25 liefert. Diese vergleicht dann die Dreieckswelle Tb mit dem Signaleinstellwert Mb, und sie führt eine PWM-Regelung aus, wodurch das in 11D dargestellte Impulssignal PSb an die UND-Funktionseinheit 2G ausgegeben wird.
Dabei wird, wenn die Impulsbreite des Impulssignals PSb größer als die des Impulssignals PSa ist, wie in 11D dargestellt, ein dem Impulssignal PSa ähnliches Impulssignal PSc als Ergebnis der UND-Operation an die Gatetreiberschaltung 27 ausgegeben. In diesem Zustand ist die Ausgangsspannung Vout1 der Boostereinheit 2 höher als der Eingangsspannungsbereich 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 Signalvergleichseinheit 25 eingibt. Die Dreieckswelle Tb und der Signaleinstellwert Mb werden durch die Signalvergleichseinheit 25 verglichen, und es wird eine PWM-Regelung ausgeführt. 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 Impulssignal PSb mit einer Impulsbreite, wie sie in 11D dargestellt ist, eingegeben, und wenn die Impulsbreite des Impulssignals 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 11F dargestellt. Im Ergebnis wird die Steuerung von einer solchen zum Konstanthalten des Spannungsanhebeverhältnisses auf eine solche umgeschaltet, bei der das Spannungsanhebeverhältnis α kleiner gemacht wird, d. h., es wird auf eine Konstantspannungsregelung umgeschaltet, 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 6d überschreitet, während die Boostereinheit 2 die Konstantspannungsregelung ausführt, d. h., dass ein Überspannungszustand auftritt, obwohl das Spannungsanhebeverhältnis α kleiner gemacht wird und es unmöglich ist, dasselbe weiter zu senken, wird der Eingangstrennschalter 8b ausgelöst, so dass die Leitung zur Solarmodulkette 1b geöffnet wird. Genauer gesagt, überwacht die Auslösesignal-Erzeugungseinheit 2S die Ausgangsspannung Vout2, wie in 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 geliefert, wodurch dieser ausgelöst wird und der Pfad zur Solarmodulkette 1b geöffnet wird.
Wenn das Schaltbauteil 10 kurzgeschlossen wird, fließt zwischen der Substandard-Solarmodulkette 1b und dem Schaltbauteil 10 ein Kurzschlussstrom. Wenn dieser Kurzschlussstrom fließt, steigt die Temperatur des Schaltbauteils 10 an. Wenn er kontinuierlich fließt, steigt die Temperatur des Schaltbauteils 10 stark an, was möglicherweise zu einer Fehlfunktion der Boostereinheit 2 führt. Daher überwacht die Auslösesignal-Erzeugungseinheit 28 die Temperatur Ts des Schaltbauteils 10 mittels eines an diesem befestigten Temperatursensors 29. Wenn eine vorgegebene Temperatur erreicht wird, überträgt die Abschaltsignal-Erzeugungseinheit 28 ein Eingangstrennschalter-Auslösesignal Tp an den Eingangstrennschalter 8b, damit der Pfad zur Substandard-Solarmodulkette 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 Spannungsanhebeeinrichtung 3 vorhandene Sicherung 12 durchgebrannt, wodurch ein dauerndes Fließen des Kurzschlussstroms verhindert wird.
Als Schaltbauteil 10 der in 8 dargestellten Boostereinheit 2 kann ein FET (Feldeffekttransistor), ein IGBT (bipolarer Trennschichttransistor) oder dergleichen verwendet werden. Die Steuerschaltung 15 kann durch eine analoge oder eine digitale Schaltung realisiert werden.
Die 12A bis 12C veranschaulichen das Aussehen des die Boostereinheit aufnehmenden Kastens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 12A ist eine Vorderansicht, 12B eine Seitenansicht und 12C eine Ansicht von unten. Die 13A und 13B zeigen den Innenaufbau des in den 12A bis 12C dargestellten Kastens. 13A ist eine Vorderansicht mit entfernter Abdeckung, wie sie in 12B dargestellt ist, und 13B ist eine Ansicht von unten. Die 14A und 14B zeigen den Aufbau des in 12A dargestellten Deckelelements. 14A ist eine Vorderansicht des Deckels, und 14B ist eine Schnittansicht, die zeigt, wie der Deckel befestigt ist.
