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Der Gegenstand betrifft eine Photovoltaikmodulschutzvorrichtung sowie eine Photovoltaikanlage mit einer Schutzvorrichtung als auch Verfahren zum Schützen einer Photovoltaikanlage. Insbesondere wird die Vorrichtung zur Stromlosschaltung im Notfall, z. B. bei einem Brand, verwendet.
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Der Einsatz von Photovoltaikmodulen zur Erzeugung von Strom aus Sonnenenergie wird derzeit politisch gefördert. Aus diesem Grunde ist die Anzahl der privat installierten Photovoltaikmodule in den letzten Jahren stark gestiegen. Hausbesitzer können durch eine hohe Einspeisevergütung wirtschaftlich selbst kleinste Photovoltaikanlagen betreiben, bei denen vier, sechs, acht oder mehr Photovoltaikmodule miteinander verbunden sind. Ein Photovoltaikmodul ist in der Regel ein Panel aus einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Photovoltaikzellen. Jede der Zellen erzeugt bei Lichteinstrahlung elektrische Energie.
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Auch kleine, mittlere und große Betriebe installieren auf Werkhallen und Bürogebäuden vermehrt Photovoltaikanlagen, bei denen auch mehr als zehn Photovoltaikmodule miteinander elektrisch verbunden werden, um elektrische Energie aus Sonnenenergie zu gewinnen und in das Stromnetz einzuspeisen.
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Solche Photovoltaikanlagen werden in der Regel an Hausfassaden und auf Hausdächern installiert. Die Module werden elektrisch in Reihe geschaltet und liefern Ströme von mehreren Ampere bei Spannungen von über 15 V. Sind sie in Reihe geschaltet, können Ausgangsspannungen von über 100 V leicht erreicht werden. Die Energie wird über ein Kabel zu einem Wechselrichter geleitet, der den elektrischen Strom in das Energieversorgungsnetz einspeist. Die auftretenden Ströme und Spannungen sind im Normalfall leicht zu beherrschen. Es besteht für die Benutzer in der Regel keine Gefährdung durch die hohen Ströme und hohen Spannungen an den Photovoltaikmodulen.
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Insbesondere im Fall eines Feuers können Photovoltaikanlagen jedoch eine ernstzunehmende Gefahr für Feuerwehrleute darstellen. Bei einem Versuch die Photovoltaikanlagen manuell abzuschalten, kann es zu elektrischen Überschlägen kommen. Auch kann durch fließendes Löschwasser ein Kurzschluss entstehen. Ferner kann es dazu kommen, dass die Feuerwehr versuchen muss, über das Dach eine Person zu retten und dabei dürfen die Photovoltaikmodule keine Gefahr durch elektrische Schläge darstellen.
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Aus diesem Grunde lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikmodulschutzvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen zur Verfügung zu stellen, welche auch im Notfall elektrisch gesichert sind.
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Diese Aufgabe wird gegenständlich gemäß einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass die Trenneinrichtung in Wirkverbindung mit einer eine Auslösebedingung bestimmenden Sensoreinrichtung ist, wobei die Trenneinrichtung, die zumindest zwei Photovoltaikmodule beim Vorliegen der Auslösebedingung elektrisch voneinander trennt.
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Die Sensoreinrichtung kann dabei beispielsweise manuell, per Funk oder durch Umweltbedingungen angesteuert werden.
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Es ist erkannt worden, dass mittels einer Sensoreinrichtung ein Notfall sensiert werden kann. Tritt ein solcher Notfall ein, kann die Auslösebedingung durch die Sensoreinrichtung bestimmt werden, was zur Folge hat, dass die Trenneinrichtung die Photovoltaikmodule elektrisch voneinander trennt. Jedes einzelne Photovoltaikmodul erzeugt an seinen Ausgängen eine elektrische Spannung von weniger als 30 V, so dass von einem einzigen Photovoltaikmodul keine Gefahr eines elektrischen Schlags ausgeht.
