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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Generatoranschluss einer Photovoltaikanlage.
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Photovoltaische
Flächenelemente
bzw. photovoltaische Module von Photovoltaikanlagen liefern den
von ihnen erzeugten Strom über
jeweilige so genannte Strangleitungen. Die Strangleitungen der einzelnen
photovoltaischen Flächenelemente
werden bei Standardanlagen, also Anlagen sowohl kleiner als auch
großer
Leistung gewöhnlich
mittels so genannter Generatoranschlüsse bzw. Generatoranschlusskästen zu
einer Ableitung zusammengeführt. An
die Ableitung schließt
sich ein Photovoltaik-Wechselrichter an. Der Photovoltaik-Wechselrichter
speist den von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom in ein Stromnetz,
beispielsweise das öffentliche
Stromnetz ein.
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Die
Generatoranschlüsse
dienen damit als Einrichtung zum Sammeln der einzelnen Strangleitungen
und wirken einerseits als Schutz für den Photovoltaik-Wechselrichter und
andererseits für
die photovoltaischen Flächenelemente
(DC- bzw. Gleichstrom-seitig)
vor Überstromeinkopplung über Solaranschlussleitungen.
Ferner bilden sie eine Gleichstrom-Trennstelle zwischen dem Photovoltaik-Wechselrichter und
den photovoltaischen Flächenelementen.
Diese Funktion ist gemäß IEC 60364-7-712
zwingend erforderlich. Im Bedarfsfall dienen die Generatoranschlüsse auch
zur Aufnahme von Strangdioden oder Strangsicherungen.
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Die
Generatoranschlüsse
heutiger Photovoltaikanlagen stellen daher komplexe Schaltungsanordnungen
mit einer Vielzahl Funktionen dar, welche üblicherweise je nach Art und
Leistung der zugehörigen
Photovoltaikanlage durch Verdrahtung einzelner Bauelemente miteinander
realisiert werden. Die Bauelemente sind dabei in zugehörigen Schaltkästen einzelne
zu befestigen und zu verdrahten, was nur von Fachleuten erledigt
werden kann. Das Verdrahten ist dabei nicht nur teuer sondern birgt
auch ein hohes Fehlerrisiko.
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Es
ergibt sich ferner das Problem, dass, wenn ein Funktionsfehler eines
einzelnen photovoltaischen Flächenelements
angezeigt wird, es oft nicht klar ist, ob das photoelektrische Flächenelement
tatsächlich
Ursache für
den Funktionsfehler ist oder ob stattdessen der Generatoranschluss
mit seinen Bauelementen fehlerhaft ist. Um sich hierbei Klarheit
zu verschaffen, ist in der Regel eine aufwändige Fehleranalyse notwendig.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und
insbesondere einen Generatoranschluss einer Photovoltaikanlage zu schaffen,
der kostengünstig
ist und ferner ggf. eine einfache Fehlersuche ermöglicht.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem
Generatoranschluss einer Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß ist ein
Generatoranschluss einer Photovoltaikanlage mit mindestens zwei
Zuleitungsklemmen, mindestens zwei Rückstromdioden und einer Ableitungsklemme
geschaffen, bei dem die Zuleitungsklemmen, die Rückstromdi oden und die Ableitungsklemme
auf einer Leiterplatte angeordnet, jede Zuleitungsklemme jeweils
mit einer zugehörigen
Rückstromdiode
elektrisch leitend verbunden und die Rückstromdioden mittels einer auf
der Leiterplatte ausgebildeten Sammelleitung mit der Ableitungsklemme
elektrisch verbunden sind.
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Vorteilhaft
ist die Leiterplatte eine Leiterplatte mit darauf bestückten Zuleitungsklemmen,
Rückstromdioden
und Ableitungsklemme.
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Ferner
ist bevorzugt die Leiterplatte eine Leiterplatte mit darauf aufgelöteten Rückstromdioden.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
ist ferner auch, dass elektrisch leitend zwischen mindestens einer der
Zuleitungsklemmen und der zugehörigen
Rückstromdiode
eine Messstelle angeordnet ist.