Der in den 12A bis 12C dargestellte Kasten 30 nimmt die in 8 dargestellte Boostereinheit 2 auf, wobei, wie es in 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 13A dargestellt ist, ist entlang der Oberseite und der Seitenflächen im Gehäuseabschnitt 31 ein als Entwässerungspfad dienender Sperrabschnitt 33 ausgebildet. Der Sperrabschnitt 33 führt zwischen dem Gehäuseabschnitt 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 untergebracht sind, gegen Regenwasser geschützt.
Im unteren Teil (rechte Seite in 12B) des Gehäuseabschnitts 31 des Kastens 30 ist eine Wärmesenke 35 angebracht. Auf der Wärmesenke 35 sind das Schaltbauteil 10 in nerhalb der Spannungsanhebeeinrichtung 3 sowie die in 8 dargestellten, einen Rückstrom verhindernden Dioden 6a und 6b befestigt, damit durch Verluste in diesen Bauteilen erzeugte Wärme mit verbessertem Abstrahleffekt nach außen abgestrahlt werden kann.
Ferner ist um die Wärmesenke 35 herum eine rechteckige Metallplatte 41 mit einer offenen Seite vorhanden. Innerhalb der Metallplatte 41 ist ein Haken 42 zum Halten des Gehäuseabschnitts 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 Kasten 30 in vertikaler Richtung entlang der Wandfläche 40 befestigt werden. Die Metallplatte 41 ist so ausgebildet, dass sie die Wärmesenke 35 überdeckt, um ein Verbrennen durch unbeabsichtigtes 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 3G. Wenn die Spannungsanhebeeinrichtung 3 aktiviert wird, wird die Anzeigeeinheit 3G eingeschaltet, und sie wird ausgeschaltet, wenn der Betrieb der Einrichtung endet. So kann ohne das Erfordernis eines Öffnens des Gehäuses der Boostereinheit 2 erkannt werden, ob sich diese an einem Tag mit viel Sonnenlicht in Betrieb befindet oder nicht. Wenn die Anzeigeeinheit während des Tags ausgeschaltet ist, kann erkannt werden, dass sich die Spannungsanhebeeinrichtung 3 nicht in Betrieb befindet. So kann durch die Anzeigeeinheit 3G 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 Eingangstrennschalter 8a und 8b, wie in 13A dargestellt. Auf einer Seite des Deckelabschnitts 37 ist, wie in 14A dargestellt, ein Befestigungsschienenabschnitt 38 ausgebildet, und auf der anderen Seite ist ein Montageteil 39 befestigt. Im Berührungsäbschnitt 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 Boostereinheit 2 zu befestigen oder davon zu trennen. Wenn der Deckelabschnitt 37 offen ist, ist es möglich, die Eingangstrennschalter 8a und 8b zu betätigen. Daher können die Eingangstrennschalter 8a und 8b einfach durch Öffnen des Deckelabschnitts 37 von außen bedient werden, ohne dass es erforderlich ist, das Gehäuse der Spannurgsanhebeeinheit 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 verwenden. 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 Sicherheit des Gesamtsystems verbessert werden kann.
wie oben beschrieben, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Raum zum Installieren, wie er speziell für Verbindungen innen und außen an einem Gebäude vorhanden ist, eingespart, was die Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle, also den Solarmodulketten 1a und 1b, mit der Boostereinheit 2 und dem Wechselrichter 60 betrifft, und der spezielle Kasten 30 ist integriert, um die Kosten der gesamten 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 befindet, eine Überspannung an den Wechselrichter 60 verhindert, 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 Spannungsanhebeschaltung, eine einen Rückstrom verhindernde Schaltung, die ein Zurückfließen von Strom von der Spannungsanhebeeinrichtung zur Gleichspannungsquelle verhindert, eine Verbindungs/Trenn-Eingangseinheit zum Verbinden oder Trennen der Gleichspannungsquelle mit der Spannungsanhebeschaltunq bzw. von dieser sowie eine Blitzspannung-Verhinderungsschaltung vorhanden, die verhindert, dass ein durch einen Blitz hervargerufener 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 Spannungsanhebeschaltung sowie diese und den Wechselrichter z. B. bei Wartungsarbeiten sicher zu verbinden oder zu trennen.