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Beispielsweise in Folge eines Feuers oder eines sonstigen Ereignisses wird von der Sensoreinrichtung die Auslösebedingung bestimmt. Infolgedessen übermittelt die Sensoreinrichtung ein Auslösesignal an die Trenneinrichtung, bevorzugt mittels eines elektrischen Impulses. Hierzu stehen Trenneinrichtung und Sensoreinrichtung in Wirkverbindung miteinander. Sobald die Trenneinrichtung das Auslösesignal empfangen hat, trennt sie die Photovoltaikmodule elektrisch voneinander.
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Insbesondere kann die Trenneinrichtung in einer Anschlusseinrichtung vorgesehen sein. Eine Anschlusseinrichtung kann eine elektrische Verbindung zwischen zwei Photovoltaikmodulen sein. Auch ist es möglich, dass die Anschlusseinrichtung ein für den elektrischen Anschluss zweier Photovoltaikmodule miteinander vorgesehener Stecker oder eine sonstige Steckeinrichtung ist. Auch kann eine Anschlusseinrichtung in einem Photovoltaikmodul verbaut sein, sowie außerhalb des Photovoltaikmoduls angeordnet sein.
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Beim Vorliegen der Auslösebedingung werden die Photovoltaikmodule elektrisch voneinander getrennt, insbesondere werden die Stecker, Lötstellen oder die sonstigen Verbindungseinrichtungen der Photovoltaikmodule voneinander getrennt. Um zu verhindern, dass Löschwasser eine Rekontaktierung der Stecker oder Steckeinrichtungen der Photovoltaikmodule bewirkt, wird auch vorgeschlagen, dass die Verbindungsleitungen zwischen den Photovoltaikmodulen als auch die Stecker oder die Steckeinrichtungen isoliert sind. Die Isolation ist derart, dass selbst bei einer Trennung der Stecker oder Steckeinrichtungen die Isolierung bestehen bleibt. Insbesondere kann ein Faltbalg oder eine sonstige elastische Isolierung zwischen den Steckern und den Anschlusskabeln vorgesehen sein, so dass sobald ein Stecker von einem Photovoltaikmodul elektrisch gelöst wird, sich die Isolierung zusammen mit dem Kabel von dem Stecker fortbewegt, jedoch die Isolierung bestehen bleibt. Insbesondere kann ein solcher Faltbalg sich im Auslösefall ausdehnen und zusammen mit dem Kabel bewegt werden, ohne dass die Isolation aufgelöst wird.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Trenneinrichtung eine pyrotechnische Trenneinrichtung ist, derart, dass durch eine pyrotechnische Reaktion die elektrische Verbindung zwischen den Photovoltaikmodulen trennbar ist. Pyrotechnische Trenneinrichtungen sind hinlänglich bekannt. Bei pyrotechnischen Trenneinrichtungen löst ein elektrischer Impuls eine pyrotechnisch Reaktion aus, infolgedessen ein hoher Gasdruck in einem Zündraum entsteht, der dazu führt, dass ein Bolzen aus einer Hülse gedrückt wird, oder eine elektrische Verbindung durchtrennt wird, oder in sonstiger Weise eine elektrische Verbindung unterbrochen wird. Pyrotechnische Trenneinrichtungen zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Lebensdauer und sichere Auslösung aus. Dies ist insbesondere bei der vorliegenden Anwendung notwendig, da im Notfall die Photovoltaikmodule sicher elektrisch voneinander getrennt werden müssen.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die pyrotechnische Trenneinrichtung beim Vorliegen der Auslösebedingung zündet. Das bedeutet, dass beim Vorliegen der Auslösebedingung ein elektrischer Impuls an der Trenneinrichtung vorliegt, der ausreichend groß ist, dass Treibmittel in der pyrotechnischen Trenneinrichtung zu zünden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung ein Temperatursensor, ein Gassensor, ein Rauschsensor und/oder ein Funkempfänger ist. Ein Temperatursensor kann beispielsweise unmittelbar an einem Photovoltaikmodul angeordnet sein, oder auch für eine Vielzahl von Photovoltaikmodulen an einer exponierten Stelle angeordnet sein. Ein Temperatursensor kann dazu ausgelegt sein, eine erhöhte Temperatur zu detektieren, die auf einen Notfall schließen lässt und infolgedessen die Auslösebedingung bestimmt wird. Sind die Photovoltaikmodule beispielsweise auf Dächern angeordnet, so kommt es im Sommer aufgrund der starken Sonneneinstrahlung bereits zu sehr hohen Temperaturen. Temperaturen von über 80°C sind durchaus möglich. Aus diesem Grunde ist der Temperatursensor bevorzugt dazu ausgelegt, eine Auslösebedingung erst zu bestimmen, wenn die Temperatur über der durch die Sonneneinstrahlung erreichbare Temperatur liegt. Insbesondere kann die Auslösebedingung bei einem gegenständlichen Temperatursensor bei über 80°C, bevorzugt bei über 100°C, besonders bevorzugt bei über 150°C vorliegen.
