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Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage, eine Sicherheitsvorrichtung für eine Photovoltaikanlage und eine Schutzeinheit für ein Photovoltaikmodul.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Photovoltaikanlage umfasst üblicherweise mindestens ein Photovoltaikmodul, Verkabelung und mindestens eine Wechselrichtereinrichtung.
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Photovoltaikmodule werden im Regelfall aus Photovoltaik-Zellen gefertigt. Diese Photovoltaik-Zellen werden in mehreren Untersträngen zusammengefasst, wobei jeder Unterstrang mit einer Freilaufdiode gesichert ist. Die Unterstränge werden mittels Freilaufdioden abgesichert und innerhalb eines Photovoltaikmoduls seriell miteinander verschaltet. Photovoltaik-Zellen generieren sobald sie von Licht beschienen werden eine elektrische Spannung und einen elektrischen Strom. Werden an einem Photovoltaikmodul nicht alle Zellen von Licht beschienen, so kann an jenen Zellen ein Rückstrom fließen und keine Energie an das System abgegeben werden, deshalb werden über die Freilaufdioden diese Zellen überbrückt.
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Die einzelnen Photovoltaikmodule werden im Allgemeinen in Serie, die auch als String bezeichnet werden, miteinander verschaltet, um die geeignete Spannung für die Wechselrichter zu erhalten, über die dann eine Netzeinspeisung erfolgt.
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Photovoltaikmodule generieren sobald sie von Licht beschienen werden eine definierte Spannung und Strom. Dies lässt sich nicht gesteuert kontrollieren oder abschalten. Dies kann zu immensen Gefahren durch die entstehende Hochspannung (bis 1000 V Gleichspannung) bei serieller Verschaltung der Module bei Montage, Wartungs- und Servicearbeiten sowie bei außerordentlichen Gefahrensituationen wie eines Brandes, Abschalten des Netzes etc. führen.
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Ein Abtrennen der einzelnen String-Leitungen, wie in 1 gezeigt vom Wechselrichter 4 (in 1 vom DC-Schalter 5), verhindert zwar die weitere Einspeisung von Energie in das Energienetz, aber die Hochspannung an den beiden Leitungsenden des Strings liegt weiterhin an und kann weiterhin zu erheblichen Gefahren führen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Gefahrenpotenzials an einer bekannten Photovoltaikanlage. Durch die bei einem Brand entstehenden Temperaturen und durch den Einsatz von Löschwasser können folgende Gefahrensituationen:
- – Erdschluss eines Leiters durch Abbrennen der Isolation,
- – Erdschluss eines Leiters durch Wasser an Klemmen oder Stecker,
- – Kurzschluss durch Wasser,
- – Kurzschluss an zwei Kabeln durch abgebrannte Isolation,
- – Hochohmiger Kurzschluss mit teilweiser Erdverbindung durch abgebrannte Isolation,
zu einem elektrischen Schluss über den Wasserstrahl auf den Feuerwehrmann kommen.
