DE102010023548A1

DE102010023548A1 - Photovoltaikgenerator mit einer Einrichtung zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator

Info

Publication number: DE102010023548A1
Application number: DE201010023548
Authority: DE
Inventors: Marco Götz; Sebastian Engel; Jörg Krupar
Original assignee: TRIMOS GmbH
Current assignee: TRIMOS GmbH
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Photovoltaikgenerator (10) mit einer Einrichtung (20) zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator (10), bestehend aus einer Anzahl von Photovoltaikmodulen (3a), die mittels einer Stromversorgungsleitung (3b) über einen Anschlusskasten (4a) an einen Wechselrichter (5) angeschlossen sind, wobei eine energieversorgungstechnische Verschaltung der Photovoltaikmodule (3a) mittels der Stromversorgungsleitung (3b) aus einer gemischten Parallelschaltung und Reihenschaltung besteht und die Photovoltaikmodule (3a) jeweils eine aktive Modulelektronik (1b) beinhalten. Die Aufgabe besteht darin, dass die Isolationsfestigkeit auch bei drahtgebundenen Datenübermittlungen zwischen den Photovoltaikmodulen und dem Anschluss des Photovoltaikgenerators erhöht wird. Außerdem sollen der elektronische Bauelementeaufwand der Slaves und der Verkabelungsaufwand des Busses verringert werden. Die Lösung besteht darin, dass ein aus einem vollständig vom Photovoltaikmodul (3a) und von der Stromversorgungsleitung (3b) sowie von der Anschlussleitung (4b) des Photovoltaikgenerators (10) über den Anschlusskasten (4a), von dem Wechselrichter (5) und von einer Anlagensteuerung (2b) isolierter 2-Draht-Feldbus (27) zur Übermittlung von Daten zwischen den Photovoltaikmodulen (3a) und der Anlagensteuerung (2b), die mit dem Wechselrichter (5) in Verbindung steht, vorgesehen ist, wobei der 2-Draht-Feldbus (27) aus den beiden Leitungen (21) BP und (22) BM, aus einem mit der Anlagensteuerung (2b) galvanisch isoliert verbundenen Master (2a) und aus mit den Photovoltaikmodulen (3a) galvanisch isoliert verbundenen Slaves (1a) besteht, wobei über die Leitungen (21, 22) des 2-Draht-Feldbusses (27) vom Master (2a) aus Daten und Elektroenergie zu den Slaves (1a) übertragen werden und vom den Slaves (1a) aus Daten zum Master (2a) übermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Photovoltaikgenerator mit einer Einrichtung zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator.
Ein herkömmlicher Photovoltaikgenerator besteht aus einer Anzahl von Photovoltaikmodulen, die mittels einer Stromversorgungsleitung über einen Anschlusskasten an einen Wechselrichter angeschlossen sind, wobei eine energieversorgungstechnische Verschaltung der Photovoltaikmodule mittels der Stromversorgungsleitung aus einer gemischten Parallelschaltung und Reihenschaltung besteht und die Photovoltaikmodule eine aktive Modulelektronik beinhalten. Dabei können die Modulspannungen durch die Verschaltungsart eine erhebliche Potentialdifferenz zu Masse aufweisen.
Ein Problem besteht darin, dass deshalb die Module und die zugehörige Modulelektronik bezüglich dieser Potentialdifferenz Isolationseigenschaften aufweisen sollten. Derzeit werden Isolationsfestigkeiten von bis zu 1000 V gefordert.
Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, einen Photovoltaikgenerator mit einer Einrichtung zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator anzugeben, der derart geeignet ausgebildet ist, dass die Isolationsfestigkeit auch bei drahtgebundenen Datenübermittlungen zwischen den Photovoltaikmodulen und dem Anschluss des Photovoltaikgenerators erhöht wird. Außerdem sollen der elektronische Bauelementeaufwand der Slaves und der Verkabelungsaufwand des Busses verringert werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Der Photovoltaikgenerator mit einer Einrichtung zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator, bestehend aus einer Anzahl von Photovoltaikmodulen, die mittels einer Stromversorgungsleitung über einen Anschlusskasten an einen Wechselrichter angeschlossen sind, wobei eine energieversorgungstechnische Verschaltung der Photovoltaikmodule mittels der Stromversorgungsleitung aus einer gemischten Parallelschaltung und Reihenschaltung besteht und die Photovoltaikmodule eine aktive Modulelektronik beinhalten, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 ein aus einem vollständig vom Photovoltaikmodul und von der Stromversorgungsleitung sowie von der Anschlussleitung des Photovoltaikgenerators über den Anschlusskasten, von dem Wechselrichter und von einer Anlagensteuerung isolierter 2-Draht-Feldbus zur Übermittlung von Daten zwischen den Photovoltaikmodulen und der Anlagensteuerung, die mit dem Wechselrichter in Verbindung steht, vorgesehen ist, wobei der 2-Draht-Feldbus aus den beiden Leitungen BP und BM, aus einem mit der Anlagensteuerung galvanisch isoliert verbundenen Master und aus mit den Photovoltaikmodulen galvanisch isoliert verbundenen Slaves besteht, wobei über die 2-Draht-Leitungen vom Master aus Daten und Elektroenergie zu den Slaves übertragen werden und vom den Slaves aus Daten zum Master übermittelt werden.
Die Anlagensteuerung ist über eine Anschlussleitung mit dem Wechselrichter verbunden.
Die eingesetzten Photovoltaikmodule an den zugehörigen Slaves weisen jeweils Slave-Knoten auf und dabei entspricht die Anzahl der Slave-Knoten der Anzahl der eingesetzten Photovoltaikmodule.
Der Master kann aus einem von der Anlagensteuerung isolierten Bustreiber, aus einem isolierten Busempfänger und aus einer isolierten Spannungsversorgung bestehen, wobei sowohl der Bustreiber als auch der Busempfänger mit den beiden Leitungen BP – Buspotenzial (Buspluspol) – und BM – Busmasse (Busminuspol) in Verbindung stehen und die isolierte Stromversorgung mit dem Bustreiber und mit dem Busempfänger verbunden ist.
Der Slave kann aus einem von der Modulelektronik des Photovoltaikmoduls isolierten Bustreiber und aus einem isolierten Busempfänger bestehen, die über die 2-Draht-Leitungen BP und BM vom Master aus stromversorgungs- und signaltechnisch verbunden sind, wobei der Busempfänger eingesetzt ist, um eine isolierte Spannungsversorgung für den Bustreiber über den 2-Draht-Feldbus zu ermöglichen.
Der Bustreiber und der Busempfänger eines Slaves können in einem Slave-Transceiver enthalten sein, in dem eine galvanische Trennung zur Modulelektronik des Photovoltaikmoduls realisiert ist.
Ein optischer Slave-Transceiver kann zumindest aus einer feldbusseitigen Parallelschaltung zweier Optokoppler bestehen, wobei als Busempfänger eine Photodiode und als Bustreiber ein Phototransistor ausgebildet sind, wobei innerhalb der Optokoppler eine galvanische Trennung realisiert ist.
In einer ersten Variante kann der optische Slave-Transceiver als Busempfänger eines ersten Optokopplers eine Photodiode auf der Seite des Slaves und als Bustreiber des zweiten Optokopplers einen Phototransistor auf der Seite des Slaves haben, wobei der Kollektorwiderstand des Phototransistors mit der Leitung BM des 2-Draht-Feldbusses verbunden ist.
In einer zweiten Variante kann der optische Slave-Transceiver als Busempfänger des ersten Optokopplers eine Photodiode und als Bustreiber des zweiten Optokopplers einen Phototransistor aufweisen, dessen Kollektorwiderstand mit der Leitung BP des 2-Draht-Feldbusses verbunden ist.
Das zweiwertige Sendesignal entspricht zwei Spannungspegeln, von denen ein erster Spannungspegel die Photodiode des ersten Optokopplers in Flussrichtung treibt und ein zweiter Spannungspegel die Photodiode sperrt, wobei die Master-Telegramme auf der Photovoltaikmodulseite durch den zugehörigen Phototransistor mit Kollektorwiderstand und Empfängereingangsstufe zur Weiterleitung auf der Datenleitung RXD dekodiert werden und das zweiwertige Slave-Telegramm durch eine Lastmodulation durch einen eingeschalteten oder ausgeschalteten Phototransistor erzeugt wird, wobei das Slave-Telegramm modulseitig über die Senderstufe durch das Sperren oder Aktivieren der zugehörigen Photodiode von der zuführenden Datenleitung TXD generiert wird.