Ferner kann das Eintreten eines Spannungsstoßes durch einen Blitz von der Seite der Solarzelle zur Spannungsanhebeschaltung 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-Solar modulkette auch von einer Substandard-Solarmodulkette an den Wechselrichter geliefert werden, weswegen begrenzter Raum auf z. B. einem Ge bäudedach wirkungsvoll genutzt werden kann.
Ferner führt die Spannungsanhebeschaltung, wenn die Ausgangsspannung derselben niedriger als eine obere Grenzspannung ist, eine Steuerung aus, durch die das Spannungsanhebeverhältnis konstant gemacht wird, damit von einer Substandard-Solar modulkette eine Gleichspannung an den Wechselrichter geliefert werden kann, die mit derjenigen einer Standard-Solarmodulkette vergleichbar ist. Daher kann begrenzter Raum auf z. B. einem Gebäudedach wirkungsvoll genutzt werden.
Ferner führt die Spannungsanhebeschaltung, wenn die Ausgangsspannung derselben höher als die obere Grenzspannung ist, eine Steuerung aus, die die obere Grenzspannung konstant macht, wodurch eine Überspannung an den Wechselrichter, die möglicherweise zu einer Fehlfunktion führt, verhindert werden kann.
Wenn die Spannungsanhebeschaltung während des Tags bei hoher Sonneneinstrahlung in Betrieb ist, wird eine Steuerung für konstante Einstellung des Spannungsanhebeverhältnisses ausgeführt, und wenn die Ausgangsspannung auf einen höheren Wert als den der oberen Grenzspannung ansteigt, wird die Steuerung zum Konstanthalten des Spannungsanhebeverhältnisses angehalten, und es wird eine Steuerung zum Konstanthalten der oberen Grenzspannung durch Ändern des Spannungsanhebeverhältnisses 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-Solar modul kette geöffnet wird. Wenn die Spannungsanhebeschaltung während des Tags bei hoher Sonneneinstrahlung in Betrieb ist und eine Steuerung zum Konstanthalten des Spannungsanhebeverhältnisses oder der Spannung ausgeführt wird, öffnet die Abschaltsignal-Erzeugungsschaltung die Unterbrecherschaltunq, 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 Sonneneinstrahlung in Betrieb befindet, die Spannungsanhebeschaltung kurzgeschlossen, und es fließt ein Kurzschlussstrom zwischen der Solarzelle und der Spannungsanhebeschaltung, wodurch die Temperatur derselben ansteigt. Dann erzeugt die Auslösesignal-Erzeugungsschaltung ein Auslösesignal 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 Boostereinheit verhindert werden kann.
Die Spannungsanhebeschaltung enthält eine Sicherung zum Verhindern eines Kurzschlussstroms von außen. Dabei fließt, wenn der Wechselrichter kurzgeschlossen wird, ein Kurzschlussstrom von diesem zur Boostereinheit, und er fließt im Schaltkreis, wodurch die Sicherung so arbeitet, dass sie den Schaltkreis öffnet und ein dauerhaftes Fließen des Kurzschlussstroms verhindert. Daher kann eine durch einen Kurzschlussstrom hervorgerufene Fehlfunktion der Boostereinheit verhindert werden.
Die Sicherung ist in Reihe zur Spannungsanhebeschaltung geschaltet, und der Pfad, durch den der Kurzschlussstrom fließt, wird abhängig von der Stärke desselben geöffnet. Daher wird die, in der Spannungsanhebeschaltung vorhandene Sicherung durchgebrannt, um den Schaltkreis zu öffnen, wenn der Wechselrichter kurzgeschlossen wird und der Kurzschlussstrom 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 werden.
