DE102010037418A1

DE102010037418A1 - Photovoltaic module installed in buildings, has switch terminals that are switched from low impedance state to high impedance state by supply of external switching signal and are returned to idle state after removal of switching signal

Info

Publication number: DE102010037418A1
Application number: DE102010037418A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Sailer; Roland Sailer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-15

Abstract

The photovoltaic module (SM1) includes an active element array for generating electrical power, and a controllable switch (HS) which switches the two switch terminals of a monostable switch assembly between the low and high-impedance switching states. The switch terminals are switched from the low impedance state to high impedance state by the supply of external switching signal and are returned to idle state, after removal of the external switching signal. An independent claim is included for photovoltaic system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikmodul und eine photovoltaische Anlage.The invention relates to a photovoltaic module and a photovoltaic system.

Photovoltaikmodule geben im regulären Betrieb bei Lichteinfall auf die aktive Elementfläche an den Anschlussklemmen der Module elektrische Leistung ab. In photovoltaischen Anlagen sind typischerweise in Strängen mehrere Module elektrisch in Reihe geschaltet. An Ausgangsklemmen der Photovoltaikmodule entstehen Modulspannungen, welche sich durch die Reihenschaltung zu hohen Spannungen bis zu ca. 1 kV aussummieren können. Wird von einem durch ein Photovoltaikmodul oder einen Strang gebildeten photovoltaischen Generator keine elektrische Leistung abgenommen, beispielsweise bei Defekt eines Wechselrichters oder bei Unterbrechung der elektrischen Verbindung mit dem Wechselrichter, kann bei Sonneneinstrahlung eine hohe Leerlaufspannung zwischen stromführenden Teilen der Anlage und/oder gegen Erdpotential vorliegen.Photovoltaic modules emit electrical power in normal operation when light is incident on the active element surface at the terminals of the modules. In photovoltaic systems, several modules are typically connected electrically in series in strings. At output terminals of the photovoltaic modules arise module voltages, which can sum up by the series connection to high voltages up to about 1 kV. If no electrical power is removed from a photovoltaic module formed by a photovoltaic module or a strand photovoltaic generator, for example in case of failure of an inverter or interruption of the electrical connection to the inverter, can be present in sunlight a high open circuit voltage between live parts of the system and / or ground potential.

Dies kann insbesondere zu einem personengefährdenden Problem werden, wenn an der Anlage Wartungsarbeiten durchzuführen sind, oder wenn im Falle des Brandes eines mit einer Solaranlage bestückten Gebäude Hilfskräfte in und an dem Gebäude im Einsatz sind und Löschwasser eingesetzt wird. Zur Gefahrenverminderung ist in der DE 10 2007 048 914 A1 vorgeschlagen, einzelnen Generatoren, insbesondere einzelnen Photovoltaikmodulen Schalteranordnungen zuzuordnen, welche die Anschlussklemmen des Generators verbinden und im regulären Betrieb hochohmig sind. In einem Strömungsfall oder für Wartungs- und Montagearbeiten können die Schalteranordnungen in einem niederohmigen Schaltzustand umgeschaltet werden, wofür insbesondere ein externes Schaltsignal an einem Steuereingang der jeweiligen Schalteranordnung anlegbar ist. Die niederohmige Verbindung der Anschlussklemmen hat einen Kurzschlussstrom zur Folge, welcher aber wegen der geringen Spannung zwischen den kurzgeschlossenen Anschlussklemmen nur eine geringe Leistung hat. Insbesondere bei Einsatz von Thyristoren in den Schalteranordnungen können diese so geschaltet sein, dass nach einem Umschalten in den niederohmigen Zustand bei einem Wegfall des Schaltsignals der niederohmige Zustand erhalten bleibt, solange ein Kurzschlussstrom fließt, dass aber nach Wegfall des Kurzschlussstroms, z. B. während der Nachtzeit nach einer Störabschaltung, die Schalteranordnung wieder selbsttätig in den hochohmigen Zustand übergeht und der Generator bei erneutem Lichteinfall wieder elektrische Leistung produziert, so dass z. B. nach einer vorübergehenden Störung am nächsten Morgen der Generator wieder automatisch aktiv ist. Das Schaltsignal kann über potentialtrennende Mittel, insbesondere Optokoppler, auf die Schaltmittel in den Schalteranordnungen einwirken. Das Schaltsignal, mittels dessen die Schalteranordnungen in den niederohmigen Schaltzustand versetzt werden, wird vorzugsweise in einer von den Photovoltaikmodulen räumlich entfernten, insbesondere bei einem Wechselrichter angeordneten Steuereinrichtung erzeugt und kann vorteilhafterweise mehreren oder allen Schalteranordnungen parallel zugeführt sein.This can in particular become a person-endangering problem if maintenance work has to be carried out on the installation, or if in the event of the fire of a building equipped with a solar system, auxiliary personnel are in use in and on the building and extinguishing water is used. To reduce danger is in the DE 10 2007 048 914 A1 proposed to assign individual generators, in particular individual photovoltaic modules switch arrangements which connect the terminals of the generator and are high-impedance in regular operation. In a flow case or for maintenance and installation work, the switch assemblies can be switched in a low-resistance switching state, for which in particular an external switching signal at a control input of the respective switch arrangement can be applied. The low-resistance connection of the terminals results in a short-circuit current which, however, has only a low power rating because of the low voltage between the short-circuited terminals. In particular, when using thyristors in the switch assemblies, these can be switched so that after switching to the low-resistance state in a loss of the switching signal, the low-resistance state is maintained, as long as a short-circuit current flows, but that after the omission of the short-circuit current, z. B. during the night after a fault lockout, the switch assembly automatically returns to the high-impedance state and the generator again produces electrical power when re-incident light, so that z. B. after a temporary failure the next morning, the generator is automatically active again. The switching signal can act via potential-separating means, in particular optocouplers, on the switching means in the switch assemblies. The switching signal, by means of which the switch arrangements are put into the low-resistance switching state, is preferably generated in a control device spatially remote from the photovoltaic modules, in particular arranged in an inverter, and can advantageously be supplied in parallel to all or several switch arrangements.

