DE102004037446A1 - Trafoloser Wechselrichter,für die Umwandlung von solrarem Gleichstrom in sinusförmigen Wechselstrom zur Netzeinspeisung - Google Patents

Abstract

Technisches Problem der Erfindung DOLLAR A Bei bekannten transformatorlosen Netzeinspeisern entstehen parasitäre Ableitströme am Solargenerator mit möglichen Folgeschäden an Solarzellen. Es entstehen Berührungsspannungen an den Solarpanelen und Fehlerstromschalter in den Solaranlagen können ausgelöst werden. DOLLAR A Es werden auch transformatorlose Netzeinspeiser auf dem Markt angeboten, welche die parasitären Ableitströme vermeiden, aber dies nur durch erhöhten Aufwand an Leistungshalbleitern und mit Einbußen an Wirkungsgrad. DOLLAR A Lösung des Problems DOLLAR A Bei der hier vorgestellten Erfindung werden auch die parasitären Ableitströme vermieden und der Einsatz der benötigten Leistungshalbleiter ist deutlich reduziert und die Wirkungsgrade sind erhöht. Der Solargenerator muß nicht geerdet werden und eine Erdschlußüberwachung des Solargenerators ist möglich. DOLLAR A Die nachstehende Figur zeigt die Funktion der Erfindung. Am Eingang des transformatorlosen Netzeinspeisers wird zunächst die nichtgeerdete Solargeneratorspannung durch einen symmetrischen Hochsetzsteller als +/- Betriebsspannung erdbezogen gewandelt und der nachfolgende Zerhacker stellt durch pulsbreitengeregelte Spannungsimpulse nach dem Filter einen sinusförmigen Netzeinspeisestrom her. DOLLAR A Anwendungsgebiete DOLLAR A Im Rahmen der weltweiten solaren Netzeinspeiseprogramme kommen hunderttausende von Netzeinspeisern zum Einsatz.

Description

• Es ist bekannt, dass trafolose Wechselrichter für solare Netzeinspeisung höchste Wirkungsgrad erzielen können.
• Das Gewicht der Geräte ist im Vergleich mit Trafo ausgestattenen Wechselrichtern, sehr leicht und damit auch die Handhabung der Geräte durch Installateure, sehr kräftesparend.
• Probleme
• Läßt man den Trafo bei den solaren Stadardnetzeinspeisern weg, so verändert sich das Bezugspotential vom nicht geerdeten Solargenerator zur Erde dynamisch mit den Zerhackerimpulsen der Wechselrichter. Hierbei entstehen kapazitive Ableitsröme am Solargenerator, welche einerseits die Solarzellen schädigen können und andererseits gefährliche Berührungsspa nungen selbst an der Glasoberseite von den Solarpanelen enstehen lassen.
• Bei dem trafolosen solaren Netzeinspeiser von Siemens (Sitop), hat man die Schaltungsart des Wechselrichters so geändert, daß der Solargenerator geerdet werden kann und damit keine nennenswerte Ableitströme entstehen Das Gerät benötigt aber eine Vielzahl von Leistungshalbleitern und verliert durch mehrfache Umsetzungen von Bezugspotentialen, erheblich Wirkungsgrad. Damit bleibt nur noch der Vorteil des geringen Gewichtes.
• Durch die Erdung allerdings, kein Erdschlußüberwachung von dem Gesamtgenerator mehr eingesetzt werden.
• Lösung
• Dem nicht geerdeten Solargenerator folgt zunächst ein symmetrischer Gleichspannungschochsetzsteller, wie es sich in 1 darstellt, durch die Komponenten C1, L1, L2, T1, D1, D2, C2 und C3. Die Auslegung ist absolut symmetrisch, dass heißt, L1 = L2, D1 = D2 und C2 = C3. Beim Schalten des T1, bildet sich durch gesteuerte Pulsweitenmodulation, über C2 und C3, eine symmetrische +/– Betriebsspannung aus.
• 2 zeigt nochmals den symmetrischen Hochsetzsteller, aber mit nachgeschaltetem Zerhacker, welcher alternierende pulweitengeregelte Spannungsimpulse auf ein Ausgangfilter gibt und damit einen sinusförmigen Strom ins Netz einspeisen kann.
• 3 und 4, zeigen die weitere Ausgestaltung der trafolosen Netzeinspeiser auf zwei und dreiphasige Ausgänge. Als Leistungstrasistoren können neben Bipolare Typen auch IGBT's, Mosfets oder sonstige Halbleiterschalter eingesetzt werden.
• Durch die geringe Anzalh der eingesetzen Leistungshalbleiter, ist der größtmögliche Wirkungsgrad, die geringsten Kosten und die höchsten Solarerträge erzielbar.

Claims (3)

1. Transformatorloser Wechselrichter, für die Umwandlung von solarem Gleichstrom in sinusförmigen Wechselstrom zur Netzeinspeisung. dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter sich zusammensetzt aus einem Gleichspannungswandler, welcher zunächst die Solargeneratorgleichspannung in eine auf Erdpotential bezogene symmetrische +/- Spannung umsetzt und einem Zerhacker, welcher impulsweiten gesteuerte Wechselspannungsimpulse erzeugt, zur Regelung eines sinusförmigen Netzeinspeisestromes, zuführt.
2. Transformatorloser Wechselrichter nach Patentanspruch von 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Solargenerator zur Vermeidung von parasitären Ableitströmen nicht geerdet werden muß und daher es möglich ist, den Solargenerator auf Erdschlüsse zu überwachen.
3. Transformatorloser Wechselrichter nach Patentanspruch von 1 Dadurch gekennzeichnet, dass der transformatorloser Wechselrichter einphasig, zweiphasig und dreiphasig ausgestaltet werden kann.