Ein kapazitiver Slave-Transceiver kann auch eingesetzt sein, der einen feldbusseitigen Flankenmodulator enthält, der das zweiwertige Master-Telegramm werteabhängig in einen differentiellen Verschiebestrom durch die beiden Koppelkapazitäten umsetzt, wobei der differentielle Verschiebestrom modulseitig in ein RXD-Logiksignal dekodiert wird und das Slave-Telegramm modulseitig aus einem TXD-Logiksignal durch einen Modulmodulator werteabhängig in einen differentiellen Verschiebestrom durch die beiden Koppelkapazitäten umgesetzt wird, wobei der differentielle Verschiebestrom feldbusseitig im Flankenmodulator dekodiert wird und eine Laststromänderung durch die Aktivierung oder Deaktivierung einer elektronischen Last erzeugt und der feldbusseitige Flankenmodulator durch den 2-Draht-Feldbus selbst versorgt wird.
Des Weiteren kann auch ein induktiver Slave-Transceiver eingesetzt sein, der ein Transformator ist, dessen Primärspule zum Feldbus und dessen Sekundärspule zur Modulelektronik gehören, wobei das Master-Telegramm ein zweiwertig moduliertes Wechselspannungssignal ist, das sekundärseitig durch einen Demodulator in das RXD-Logiksignal dekodiert wird und das Slave-Telegramm durch eine sekundärseitige Laständerung des Busstromes erzeugt wird, wozu das TXD-Logiksignal durch einen Modulmodulator in eine Laststromänderung der Sekundärspule moduliert wird.
Der induktive Slave-Transceiver gestalltet neben der Übertragung von Daten auch die simultane Übertragung von Elektroenergie vom Master zur Modulelektronik bei galvanischer Isolation.
Bei dem Verfahren zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator unter Einsatz einer vorgenannten Einrichtung wird gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 13 eine physikalische Übertragung von Daten bidirektional und zweiwertig durchgeführt, wobei sowohl das Sendesignal als auch das Empfangssignal von Master und von Slave von einem Analogsignal in ein binäres Logiksignal gewandelt werden und die Wandlung auf einen standardisierten Logikpegel sowohl auf der Seite des isolierten 2-Draht-Feldbusses als auch auf der isolierten Seite der Anlagensteuerung oder des Photovoltaikmoduls durchgeführt wird.
Das von der Anlagensteuerung an den Master übergebene Sendesignal jenseits der galvanischen Trennung wird bitweise vom Bustreiber des Masters auf die Differenzspannung VB zwischen den Leitungen BP und BM aufmoduliert, wobei vom Busempfänger des Slaves die modulierte Differenzspannung VB in ein Logiksignal in der Modulelektronik umgesetzt wird.
Das Empfangssignal der Modulelektronik wird bitweise durch Laständerungen am Slave-Bustreiber jenseits der galvanischen Trennung erzeugt, wobei eine Laständerung eine Änderung der Stromaufnahme IB am Master-Bustreiber durchführt und durch den Master-Busempfänger detektiert und jenseits der galvanischen Trennung in der Anlagensteuerung in ein Logiksignal umgesetzt wird.
Ein aus Mastersignalen bestehendes Master-Telegramm kann von allen Slave-Knoten simultan empfangen werden, wobei ein aus Slavesignalen bestehendes Slave-Telegramm nur von einem Slave-Knoten durch Buslaständerung generiert wird.
Durch die Slave-Knoten kann eine galvanische Trennung zum Photovoltaikmodul entweder optisch, kapazitiv oder induktiv hergestellt werden.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindungen werden in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Blockschema eines Photovoltaikgenerators mit einer Einrichtung zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator in einer Master-Slave-Netzwerkarchitektur,
2 eine schematische Darstellung eines Masters mit isolierter Kopplung zur Anlagensteuerung,
3 eine schematische Darstellung eines Slaves mit isoliertem Anschluss an eine Modulelektronik eines Photovoltaikmoduls,
4 eine schematische detaillierte Darstellung der signaltechnischen Verbindung zwischen Master und Slave bei der Übermittlung eines Master-Telegramms,
5 eine schematische detaillierte Darstellung der signaltechnischen Verbindung zwischen Master und Slave bei der Übermittlung eines Slave-Telegramms,
6 eine schematische Darstellung eines ersten optischen Slave-Transceivers des 2-Draht-Feldbusses,
7 eine schematische Darstellung eines zweiten optischen Slave-Transceivers des 2-Draht-Feldbusses,
8 eine schematische Darstellung eines kapazitiven Slave-Transceivers des 2-Draht-Feldbusses,
9 eine schematische Darstellung eines induktiven Slave-Transceivers des 2-Draht-Feldbusses.