Eine ähnliche Lösung ist in der DE 10 2005 018 173 A1 beschrieben, wo zur sicheren Abschaltung von Photovoltaikanlagen nahe bei einem Generatorfeld eine Schutzeinrichtung angeordnet ist, welche mittels eines Steuersignals die Anschlussklemmen des Generatorfeldes durch Zünden eines Thyristors kurzschließen kann. Auch hier kann die Reaktivierung des Generatorfeldes ohne eigenständiges weiteres Steuersignal automatisch erfolgen.A similar solution is in the DE 10 2005 018 173 A1 described where for safe shutdown of photovoltaic systems near a generator field, a protective device is arranged, which can short-circuit the connection terminals of the generator field by igniting a thyristor by means of a control signal. Again, the reactivation of the generator field can be done automatically without independent further control signal.

Die DE 10 2008 014 129 A1 schlägt eine Sicherheitsschaltung für Photovoltaikmodule vor, welche neben ersten Schließer-Schaltkontakten eines Schützes, welche die Anschlussklemmen des Moduls kurzschließen können, noch zweite Öffner-Schaltkontakte des Schützes enthält, welche die Stromwege von den Anschlussklemmen des Photovoltaikmoduls zu den Zuleitungen zu einem Verbraucher unterbrechen können. In einem Störfall kann ein Schützrelais aus einer externen Stromversorgung angesteuert werden, um die Schließer-Schaltkontakte zu schließen und gleichzeitig die Öffner-Schaltkontakte zu öffnen.The DE 10 2008 014 129 A1 proposes a safety circuit for photovoltaic modules, which in addition to first normally open switch contacts of a contactor, which can short-circuit the terminals of the module, nor second normally closed switch contacts of the contactor, which can interrupt the current paths from the terminals of the photovoltaic module to the leads to a consumer. In a fault, a contactor relay can be controlled from an external power supply to close the normally-open switch contacts and at the same time open the normally closed switch contacts.

Es zeigt sich, dass die bekannten Sicherungsmaßnahmen keine in der Praxis hinreichende Sicherung gegen Personenschäden bieten.It turns out that the known safety measures do not provide adequate protection against personal injury in practice.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Sicherheit von Photovoltaikmodulen und photovoltaischen Anlagen weiter zu verbessern.Object of the present invention is therefore to further improve the safety of photovoltaic modules and photovoltaic systems.

Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen.Solutions according to the invention are described in the independent claims. The dependent claims contain advantageous refinements and developments.

