DE102009051186A1

DE102009051186A1 - Anpassschaltung

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Publication number: DE102009051186A1
Application number: DE102009051186A
Authority: DE
Inventors: Heribert Dr. Ing. Schmidt; Bruno Prof. Dr. Ing. Burger
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2010-05-06

Abstract

Vorgestellt wird eine Anpassschaltung für in einem Stromkreis in Reihe geschaltete Solarzellen oder in Reihe geschaltete Gruppen von Solarzellen (SM) unter Verwendung eines Gleichspannungswandlers (B), wobei im Gleichspannungswandler (B) eine Schalteinrichtung (S1) vorhanden ist, die zur Gleichspannungswandlung getaktet werden muss, wobei eine Steuerung (St) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung (S1) vorhanden ist. Die Anpassschaltung zeichnet sialtet ist, dass bei der Taktung Verluste des Gleichspannungswandlers (B) berücksichtigt werden. Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Verfahren.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anpassschaltung für in Reihe geschaltete Solarzellen.
Stand der Technik
Bei einer Reihenschaltung von Solarzellen entsteht bei einer inhomogenen Beleuchtung/Teilabschattung das Problem, dass zum einen die abgeschatteten Zellen den Stromfluss im Gesamtkreis bestimmen, zum anderen sich die Spannung an diesen Zellen umkehrt, sie zum Verbraucher werden und im schlimmsten Fall geschädigt werden können.
Eine bekannte Maßnahme zur Vermeidung dieser Schädigung ist die Nutzung von s. g. Bypass-Dioden, die i. A. in einem Solarmodul parallel zu Untergruppen von z. B. 16–24 kristallinen Solarzellen geschaltet werden. Im Normalbetrieb werden sie in Sperrrichtung betrieben, bei einer Teilabschattung sind sie in Durchlassrichtung gepolt und übernehmen den durch die nicht abgeschatteten Zellen hervorgerufenen Strangstrom. Hierbei geht die Arbeitspunkt-Spannung über dem betroffenen Teilabschnitt des Solargenerators von im Normalbetrieb ca. +8 V +12 V (MPP-Spannung von 16–24 Zellen) auf die Durchlassspannung der Bypassdiode zurück, also auf ca. –0,4 V...–0,6V.
Die Teilabschattung einer Solarzelle durch z. B. ein Blatt, Vogelkot, vorgelagerte Gegenstände oder Gebäude oder auch durch Wolken erfolgt nicht vollständig, vielmehr reduziert sich der noch mögliche Zellenstrom um z. B. 30% bis 70% gegenüber den nicht abgeschatteten Zellen. Die Zellenspannung bleibt hierbei nahezu konstant, so dass von der abgeschatteten Zelle durchaus noch eine relevante elektrische Leistung abgegeben werden könnte. Gemäß dem Stand der Technik wird aber in solchen Situationen die Bypasss-Diode leitend, und die Differenz zu dem von außen eingeprägten Solargeneratorstrom wird von der Bypass-Diode übernommen. Die prinzipiell noch verfügbare Leistung des beschatteten Teilabschnittes wird nicht genutzt. Vielmehr erzeugt der durch die Bypass-Diode fließende Strom aufgrund deren Durchlassspannung in dieser eine Verlustleistung. Abhängig von der Dioden-Technologie und der Stromstärke können Probleme mit der Abfuhr der entstehenden Wärme aus der Diode auftreten.
Zur Vermeidung der vorgenannten Verluste durch eine Teilabschattung in Reihe verschalteter Module sind Schaltungsanordnungen bekannt, welche auch die im Abschattungsfall eines Moduls noch verfügbare Leistung weitestgehend nutzbar machen. Hierdurch steigert sich der Energieertrag in Photovoltaik-Anlagen mit häufigen Abschattungen signifikant. Dies ist aus dem Artikel "Cascaded DC-DC-Converter Connection of Photovoltaic Modules" von Walker und Sernia, IIEE Transactions an Power Electronics vol. 19, no 4, July 2004 bekannt.