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In den Dokumenten
DE 10 2005 018 173 A1 und
DE 20 2007 001 648 U1 sind jeweils Vorrichtungen offenbart, die aktiv Gruppen von Photovoltaikmodulen oder ganze Strings von Photovoltaikmodulen von den Leitungen abtrennt. Mit dieser aktiven Abtrennung liegt an den Enden des entsprechenden Strings jedoch weiterhin noch Hochspannung an. Ferner, bei Unterbrechung oder Defekt der entsprechenden Steuerung kann die Gefahrensituation nicht abgestellt werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, neue Sicherheitstechnologien für eine Photovoltaikanlage anzugeben, mit denen die Betriebssicherheit verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Photovoltaikanlage nach dem unabhängigen Anspruch 1, eine Sicherheitsvorrichtung für eine Photovoltaikanlage nach dem unabhängigen Anspruch 9 sowie eine Schutzeinheit für ein Photovoltaikmodul nach dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung ist eine Photovoltaikanlage mit den folgenden Merkmalen geschaffen:
- – wenigstens einem Photovoltaikmodul,
- – einer Wechselrichtereinrichtung, an welche wenigstens eine Photovoltaikmodul über einer elektrische Leitung angeschlossen ist,
- – einer Kontrolleinheit, die konfiguriert ist, ein Betriebssignal bereitzustellen, und
- – einer dem wenigstens einen Photovoltaikmodul zugeordneten Schutzeinheit, die an die elektrische Leitung koppelt und mit der Kontrolleinheit verbunden ist, derart, dass das von der Kotrolleinheit bereitgestellte Betriebssignal empfangen werden kann,
wobei die Schutzeinheit konfiguriert ist, die elektrische Leitung des wenigstens einen Photovoltaikmoduls zur Wechselrichtereinrichtung nur zu schließen, wenn das Betriebssignal durch die Schutzeinheit einer vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend empfangen wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Sicherheitsvorrichtung für eine Photovoltaikanlage mit einer Kontrolleinheit, die konfiguriert ist, ein Betriebssignal bereitzustellen, und einer Schutzeinheit geschaffen, wobei die Schutzeinheit mit einer Anschlusseinrichtung zum Koppeln in eine elektrische Leitung eines Photovoltaikmoduls mit einer Wechselrichtereinrichtung gebildet und konfiguriert ist, das von der Kotrolleinheit bereitgestellte Betriebssignal zu empfangen und die elektrische Leitung des Photovoltaikmoduls zur Wechselrichtereinrichtung nur zu schließen, wenn das Betriebssignal durch die Schutzeinheit einer vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend empfangen wird.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Schutzeinheit für ein Photovoltaikmodul mit einer Anschlusseinrichtung zum Koppeln in eine elektrische Leitung zwischen ein Photovoltaikmodul und eine Wechselrichtereinrichtung und einer Schalteinrichtung geschaffen, die konfiguriert ist, die elektrische Leitung des Photovoltaikmoduls zur Wechselrichtereinrichtung nur zu schließen, wenn ein von einer Kotrolleinheit bereitgestelltes Betriebssignal einer vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend empfangen wird.
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Mit der Erfindung sind Sicherheitstechnologien für eine selbstsichernde Photovoltaikanlage geschaffen, die vorsehen, dass ein Photovoltaikmodul mit Hilfe einer Schutzeinheit an die elektrische Leitung mit der zugeordneten Wechselrichtereinrichtung nur dann aktiv angeschlossen wird, wenn die Schutzeinheit einer vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend Betriebssignale von der Kontrolleinheit empfängt. Liegt ein Empfang von Betriebssignalen der vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend nicht vor, ist das Photovoltaikmodul mit Hilfe der Schutzeinheit von der elektrischen Verbindung zur Wechselrichtereinrichtung getrennt. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der aktiv bewirkte Anschluss des Photovoltaikmoduls unmittelbar beendet wird, wenn Betriebssignale nicht mehr empfangen werden. In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zunächst ein vorgegebener Zeitraum nach dem Empfang der letzten Betriebssignale abgewartet wird, bevor der Anschluss des Photovoltaikmoduls an die Wechselrichtereinrichtung tatsächlich beendet wird. Je nach Anwendungsfall wird eine vorgegebene aktive Ansteuerung festgelegt, welcher entsprechend dann der Betrieb der Schutzeinheit gesteuert wird. Beispielsweise kann die aktive Ansteuerung dahingehend festgelegt sein, dass Betriebssignale in festgelegten Zeitabständen empfangen werden müssen. Wird dann der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Betriebssignalen zu groß, wird das aktive Schließen der elektrischen Verbindung für das Photovoltaikmodul beendet.
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Die Übertragung der Betriebssignale von der Kontrolleinheit an die Schutzeinheit kann über eine kabelgebundene Verbindung oder eine drahtlose Verbindung erfolgen.