Durch die Einrichtung der wenigstens einen Schalteranordnung in der Weise, dass diese ein monostabiles Schaltverhalten mit einem niederohmigen Ruhezustand besitzt, in welchem die in dem wenigstens einen Photovoltaikelement erzeugte elektrische Leistung kurzgeschlossen wird, und ein aktiver Schaltzustand, in welchem die Schalteranordnung hochohmig ist, nur bei Anliegen eines externen Schaltsignals gegeben ist, kann auf einfache Weise eine für alle wesentlichen Situationen wie Installation und Wartung und insbesondere Gebäudebrandfälle eine hohe Sicherheit erreicht werden. Ein an einem Steuereingang anliegendes Schaltsignal kann auf vielerlei Weise unterbrochen werden, wobei insbesondere auch im Falle eines Gebäudebrandes, wenn ein Wechselrichter und eine vorzugsweise bei oder in diesem angeordnete Schaltsignalquelle, welche das Schaltsignal generiert, nicht mehr zugänglich sind, eine typischerweise von der Feuerwehr veranlasste Trennung des Gebäudes vom Stromnetz auch die Schaltsignalquelle stilllegt und durch Wegfall des Schaltsignals alle Schalteranordnungen einer photovoltaischen Anlage in den Ruhezustand zurückfallen. Die Trennung des Wechselrichters vom Stromnetz wird im Wechselrichter als Störungsfall erkannt.By the arrangement of the at least one switch arrangement in such a way that it has a monostable switching behavior with a low-impedance rest state in which the electrical power generated in the at least one photovoltaic element is short-circuited, and an active switching state in which the switch arrangement is high-impedance, only at Given an external switching signal is given, can be achieved in a simple manner for all essential situations such as installation and maintenance and in particular building fire cases high security. A switching signal applied to a control input can be interrupted in many ways, in particular, even in the case of a building fire, when an inverter and a preferably arranged at or in this switching signal source, which generates the switching signal, are no longer accessible, a typically caused by the fire department separation of the building from the power grid and the Switching signal source shut down and fall back by dropping the switching signal all switch arrangements of a photovoltaic system in the idle state. The separation of the inverter from the power grid is detected in the inverter as a fault case.

Unter einem Kurzschließen elektrischer Leistung sei verstanden, die zur Abgabe von elektrischer Leistung vorgesehenen Anschlüsse eines photovoltaischen Generators, welcher durch ein einzelnes photovoltaisches Element, eine Gruppe von photovoltaischen Elementen, ein einheitlich handhabbares photovoltaisches Modul oder mehrere solcher Module gebildet sein kann, niederohmig so miteinander zu verbinden, dass zwischen Anschlüssen nur die Kurzschluss-Restspannung der Schalteranordnung anliegt. Der gebräuchliche Einsatz einer Bypass-Diode, welche die Generatoranschlüsse überbrückt, aber die Generatorspannung nicht beeinträchtigt, sei nicht als Kurzschließen in diesem Sinne verstanden.By short-circuiting electrical power, it is understood that the terminals of a photovoltaic generator provided for delivering electrical power, which may be formed by a single photovoltaic element, a group of photovoltaic elements, a uniformly manageable photovoltaic module or a plurality of such modules, have low resistance to one another connect that between terminals only the short-circuit residual voltage of the switch assembly is applied. The usual use of a bypass diode, which bridges the generator terminals, but does not affect the generator voltage, is not understood as short-circuiting in this sense.

Vorzugsweise ist jedem als eigenständige Baueinheit handhabbaren Photovoltaikmodul einer mehrere solcher Module enthaltenden photovoltaischen Anlage eine eigene Schalteranordnung zugeordnet, welche vorzugsweise baulich mit dem Photovoltaikmodul verbunden ist und insbesondere in oder bei einer bei derartigen Photovoltaikmodulen, insbesondere für Anlagen auf Gebäudedächern, vorgesehenen Anschlussdose angeordnet ist. Die Zuordnung einer eigenen Schalteranordnung zu jedem Photovoltaikmodul verhindert, dass bei Auftrennen eines Strangs an der Trennstelle eine personengefährdende elektrische Spannung auftreten kann.Preferably, each photovoltaic module, which can be handled as an independent unit, is assigned its own switch arrangement, which is preferably structurally connected to the photovoltaic module and in particular is arranged in or at a connection box provided in such photovoltaic modules, in particular for installations on building roofs. The assignment of a separate switch arrangement to each photovoltaic module prevents that when disconnecting a strand at the separation point a personal hazardous electrical voltage can occur.