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Ein Notfall kann auch beispielsweise mittels eines Gassensors detektiert werden. Insbesondere im Fall eines Feuers kann ein Gassensor das Feuer detektieren, da Rauchgase entstehen, die mittels des Gassensors detektierbar sind. Somit kann der Gassensor dazu ausgelegt sein, die durch ein Feuer erzeugten Gase zu detektieren und bei einer vorliegenden Detektion die Auslösebedingung zu bestimmen.
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Auch ist es möglich, dass die Sensoreinrichtung ein Rauchsensor ist. Ein Rauchsensor kann den durch das Feuer erzeugten Rauch detektieren und die Auslösebedingung bestimmen.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass die Sensoreinrichtung ein Funkempfänger ist. Insbesondere kann in diesem Fall über einen Funksender ein Auslösesignal bestimmt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass der Funkempfänger und entsprechende Funksender verschlüsselt miteinander kommunizieren und nur berechtigte Personen den Funksender auslösen können. Beispielsweise kann die Auslösung über einen PIN-Code gesichert sein. Auch kann die Auslösung über biometrische Merkmale gesichert sein. In diesem Fall kann beispielsweise in Feuerwehrfahrzeugen ein Funksender installiert werden, der nur von autorisierten Feuerwehrleuten ausgelöst werden kann. Sobald die Feuerwehrleute ein Haus erreichen, an dem Photovoltaikmodule installiert sind und bei dem ein Brand zu löschen ist, kann der Funksender an den Funkempfänger das Auslösesignal senden und die Photovoltaikmodule werden ausgelöst durch eine Aktion der Feuerwehrleute voneinander elektrisch getrennt.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass eine Mehrzahl von Trenneinrichtungen elektrisch parallel oder in Reihe zu einer Sensoreinrichtung geschaltet sind. Das bedeutet, dass nicht für jede Trenneinrichtung eine eigene Sensoreinrichtung vorliegen muss, sondern dass es ausreichen kann, eine gemeinsame Sensoreinrichtung für eine Mehrzahl von Trenneinrichtungen vorzusehen. Das Auslösesignal kann über die elektrische Leitung von der Sensoreinrichtung zu der Trenneinrichtung geleitet werden. Hierzu kann die Sensoreinrichtung elektrisch parallel oder in Reihe zu der Trenneinrichtung geschaltet sein. Bevorzugt ist jedoch eine parallele Schaltung.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Photovoltaikmodule auf einem Hausdach montierbare Dachmodule oder an einer Hausfassade montierbare Photovoltaikmodule sind. Insbesondere bei an Häusern installierten Photovoltaikmodulen tritt die Gefahr des elektrischen Schlags bei einem Brand häufig auf, so dass gerade solche Photovoltaikmodule gegenständlich geschützt werden müssen.