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Mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologien ist erreicht, dass das Photovoltaikmodul auf die Wechselrichtereinrichtung der Photovoltaikanlage nur geschaltet ist, wenn die dem Photovoltaikmodul zugeordnete Schutzeinheit die Betriebssignale der vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend empfängt, so dass hierauf der Anschluss des Photovoltaikmoduls an die Wechselrichtereinrichtung aktiv bewirkt ist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine den Betrieb erlaubende Spannungsversorgung der Schutzeinheit mit dem wenigstens einen Photovoltaikmodul gebildet ist. Bevorzugt ist die Spannungsversorgung für die Schutzeinheit ausschließlich mit Hilfe des wenigstens einen Photovoltaikmoduls gebildet. Liefert das Photovoltaikmodul keine Spannung, weil beispielsweise kein Sonnenlicht auf das Modul fällt, ist auch die Schutzeinheit nicht in Betrieb, was bedeutet, dass das Photovoltaikmodul von der elektrischen Verbindung zur Wechselrichtereinrichtung getrennt ist, da diese Verbindung von der Schutzeinheit nicht aktiv geschlossen werden kann.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit und die Schutzeinheit konfiguriert sind, das Betriebssignal über die elektrische Leitung zu übertragen. Auf diese Weise werden vorhandene Leitungen zur Übertragung des Betriebssignals genutzt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine den Betrieb erlaubende Spannungsversorgung der Kontrolleinheit getrennt von dem wenigstens einen Photovoltaikmodul gebildet ist. Bevorzugt erfolgt die Spannungsversorgung für die Kontrolleinheit aus einer von der Photovoltaikanlage getrennten Versorgungseinrichtung.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Kontrolleinheit wenigstens teilweise in die Wechselrichtereinrichtung integriert ist. Alternativ kann die Kontrolleinheit als vollständig von der Wechselrichtereinrichtung getrennte Geräteeinheit gebildet sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Photovoltaikmodul über einen DC-Trennschalter in der elektrischen Verbindung an die Wechselrichtereinrichtung angeschlossen ist, die Kontrolleinheit mit einem Wechselspannungssignalgenerator ausgeführt ist und die Kontrolleinheit zur Betriebssignaleinspeisung über Koppelelemente auf der zu dem wenigstens einen Photovoltaikmodul führenden Seite des DC-Trennschalters an die elektrische Leitung koppelt. Mit Hilfe des Wechselspannungssignalgenerators können zur Ansteuerung der Schutzeinheit ein oder mehrere Signalformen, ausgewählt aus zum Beispiel der folgenden Gruppe von Signalformen, bereitgestellt werden: Rechtecksignal, Sägezahnsignal und Sinussignal. Die Ankopplung der Schutzeinheit zur Betriebssignaleinspeisung kann mit Hilfe eines oder mehrerer Bauelemente aus der folgenden Gruppe von Bauelementen erfolgen: Kondensator, Spule und Übertrager. In einer Ausgestaltung erzeugt der Wechselspannungssignalgenerator ein kontinuierliches Betriebssignal, welches über die Koppelelemente auf die elektrische Leitung der Gleichspannung eingespeist wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Schutzeinheit mit einer ergänzenden Steuerungs- und Überwachungseinrichtung gebildet wird. Mit Hilfe der ergänzenden Steuerungs- und Überwachungseinrichtung ist eine erweiterte Schutzeinheit gebildet, die über eine reine Sicherheitsabschaltung hinaus eine oder mehrere zusätzliche Funktionalitäten bereitstellt. Hierzu können beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Funktionalitäten gehören: Spannungsmessung mit Hilfe einer Spannungsmesseinrichtung, Strommessung mit Hilfe einer Strommesseinrichtung und Messen einer Temperatur, beispielsweise der Umgebungstemperatur, mit Hilfe eines Temperatursensors. Die auf diese Weise gewonnenen Messdaten (System interne Messdaten der Photovoltaikanlage) können durch die Kontrolleinheit regelmäßig oder in unregelmäßigen Abständen abgerufen werden. Es kann vorgesehen sein, dass die abgerufenen Messdaten in der Kontrolleinheit verarbeitet werden, um in Abhängigkeit hiervon das Aussenden des Betriebssignals zu steuern. Alternativ oder ergänzend können bei dieser oder anderen Ausführungsformen in der Kontrolleinheit andere Sensorsignale (von außerhalb der Photovoltaikanlage) verarbeitet werden, um in Abhängigkeit hiervon das Aussenden des Betriebssignals zu steuern. Hierzu gehören beispielsweise Signale von einem Notausschalter, Rauchmelder oder einem Feueralarmschalter. Werden derartige Signale von der Kontrolleinheit empfangen, kann diese hierauf das Aussenden des Betriebssignals unterbrechen oder ganz beenden, wodurch schließlich das eine oder die mehreren Photovoltaikmodule von der Wechselrichtereinrichtung getrennt werden.