Soweit eine solche Strangauftrennung nicht zu erwarten oder unproblematisch oder zuverlässig auf andere Weise bewältigbar ist, kann eine Schalteranordnung auch für mehrere Photovoltaikmodule, welche in einem Strang zusammengefasst sind, gemeinsam vorgesehen sein. Nachfolgend seien auch einzelne Photovoltaikmodule und in einer Gruppe zusammengeschaltete Photovoltaikmodule allgemein als photovoltaischer Generator bezeichnet, welcher zwei Anschlussklemmen besitzt. Die Anschlussklemmen bilden die elektrische Verbindung zu einem Verbraucher innerhalb einer photovoltaischen Anlage. Bei einem als Strang von elektrisch in Reihe geschalteten mehreren Photovoltaikmodulen ausgeführten Generator sind die Anschlussklemmen eines solchen Generators durch je eine der Anschlussklemmen des ersten und des letzten Photovoltaikmoduls gebildet.As far as such strand separation is not to be expected or unproblematic or reliably manageable in another way, a switch arrangement can also be provided jointly for a plurality of photovoltaic modules, which are combined in one strand. In the following, individual photovoltaic modules and photovoltaic modules interconnected in a group are generally referred to as a photovoltaic generator, which has two connection terminals. The terminals form the electrical connection to a consumer within a photovoltaic system. In a generator designed as a string of electrically connected in series with several photovoltaic modules, the terminals of such a generator are each formed by one of the terminals of the first and of the last photovoltaic module.

In wieder anderer Ausführung können auch eine oder mehrere Schalteranordnungen in ein Photovoltaikmodul integriert sein. Insbesondere können Schalteranordnungen jeweils einzelnen photovoltaischen Elementen und/oder Gruppen von Elementen zugeordnet sein. Die Integration der Schalteranordnungen kann insbesondere die Anordnung der Schalteranordnungen zwischen einer transparenten Deckplatte und einer Rückseitenplatte bedeuten. Vorzugsweise sind dann auch Bypass-Dioden in das Photovoltaikmodul integriert.In yet another embodiment, one or more switch arrangements can be integrated into a photovoltaic module. In particular, switch arrangements can each be assigned to individual photovoltaic elements and / or groups of elements. The integration of the switch arrangements may in particular mean the arrangement of the switch arrangements between a transparent cover plate and a rear side plate. Preferably, bypass diodes are then integrated into the photovoltaic module.

Das Schaltsignal ist vorzugsweise allen dadurch anzusteuernden Schalteranordnungen in elektrischer Parallelschaltung zugeführt. Für die Zuführung des Schaltsignals zu den Schalteranordnungen ist vorzugsweise eine von dem Solarstromkreis getrennte Signalleitung vorgesehen. Das Steuersignal kann ein Gleichstromsignal oder ein Wechselstromsignal sein. Das Schaltsignal kann auf einer auch für andere vom Solarstromkreis getrennte Prüf- oder Steuersignale gemeinsamen Leitung den Schalteranordnungen zugeführt und durch Filter von solchen anderen Prüf- oder Steuersignalen trennbar sein. Das Schaltsignal bzw. die Steuerleitung sind vorteilhafterweise von den die hochohmige oder niederohmige Verbindung zwischen den Anschlussklemmen bildenden Schaltmitteln potentialgetrennt, wofür in an sich bekannter Weise insbesondere eine induktive oder kapazitive Ankopplung einschließlich des Einsatzes von elektromagnetischen Relais vorgesehen sein kann, vorzugsweise aber eine elektrooptische Kopplung über Optokoppler eingerichtet ist.The switching signal is preferably supplied to all of the switch assemblies to be driven thereby in electrical parallel connection. For the supply of the switching signal to the switch arrangements, a separate from the solar circuit signal line is preferably provided. The control signal may be a DC signal or an AC signal. The switching signal can be supplied to the switch arrangements on a common line also for other test circuits or control signals separated from the solar circuit and can be separated by filters from such other test or control signals. The switching signal or the control line are advantageously isolated from the switching means forming the high-resistance or low-resistance connection between the terminals, for which an inductive or capacitive coupling, including the use of electromagnetic relays, can be provided in a conventional manner, but preferably an electro-optical coupling Optocoupler is set up.