Nachteilig bei den geschilderten Schaltungsanordnungen ist jedoch, dass der in diesen Anordnungen in der Regel eingesetzte Gleichspannungswandler auch dann in Betrieb ist, wenn dies aufgrund fehlender Abschattung gar nicht erforderlich wäre. Da der Betrieb des Gleichspannungswandlers mit Verlusten verbunden ist, gilt es, einen nicht erforderlichen Betrieb des Gleichspannungswandlers zu vermeiden.
Zur Vermeidung dieser Verluste wurde in der DE 10 2008 004 675 B3 eine steuerbare Umschaltvorrichtung für ein Solarmodul vorgeschlagen. Dabei ist vorgesehen, den aus dem Solarmodul fließenden Strom bei Bedarf in einem Gleichspannungswandler zu wandeln und gewandelt zu einem Ausgangsanschluss fließen zu lassen. Eine steuerbare Schalteinrichtung ist vorgesehen um den Strom vom Solarmodul direkt zum Ausgangsanschluss fließen zu lassen, wenn der Gleichspannungswandler nicht benötigt wird. Damit werden die oben beschriebenen Verluste beim nicht benötigten Gleichspannungswandlerbetrieb vermieden.
Beschreibung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine alternative Möglichkeit bereitzustellen, Verluste beim nicht benötigten Gleichspannungswandlerbetrieb zu vermeiden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anpassschaltung für in einem Stromkreis in Reihe geschaltete Solarzellen oder in Reihe geschaltete Gruppen von Solarzellen unter Verwendung eines Gleichspannungswandlers vorgeschlagen. Ein solcher Gleichspannungswandler kann üblicherweise so betrieben werden, dass sein Ausgangsstrom einem vorgebbaren Wert entspricht. Im Gleichspannungswandler ist eine Schalteinrichtung vorhanden, die zur Gleichspannungswandlung getaktet werden muss. Bei dieser Schalteinrichtung handelt es sich normalerweise um einen Transistor, vorzugsweise MOS-Feldeffekt-Transistoren, wobei eine Steuerung zur Ansteuerung der Schalteinrichtung vorhanden ist. Die Neuerung ist nun, dass die Steuerung so ausgestaltet ist, dass bei der Taktung Verluste des Gleichspannungswandlers berücksichtigt werden. Bei konventionellen Steuerungen wird lediglich ein optimaler Betriebspunkt des abgeschatteten Solarmoduls im Hinblick auf die übrigen Solarmodule, die im Regelfall überwiegend nicht abgeschattet sind, angestrebt. Die Erfindung nutzt nun die Erkenntnis, dass es sinnvoll sein kann, das jeweilige Solarmodul oder eine Gruppe von Solarmodulen nicht im für das Solarmodul optimalen Betriebspunkt zu betreiben, sondern einen etwas ungünstigeren Betriebspunkt hinzunehmen, wenn dadurch auf den Betrieb des Gleichspannungswandlers und die damit einhergehenden Verluste verzichtet werden kann. Dies ist natürlich nur dann sinnvoll, wenn die eingesparten Verluste im Gleichspannungswandler höher sind als der Verlust, der durch den Betrieb in einem etwas ungünstigeren Betriebspunkt als dem optimalen Betriebspunkt entsteht. Diese Erkenntnis wird grundsätzlich auch in der der DE 10 2008 004 675 B3 genutzt. Die DE 10 2008 004 675 B3 geht jedoch davon aus, dass es hierzu einer zusätzlichen Schalteinrichtung bedarf, die es erlaubt, dass der Strom gegebenenfalls am Gleichspannungswandler vorbei zu einem Ausgangsanschluss fließen kann. Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Erfindung eine solche zusätzliche Schalteinrichtung nicht erforderlich. Es genügt, lediglich die im Gleichspannungswandler ohnehin vorhandene Schalteinrichtung nicht zu takten. Dabei muss die Schalteinrichtung im nicht getakteten Zustand so geschaltet sein, dass ein Stromdurchfluss durch den Gleichspannungswandler erfolgen kann. Abhängig von der Art des Gleichspannungswandlers handelt es sich dabei um einen geöffneten oder geschlossenen Schaltzustand. Damit sind zwar geringfügig höhere ohmsche Verluste als bei der in der DE 10 2008 004 675 B3 vorgeschlagenen Schaltung hinzunehmen, da der Strom auch bei nicht benötigtem Gleichspannungswandler durch den Energiespeicher des Gleichspannungswandlers fließen muss. Diese geringfügig höheren Verluste können aber hingenommen werden, wenn der Aufwand zusätzlicher Schalteinrichtungen gespart werden soll. Im Vergleich zu konventionellen Anpassschaltungen, bei denen der Gleichspannungswandler immer betrieben wird, es sei denn der optimale Betriebspunkt des Solarmoduls erfordert keine Gleichspannungswandlung, ist nur eine geringfügige Modifikation der ohnehin nötigen Steuerung erforderlich. Es ist auch denkbar, die Modifikation der Steuerung nachträglich vorzunehmen.