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In einer Ausgestaltung ist die Steuerungs- und Überwachungseinrichtung als eine Master-Slave-Konfiguration ausgeführt. Hierbei wird die Kontrolleinheit als Master und die Schutzeinheit als Slave ausgeführt.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Photovoltaikmodule mit einer ihnen zugeordneten Schutzeinheit verbunden und in einem String angeordnet sind, wobei die jeweilige Schutzeinheit konfiguriert ist, die elektrische Leitung der zugeordneten Photovoltaikmodule zur Wechselrichtereinrichtung nur zu schließen, wenn das Betriebssignal durch die jeweilige Schutzeinheit einer vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend von der Kontrolleinheit empfangen wird. In dieser Ausführung ist die Erfindung in der Lage, jeden einzelnen String in mehrere einzelne Spannungsinseln aufzuteilen, indem mehrere zusammen geschaltete Photovoltaikmodule jeweils mit einer Schutzeinheit verbunden werden. Diese Spannungsinseln sind dann nicht mehr miteinander elektrisch verbunden. Daher kann jede Spannungsinsel für sich auch bei Defekt einer Schutzeinheit keine gefährliche Spannung mehr am String entstehen lassen, die höher ist als die der Spannungsinsel. Auch bei einem plötzlichen Ausfall bzw. Defekt (z. B. Abschaltorgan wäre kurzgeschlossen) einzelner Schutzeinheiten ist die Wahrscheinlichkeit sehr gering, dass zwei nebeneinander liegende Schutzeinheiten gleichzeitig defekt sind und eine Stringspannung mit gefährlicher Höhe durch Zusammenschaltung mehrere Spannungsinseln anliegen könnte.
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Mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologien ist ein Verfahren zum Betreiben einer Sicherheitsvorrichtung in einer Photovoltaikanlage ermöglicht. Hierbei wird von der Kontrolleinheit ein Betriebssignal bereitgestellt, welches an eine oder mehrere Schutzeinheiten übertragen wird. In Abhängigkeit vom Empfang des Betriebssignals steuert die Schutzeinheit die Verbindung für ein jeweils zugeordnetes Photovoltaikmodul zur Wechselrichtereinrichtung der Photovoltaikanlage. Die elektrische Leitung ist nur dann aktiv mit Hilfe der Schutzeinheit geschlossen, wenn das Betriebssignal von der Schutzeinheit einer vorgegebenen aktiven Ansteuerung entsprechend empfangen wird. Andernfalls ist die Verbindung geöffnet, wodurch das Photovoltaikmodul von der Wechselrichtereinrichtung getrennt ist.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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2 eine schematische Darstellung einer Photovoltaikanlage, bei der mehreren Photovoltaikmodulen jeweils eine Schutzeinheit zugeordnet ist, welche von einer Kontrolleinheit Betriebssignale empfängt,
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3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Photovoltaikanlage in 2, bei der die Schutzeinheit mit einem Wechselspannungssignalgenerator gebildet ist, welcher über Koppelelemente angeschlossen ist,
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4 eine elektrische Schaltung für eine Schutzeinheit, die an ein Photovoltaikmodul gekoppelt ist,
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5 eine schematische Darstellung einer Schutzeinheit für ein Photovoltaikmodul und
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6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform für Kontrolleinheit und Schutzeinheit.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Photovoltaikanlage, bei der mehreren Photovoltaikmodulen 1 jeweils eine Schutzeinheit 2 zugeordnet ist, welche von einer Kontrolleinheit 3 Betriebssignale empfängt. Die Kontrolleinheit 3 erhält seine Energieversorgung über ein von der Photovoltaikanlage unabhängiges Energienetz. Ein Wechselrichter 4 ist über eine elektrische Leitung L mit den Photovoltaikmodulen 1 verbunden.