Ferner ist mindestens ein Eingangs/Ausgangs-Anschluss in einem 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 geführt. Daher kann ein Eintreten von Regenwasser in die leitenden Teile des Wechselrichters und der Steuerschaltung vermieden werden. Ferner können die Gesamtkosten der Vorrichtung gesenkt werden, da ein spezieller Kasten einstückig hergestellt wird.
Ferner ist an der Außenseite des Kastens eine Abstrahlungseinrichtung zum Abstrahlen von Wärme von der Spannungsanhebeschaltung und der einen Rückstrom verhindernden Schaltung nach außen vorhanden. So kann der Abstrahleffekt verbessert werden.
Ferner kann, da eine die Abstrahleinrichtung des Kastens bedeckende und den Kasten an einer Wandfläche haltende Metallplatte vorhanden ist, ein mögliches Verbrennen durch unbeabsichtigtes Berühren der Abstrahleinrichtung verhindert werden, und der Kasten kann an einer Wandfläche befestigt werden.
Ferner ist am Kasten ein öffenbarer Deckelabschnitt vorhan den, und durch Betätigen der Verbindung/Trenn-Eingangseinheit 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

Solarenergiesystem, gekennzeichnet durch: eine erste Solarmodulkette (1a) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen; eine zweite Solarmodulkette (1b) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarzellenmodulen, deren Anzahl kleiner ist als die der Solarmodule der ersten Solarmodulkette; eine Spannungsanhebeeinrichtung (2) zur Anhebung der Spannung der von der zweiten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung auf den Pegel der von der ersten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung, wobei die Spannungsanhebeeinrichtung (2) die von der zweiten Solarmodulkette (1b) ausgegebene Gleichspannung um ein Spannungsverhältnis anhebt, das durch den Quotienten aus der Anzahl von Solarmodulen der ersten Solarmodulkette und der Anzahl von Solarmodulen der zweiten Solarmodulkette bestimmt wird; einen Schalter zum manuellen Festlegen des Spannungsanhebeverhältnisses; eine Steuerschaltung (110) zum Steuern der Spannungsanhebeeinrichtung mittels Impulsbreitenmodulation auf der Grundlage des manuell festgelegten Spannungsanhebeverhältnisses; eine Verbindungs-Eingangseinrichtung (50a, 50b) zum Zuführen der durch die Spannungsanhebeeinrichtung angehobenen Gleichspannung und der von der ersten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung an einen Inverter, der dazu ausgelegt ist, die Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, wobei die Verbindungs-Eingangseinrichtung eine einen Rückstrom verhindernde Einrichtung (6a, 6b, 50a, 50b) zum Verhindern eines Rückstroms von Strom aus der Spannungsanhebeeinrichtung (2) in die zweite Solarmodulkette (1b) und eine Einrichtung (8a, 8b) zum Verbinden oder Trennen der zweiten Solarmodulkette (1b) mit oder von der Spannungsanhebeeinrichtung aufweist.
Solarenergiesystem, gekennzeichnet durch: eine erste Solarmodulkette (1a) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarmodulen; eine Vielzahl von zweiten Solarmodulketten (1b) mit einer Anzahl von in Reihe geschalteten Solarmodulen, deren Anzahl kleiner ist als die der Solarmodule der ersten Solarmodulkette; eine Vielzahl von Spannungsanhebeeinrichtungen (2) zum Anheben der Spannung der von den zweiten Solarmodulketten jeweils ausgegebenen Gleichspannung auf den Pegel der von der ersten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung, wobei die Spannungsanhebeeinrichtung die von der zweiten Solarmodulkette (1b) ausgegebene Gleichspannung um ein Spannungsverhältnis anhebt, das durch den Quotienten aus der Anzahl von Solarmodulen der ersten Solarmodulkette und der Anzahl von Solarmodulen der zweiten Solarmodulkette bestimmt wird; einen Schalter zum manuellen Festlegen des Spannungsanhebeverhältnisses; eine Steuerschaltung (110) zum Steuern der Spannungsanhebeeinrichtung mittels Impulsbreitenmodulation auf der Grundlage des manuell festgelegten Spannungsanhebeverhältnisses; eine Verbindungs-Eingangseinrichtung (50a, 50b) zum Zuführen der durch die Spannungsanhebeeinrichtung angehobenen Gleichspannung und der von der ersten Solarmodulkette ausgegebenen Gleichspannung an einen Inverter, der dazu ausgelegt ist, die Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, wobei die