Die Anpassschaltung kann dahingehend weiterentwickelt werden, dass die am Eingang des Gleichspannungswandlers angeschlossene Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen in einem vorgegebenen Betriebsbereich oder Betriebspunkt betrieben werden kann. Ein bevorzugter Betriebsbereich ist hierbei eine bestimmte Minimalspannung der Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen am Eingang des Gleichspannungswandlers zu verlangen. Eine Gleichspannungswandlung erfolgt also nur dann, wenn die Spannung sonst zu niedrig wird. Dies vermeidet unnötigen Betrieb des Gleichspannungswandlers und damit einhergehende unnötige Verluste.
Der Gleichspannungswandler kann ein Tiefsetzsteller sein. In diesem Fall ist die Schalteinrichtung bei nicht benötigtem Betrieb des Gleichspannungswandlers in einem geschlossenen Zustand zu halten.
Ebenso kann der Gleichspannungswandler ein Hochsetzsteller sein. Dann ist die Schalteinrichtung bei nicht benötigtem Betrieb des Gleichspannungswandlers in einem geöffneten Zustand zu halten.
Bei hoch-/tiefsetzstellenden Strukturen sind analog diejenigen Schalter, die einen direkten Stromfluss vom Eingang zum Ausgang des Wandlers ermöglichen, geschlossen zu halten, während die anderen geöffnet verbleiben.
Die Berücksichtigung der Verluste des Gleichspannungswandlers erlaubt viele Betriebsarten und zugehörige Ausgestaltungen der Steuerung. Bevorzugt ist aber der oben bereits ansatzweise geschilderte Betrieb zu wählen, bei dem der am Eingang des Gleichspannungswandlers angeschlossenen Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen unter Berücksichtigung der Verluste des Gleichspannungswandlers eine möglichst große Leistung entnommen werden kann.
Bevorzugt ist ein Strompfad vorhanden, mit der der Ausgang des Gleichspannungswandlers und damit der zugehörigen Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen überbrückt werden kann. Damit können bei extremer Teilabschattung Verluste minimiert werden. Es handelt sich dabei um Fälle, in denen die Teilabschattung so hoch ist, dass die aus der Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen entnehmbare Leistung so niedrig ist, dass keine effektive Leistung mehr entnommen werden kann oder sogar Verluste hinzunehmen wären. Die Anpassschaltung kann somit weiterhin die Funktion der konventionellen Bypassdioden übernehmen, welche zur Umgehung der jeweiligen Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen im Stand der Technik bekannt sind.
Der vorgenannte Strompfad kann durch einen verlustarmen Pfad innerhalb des Gleichspannungswandlers realisiert sein. Dazu kann etwa die im Gleichspannungswandler vorhandene Schalteinrichtung in einem nicht getakteten und Durchlass ermöglichenden Zustand geschaltet sein.
Die Abschaltung des Moduls kann durch ein Steuersignal an den Gleichspannungswandler erfolgen. Hierzu kann die zur Gleichspannungswandlung zu taktenden Schalteinrichtung in einen Zustand geschaltet werden, die keinen Stromdurchlass ermöglicht. Dann erfolgt der Stromfluss durch eine im Gleichspannungswandler vorhandene Diode oder auch durch sonstige Pfade, ohne durch das Solarmodul zu fließen.