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Im aktiven Zustand der Photovoltaikanlage (PVA) sendet die Kontrolleinheit 3 ein Betriebsignal über die elektrische Leitung L an die Schutzeinheit 2. Durch dieses Betriebssignal wird bei Bestrahlung der Photovoltaikmodulen 1 der erzeugte Strom und Spannung auf die Leitung L freigeschaltet und dem Wechselrichter 4 zur Einspeisung ins Energienetz übertragen.
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Die Deaktivierung der Kontrolleinheit, ggf. als Master konfiguriert, kann von verschiedenen Rahmenbedingungen abhängig gemacht werden und über unterschiedliche Sensoren und Schalter erfolgen, zum Beispiel Not-Aus-Schalter, Feuerwehr-Abschaltung, Rauch- oder Feuermelder oder dergleichen. Hierbei wird immer das Prinzip der Selbstsicherung gewahrt, so dass eine Unterbrechung einer Leitung oder Signals immer das Abschalten der Anlage zur Folge hat.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Photovoltaikanlage in 2, bei der die Kontrolleinheit 3 mit einem Wechselspannungssignalgenerator gebildet ist, welcher über Koppelelemente 6 an die elektrische Leitung L angeschlossen ist. In die elektrische Leitung L integriert ist ein DC-Trennschalter 5.
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In einer Ausführung ist die Schutzeinheit 2 mit der in 4 gezeigten Schaltung gebildet. Über einen Power-MOSFET 7 wird im nicht angesteuerten Fall das Photovoltaikmodul 1 nicht durchgeschaltet, ist also getrennt von der elektrischen Leitung L. Das über die Kontrolleinheit 3 eingespeiste Wechselspannungssignal wird über einen hochohmigen Hochspannungswiderstand 11 und einen in Serie geschalteten Kondensator 13 zwischen den Ausgangspolen der dem Photovoltaikmodul 1 zugeordneten Schutzeinheit 2 abgegriffen. Mittels eines Kondensators 10 (C1) wird der Gleichspannungsanteil abgekoppelt. Das abgegriffene Signal wird über einen Operationsverstärker OP1 8 verstärkt und der Power-MOSFET 7 geschaltet. Über den Kondensator 9 (C2) wird der Power-MOSFET 7 während einer definierten Zeit weiterhin angesteuert, bis erneut das Signal der Kontrolleinheit 3 anliegt.
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In einer Ausführung kann vorgesehen sein, die Sicherheitsvorrichtung mit Schutzeinheit 2 und Kontrolleinheit 3 in einer bestehenden Anlage mit Photovoltaikmodulen nachzurüsten. In diesem Fall werden die vorhandenen Photovoltaikmodule 1 mit einer jeweiligen Schutzeinheit 2 verbunden. Hierbei werden Anschlusskabel 50, 51 des Photovoltaikmoduls 1 mit entsprechenden Gegenstücken der Schutzeinheit 2 und Ausgangskabel 52, 53 der Schutzeinheit 2 zu einem String verbunden (vgl. 5). Die Kontrolleinheit 3 wird vor dem Wechselrichter 4 an die elektrische Leitung L angeschlossen.