Verbindungs-Eingangseinrichtung eine einen Rückstrom verhindernde Einrichtung (6a, 6b, 50a, 50b) zum Verhindern eines Rückstroms von Strom aus der Spannungsanhebeeinrichtung (2) in die zweite Solarmodulkette (1b) und eine Einrichtung (8a, 8b) zum Verbinden oder Trennen der zweiten Solarmodulkette (1b) mit oder von der Spannungsanhebeeinrichtung aufweist; und wobei für jede der zweiten Solarmodulketten jeweils eine Spannungsanhebeeinrichtung bereitgestellt ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanhebeeinrichtung wegnehmbar zwischen der zweiten Solarmodulkette und der Verbindungs-Eingangseinrichtung bereitgestellt ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der ersten Solarmodulkette eine Versorgungsspannung an die Spannungsanhebeeinrichtung geliefert wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs-Eingangseinrichtung Folgendes aufweist: eine Blitzspannungsstoß-Verhinderungseinrichtung (7a, 7b) zum Verhindern des Eintretens eines Blitzspannungsstoßes aus der zweiten Solarmodulkette in die Spannungsanhebeeinrichtung.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungssteuerungseinrichtung (15) zum Ausführen eines Einstellvorgangs zum Konstanthalten des Spannungsanhebeverhältnisses, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsanhebeeinrichtung niedriger als eine obere Grenzspannung ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerungseinrichtung eine Einstellung zum Konstanthalten einer oberen Grenzspannung ausführt, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsanhebeeinrichtung höher als die obere Grenzspannung ist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerungseinrichtung das Spannungsanhebeverhältnis in Übereinstimmung mit dem Pegel der Ausgangsspannung der Spannungsanhebeeinrichtung ändert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs-Eingangseinrichtung Folgendes aufweist: eine Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung (28) zum Erzeugen eines Abschaltsignals auf eine eine Überspannung darstellende Ausgangsspannung der Spannungsanhebeeinrichtung (2), und eine Öffnungs/Schließ-Einrichtung (8a, 8b), die auf einem Pfad zum Übertragen von Strom aus der zweiten Solarmodulkette an den Inverter bereitgestellt ist und auf das Abschaltsignal zum Trennen des Pfads anspricht.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung das Abschaltsignal erzeugt, wenn die Spannungsanhebeeinrichtung kurzgeschlossen ist.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung das Abschaltsignal dann ausgibt, wenn erkannt wird, daß ein Kurzschlussstrom in die Spannungsanhebeeinrichtung fließt und die Temperatur der Spannungsanhebeeinrichtung ansteigt.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltsignal-Erzeugungseinrichtung dann das Abschaltsignal erzeugt, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsanhebeeinrichtung einen vorbestimmten Spannungsbereich übersteigt.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanhebeeinrichtung eine Sicherung zum Abtrennen eines Kurzschlussstroms von außen aufweist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung in Reihe zur Spannungsanhebeeinrichtung geschaltet ist und den Pfad des Kurzschlußstroms abhängig von der Stärke desselben öffnet.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: einen im Freien zu platzierenden Kasten (30), der zumindest 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.
System nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine außerhalb des Kastens angebrachte Abstrahleinrichtung (35) zum Abstrahlen von Wärme von der Spannungsanhebeeinrichtung und der einen Rückstrom verhindernden Einrichtung nach außen.
System nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Metallplatte (41), die die Abstrahleinrichtung des Kastens abdeckt und dazu dient, den Kasten an einer Wandfläche zu befestigen.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten über einen öffenbaren/schließbaren Deckelabschnitt (37) verfügt und die Verbindungs-Eingangseinrichtung durch Öffnen des Deckels betätigt wird.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (36), die dann eingeschaltet ist, wenn die Spannungsanhebeeinrichtung in Betrieb ist, und die ausgeschaltet wird, wenn der Betrieb der Spannungsanhebeeinrichtung beendet wird.