In 1 ist ein Photovoltaikgenerator 10 mit einer Einrichtung 20 zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator 10 in einer Master-Slave-Netzwerkarchitektur für den Photovoltaikgenerator 10 gezeigt, der aus einer Anzahl von Photovoltaikmodulen 3a besteht, die mittels einer Stromversorgungsleitung 3b über einen Anschlusskasten 4a und einer Anschlussleitung 4b an einen Wechselrichter 5 angeschlossen sind, wobei eine energieversorgungstechnische Verschaltung der Photovoltaikmodule 3a mittels der Stromversorgungsleitung 3b aus einer gemischten Parallelschaltung und Reihenschaltung besteht und die Photovoltaikmodule 3a jeweils eine aktive Modulelektronik 1b beinhalten.
Erfindungsgemäß ist ein aus einem vollständig vom Photovoltaikmodul 3a und von der Stromversorgungsleitung 3b sowie von der Anschlussleitung 4b des Photovoltaikgenerators 10 über den Anschlusskasten 4a, von dem Wechselrichter 5 und von einer Anlagensteuerung 2b isolierter 2-Draht-Feldbus 27 zur Übermittlung von Daten zwischen den Photovoltaikmodulen 3a und der Anlagensteuerung 2b, die mit dem Wechselrichter 5 in Verbindung steht, vorgesehen, wobei der 2-Draht-Feldbus 27 aus den beiden Leitungen 21 BP und 22 BM, aus einer mit der Anlagensteuerung 2b galvanisch isoliert verbundenen Buszentrale 2a (im Folgenden Master genannt) und aus mit den Photovoltaikmodulen 3a galvanisch isoliert verbundenen Busteilnehmern 1a (im Folgenden als Slave bezeichnet) besteht, wobei über die Leitungen 21 BP, 22 BM des 2-Draht-Feldbusses 27 vom Master 2a aus Daten und Elektroenergie zum Slave 1a übertragen werden und vom Slave 1a aus Daten zum Master 2a übermittelt werden.
Die Anlagensteuerung 2b ist über eine Anschlussleitung 2c mit dem Wechselrichter 5 verbunden.
Die eingesetzten Photovoltaikmodule 3a können an den zugehörigen Slaves 1a jeweils Slave-Knoten 25, 26 haben und dabei entspricht die Anzahl der Slave-Knoten 25, 26 der Anzahl der eingesetzten Photovoltaikmodule 3a.
Der Master 2a kann in 2 aus einem von der Anlagensteuerung 2b isolierten Bustreiber 6, aus einem isolierten Busempfänger 7 und aus einer isolierten Spannungsversorgung 8 bestehen, wobei sowohl der Bustreiber 6 als auch der Busempfänger 7 mit den beiden Leitungen 21 BP und 22 BM in Verbindung stehen. Die isolierte Stromversorgung 8 ist mit dem Bustreiber 6 und dem Busempfänger 7 verbunden. Zwischen der Anlagensteuerung 2b und dem Master 2a besteht eine galvanische Trennung 23.
Ein in 3 dargestellter Slave 1a kann aus einem von der Modulelektronik 1b des Photovoltaikmoduls 3a isolierten Bustreiber 9 und aus einem isolierten Busempfänger 11 bestehen, die über die Leitungen 21 BP und 22 BM des 2-Draht-Feldbusses 27 vom Master 2a aus stromversorgungstechnisch verbunden sind, wobei der Busempfänger 11 eingesetzt ist, um eine isolierte Spannungsversorgung 8 für den Bustreiber 6 über den 2-Draht-Feldbus 27 zu ermöglichen.