In anderer Ausführung kann das Schaltsignal auch als Modulationssignal auf den Solarstromkreis aufmodeliert und in den Schalteranordnungen über vorzugsweise in diese integrierte Filtermittel ausgefiltert sein.In another embodiment, the switching signal can also be modulated onto the solar circuit as a modulation signal and filtered out in the switch arrangements via preferably integrated filter means.

Die Schaltsignalquelle ist vorteilhaft in der Weise über einen Wechselrichter aus dem Stromnetz mit elektrischer Leistung versorgt, dass bei Trennen des Wechselrichters vom Stromnetz, beispielsweise über einen Schalter des Wechselrichters oder durch Abtrennen eines Gebäudestromkreises vom Stromnetz, automatisch die elektrische Leistungsversorgung der Schaltsignalquelle abgebrochen wird und das Schaltsignal wegfällt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Störfallsensoren, beispielsweise Rauchmelder oder Hitzesensoren, vorgesehen sind und Sensorsignale ein Abschalten des Schaltsignals direkt und/oder über den Wechselrichter an der Schaltsignalquelle auslösen können.The switching signal source is advantageously supplied in the manner of an inverter from the power grid with electrical power that when disconnecting the inverter from the mains, for example via a switch of the inverter or by disconnecting a building circuit from the mains, automatically the electric power supply of the switching signal source is stopped and Switching signal disappears. In addition, it can be provided that the accident sensors, such as smoke detectors or heat sensors, are provided and sensor signals can trigger a switching off of the switching signal directly and / or via the inverter to the switching signal source.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:The invention is illustrated below with reference to preferred embodiments with reference to the figures still in detail. Showing:

1 eine photovoltaische Anlage, 1 a photovoltaic system,

2 eine Schalteranordnung. 2 a switch assembly.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine photovoltaische Anlage mit mehreren Photovoltaikmodulen SM1, SM2, ..., SMN, wobei die Photovoltaikmodule in dem Solarstromkreis, dessen Leitungen mit VL bezeichnet sind, in Reihe geschaltet sind. Der Solarstromkreis ist mit den Gleichstromeingängen eines Wechselrichters WR verbunden, welcher über Wechselstromausgänge elektrische Leistung in ein Stromnetz NE einspeisen kann. Der Wechselrichter kann seinerseits elektrische Versorgungsleistung aus dem Stromnetz NE aufnehmen. 1 shows a schematic representation of a photovoltaic system with several photovoltaic modules SM1, SM2, ..., SMN, wherein the photovoltaic modules in the solar circuit, whose lines are denoted by VL, are connected in series. The solar circuit is connected to the DC inputs of an inverter WR, which can feed via AC outputs electrical power into a power grid NE. The inverter can in turn receive electrical supply from the power NE.

Das Photovoltaikmodul SM besitze zwei Anschlussklemmen K11, K12, das Photovoltaikmodul SM2 Anschlussklemmen K21, K22 usw. Die einzelnen Photovoltaikmodule sind jeweils mit Anschlussdosen AD auf der dem aktiven Elementfeld abgewandten Rückseite ausgestattet. Die Anschlussklemmen der Photovoltaikmodule können durch die Enden von aus der Anschlussdose AD herausführenden Anschlusskabeln gegeben sein, können aber auch direkt durch Steckbuchsen oder dergleichen in der Anschlussdose AD gegeben sein, in welche Kabel des Solarstromkreises eingefügt und elektrisch und mechanisch verbunden werden.The photovoltaic module SM has two terminals K11, K12, the photovoltaic module SM2 terminals K21, K22, etc. The individual photovoltaic modules are each equipped with junction boxes AD on the rear side facing away from the active element field. The terminals of the photovoltaic modules can be given by the ends of leading out of the junction box AD connecting cables, but can also be given directly through sockets or the like in the junction box AD, are inserted into which cable of the solar circuit and electrically and mechanically connected.

Bei Lichteinfall auf die aktiven photovoltaischen Elemente durch die transparenten vorderen Deckplatten der Photovoltaikmodule entstehen zwischen den Anschlussklemmen der Photovoltaikmodule jeweils Modulspannungen UM1, UM2, ... UMN, welche sich durch die Reihenschaltung der Photovoltaikmodule zu der Generatorspannung UG am Gleichspannungseingang des Wechselrichters WR aufsummieren. Ein Generatorstrom IG durchfließt alle Photovoltaikmodule in gleicher Weise. Die Anschlussdosen AD können Dioden enthalten, welche die Anschlussklemmen des jeweiligen Photovoltaikmoduls überbrücken, um bei einem Defekt eines einzelnen Moduls den in den anderen Modulen generierten Generatorstrom in einem Bypass an dem defekten Element vorbei zu führen.When light falls on the active photovoltaic elements through the transparent front cover plates of the photovoltaic modules between the terminals of the photovoltaic modules each module voltages UM1, UM2, ... UMN, which accumulate through the series connection of the photovoltaic modules to the generator voltage UG at the DC voltage input of the inverter WR. A generator current IG flows through all photovoltaic modules in the same way. The junction boxes AD can contain diodes, which bridge the terminals of the respective photovoltaic module in order to lead in the event of a defect of a single module, the generator current generated in the other modules in a bypass to the defective element.