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Die
bei dem erfindungsgemäßen Generatoranschluss
einer Photovoltaikanlage vorgesehenen Bauelemente Zuleitungsklemmen,
Rückstromdioden und
Ableitungsklemme sind vorteilhaft gemäß der erfindungsgemäßen Lösung als
oberflächenmontierte Bauelemente
ausgestaltet, welche auf einer Leiterplatte angeordnet und auf diese
Weise zu einer Baugruppe kombiniert sind.
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Auf
der derartigen Leiterplatte ist ferner auch eine Sammelleitung ausgebildet,
welche die elektrische Verbindung zwischen den Rückstromdioden und der Ableitungsklemme
herstellt.
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Die
derartige erfindungsgemäße Baugruppe birgt
nicht nur den Vorteil, dass sie als solche kleiner als bisher bekannte
(aus einzelnen Bauelementen verdrahtete) Baugruppen ist, sondern
ferner aufgrund der Möglichkeit
der Vorfertigung der erfindungsgemäßen Baugruppe eine geprüfte Bauform mit
weniger Fehlerhäufigkeit
und insgesamt höherer Qualität darstellt.
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Die
erfindungsgemäß vorteilhaft
vorgesehenen Messstellen ermöglichen
eine weiter vereinfachte Fehleranalyse und eine auf Wunsch einfache
Auswertung der von den photovoltaischen Flächenelementen gelieferten Einzelströme.
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Vorteilhaft
ist ferner an der Leiterplatte, insbesondere im Bereich der oben
genannten Messstelle, je Rückstromdiode
ein Steckanschluss zum Anbringen einer Meldeeinheit vorgesehen und
dort ist mindestens eine Meldeeinheit angesteckt, mit der ein Defekt
der zugehörigen
Rückstromdiode
ermittelbar ist. Mit der Meldeeinheit wird insbesondere vorteilhaft geprüft, ob an
der Diode der dort zu erwartende Spannungsabfall sich im vordefinierten
Bereich bewegt. Ist der Spannungsabfall zu groß (Diode wird niederohmig)
oder ist der Spannungsabfall zu gering (Diode wird hochohmig), muss
hingegen von eine Schädigung
der Diode ausgegangen werden und dies wird mittels der erfindungsgemäß aufgesteckten Meldeeinheit
dann einem Wartungspersonal oder Bediener der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage
bekannt gemacht. Dieser kann entsprechend reagieren und den Schaden
beheben. Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Meldeeinheit
auf sehr kostengünstige
Weise innerhalb der gesamten Photovoltaikanlage ein Fehler leicht
lokalisiert und eingegrenzt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Meldeeinheit ist diese
mit einer Signaleinrichtung zum optischen Anzeigen des Defekts der
zugehörigen
Rückstromdiode
gestaltet. Eine derartige optische Signaleinrichtung stellt eine
besonders einfache und damit kostengünstige, zugleich bei der Fehlersuche
sehr hilfreiche Anzeigemöglichkeit
für das
Wartungspersonal oder einen Bediener dar.
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Die
genannte Meldeeinheit ist ferner vorteilhaft mit einer Kontaktstelle
zum Weitergeben eines Stromsignals im Falle eines Defekts der zugehörigen Rückstromdiode
gestaltet. Über
die derartige Kontaktstelle kann eine Busleitung oder eine andere
Art von automatischer Informationsaufbereitung angesteuert und auf
diese Weise einem Wartungspersonal oder Bediener auch gebündelt über die
gesamte Photovoltaikanlage hinweg ein Fehlerbild bekannt gemacht
werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Generatoranschlusses
einer Photovoltaikanlage anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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die 1 eine
perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Generatoranschlusses
einer Photovoltaikanlage,
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die 2 einen
Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Generatoranschlusses
einer Photovoltaikanlage,
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die 3 eine
Unteransicht einer Hauptleiterplatte eines Generatoranschlusses
gemäß 2,
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die 4 eine
Draufsicht einer Leiterplatte einer Meldeeinheit für die Hauptleiterplatte
gemäß 3,
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die 5 eine
perspektivische Ansicht der bestückten
Hauptleiterplatte gemäß 3 und
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die 6 eine
perspektivische Ansicht der bestückten
Leiterplatte gemäß 4.