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In einer erweiterten Ausführung wird die Schutzeinheit 2 mit ergänzender Funktionalität ausgestattet, wie zum Beispiel Messen von System-internen Parameter der Photovoltaikanlage, wie Spannung, Strom oder Temperatur. Hierbei wird bevorzugt auch die Kommunikation über die elektrische Leitung L erweitert, da jetzt Sende- und Empfangssignale über die Leitungen übermittelt werden müssen. Ein möglicher Aufbau ist in 6 zu sehen. Die erweiterte Schutzeinheit ist wie die Ausführung mit ausschließlicher Schutzabschaltungsfunktion ein selbstsicherndes System, d. h. ohne aktiven Eingriff seitens des Prozessors sind die Photovoltaikmodule abgeschaltet und geben keine Energie ab.
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In einer Ausbildung umfasst die Kontrolleinheit 3 gemäß 6 einen Prozessor 20, der mit einem Empfänger 21 und einem Sender 22 verbunden ist. Der Sender 22 hat eine Schnittstelle zum Prozessor 20 und sendet je nach digitaler Signalansteuerung mit Hilfe eines Frequenzgenerators 23 über eine definierte Zeit ein Signal über die elektrische Leitung L. Dem Empfänger 21 des Prozessors 20 vorgeschaltet ist ein Filter 25, der die vom Sender 22 gesendeten Signale unterdrückt und die von der Schutzeinheit 2 übermittelten Signale an eine Signalaufbereitungseinheit 24 übermittelt. Die Signalaufbereitungseinheit 24 erzeugt aus dem ankommenden Wechselsignal ein digitales Signal, welches von dem Empfänger 21 an den Prozessor 20 übergeben wird.
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In der Schutzeinheit 2, die ebenfalls einen Sender 27 und einen Empfänger 28 enthält, wird über einen Filter 31 das vom Sender 27 gesendete Signal unterdrückt und das vom Sender 22 der Kontrolleinheit 3 gesendete Signal an die Signalaufbereitungseinheit 30 übermittelt und von dort an die Sicherheitsabschaltung mit Steuerungs- und Überwachungselemente übergeben 26. Im Sendemodus übermitteln die Steuerungs- und Überwachungselemente 26 ein digitales Signal welches mittels des Frequenzgenerators 29 auf die elektrische Leitung L übermittelt wird. Die Ausführung der Filter 23 und 31 können sowohl als passiver Filter oder als digitaler Filter ausgeführt werden.
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Die Kommunikation zwischen Kontrolleinheit 3 und Schutzeinheit 2 kann in den verschiedenen Ausführungsformen sowohl asynchron als auch synchron erfolgen. Bei asynchroner Kommunikation sendet die Kontrolleinheit 3 zu festen Zeiten und die Schutzeinheit 2 empfängt, und wenn die Schutzeinheit 2 Daten zu festen Zeiten sendet, empfängt die Kontrolleinheit 3. Bei synchroner Kommunikation werden Daten von der Kontrolleinheit 3 oder der Schutzeinheit 2 gesendet und der Empfang von der jeweiligen Gegenstelle bestätigt, bevor die Gegenstelle ihrerseits Daten senden kann, bzw. weitere Daten empfangen kann.
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Das Einspeisen der Signale in die elektrische Leitung L erfolgt über Kondensatoren, Spulen, Übertrager oder einer beliebigen Kombination daraus zum Auskoppeln des Gleichspannungsanteils.
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Das Empfangen der Signale über die elektrische Leitung L erfolgt über das Abgreifen des Wechselspannungsabfalls über einen Widerstand 11 der in Reihe mit einem Kondensator 13, zum Auskoppeln des Gleichspannungsanteils geschaltet ist.
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Als Steuerungs- und Überwachungselemente 26 in der Schutzeinheit 2 kann ein Prozessor mit integrierten Ein-/Ausgabebausteinen oder Slave-Module verwendet werden, die nach dem Master-Slave-Bus-System angesteuert werden. Bei Verwendung von Slave-Modulen kann die Kommunikation zwischen dem Prozessor 20 (vgl. 6) und den Slave-Modulen über verschiedene Master-Slave-Bus Systeme wie I2C-Bus, SMBus oder 1-Wire Bus erfolgen.