Der Busempfänger 11 und der Bustreiber 6 des Slaves 1a können in 6 oder in 7 in einem optischen Slave-Transceiver 11a oder 11b ausgebildet sein, der zumindest aus einer feldbusseitigen Parallelschaltung zweier Optokoppler 13, 14 bestehen kann, wobei als Busempfänger 15 eines der beiden Optokoppler 13 eine Photodiode und als Bustreiber 16 des anderen der beiden Optokoppler 14 ein Phototransistor ausgebildet sind. Zwischen der Modulelektronik 1b und dem Slave 1a besteht eine galvanische Trennung 24.
In einer ersten Variante kann, wie in 6 gezeigt ist, in dem optischen Slave-Transceiver 11a als Busempfänger 15 eines ersten Optokopplers 13 eine Photodiode auf der Seite der Modulelektronik 1b und als Bustreiber 16 des zweiten Optokopplers 14 ein Phototransistor auf der Seite des Slave 1a ausgebildet sein, wobei der Kollektorwiderstand 12 des Phototransistors 16 mit der Leitung 22 BM des 2-Draht-Feldbusses 27 verbunden ist.
In einer zweiten Variante kann, wie in 7 gezeigt ist, in dem optischen Slave-Transceiver 11b als Busempfänger 15 des ersten Optokopplers 13 eine Photodiode und als Bustreiber 16 des zweiten Optokopplers 14 ein Phototransistor 16 ausgebildet sein, dessen Kollektorwiderstand 12 mit der Leitung 21 BP des 2-Draht-Feldbusses 27 verbunden ist.
Das Verfahren zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator 10 kann derart ausgebildet sein, dass die physikalische Übertragung von Daten bidirektional und zweiwertig durchgeführt wird, wobei sowohl das Sendesignal als auch das Empfangssignal von Master 2a und von Slave 1a von einem Analogsignal in ein binäres Logiksignal gewandelt werden und die Wandlung auf einen standardisierten Logikpegel sowohl auf der Seite des isolierten 2-Draht-Feldbusses 27 als auch auf der isolierten Seite der Anlagensteuerung 2b oder des Photovoltaikmoduls 3a durchgeführt wird.
Das von der Anlagensteuerung 2b an den Master 2a übermittelte Sendesignal 17 kann, wie in 4 gezeigt ist, jenseits der galvanischen Trennung 23 bitweise vom Bustreiber 6 des Masters 2a auf die Differenzspannung zwischen den Leitungen 21 BP und 22 BM des 2-Draht-Feldbusses 27 aufmoduliert werden, wobei vom Empfänger 11 des Slaves 1a die modulierte Differenzspannung VB in ein Logiksignal 18 in der Modulelektronik 1b umgesetzt wird.
Das Empfangssignal 19 der Modulelektronik 1b kann in 5 bitweise durch Laständerungen am Slave-Treiber 9 jenseits der galvanischen Trennung 24 erzeugt werden, wobei eine Laständerung eine Änderung der Stromaufnahme IB am Master-Treiber 9 durchführt und durch den Master-Empfänger 7 detektiert und jenseits der galvanischen Trennung 23 in der Anlagensteuerung 2b in ein Logiksignal 28 umgesetzt wird.
Ein aus Mastersignalen bestehendes Master-Telegramm kann somit von allen Slave-Knoten 25, 26 simultan empfangen werden, wobei ein aus Slavesignalen bestehendes Slave-Telegramm nur von einem Slave-Knoten 25, 26 durch Buslaständerung generiert wird.
Durch die Slave-Knoten 25, 26 kann eine galvanische Trennung 24 zum Photovoltaikmodul 3a entweder optisch, kapazitiv oder induktiv hergestellt werden.
Das zweiwertige Sendesignal entspricht in den 6 und 7 zwei Spannungspegeln, von der ein erster Spannungspegel die Photodiode 15 des ersten Optokopplers 13 in Flussrichtung treibt und ein zweiter Spannungspegel die Photodiode 15 sperrt, wobei die Master-Telegramme auf der Photovoltaikmodulseite durch den zugehörigen Phototransistor 29 mit Kollektorwiderstand und Empfängereingangsstufe 30 zur Weiterleitung auf der Datenleitung RXD dekodiert werden und das zweiwertige Slave-Telegramm durch eine Lastmodulation durch ein- oder ausgeschalteten Phototransistor 16 erzeugt wird, wobei das Slave-Telegramm modulseitig über die Senderstufe 32 durch das Sperren oder Aktivieren der zugehörigen Photodiode 31 von der zuführenden Datenleitung TXD generiert wird.