In oder bei den Anschlussdosen AD können Schalteranordnungen SC vorgesehen sein, mittels welchen die Klemmen des jeweiligen Photovoltaikmoduls kurzgeschlossen werden können. Die Schalteranordnungen sind über eine von dem Solarstromkreis VL getrennte Steuerleitung SL mit einem Schaltsignal SS beaufschlagbar, welches in einer Schaltsignalquelle SE erzeugt wird. Die Schaltsignalquelle SE ist vorzugsweise in den Wechselrichter integriert und vorteilhafterweise aus dem Stromnetz NE mit elektrischer Leistung versorgbar. Über einen Schalter HS kann die Stromversorgung der Schaltsignalquelle SE aus dem Stromnetz NE unterbrochen werden, wodurch das Schaltsignal wegfällt. Ein Wegfall des Schaltsignals kann auch auf andere Weise ausgelöst werden.In or at the junction boxes AD switch arrangements SC can be provided, by means of which the terminals of the respective photovoltaic module can be short-circuited. The switch arrangements can be acted upon via a control line SL, which is separate from the solar circuit VL, with a switching signal SS, which is generated in a switching signal source SE. The switching signal source SE is preferably integrated in the inverter and advantageously supplied from the power grid NE with electrical power. Via a switch HS, the power supply of the switching signal source SE can be interrupted from the mains NE, whereby the switching signal is eliminated. A loss of the switching signal can also be triggered in other ways.

Ein in der Schaltsignalquelle SE erzeugtes Schaltsignal ist über die Steuerleitung SL allen den einzelnen Photovoltaikmodulen zugeordneten Schalteranordnungen in elektrisch paralleler Verschaltung gleichzeitig zugeführt.A switching signal generated in the switching signal source SE is fed via the control line SL to all the individual photovoltaic modules associated switch arrangements in electrically parallel connection simultaneously.

Die Schalteranordnungen können in die Anschlussdosen AD integriert und insbesondere bereits vom Hersteller der Photovoltaikmodule in die in den Anschlussdosen AD enthaltene Beschaltung integriert sein. In anderer vorteilhafter Ausführung können die Schalteranordnungen nachträglich als eigenständiges ergänzendes Bauteil an fertige Photovoltaikmodule angeschlossen werden, wofür die Schalteranordnungen mit Anschlussklemmen oder Anschlussleitungen des jeweiligen Photovoltaikmoduls und/oder mit den Kabeln der Versorgungsleitung VL des Solarstromkreises verbunden sein können.The switch arrangements can be integrated in the junction boxes AD and, in particular, already integrated by the manufacturer of the photovoltaic modules into the circuitry contained in the junction boxes AD. In another advantageous embodiment, the switch assemblies can be subsequently connected as an independent supplementary component to finished photovoltaic modules, for which the switch arrangements can be connected to terminals or connection lines of the respective photovoltaic module and / or to the cables of the supply line VL of the solar circuit.

Die Schalteranordnungen verbinden die Anschlussklemmen des zugeordneten Photovoltaikmoduls und sind zwischen einem hochohmigen Schaltzustand, in welchem die Modulspannung über den Anschlussklemmen anliegt, und einem niederohmigen Schaltzustand, in welchem die Anschlussklemmen kurzgeschlossen sind, umschaltbar. Das in der Schaltsignalquelle SE erzeugte Schaltsignal dient zur Ansteuerung der Schalteranordnungen, um einen bestimmten Schaltzustand einzustellen.The switch assemblies connect the terminals of the associated photovoltaic module and are switchable between a high-resistance switching state, in which the module voltage is applied via the terminals, and a low-resistance switching state, in which the terminals are short-circuited. The switching signal generated in the switching signal source SE serves to drive the switch arrangements in order to set a specific switching state.