Die Schaltung des Strompfads kann z. B. durch ein externes Signal erfolgen. Damit können im Brandfall Solarmodule gezielt abgeschaltet werden, und damit die Gefahren elektrischen Stroms beim Löschen beseitigt oder reduziert werden.
Mit Hilfe der oben geschilderten Anpassschaltung kann ein effizienter Solargenerator geschaffen werden. Entgegen der bisher verbreiteten Ansicht ist es dabei nicht erforderlich, alle Solarmodule mit einer solchen Anpassschaltung auszustatten. Es genügt, einen Teil entsprechend auszustatten.
Insbesondere genügt es den Teil der Solarmodule mit einer Anpassschaltung auszustatten, bei denen eine Abschattung zu erwarten ist, etwa wegen vorhandener Erker, Vorsprünge und dergleichen. Module mit den angegebenen Schaltungsanordnungen sind nämlich weitgehend mit Modulen ohne diese Schaltungsanordnungen kompatibel, so dass in einem größeren Solargenerator nur diejenigen Module, welche z. B. aufgrund ihrer räumlichen Position von Abschattung betroffen sind, gezielt damit ausgestattet werden können. Hierdurch ergibt sich ein deutlicher Kosten- und Wirkungsgradvorteil gegenüber Systemen, bei denen jedes Einzelmodul mit einer elektronischen Schaltung ausgestattet werden muss.
Die Erfindung betrifft analog auch ein Verfahren zum Ansteuern eines Gleichspannungswandlers.
Beispiele
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird die Erfindung anhand von Beispielen nachfolgend näher beschrieben.
Die technische Realisierung sei anhand der 1 bis 4 erläutert.
Die 1 zeigt auf der linken Seite eine Solarzelle oder einen Gruppe von Solarzellen (Solarmodul) SM, welche über die beiden Anschlussleitungen 1, 2 an die Eingangsklemmen 3, 4 der Anpassschaltung A angeschlossen ist. An den Ausgangsklemmen 5, 6 sind über die Leitungen 7, 8 weitere Solarzellen oder Gruppen von Solarzellen (Solarmodule) in Serie geschaltet. Die Anpassschaltung kann entweder integraler Bestandteil eines Moduls sein (z. B. in dessen Anschlussdose eingebaut sein) oder auch als externes Geräte eingesetzt werden.
Kernpunkt der Anpassschaltung ist ein Gleichspannungswandler B, der die am Eingang befindliche Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen (Modul) SM so belastet, dass die im Abschattungsfall noch verfügbare Leistung möglichst vollständig entnommen wird, und der diese Leistung an den Ausgang weiterleitet, wobei sich am Ausgang eine Spannung und ein Strom derart einstellen, dass der Ausgangsstrom I_A des Wandlers demjenigen von den weiteren, in Reihe geschalteten Solarzellen oder Gruppen von Solarzellen eingeprägten Strangstrom I_SG entspricht.
Die genannte Aufgabenstellung kann mit unterschiedlichen, allgemein bekannten Gleichspannungswandler-Topologien erfüllt werden.
Besonders vorteilhaft ist der in der folgenden Erläuterung beschriebene, als Drosselwandler ausgeführte Tiefsetzsteller B mit dem Eingangskondensator C_E, dem getakteten Schalter S₁, der Drosselspule L₁, dem Ausgangskondensator CA sowie dem mittels der Diode D₁ gebildeten Freilaufpfad für den Drosselstrom I_L. In bekannter Weise kann parallel zur Diode D₁ ein Schalter S₂ geschaltet sein, der gegenphasig zum Schalter S₁ angesteuert wird (Synchron-Gleichrichter) und damit die Verluste des Wandlers reduziert.
Diese Wandleranordnung kann auch gespiegelt aufgebaut sein, d. h., der Schalter S₁ sowie die Drossel L₁ können in der unteren, negativen Bezugsleitung liegen, woraus sich u. U. schaltungstechnische Vorteile ergeben.