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Ein weiterer Aspekt ist eine Photovoltaikmodulschutzvorrichtung mit einer zumindest zwei Photovoltaikmodule elektrisch miteinander verbindenden Anschlusseinrichtung und einer Schutzeinrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schutzeinrichtung in Wirkverbindung mit einer Auslösebedingung bestimmenden Sensoreinrichtung ist, wobei die Schutzeinrichtung die Erzeugung von elektrischer Energie durch das Photovoltaikmodul beim Vorliegen der Auslösebedingung unterbindet. Auch kann die Schutzeinrichtung die Bestromung durch die Photovoltaikmodule beim Vorliegen der Auslösebedingung unterbinden. Auch bei dieser Lösung steht die Idee im Vordergrund, die elektrische Ausgangsspannung an den Photovoltaikmodulen zu minimieren. Dies wird bei dieser Lösung dadurch gewährleistet, dass beim Vorliegen der Auslösebedingung die Photovoltaikmodule keine elektrische Energie mehr erzeugen. Um zu verhindern, dass die Photovoltaikmodule keine elektrische Energie mehr erzeugen, sind verschiedenste Maßnahmen denkbar. Zum Einen kann dafür gesorgt werden, dass die Photovoltaikmodule keinem Licht mehr ausgesetzt sind, so dass die Photozellen in den Photovoltaikmodulen keine elektrische Energie mehr erzeugen können. Auch ist es denkbar, dass die Photozellen innerhalb der Photovoltaikmodule mechanisch zerstört werden. Auch ist es möglich, dass die einzelnen Photozellen untereinander elektrisch voneinander getrennt werden, so dass am Ausgang eines Photovoltaikmoduls selbst bei Lichteinstrahlung keine elektrische Spannung mehr anliegt.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung das Photovoltaikmodul beim Vorliegen der Auslösebedingung vor Lichteinstrahlung schützt.
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Sind die Photovoltaikmodule abgeschattet, so produzieren sie keinen Strom mehr und die Ausgangsspannung an den Modulen bzw. der gesamten Anlage reduziert sich signifikant. Somit wird anders als zuvor beschrieben, keine elektrische Verbindung zwischen den Photovoltaikmodulen getrennt, sondern jedes einzelne Photovoltaikmodul wird derart abgeschattet, dass die an seinen Anschlüssen anliegende Ausgangsspannung zusammenbricht und bevorzugt weniger als 10 V besonders bevorzugt weniger als 5 V, besonders bevorzugt weniger als 2 V beträgt.
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Eine Abschattung kann gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiels beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Schutzeinrichtung das Photovoltaikmodul beim Vorliegen der Auslösebedingung mechanisch abdeckt. Eine mechanische Abdeckung kann beispielsweise durch Aufbringen eines Sonnenschutzes auf das Photovoltaikmodul erfolgen. Auch kann ein Farbstoff auf die Photovoltaikmodule aufgebracht werden. Auch ist es denkbar, dass die Photovoltaikmodule mit einem Absorbermaterial befüllt werden. Ein Absorbermaterial kann insbesondere ein UV-Licht absorbierendes Material sein. Besonders bevorzugt kann das Absorbermaterial ein schäumendes Material sein, mit dessen Hilfe das Photovoltaikmodul ausgeschäumt wird, so dass die Photozellen abgeschattet werden. Das Material kann beispielsweise bei Kontakt mit Luft oder Luftfeuchtigkeit aufschäumen, so dass es im Normalfall in einem kleinen Behälter gelagert werden kann und im Falle der Auslösung ausgebracht wird und dann sein Volumen vervielfacht, so dass eine gute Abdeckung der Photovoltaikmodule gewährleistet ist.
