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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 einzeln 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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EP 2 037 553 A1 offenbart einen Generatoranschluss einer Photovoltaikanlage mit mindestens zwei Zuleitungsklemmen, mindestens zwei Rückstromdioden und einer Ableitungsklemme, bei dem die Zuleitungsklemmen, die Rückstromdioden und die Ableitungsklemme auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Jede Zuleitungsklemme ist jeweils mit einer zugehörigen Rückstromdiode elektrisch leitend verbunden und die Rückstromdioden sind mittels einer auf der Leiterplatte ausgebildeten Sammelleitung mit der Ableitungsklemme elektrisch verbunden.
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DE 20 2008 007 846 U1 offenbart eine Anschlussbox zum Verbinden von Solarzellen mit einem Wechselrichter. Diese Anschlussbox umfasst Kontrolleinheiten, die der Funktionsüberwachung der an der Anschlussbox angeschlossenen Solarzellen dienen.
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Es ergibt sich jedoch 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 Rückstromdioden 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. An der Leiterplatte ist, 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.
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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 einer 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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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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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der 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. Am 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 ausgebildeten (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 elektrische Schaltung mit diversen Bauelementen, unter anderem eifern 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 elektrische Signal zu einem so genannten Datenlogger 64 weitergeleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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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