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Detaillierte Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 ist ein Generatoranschluss 10 einer
weiter nicht veranschaulichten Photovoltaikanlage dargestellt, bei
dem auf der Oberseite einer plattenförmigen Leiterplatte 12 sechs
Zuleitungsklemmen 14 ortsfest angebracht sind. Die Zuleitungsklemmen 14 sind
dabei einzeln scheibenförmig
gestaltet und derart mit ihren großflächigen Seiten nebeneinander
und aneinander anliegend angeordnet, dass eine Reihung entsteht.
An jede der Zuleitungsklemmen 14 ist eine einzelne Strangleitung 16 elektrisch
leitend angeschlossen, welche zu einem zugehörigen (vorliegend nicht dargestellten)
photovoltaischen Flächenelement
der zugehörigen
Photovoltaikanlage führt.
An photovoltaischen Flächenelement wird
eingestrahlte Sonnenenergie in elektrische Energie in Form einer
elektrischen Spannung bzw. eines elektrischen Stroms gewandelt.
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Auf
der Oberseite der Leiterplatte 12 sind unmittelbar hinter
jeder der Zuleitungsklemmen 14 zugehörige Messstellen 18 mit
integrierter Trennstelle 20 zur möglichen Trennung der elektrischen
Verbindung zu Messzwecken angeordnet. Die Messstellen 18 sind
jeweils einzeln elektrisch leitend über eine zugehörige, an
der Unterseite der Leiterplatte 12 ausgebildete (und in
der dargestellten perspektivischen Ansicht nicht sichtbare) Leiterbahn
mit der zugehörigen
Zuleitungsklemme 14 verbunden.
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Hinter
jeder der Messstellen 18 ist an der Oberseite der Leiterplatte 12 jeweils
eine zugehörige Rückstromdiode 22 angeordnet.
Die Rückstromdioden 22 weisen
je eine erste, eingangsseitige Kontaktstelle 24 und eine
zweite, ausgangsseitige Kontaktstelle 26 auf, von denen
jeweils die erste Kontaktstelle 24 einzeln elektrisch leitend über eine
zugehörige, ebenfalls
an der Unterseite der Leiterplatte 12 ausgebildete (und
in der dargestellten perspektivischen Ansicht nicht sichtbare) Leiterbahn
mit der zugehörigen Messstelle 18 verbunden
ist.
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Die
zweiten Kontaktstellen 26 jeder der Rückstromdioden 22 sind
jeweils mit einer ebenfalls an der Unterseite der Leiterplatte 12 ausgebildet
(und in der dargestellten perspektivischen Ansicht nur gestichelt
dargestellten) Leiterbahn verbunden, welche als Sammelleitung 28 elektrisch
leitend mit einer Ableitungsklemme 30 verbunden ist.
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Die
Ableitungsklemme 30 ist im vorderen Bereich der Leiterplatte 12 an
deren Oberseite neben der Reihe von Zuleitungsklemmen 14 angeordnet. An
der Ableitungsklemme 30 ist eine Ableitung 32 elektrisch
leitend angeschlossen, welche zu einem (nicht dargestellten) Photovoltaik-Wechselrichter
der zugehörigen
Photovoltaikanlage führt.
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Die
Zuleitungsklemmen 14, die Messstellen 18 mit integrierter
Trennstelle 20, die Rückstromdioden 22 und
die Ableitungsklemme 30 sind sämtlich als Bauelemente auf
der Leiterplatte 12 aufgelötet. Die elektrischen Verbindungen
zu den genannten Leiterbahnen, insbesondere der Sammelleitung 28, sind
dabei ebenfalls mittels Löten
hergestellt. Ferner ist an der Oberseite der Leiterplatte 12 eine
die Reihe von Rückstromdioden 22 überdeckende
Schutzplatte 34 aus durchsichtigem Kunststoff auf Abstandhaltern 36 ortsfest
angebracht.
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In
den 2 bis 6 ist ein Generatoranschluss 10 einer
weiter nicht veranschaulichten Photovoltaikanlage dargestellt, bei
dem auf einer plattenförmigen
Leiterplatte 12 (welche in diesem Fall auch als Hauptleiterplatte
bezeichnet wird) drei Zuleitungsklemmen 14 bestückt sind.