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Das Wirkprinzip soll nachfolgend an Hand des 1-Wire-Buses transparent gemacht werden, wobei alle anderen Bussysteme auch verwendet werden können. Die Kommunikation über die elektrische Leitung L kann zum Beispiel nach dem 1-Wire-Kommunikationsprotokoll (zum Beispiel entsprechend IEEE1451ff) erfolgen. Hier gibt es genau definierte Befehle und Sendesequenzen für die jeweiligen Befehle. Eine große Anzahl an unterschiedlichen Slave-Modulen ist frei am Markt erhältlich und verwendbar. Jeder Slave-Baustein ist mit einem einmaligen Kennzeichnungscode versehen und kann somit individuell angesprochen und gesteuert werden.
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Bei Verwendung von digitalen und analogen Ein- und Ausgabebausteinen als Slave-Module innerhalb der Schutzeinheit 2 können verschiedene Zustandswerte des einzelnen Photovoltaikmoduls 1 ermittelt und an den Master-Controller übergeben werden. Eine Auswertung der Daten auf Modulebene und Vergleiche innerhalb einer Anlage oder eines Strings wird so ermöglicht.
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In einer einfachen Variante kann mittels Umrüstung vorhandener Photovoltaikmodule 1 mit einer erweiterten Schutzeinheit 2 die Auswertung von Messdaten und Schutzabschaltung der Photovoltaikmodule 1 erfolgen. Hierbei werden (entsprechend 5) Anschlusskabel 50, 51 des Photovoltaikmoduls 1 mit entsprechenden Gegenstücken der erweiterten Schutzeinheit 2 und Ausgangskabel 52, 53 der erweiterten Schutzeinheit 2 zu einem String verbunden (vgl. 5). Die Kontrolleinheit 3 wird vor dem Wechselrichter 4 an die elektrische L angeschlossen.
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In einer weiterhin erweiterten Variante können geeignete Schutzeinheiten 2 jeweils direkt in die einzelnen Unterstränge eines Photovoltaikmoduls, zum Beispiel anstelle der entsprechenden Freilaufdiode des jeweiligen Unterstrangs, integriert werden und damit die Schutzabschaltung und die Auswertung direkt im Photovoltaikmodul 1 erfolgen.
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Mittels Anschluss einer erweiterten Schutzeinheit 2, die mit Slave-Bausteinen bestückt ist, an das Photovoltaikmodul 1 bekommt das Photovoltaikmodul 1 eine eindeutige Kennung (ID), mit der dieses Photovoltaikmodul in der Kontrolleinheit 3 in seinem Status singulär gesteuert und überwacht werden kann. (Jeder Slave-Baustein erhält herstellerseits bereits einen eindeutigen ID-Code.) Bei Integration von entsprechend erweiterten Schutzeinheiten 2 in die Photovoltaikmodule 1 an die Unterstränge des Photovoltaikmoduls 1 bekommt jeder Unterstrang eine eindeutige Kennung (ID) mit der dieser Unterstrang in der Kontrolleinheit 3 in seinem Status singulär gesteuert und überwacht werden kann. Durch die Kennzeichnung mit einer eindeutigen ID können die anfallenden Messwerte eindeutig zugeordnet und ausgewertet und ggf. entsprechende Aktionen ausgeführt werden.
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Mittels Überwachung der Photovoltaikmodule 1 mit erweiterten Schutzeinheiten 2 kann die Leistung des Strings optimiert werden, da eventuelle Verschattung oder Verschmutzung einzelner Module die Gesamtleistung des Strings beeinflussen. Mittels Überbrücken entsprechender Photovoltaikmodule 1 kann so eine höhere Gesamtleistung des Strings erreicht werden.
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Mittels Überwachung der Unterstränge des Photovoltaikmoduls 1 kann die Leistung des Strings optimiert werden, da eventuelle Verschattung oder Verschmutzung einzelner Unterstränge die Gesamtleistung des Moduls bzw. des Strings beeinflussen. Durch Überbrücken entsprechender Unterstränge oder Module kann so eine höhere Gesamtleistung des Strings erreicht werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005018173 A1 [0008]
- DE 202007001648 U1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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