Erfindungsgemäß sind die Schalteranordnungen so eingerichtet, dass ohne ein über die Steuerleitung SL an Steuereingängen der Schalteranordnung anliegendes Schaltsignal Schaltmittel der Schaltanordnungen sich in dem niederohmigen, die Anschlussklemmen des jeweiligen Photovoltaikmoduls kurzschließenden Schaltzustand als Ruhezustand befinden und bei Anlegen eines Schaltsignals die Schaltmittel in einen hochohmigen Zustand versetzt und während des Anliegens des Schaltsignals in diesem gehalten werden. Nach Wegfall des Schaltsignals gehen die Schalteranordnungen unmittelbar wieder in den Ruhezustand über.According to the invention, the switch arrangements are set up such that, without a switching signal applied to control inputs of the switch arrangement via the control line SL, switching means of the switching arrangements are in the low-resistance switching state short-circuiting the connection terminals of the respective photovoltaic module and put the switching means into a high-resistance state when a switching signal is applied and held in the concern of the switching signal in this. After elimination of the switching signal, the switch assemblies go immediately back to the idle state.

2 zeigt schematisch eine vorteilhafte Ausführung einer Schalteranordnung, welche über zwei Schalteranschlüsse A1, A2 mit zwei Klemmen K1, K2 eines Photovoltaikmoduls verbunden ist. Die Schalteranschlüsse A1 und A2 sind mit einem zwischen diesen liegenden Schaltmittel SM verbunden. Das Schaltmittel ist im skizzierten Beispielsfall als ein Bipolartransistor ausgeführt, kann aber auch in anderer Ausführung eingesetzt sein, beispielsweise in Form eines Feldeffekttransistors oder auch eines Relais. Das Schaltmittel SM ist über einen Optokoppler OK mit einer zweiadrigen Steuerleitung SL verbunden. Der Optokoppler OK bewirkt eine Potentialtrennung zwischen der Steuerleitung SL und dem mit dem Solarstromkreis verbundenen Schaltmittel SM. 2 schematically shows an advantageous embodiment of a switch assembly, which is connected via two switch terminals A1, A2 with two terminals K1, K2 of a photovoltaic module. The switch terminals A1 and A2 are connected to a switching means SM located therebetween. The switching means is executed in the example sketched as a bipolar transistor, but may also be used in another embodiment, for example in the form of a field effect transistor or a relay. The switching means SM is via an optocoupler OK with a two-wire control line SL connected. The optocoupler OK causes a potential separation between the control line SL and connected to the solar circuit switching means SM.

Das Schaltmittel SM ist so beschaltet, dass es ohne das Anliegen eines Schaltsignals SS an dem Optokoppler OK eine niederohmige Verbindung zwischen den Klemmen K1 und K2 bildet und die Klemmen K1 und K2 bis auf eine über dem Schaltmittel abfallende geringe Restspannung im wesentlichen miteinander kurzschließt. In diesem Fall fließt ein Modul-Kurzschlussstrom IM durch das Schaltmittel SM.The switching means SM is connected so that it forms a low-resistance connection between the terminals K1 and K2 without the concern of a switching signal SS to the optocoupler OK and the terminals K1 and K2 short-circuited to a dropping above the switching means low residual voltage substantially together. In this case, a module short-circuit current IM flows through the switching means SM.

Bei Anlegen eines Schaltsignals SS über die Steuerleitung SL an den Optokoppler wirkt dieser so auf den Steuereingang des Schaltmittels SM, dass das Schaltmittel SM in einen hochohmigen Schaltzustand wechselt und praktisch kein Strom mehr durch das Schaltmittel fließt. In diesem Fall liegt über dem gesperrten Schaltmittel SM die Modulspannung UM an.Upon application of a switching signal SS via the control line SL to the optocoupler this acts on the control input of the switching means SM, that the switching means SM changes into a high-impedance switching state and practically no more current flows through the switching means. In this case, the module voltage UM is applied across the blocked switching means SM.

Nach Wegfall des Schaltsignals SS geht das Schaltmittel SM automatisch wieder in den niederohmigen Zustand über. Als niederohmiger Zustand des Schaltmittels sei ein Zustand angesehen, bei welchem zumindest bei eine elektrische Leistung abgebendem Photovoltaikmodul dessen Ausgangsleistung im wesentlichen als Kurzschlussstrom durch das Schaltmittel fließt.After elimination of the switching signal SS, the switching means SM automatically reverts to the low-resistance state. As a low-resistance state of the switching means is considered a state in which at least in an electric power emitting photovoltaic module whose output substantially flows as a short-circuit current through the switching means.