Vorteilhaft kann beispielsweise auch eine Realisierung als Poly-Phasen-Wandler sein, bei der die Leistung über mehrere kleine, versetzt getaktete Wandler übertragen wird.
Die Ansteuerung der Schalter erfolgt durch die Steuerung C, welche in der 2 schematisch dargestellt ist.
Innerhalb der Schaltungsanordnung werden verschiedene Größen (Modultemperatur T_Mod, diverse Spannungen U und Ströme I) messtechnisch erfasst und an die Steuerung C übergeben, welche daraus die Ansteuersignale für die Schalter S₁ bis S₃ generiert. Die Steuerung kann in analoger Technik realisiert werden oder auch durch einen Micro-Controller (μC) oder einen Digitalen Signal Prozessor (DSP).
Die Versorgung der Steuerung erfolgt bevorzugt aus der Eingangsspannung U_E, jedoch ist auch eine Speisung aus Hilfsquellen U_Ext. möglich.
Die Grundfunktion der Anordnung sei anhand der 3 und 4 erläutert.
Die 3 zeigt die Strom-Spannungskennlinie sowie die sich daraus ergebenden Leistungskennlinien eines Solarmoduls bei drei unterschiedlichen Einstrahlungen. Die Punkte maximaler Leistung (Maximum Power Point, MPP) sind durch Linien miteinander verbunden. Ihre Lage ist bei konstanter Einstrahlung stark von der Modultemperatur abhängig. Sie lässt sich für ein gegebenes Modul anhand der momentanen Modulparameter Temperatur (T_Mod), Strom (I_E) und Spannung (U_E) abschätzen.
Im Normalbetrieb, also ohne Abschattung, wird der Arbeitspunkt durch die externe Last, z. B. einen Wechselrichter, vorgegeben. Zur Erzielung eines möglichst hohen Energieertrages verändert dieser automatisch die Belastung des Solargenerators (die Arbeitspunktspannung) derart, dass dieser immer im oder in der Nähe des MPP betrieben wird (MPP-Tracking, MPPT).
Bei einer Reihenschaltung von Modulen entsprechend dem eingangs beschriebenen Stand der Technik bricht bereits bei einer geringen Teilabschattung die Spannung über dem abgeschatteten Modul zusammen, und die Bypass-Diode wird leitend. Diesem Teilabschnitt kann also keine Leistung mehr entnommen werden.
Bei der neuartigen Anordnung wird das Zusammenbrechen der Modulspannung verhindert und diese immer oberhalb oder auf einen unteren Grenzwert U_Min gehalten. Möglichkeiten zur Bestimmung dieser unteren Grenzspannung werden weiter unten dargestellt.
Die aktuelle Modulspannung U_E wird in einer Verknüpfungseinheit mit der Grenzspannung U_Min verglichen. Liegt sie oberhalb des Grenzwertes, so wird der Schalter S₁ vollständig eingeschaltet (Tastverhältnis 100%), und der Solargenerator ist über S₁ und die Drosselspule L₁ direkt mit dem Ausgang verbunden. Das Modul mit Anpassschaltung verhält sich also wie ein konventionelles Modul, und es treten nur minimale Verluste am Schalter S₁ und an der Drosselspule L₁ sowie in der Steuerung C auf.
Fällt bei einer Teilabschattung die Modulspannung U_E unter den Grenzwert U_Min, so wird Schalter S₁ hochfrequent (z. B. einige 10 kHz bis zu MHz) getaktet. Über einen Regler, der die aktuelle Eingangsspannung U_E mit dem unteren Grenzwert U_Min vergleicht, wird die Einschaltdauer des Schalters S₁ so eingestellt (z. B. über einen Pulsweitenmodulator, PWM), dass die Eingangsspannung genau auf diesem unteren Grenzwert U_Min gehalten wird. In der Ausschaltphase des Schalters S₁ fließt der Drosselstrom I_L in bekannter Weise über die Freilaufdiode D₁ resp. den Synchrongleichrichter S₂ weiter.