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Die Merkmale der beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale der abhängigen Ansprüche unter Umgehung der Merkmale der unabhängigen Ansprüche in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung zumindest die Photozellen des Photovoltaikmoduls beim Vorliegen der Auslösebedingung mechanisch zerstört. Hierzu kann durch mechanische Krafteinwirkung die Struktur der Photozellen derart verändert werden, dass diese keinen elektrischen Strom mehr erzeugen können. Durch die mechanische Zerstörung wird verhindert, dass die Photozellen weiterhin elektrische Energie bei Lichteinstrahlung erzeugen, so dass an den Ausgängen der Photovoltaikmodule keine elektrische Spannung mehr anliegt.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung eine pyrotechnische Schutzeinrichtung ist, derart, dass durch eine pyrotechnische Reaktion zumindest die Photozellen des Photovoltaikmoduls zerstörbar sind. Beispielsweise kann die pyrotechnische Schutzeinrichtung durch die Sensoreinrichtung aktiviert werden und die Pyrotechnik gezündet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass durch Zünden der Pyrotechnik Bolzen in Richtung der Photozellen beschleunigt werden, derart, dass diese die Photozellen zerstören. Insbesondere ist vorgeschlagen, dass die pyrotechnische Schutzeinrichtung aus einer Vielzahl von pyrotechnischen Sprengladungen besteht, welche beispielsweise an der Rückwand eines Photovoltaikmoduls angeordnet werden können, wobei die jeweiligen pyrotechnischen Ladungen unmittelbar hinter den Photozellen angeordnet sind. Die pyrotechnischen Ladungen können gemeinsam durch die Sensoreinrichtung gezündet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die pyrotechnischen Ladungen Bolzen derart beschleunigen, dass diese von hinten die Photozellen zerstören und durch das Photovoltaikmodul hindurch beschleunigt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass eine solche Schutzeinrichtung als Nachrüstsatz an einem Photovoltaikmodul angeordnet werden kann. Beispielsweise ist es möglich, dass eine solche Schutzeinrichtung an die Rückseite eines Photovoltaikmoduls geklemmt oder geschraubt wird. Somit können auch bestehende Photovoltaikanlagen geschützt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung beim Vorliegen der Auslösebedingung einen Strom in das Photovoltaikmodul derart einkoppelt, dass elektrische Verbindungen zwischen den Photozellen in dem Photovoltaikmodul zerstört werden. So ist es beispielweise möglich, dass beim Vorliegen der Auslösebedingungen durch die Sensoreinrichtung die Schutzeinrichtung derart angesteuert wird, dass diese in die Photovoltaikmodule einen Strom einkoppelt. Der Strom kann dabei beispielsweise mehrere Ampere über den für den Betrieb der Photovoltaikmodule zulässigen Strom liegen. Ist der eingekoppelte Strom hoch (höher als der durch die Zellen/Module bei Lichteinstrahlung selbst erzeugte Strom), so kann an den Verbindungsstellen zwischen den Photozellen, die in der Regel den höchsten elektrischen Widerstand haben, eine erhöhte Temperatur auftreten. Durch die Temperaturerhöhung ist es beispielsweise möglich, dass die elektrischen Verbindungen, die bevorzugt Lötverbindungen sind, aufgeschmolzen werden, derart, dass die elektrischen Verbindungen zwischen den Photozellen getrennt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen, dass die Schutzeinrichtung eine an der Rückwand eines Photovoltaikmoduls angeordnete Sprengeinrichtung ist. Wie bereits zuvor erwähnt, kann die Schutzeinrichtung an der Rückseite der Photovoltaikmodule angeordnet sein. Die Sprengeinrichtung kann mehrere Sprengladungen aufweisen, die unmittelbar hinter den einzelnen Photozellen angeordnet sind.
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Ein weiterer Aspekt, der ebenfalls die Idee des Schutzes von Feuerwehrleuten verfolgt, ist eine Photovoltaikmodulschutzvorrichtung mit einer zumindest ein Photovoltaikmodul elektrisch mit einem Leitungsenergieversorgungsnetz verbindenden Anschlusseinrichtung und eine in der Anschlusseinrichtung angeordnete Trenneinrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Trenneinrichtung in Wirkverbindung mit einer eine Auslösebedingung bestimmenden Sensoreinrichtung ist, wobei die Trenneinrichtung das Photovoltaikmodul beim Vorliegen der Auslösebedingung von dem Energieversorgungsnetz elektrisch trennt. Wie bereits eingangs beschrieben, sind die Photovoltaikmodule über einen Wechselrichter mit dem Energieversorgungsnetz gekoppelt. Im Fall eines Brandes in einem Haus kann nicht garantiert werden, dass nicht über den Wechselrichter eine Rückkoppelung des Energieversorgungsnetzes in Richtung der Photovoltaikmodule stattfindet. Das bedeutet, dass im Notfall eventuell an den Anschlüssen der Photovoltaikmodule eine Spannung von 380 V anliegt. Um das zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass das Photovoltaikmodul von dem Energieversorgungsnetz durch die Trenneinrichtung elektrisch getrennt wird. Die Trenneinrichtung kann beispielsweise im Keller oder am Dach im Bereich des Anschlusses der Photovoltaikanlage angeordnet sein und somit sicherstellen, dass Feuerwehrleute nicht in Kontakt mit dem Energieversorgungsnetz gelangen.