Des Weiteren kann auch ein in 8 dargestellter, kapazitiver Slave-Transceiver 33 eingesetzt werden, der aus einem feldbusseitigen Flankenmodulator 34 bestehen kann, der das zweiwertige Master-Telegramm werteabhängig in einen differentiellen Verschiebestrom durch die beiden Koppelkapazitäten 35, 36 umsetzt, wobei der differentielle Verschiebestrom modulseitig in ein RXD-Logiksignal dekodiert wird und das Slave-Telegramm modulseitig aus einem TXD-Logiksignal durch einen Modulmodulator 37 werteabhängig in einen differentiellen Verschiebestrom durch die beiden Koppelkapazitäten 35, 36 umgesetzt wird, wobei der differentielle Verschiebestrom feldbusseitig im Flankenmodulator 34 dekodiert wird und eine Laststromänderung durch die Aktivierung oder Deaktivierung einer elektronischen Last 38 erzeugt und der feldbusseitige Flankenmodulator 34 durch den 2-Draht-Feldbus 27 selbst versorgt wird.
Außerdem kann des Weiteren ein in 9 dargestellter induktiver Slave-Transceiver 39 eingesetzt sein, der ein Transformator sein kann, dessen Primärspule 40 am Feldbus 27 und dessen Sekundärspule 41 an der Modulelektronik 1b hängen, wobei das Master-Telegramm ein zweiwertig moduliertes Wechselspannungssignal ist, das sekundärseitig durch einen Demodulator 42 in das RXD-Logiksignal dekodiert wird und das Slave-Telegramm wird durch eine sekundärseitige Laständerung des Busstromes erzeugt wird, wozu das TXD-Logiksignal durch einen Modulmodulator 43 in eine Laststromänderung der Sekundärspule 41 moduliert wird.
Der induktive Slave-Transceiver 39 kann neben der Übertragung von Daten auch die simultane Übertragung von Elektroenergie vom Master 2a zur Modulelektronik 1b bei galvanischer Isolation 44 gestatten.
Bezugszeichenliste

1a: Slave
1b: Modulelektronik
2a: Master
2b: Anlagensteuerung
2c: Verbindungsleitung
3e: Photovoltaikmodul
3b: Stromversorgungsleitung
4a: Anschlusskasten
4b: Anschluss
5: Wechselrichter
6: Bustreiber des Masters
7: Busempfänger des Masters
8: Spannungsversorgung des Masters
9: Bustreiber des Slaves
10: Photovoltaikgenerator
11: Busempänger des Slaves
113: erster optischer Slave
11b: zweiter optischer Slave
12: Kollektorwiderstand des Phototransistors
13: erster Optokoppler
14: zweiter Optokoppler
15: Photodiode
16: Phototransistor
17: Sendesignal
18: Logiksignal
19: Empfangssignal
20: erfindungsgemäße Einrichtung
21: Leitung BP
22: Leitung BM
23: galvanische Trennung
24: galvanische Trennung
25: Slave-Knoten
26: Slave-Knoten
27: 2-Draht-Feldbus
28: Logiksignal
29: Phototransistor
30: Empfängerstufe
31: Photodiode
32: Senderstufe
33: kapazitiver Slave-Transceiver
34: Flankenmodulator
35: erste Koppelkapazität
36: zweite Koppelkapazität
37: erster Modulmodulator
38: elektronische Last
39: induktiver Slave-Transceiver
40: Primärspule
41: Sekundarspule
42: Demodulator
43: zweiter Modulmodulator
44: galvanische Isolation
IB: Stromaufnahme
VB: Differenzspannung

Claims

Photovoltaikgenerator (10) mit einer Einrichtung (20) zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator (10), bestehend aus einer Anzahl von Photovoltaikmodulen (3a), die mittels einer Stromversorgungsleitung (3b) über einen Anschlusskasten (4a) an einen Wechselrichter (5) angeschlossen sind, wobei eine energieversorgungstechnische Verschaltung der Photovoltaikmodule (3a) mittels der Stromversorgungsleitung (3b) aus einer gemischten Parallelschaltung und Reihenschaltung besteht und die Photovoltaikmodule (3a) jeweils eine aktive Modulelektronik (1b) beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem vollständig vom Photovoltaikmodul (3a) und von der Stromversorgungsleitung (3b) sowie von der Anschlussleitung (4b) des Photovoltaikgenerators (10) über den Anschlusskasten (4a), von dem Wechselrichter (5) und von einer Anlagensteuerung (2b) isolierter 2-Draht-Feldbus (27) zur Übermittlung von Daten zwischen den Photovoltaikmodulen (3a) und der Anlagensteuerung (2b), die mit dem Wechselrichter (5) in Verbindung steht, vorgesehen ist, wobei der 2-Draht-Feldbus (27) aus den beiden Leitungen (21) BP und (22) BM, aus einem mit der Anlagensteuerung (2b) galvanisch isoliert verbundenen Master (2a) und aus mit den Photovoltaikmodulen (3a) galvanisch isoliert verbundenen Slaves (1a) besteht, wobei über die Leitungen (21, 22) des 2-Draht-Feldbusses (27) vom Master (2a) aus Daten und Elektroenergie zu den Slaves (1a) übertragen werden und vom den Slaves (1a) aus Daten zum Master (2a) übermittelt werden.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Photovoltaikmodule (3a) an den zugehörigen Slaves (1a) jeweils Slave-Knoten (25, 26) aufweisen und dabei die Anzahl der Slave-Knoten (25, 26) der Anzahl der eingesetzten Photovoltaikmodule (3a) entspricht.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Master (2a) aus einem von der Anlagensteuerung (2b) isolierten Bustreiber (6), aus einem isolierten Busempfänger (7) und aus einer isolierten Spannungsversorgung (8) bestehen, wobei sowohl der Bustreiber (6) als auch der Busempfänger (7) mit den beiden Leitungen (21) BP und (22) BM des 2-Draht-Feldbusses (27) in Verbindung stehen und die isolierte Stromversorgung (8) mit dem Bustreiber (6) und dem Busempfänger (7) verbunden ist.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Slave (1a) aus einem von der Modulelektronik (1b) des Photovoltaikmoduls (3a) isolierten Bustreiber (9) und aus einem isolierten Busempfänger (11) besteht, die über die Leitungen (21) BP und (22) BM des 2-Draht-Feldbusses (27) vom Master (2a) aus stromversorgungstechnisch verbunden sind, wobei der Busempfänger (11) eingesetzt ist, um eine isolierte Spannungsversorgung (8) für den Bustreiber (6) über den 2-Draht-Feldbus (27) zu ermöglichen.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bustreiber (6) und der Busempfänger (11) des Slaves (1a) in einem Slave-Transceiver (11a, 11b, 33, 39) enthalten sind, in dem eine galvanische Trennung (23, 24) realisiert ist.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Slave-Transceiver (11a, 11b) zumindest aus einer feldbusseitigen Parallelschaltung zweier Optokoppler (13, 14) besteht, wobei als Busempfänger (15) eine Photodiode und als Bustreiber (16) ein Phototransistor ausgebildet sind.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Variante der optische Slave-Transceiver (11a) als Busempfänger (15) eines ersten Optokopplers (13) eine Photodiode auf der Seite des Slaves (1a) und als Bustreiber (16) des zweiten Optokopplers (14) einen Phototransistor auf der Seite des Slaves (1a) hat, wobei der Kollektorwiderstand (12) des Phototransistors (16) mit der Leitung (22) BM des 2-Draht-Feldbusses (27) verbunden ist.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Variante der optische Slave-Transceiver (11b) als Busempfänger (15) des ersten Optokopplers (13) eine Photodiode und als Bustreiber (16) des zweiten Optokopplers (14) einen Phototransistor (16) aufweist, dessen Kollektorwiderstand (12) mit der Leitung (21) BP des 2-Draht-Feldbusses (27) verbunden ist.