Ein Zurückführen in den oben beschriebenen verlustarmen, direkt gekoppelten Betrieb nach Aufhebung der Abschattungssituation erfolgt automatisch über den Regelkreis und den nachgeschalteten Pulsweiten-Modulator (Tastverhältnis 100% für den Schalter S₁). Weitere Kriterien für eine direkte Kopplung können das Erreichen eines Mindest-Tastverhältnisses von z. B. 98% sein, das Ansteigen der Eingangspannung U_E über den unteren Grenzwert U_Min oder das überschreiten des Eingangsstromes I_E von z. B. 98% des Ausgangstromes I_A.
In 4 ist der oben beschriebene Vorgang sowie die daraus resultierende Anpassung der Arbeitspunkte für die Reihenschaltung von zwei Modulen dargestellt, wobei ein Modul zu 2/3 abgeschattet sein soll.
Das mit dem abgeschatteten Modul in Reihe verschaltete, nicht abgeschattete Modul wird durch die Last bei der Spannung U_MPP betrieben und gibt den Solargeneratorstrom I_SG = I_MPP vor. Das abgeschattete Modul wird gemäß der oben dargestellter Strategie in einem Arbeitspunkt dicht bei oder im Punkt seiner maximalen Leistung mit den Eingangsgrößen U_E und I_E betrieben.
Die Teilschaltung B stellt einen Tiefsetzsteller dar mit der Eigenschaft, dass eine hohe Spannung und ein niedriger Strom am Eingang in eine niedrigere Spannung und einen höheren Strom am Ausgang transformiert werden. Im idealen, verlustfreien Fall sind dabei die Eingangs- und Ausgangsleistung gleich groß, d. h., die Arbeitspunkte U_E und I_E sowie U_A und I_A liegen auf einer Leistungshyperbel (P = const.). Somit ergibt sich der Ausgangstrom I_A des Wandlers aus dem Schnittpunkt der Leistungshyperbel mit dem von außen eingeprägten Strom I_SG. Die sich einstellende Spannung U_A ist dabei niedriger als die Eingangsspannung U_E und auch kleiner als die Spannung U_MPP des nicht abgeschatteten Moduls.
Die Gesamtspannung der Reihenschaltung ergibt sich aus der Summe der MPP-Spannung U_MPP des nicht abgeschatteten Moduls und der Ausgangsspannung U_A der Anpassschaltung.
Die untere Grenzspannung U_Min kann auf verschiedene Art und Weise ermittelt werden.
Im einfachsten Fall ist es ein konstanter Wert, der sich für ein bestimmtes Modul aus den Datenblattangaben unter Berücksichtigung der Randparameter wie maximale zu erwartende Zelltemperatur ableiten lässt.
Eine bessere Annäherung an den tatsächlichen MPP des abgeschatteten Moduls ergibt sich durch eine Berücksichtigung der Modultemperatur T_Mod, mit welcher der Festspannungswert korrigiert werden kann.
Weiterhin kann aus den innerhalb der Anpassschaltung gemessen Spannungen, Strömen und der Temperatur über ein Modell oder ein Kennlinienfeld ein Wert für die Mindestspannung ermittelt werden.
Letztlich ist es möglich, den Punkt maximaler Leistung des abgeschatteten Moduls mit Hilfe bekannter MPP-Trackingverfahren zu ermitteln und die Grenzspannung U_Min, auf diesen Wert einzustellen.
Der Ausgangsstrom eines Tiefsetzstellers kann bei entsprechender Belastung des Ausgangs – im schlimmsten Fall bei einem Kurzschluss – sehr hohe Werte annehmen. Der Ausgangsstrom I_A wird daher erfasst und auf einen unschädlichen Maximalwert begrenzt, der z. B. dem 1,2-fachen des nominellen Kurzschluss-Stromes der Solarzellen entspricht.
Die oben beschriebene Regelung bewirkt weiterhin, dass die Modulspannung U_E auch bei extremer Belastung des Moduls nicht unter den vorgegebenen Grenzwert U_Min sinkt oder sich gar umkehrt. Die Zellen des Moduls sind daher bei einer Abschattung besser als bei konventionellen Bypass-Dioden geschützt. Die Anpassschaltung übernimmt somit zusätzlich die Funktion einer konventionellen Bypass-Diode.