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Ein weiterer Aspekt ist eine Photovoltaikanlage mit einer der zuvor beschriebenen Photovoltaikmodulschutzvorrichtungen.
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Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Schützen einer Photovoltaikanlage vor elektrischen Kurzschlüssen bei dem durch eine Sensoreinrichtung eine Auslösebedingung bestimmt wird und bei dem in Abhängigkeit der Auslösebedingung zumindest zwei Photovoltaikmodule elektrisch voneinander getrennt werden.
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Darüber hinaus ist ein weiterer Aspekt ein Verfahren zum Schützen einer Photovoltaikanlage vor elektrischen Kurzschlüssen, bei dem durch eine Sensoreinrichtung eine Auslösebedingung bestimmt wird und bei dem in Abhängigkeit der Auslösebedingung zumindest die Erzeugung von elektrischer Energie durch das Photovoltaikmodul mechanisch unterbunden wird. Darüber hinaus ist ein weiterer Aspekt ein Verfahren zum Schützen einer Photovoltaikanlage vor elektrischen Kurzschlüssen, bei dem durch eine Sensoreinrichtung eine Auslösebedingung bestimmt wird und bei dem in Abhängigkeit der Auslösebedingung zumindest ein Photovoltaikmodul elektrisch von einem Energieversorgungsnetz getrennt wird.
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Die Auslösebedingung ist besonders bevorzugt ein Feuer.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Photovoltaikanlage;
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2 schematisch eine Anschlusseinrichtung;
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3 ein Photovoltaikmodul mit einer Anschlussvorrichtung und einer Schutzeinrichtung im inaktiven Zustand;
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3b ein Photovoltaikmodul bei einer aktivierten Schutzeinrichtung;
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4 eine schematische Ansicht einer Photovoltaikschutzvorrichtung mit Trenneinrichtung und Schutzeinrichtung;
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5a eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Photovoltaikschutzvorrichtung im inaktiven Zustand;
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5b die Photovoltaikschutzvorrichtung nach 5a im ausgelösten Zustand.
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1 zeigt eine Photovoltaikanlage 2 mit einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen 4. Die Photovoltaikmodule 4 sind elektrisch in Reihe geschaltet und erzeugen an einem Ausgang 8 eine Spannung abhängig von der Intensität der Sonneneinstrahlung.
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Jedes einzelne Photovoltaikmodul 4 ist mit einer Anschlusseinrichtung 6 ausgestattet. Die Anschlusseinrichtung 6 verbindet einen internen Ausgang 14, der mit den Photozellen verbunden ist mit einem externen Ausgang 16. Der externe Ausgang 16 ist jeweils mit einem nicht dargestellten Eingang des nächsten Photovoltaikmoduls 4 verbunden.
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Ferner ist die Photovoltaikanlage 2 mit einer Sensoreinrichtung 10 ausgestattet, welche über elektrische Leitungen 12 mit den jeweiligen Anschlusseinrichtungen 6 verbunden ist. Wie nachfolgend gezeigt werden wird, weist jede der Anschlusseinrichtungen 6 eine Trenneinrichtung 20 oder eine Schutzeinrichtung 22 auf.