Die Zuleitungsklemmen 14 sind dabei jeweils als handelsübliche Doppelklemme
ausgebildet. An jede der Zuleitungsklemmen 14 sind zwei
(nicht dargestellte) einzelne Strangleitungen elektrisch leitend
angeschlossen.
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An
der Leiterplatte 12 sind an einer Leiterbahn 38 unmittelbar
hinter jeder der Zuleitungsklemmen 14 (also vergleichbar
zum Bereich der Messstellen 18 gemäß 1) jeweils
zwei Reihen von sechs Steckkontakten 40 ausgebildet, mit
denen die Leiterbahn 38 kontaktierbar ist.
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In
Stromrichtung hinter diesem Bereich der Steckkontakte 40 ist
an der Leiterplatte 12 gemäß den 2 bis 6 jeweils
eine zugehörige
Rückstromdiode 22 angeordnet.
Die Rückstromdioden 22 weisen
je eine erste, eingangsseitige Kontaktstelle 24 und eine
zweite, ausgangsseitige Kontaktstelle 26 auf und sind an
einem zugehörigen
Kühlkörper 42 wärmeleitend
angekoppelt. Dieser Kühlkörper 42 erstreckt
sich quer zur Längserstreckung
der Leiterbahnen 38.
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Die
zweite Kontaktstelle 26 von jeder der Rückstromdioden 22 ist
mit einer Leiterbahn 44 verbunden, welche als Sammelleitung 28 elektrisch
leitend mit einer Ableitungsklemme 30 verbunden ist.
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Die
Ableitungsklemme 30 ist wiederum im vorderen Bereich der
Leiterplatte 12 an deren Oberseite neben der Reihe von
Zuleitungsklemmen 14 angeordnet. An der Ableitungsklemme 30 ist
eine (bei diesem Ausführungsbeispiel
nicht dargestellte) Ableitung elektrisch leitend angeschlossen.
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Von
jeder der zweiten Kontaktstellen 26 führt eine Leiterbahn 46 zu
einer Sicherung 48 und weiter über eine Leiterbahn 50 in
den Bereich der Reihen an Steckerkontakten 40.
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Die
Reihen an Steckerkontakten 40 sind von Pins 52 kontaktierbar,
die an einer Leiterplatte 54 einer Meldeeinheit 56 angebracht
sind (siehe 4). Die Leiterplatte 54 ist
als elektrisch Schaltung mit diversen Bauelementen, unter anderem
einem Mikrochip 58, einer Leuchtdiode 60 und einer
Kontaktstelle 62 zum Weitergeben eines Stromsignals, bestückt. Mittels
dieser Schaltung und den zugehörigen
Bauelemente kann im Fehlerfall der zugehörigen Rückstromdiode 22 ein
optisches und ein elektrisches Signal erzeugt werden, wobei das
elektrisch Signal zu einem so genannten Datenlogger 64 weitergeleitet wird.
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Abschließend sei
angemerkt, dass sämtlichen
Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den
abhängigen
Ansprüchen genannt
sind, trotz des vorgenommenen formalen Rückbezugs auf einen oder mehrere
bestimmte Ansprüche,
auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz
zukommen soll.
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- 10
- Generatoranschluss
- 12
- Leiterplatte
- 14
- Zuleitungsklemme
- 16
- Stangleitung
- 18
- Messstelle
- 20
- Trennstelle
- 22
- Rückstromdiode
- 24
- Kontaktstelle
- 26
- Kontaktstelle
- 28
- Sammelleitung
- 30
- Ableitungsklemme
- 32
- Ableitung
- 34
- Schutzplatte
- 36
- Abstandshalter
- 38
- Leiterbahn
- 40
- Reihe
an Steckkontakten
- 42
- Kühlkörper
- 44
- Leiterbahn
- 46
- Leiterbahn
- 48
- Sicherung
- 50
- Leiterbahn
- 52
- Pin
- 54
- Leiterplatte
- 56
- Meldeeinheit
- 58
- Mikrochip
- 60
- Leuchtdiode
- 62
- Kontaktstelle
- 64
- Datenlogger