Die Schalteranordnung nach 2 kann in entsprechender oder ähnlicher Ausführung auch mehrfach in ein aktives Elementfeld des Photovoltaikmoduls integriert sein, wobei solche integrierten Schalteranordnungen jeweils einem photovoltaischen Element oder einer Gruppe von Elementen zugeordnet sein können. Innerhalb des Photovoltaikmoduls können dabei auch integrierte Leitungsabschnitte einer Steuerleitung integriert sein, insbesondere in Form von Leiterbahnen auf isolierenden Trägern.The switch arrangement according to 2 can also be integrated into an active element field of the photovoltaic module in a corresponding or similar design multiple times, wherein such integrated switch assemblies can each be assigned to a photovoltaic element or a group of elements. Within the photovoltaic module, integrated line sections of a control line can also be integrated, in particular in the form of strip conductors on insulating carriers.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features indicated above and in the claims, as well as the features which can be seen in the figures, can be implemented advantageously both individually and in various combinations. The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but can be modified in many ways within the scope of expert knowledge.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007048914 A1 [0003]
DE 102005018173 A1 [0004]
DE 102008014129 A1 [0005]

Claims

Photovoltaic module having an active element field for generating electrical power and at least one controllable switch arrangement, which is switchable between a low-resistance and a high-resistance switching state between two switch terminals, characterized in that the switch arrangement monostable has the low-resistance switching state as a rest state and by means of an external switching signal in the high impedance switching state is displaceable and durable in this and returns to the idle state after elimination of the switching signal.

Photovoltaic module according to claim 1, characterized in that the module has two terminals outside of the element field and the switch terminals is electrically connected to the two terminals.

Photovoltaic module according to claim 2, characterized in that the switch arrangement is integrated in a connected to the photovoltaic module junction box.

Photovoltaic module according to claim 2, characterized in that the switch arrangement is arranged in a releasably connectable with the terminals own housing.

Photovoltaic module according to claim 1, characterized in that at least one switch arrangement is arranged integrated between a transparent cover plate and a rear side plate.

Photovoltaic module according to claim 5, characterized in that a plurality of switch arrangements are provided, which are each associated with an active element or a group of active elements.

Photovoltaic module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the switch arrangement includes an optocoupler and a terminal for the external switching signal isolated from the photovoltaic circuit is arranged.

Photovoltaic module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the switch arrangement includes at least one transistor as switching means between the switch terminals.

Photovoltaic system comprising at least one photovoltaic module according to claim 1, and with a consumer powered by the at least one photovoltaic module and a signal connection which connects the at least one switch arrangement of the photovoltaic module with a remote from this switching signal source, which for generating a switching signal for driving the switch assembly of the photovoltaic module is set up.

Photovoltaic system according to claim 9, characterized in that an inverter is connected as a consumer with the photovoltaic module via a solar circuit.

Photovoltaic system according to claim 10, characterized in that the switching signal source is integrated in the inverter.

Photovoltaic system according to one of claims 9 to 11, characterized in that a plurality of photovoltaic modules is present.

Photovoltaic system according to claim 12, characterized in that a plurality of photovoltaic modules form a generator with two generator terminals and a common for all photovoltaic modules of the generator switch assembly is connected to the generator terminals.

Photovoltaic system according to claim 12, characterized in that individual photovoltaic modules are each assigned their own switch arrangement.

Photovoltaic system according to claim 14, characterized in that the photovoltaic module has a junction box and that the switch assembly is integrated in the junction box.

Photovoltaic system according to claim 14, characterized in that the switch arrangement is arranged in a separate housing and is detachably connected electrically to the terminals of the photovoltaic module.

Photovoltaic system according to one of claims 9 to 16, characterized in that the switching signal is supplied via a separate from the solar circuit control line of the at least one switch assembly.

Photovoltaic system according to one of claims 9 to 16, characterized in that the switching signal modulated as a modulation signal to the solar circuit and is taken over for the switch assembly via a filter assembly of solar circuit.

Photovoltaic system according to one of claims 9 to 18, characterized in that at least one sensor is provided, which is set up for the detection of an accident and at Detection of an accident causes the shutdown of the switching signal in the switching signal source.