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Wie zu erkennen ist, sind die Photovoltaikmodule 4 elektrisch in Reihe miteinander geschaltet. Das bedeutet, dass die jeweiligen Ausgangsspannungen der Photovoltaikmodule 4 zueinander addiert werden, so dass am Ausgang 8 eine hohe Spannung anliegt. Zwischen den Photovoltaikmodulen 4 fließt über die Leitungen 16 ein hoher Strom, der abhängig von der Intensität der Sonneneinstrahlung ist. Sowohl die hohe Ausgangsspannung als auch der hohe Strom stellt eine Gefahr insbesondere für Feuerwehrleute dar, wenn sie einen Hausbrand löschen und gegebenenfalls im Bereich der Photovoltaikmodule Löschwasser ausbringen müssen. Um diese Gefahr zu minimieren, weisen die Photovoltaikmodule 4 Anschlusseinrichtungen 6 auf, wie sie nachfolgend gezeigt werden.
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2 zeigt eine Anschlusseinrichtung 6, bei der ein interner Ausgang 14 über eine Trenneinrichtung 20 mit einem externen Ausgang 16 verbunden ist. Ferner ist in der Anschlusseinrichtung 6 die elektrische Leitung 12 von der Sensoreinrichtung 10 mit einer Auswerteschaltung 18 verbunden. Die Auswerteschaltung 18 steuert die Trenneinrichtung 20 an.
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Im Fall eines Brandes kann die Sensoreinrichtung 10, welche beispielsweise ein Rauchsensor ist, die Auslösebedingung bestimmen und einen Steuerimpuls über die Leitung 12 an die Auswerteschaltung 18 übermitteln. Die Auswerteschaltung 18 wählt den Steuerimpuls aus und beim Vorliegen eines gültigen Steuerimpulses löst die Auswerteschaltung 18 die Trenneinrichtung 20 aus, derart, dass die Trenneinrichtung 20 die elektrischen Leitungen 14 und 16 elektrisch voneinander trennt.
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Besonders bevorzugt ist, wenn die Trenneinrichtung eine pyrotechnische Trenneinrichtung ist. In diesem Fall wird in der Trenneinrichtung 20 beim Vorliegen des Steuerimpulses eine pyrotechnische Treibladung gezündet, die dazu führt, dass die Leitungen 14 und 16 elektrisch voneinander getrennt werden. Eine pyrotechnische Trenneinrichtung kann beispielsweise mit einem Kolben und einer Hülse ausgestattet sein, bei der der Kolben aus der Hülse geschossen wird, sobald die Auslösebedingung vorliegt. Andere pyrotechnische Trenneinrichtungen sind ebenfalls möglich.
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3a zeigt ein Photovoltaikmodul mit einer Anschlusseinrichtung 6, bei der in der Anschlusseinrichtung 6 keine Trenneinrichtung 20, sondern eine Schutzeinrichtung 22 angeordnet ist. In der 3a ist die Schutzeinrichtung 22 nicht aktiviert, und Sonnenlicht kann ungehindert auf das Photovoltaikmodul 4 bzw. die darin angeordneten Photozellen treffen.
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Im Auslösefall wird über die Steuerleitung 12 eine Auslösebedingung bzw. ein Steuerimpuls an die Anschlusseinrichtung 6 respektive die Schutzeinrichtung 22 übermittelt. Beim Vorliegen einer gültigen Auslösebedingung wird die Schutzeinrichtung 22 aktiviert, wie in 3b gezeigt. Bei der Aktivierung der Schutzeinrichtung 22 wird ein Schaum in das Photovoltaikmodul 4 bzw. auf dessen Oberfläche aufgeschäumt. Der Schaum dehnt sich aus und bedeckt in der Folge große Teile des Photovoltaikmoduls 4. Dadurch, dass das Photovoltaikmodul 4 durch den Schaum bedeckt ist, kann kein Sonnenlicht mehr an die Photozellen gelangen, so dass an den Ausgängen des Photovoltaikmoduls 4 keine Spannung mehr anliegt.