Photovoltaikgenerator nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweiwertige Sendesignal zwei Spannungspegeln entspricht, von denen ein erster Spannungspegel die Photodiode (15) des ersten Optokopplers (13) in Flussrichtung treibt und ein zweiter Spannungspegel die Photodiode (15) sperrt, wobei die Master-Telegramme auf der Photovoltaikmodulseite durch den zugehörigen Phototransistor (29) mit Kollektorwiderstand und Empfängereingangsstufe (30) zur Weiterleitung auf der Datenleitung (RXD) dekodiert werden und das zweiwertige Slave-Telegramm durch eine Lastmodulation durch einen eingeschalteten oder ausgeschalteten Phototransistor (16) erzeugt wird, wobei ein Slave-Telegramm modulseitig über die Senderstufe (32) durch das Sperren oder Aktivieren der zugehörigen Photodiode (31) von der zuführenden Datenleitung (TXD) generiert wird.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein kapazitiver Slave-Transceiver (33) eingesetzt ist, der einen feldbusseitigen Flankenmodulator (34) enthält, der ein zweiwertiges Master-Telegramm werteabhängig in einen differentiellen Verschiebestrom durch die beiden Koppelkapazitäten (35, 36) umsetzt, wobei der differentielle Verschiebestrom modulseitig in ein RXD-Logiksignal dekodiert wird und das Slave-Telegramm modulseitig aus einem TXD-Logiksignal durch einen Modulmodulator (37) werteabhängig in einen differentiellen Verschiebestrom durch die beiden Koppelkapazitäten (35, 36) umgesetzt wird, wobei der differentielle Verschiebestrom feldbusseitig im Flankenmodulator (34) dekodiert wird und eine Laststromänderung durch die Aktivierung oder Deaktivierung einer elektronischen Last (38) erzeugt und der feldbusseitige Flankenmodulator (34) durch den 2-Draht-Feldbus (27) selbst versorgt wird.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein induktiver Slave-Transceiver (39) eingesetzt ist, der ein Transformator ist, dessen Primärspule (40) zum 2-Draht-Feldbus (27) und dessen Sekundärspule (41) zur Modulelektronik (1b) gehören, wobei das Master-Telegramm ein zweiwertig moduliertes Wechselspannungssignal ist, das sekundärseitig durch einen Demodulator (42) in das RXD-Logiksignal dekodiert wird und das Slave-Telegramm durch eine sekundärseitige Laständerung des Busstromes erzeugt wird, wozu das TXD-Logiksignal durch einen Modulmodulator (43) in eine Laststromänderung der Sekundärspule (41) moduliert wird.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Slave-Transceiver (39) neben der Übertragung von Daten auch die simultane Übertragung von Elektroenergie vom Master (2a) zur Modulelektronik (1b) bei galvanischer Isolation (44) gestattet.
Verfahren zur Steuerung der Übertragung von Daten vom und zum Photovoltaikgenerator (10) unter Einsatz einer Einrichtung (20) nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Übertragung von Daten bidirektional und zweiwertig durchgeführt wird, wobei sowohl das Sendesignal als auch das Empfangssignal von Master (2a) und von Slave (1a) jeweils von einem Analogsignal in ein binäres Logiksignal gewandelt werden und die Wandlung auf einen standardisierten Logikpegel sowohl auf der Seite des isolierten 2-Draht-Feldbusses (27) als auch auf der Seite der isolierten Anlagensteuerung (2b) oder des Photovoltaikmoduls (3a) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Anlagensteuerung (2b) an den Master (2a) übergebene Sendesignal (17) jenseits der galvanischen Trennung (23) bitweise vom Bustreiber (6) des Masters (2a) auf die Differenzspannung (VB) zwischen den Leitungen (21) BP und (22) BM des 2-Draht-Feldbusses (27) aufmoduliert wird, wobei vom Busempfänger (11) des Slaves (1a) die modulierte Differenzspannung (VB) in ein Logiksignal (18) in der Modulelektronik (1b) umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangssignal (19) der Modulelektronik (1b) bitweise durch Laständerungen am Slave-Bustreiber (9) jenseits der galvanischen Trennung (24) erzeugt wird, wobei eine Laständerung eine Änderung der Stromaufnahme (IB) am Master-Bustreiber (9) durchführt, die durch den Master-Busempfänger (7) detektiert und jenseits der galvanischen Trennung (23) in der Anlagensteuerung (2b) in ein Logiksignal (28) umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Mastersignalen bestehendes Master-Telegramm von allen Slave-Knoten (25, 26) simultan empfangen wird, wobei ein aus Slavesignalen bestehendes Slave-Telegramm nur von einem Slave-Knoten (25, 26) durch Buslaständerung generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Slave-Knoten (25, 26) eine galvanische Trennung (23, 24) zum Photovoltaikmodul (3a) entweder optisch, kapazitiv oder induktiv hergestellt wird.