Bei extremen Abschattungen kann der Fall auftreten, dass der Ausgangstrom des Tiefsetzstellers nicht mehr ausreichend ist, den Strangstrom zu übernehmen. Zur Verminderung der dann in dem Schalter S₂ und der Drosselspule L₁ auftretenden Wärmeentwicklung ist ein optionaler Bypass-Pfad mit D₂ resp. S₃ zwischen den Ausgangsklemmen 5, 6 vorgesehen. Der Schalter S₃ wird aktiviert, sobald entweder die Ausgangsspannung U_A negativ wird oder ein positiver Strom IS₃ fließt.
Die Schalter S₁ und S₂ und S₃ können weiterhin dazu genutzt werden, das Solarmodul bei der Installation oder Inspektion oder im Brandfalle über ein geeignetes Steuersignal nach außen hin spannungsfrei zu schalten. Hierdurch erhöht sich die Sicherheit der Anlage signifikant.
Das Steuersignal St kann entweder über eine zusätzliche Kommunikationsleitung 10 und einen Anschluss 9 an die Steuerung übergeben werden oder auch mittels bekannter Verfahren wie Powerline-Kommunikation oder auch per Funk.
Die Kommunikationsschnittstelle kannbidirektional ausgeführt sein zur Übertragung von Statussignalen der Anpassschaltung resp. des Moduls.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102008004675 B3 [0007, 0009, 0009, 0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”Cascaded DC-DC-Converter Connection of Photovoltaic Modules” von Walker und Sernia, IIEE Transactions an Power Electronics vol. 19, no 4, July 2004 [0005]

Claims

Anpassschaltung für in einem Stromkreis in Reihe geschaltete Solarzellen oder in Reihe geschaltete Gruppen von Solarzellen unter Verwendung eines Gleichspannungswandlers, wobei im Gleichspannungswandler (B) eine Schalteinrichtung (S₁) vorhanden ist, die zur Gleichspannungswandlung getaktet werden muss, wobei eine Steuerung (St) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (St) so ausgestaltet ist, dass bei der Taktung Verluste des Gleichspannungswandlers berücksichtigt werden.
Anpassschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Eingang (3, 4) des Gleichspannungswandlers (B) angeschlossene Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen (SM) in einem vorgegebenen Betriebsbereich oder Betriebspunkt betrieben werden kann.
Anpassschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (B) ein Hochsetzsteller und/oder ein Tiefsetzsteller ist.
Anpassschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (B) so betrieben werden kann, dass der an seinem Eingang angeschlossenen Solarzelle oder Gruppe von Solarzellen (SM) unter Berücksichtigung der Verluste des Gleichspannungswandlers (B) eine möglichst große Leistung entnommen werden kann.
Anpassschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strompfad (S₃, D₂) zum Überbrücken des Ausgangs (5, 6) des Gleichspannungswandlers (B) vorhanden ist.
Anpassschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad zusätzlich oder alternativ durch einen verlustarmen Pfad (S₂) innerhalb des Gleichspannungswandlers (B) realisierbar ist
Anpassschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (B) zur Abschaltung des Moduls (SM) durch ein Steuersignal geschaltet werden kann.
Anpassschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad (S₂, S₃) durch ein Steuersignal geschaltet werden kann.
Solargenerator aufweisend eine Reihenschaltung mehrerer Solarmodule, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Solarmodule (SM) mit einer Anpassschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist.
Solargenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer zu erwartenden Abschattung eine Auswahl von Solarmodulen (SM) mit einer Anpassschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgestattet ist.
Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers (B), der zur Anpassung des aus einer in einem Stromkreis in Reihe geschalteten Solarzelle oder einer in Reihe geschalteten Gruppe von Solarzellen (SM) fließenden Stroms dient, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ansteuerung einer im Gleichspannungswandler (B) vorhandenen, zur Gleichspannungswandlung zu taktenden Schalteinrichtung (S₁), Verluste des Gleichspannungswandlers (B) berücksichtigt werden.