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4 zeigt ein Photovoltaikmodul 4 mit einer Vielzahl von Photozellen 24. Die Photozellen sind die eigentlichen Energieerzeuger, die in der Regel aus Silicium hergestellt sind und an Halbleiterübergängen bei Lichteinstrahlung Strom erzeugen. Die einzelnen Photozellen 24 sind über elektrische Verbindungen an Anschlusspunkten 26 elektrisch miteinander verbunden. Die Photozellen 24 des Photovoltaikmoduls 4 sind derart miteinander verschaltet, dass an einem Ausgang 16 eine hohe Spannung anliegt.
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4 zeigt eine Schutzeinrichtung 22 sowie eine Trenneinrichtung 20 als auch eine Sensoreinrichtung 10.
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Die in 4 gezeigte Schutzeinrichtung 22 ist dergestalt, dass diese beim Vorliegen einer Auslösebedingung von der Sensoreinrichtung 10 angesteuert wird und einen Strom über den Ausgang derart in das Photovoltaikmodul 4 einkoppelt, dass an den Verbindungspunkten 26 der Photozellen 24 eine hohe Verlustleistung auftritt, derart, dass die Verbindungspunkte 26 aufgeschmolzen werden. So ist es beispielsweise möglich, durch Einkoppeln eines sehr hohen Stroms die Verlustleistung an den Verbindungspunkten 26 derart hochzutreiben, dass die Temperatur der Verbindungspunkte 26 über den Schmelzpunkt des Lotmaterials treibt. In der Folge schmelzen die Lötpunkte an den Verbindungspunkten 26 auf und die elektrischen Verbindungen zwischen den Photozellen 24 werden aufgetrennt, so dass selbst bei Lichteinfall am Ausgang 16 keine Spannung mehr anliegt.
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Eine weitere Möglichkeit des Schutzes der Photovoltaikmodule 4 besteht darin, dass im Auslösefall die Sensoreinrichtung 10 die Trenneinrichtung 20 ansteuert. Die Trenneinrichtung 20 ist in der 4 dergestalt, dass diese bei der Auslösebedingung das Energieversorgungsnetz 28 von dem Photovoltaikmodul elektrisch trennt. Somit ist sichergestellt, dass keine elektrische Einkoppelung aus dem Energieversorgungsnetz 28 zu einer Gefahr für ein Feuerwehrmann werden kann.
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5 zeigt eine Schnittansicht durch ein in 4 gezeigtes Photovoltaikmodul. Zu erkennen ist, dass die Photozellen 24 an der einen Oberfläche des Photovoltaikmoduls 4 angeordnet sind. Auf der Unterseite des Photovoltaikmoduls 4 können Schutzeinrichtungen 22, die in der 5a als pyrotechnische Schutzeinrichtungen 22 ausgestaltet sind, angeordnet sein. Die Schutzeinrichtungen 22 können beispielsweise unmittelbar unterhalb der jeweiligen Photozellen 24 angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Schutzeinrichtung 22 unmittelbar unterhalb der elektrischen Verbindungen zwischen den Photozellen 24 angeordnet sind. Die pyrotechnischen Schutzeinrichtungen 22 weisen Pyrotechnik auf, die dazu geeignet ist, die Photozellen 24 im Auslösefall zu zerstören. Der Auslösefall wird durch eine Sensoreinrichtung 10 bestimmt, woraufhin die Sensoreinrichtung 10 einen Zündimpuls an die Schutzeinrichtungen 22 übermittelt.
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5b zeigt die Schutzvorrichtung gemäß der 5a im ausgelösten Zustand. Von der Sensoreinrichtung 10 wurden Zündimpulse an die Schutzeinrichtung 22 übermittelt, die daraufhin gezündet wurden. Die freigesetzte Energie führt dazu, dass die Photozellen 24 des Photovoltaikmoduls 4 mechanisch zerstört werden. Durch die mechanische Zerstörung der Photozellen 24 wird erreicht, dass diese keine elektrische Energie mehr erzeugen und somit eine Sicherheit für Feuerwehrleute gewährleistet ist.
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Mittels der gegenständlichen Photovoltaikmodulschutzvorrichtung ist es möglich, die an Photovoltaikmodulen anliegenden hohen Spannungen im Notfall sicher abschalten zu können.
