DE102010037760B4

DE102010037760B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Spannungsfreischaltung elektrischer, in einem Gebäude oder Gebäudekomplex verlaufender Leitungen einer Photovoltaikanlage, Verwendung der Vorrichtung sowie System mit der Vorrichtung und einer Photovoltaikanlage

Info

Publication number: DE102010037760B4
Application number: DE102010037760.0A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Lüdtke Olaf
Original assignee: Ingenieurbuero Fred Tienken
Current assignee: INGENIEURBUERO FRED TIENKEN, DE
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: DE102010037760A1

Abstract

Vorrichtung zur Spannungsfreischaltung elektrischer, in einem Gebäude oder Gebäudekomplex (15) verlaufender Leitungen (31) einer Photovoltaikanlage, wobei die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung (10) mit Umschaltvorrichtung (34) und die Photovoltaikanlage mindestens ein Generatorfeld (12) mit einem oder mehreren Strängen (16) mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen (18) aufweist, wobei der bzw. die Stränge (16) jeweils einen Pluspol (26) und jeweils einen Minuspol (28) aufweisen und der bzw. die Pluspole (26) mit einem ersten Kontakt (30) und der bzw. die Minuspole (28) mit einem zweiten Kontakt (32) elektrisch verbunden sind und diese Kontakte (30, 32) zur elektrischen Verbindung mit der Umschaltvorrichtung (34) bestimmt sind und die Umschaltvorrichtung (34) derart ausgebildet ist, dass sie in einem aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung (10) die zugeführten Kontakte (30, 32) kurzschließt, wobei die Schutzeinrichtung (10) in einem oder im Bereich eines Generatoranschlusskastens (33) oder in einem oder im Bereich eines Wechselrichters (14) angeordnet ist und die Schutzeinrichtung (10) eine Auslöseeinrichtung (35) aufweist, wobei die Auslöseeinrichtung (35) derart ausgebildet ist, dass sie bei Auslösung die Schutzeinrichtung (10) in den aktivierten Zustand versetzt, und die Schutzeinrichtung (10) eine Überwachungseinrichtung (36) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (36) derart ausgebildet ist, dass sie eine oder mehrere Phasen einer Hausversorgungsspannung (42) des Gebäudes oder des Gebäudekomplexes (15) überwacht und im Falle, dass die überwachten Phasen der Hausversorgungsspannung (42) inaktiv sind, die Auslöseeinrichtung auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (10) einen Rücksteller (53) aufweist, wobei der Rücksteller (53) derart ausgebildet ist, dass er bei Betätigung die sich in einem aktivierten Zustand befindende Schutzeinrichtung (10) in einen deaktivierten Zustand versetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spannungsfreischaltung elektrischer Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Verwendung dieser Vorrichtung gemäß Anspruch 9, ein System mit dieser Vorrichtung und einer Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren zur Spannungsfreischaltung elektrischer Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.
Eine Solaranlage wandelt solare Strahlungsenergie, also Sonnenlicht, in eine andere Energieform um. Dabei verbreiten sich in letzter Zeit vermehrt Photovoltaikanlagen, wobei eine Photovoltaikanlage ein Spezialtyp der Solaranlage ist.
Die mit einer Photovoltaikanlage erzeugte Energieform ist elektrische Energie als Gleichspannung, die in der Regel über einen Wechselrichter in Wechselspannung umgeformt und ins Stromnetz eingespeist wird. Eine Photovoltaikanlage besteht dazu meist aus mehreren Photovoltaikmodulen.
Jedes der Photovoltaikmodule besteht hierbei aus zusammengeschalteten sog. Solarzellen, die nach dem Prinzip einer Photodiode arbeiten. Eine einzelne Solarzelle an sich produziert aus der solaren Strahlungsenergie eine geringe Gleichspannung. Jedoch werden durch die Zusammenschaltung der einzelnen Solarzellen zu einem Photovoltaikmodul und durch Reiheschaltung der Photovoltaikmodule zu sog. Strings oder Strängen sehr hohe Gleichspannungen erzeugt.
Die hohen Gleichspannungen eines oder mehrerer parallel geschalteter Stränge werden einem Wechselrichter zugeführt, der aus der Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt. Die Wechselspannung kann dann ins Stromnetz eingespeist werden.
Photovoltaikanlagen werden dazu in der Regel auf einer Unterkonstruktion befestigt, die die Module so ausrichtet, dass der höchstmögliche Energieertrag gewährleistet wird. Dazu eignen sich besonders Dächer von Gebäuden, die in südlicher Richtung ausgerichtet sind. Der zur Einspeisung benötigte Wechselrichter hingegen befindet sich in der Regel in der Nähe des Stromnetzanschlusses eines Gebäudes, der sich meist im unteren Teil des Gebäudes befindet. Zur Verbindung des Wechselrichters und der Photovoltaikanlage werden dazu elektrische Leitungen durch das oder am Gebäude verlegt, die im Betrieb der Photovoltaikanlage, also bei Sonnenschein oder bereits bei Tageslicht, die hohe Gleichspannung führen.
Im Falle eines Brandes am oder im Gebäude stellen die von der Photovoltaikanlage erzeugten hohen Spannungen eine Gefährdung für das Löschpersonal, z. B. die Feuerwehr, dar. Insbesondere beim Löschen mit Löschwasser besteht für das Löschpersonal die Gefahr einer tödlichen Verletzung durch Spannungsausgleich der hohen Potentiale der Gleichspannung durch den menschlichen Körper. Das geschieht etwa dann, wenn das Löschwasser auf die spannungsführenden, z. B. durch Feuer abisolierten, Komponenten, wie etwa die elektrischen Leitungen, trifft.
In DE 10 2005 018 173 B4 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur sicheren Betriebsunterbrechung einer Photovoltaikanlage beschrieben. Dabei ist in der Leitungsverbindung zwischen der Photovoltaikanlage und dem Wechselrichter in der Nähe des Generatorfeldes eine Schutzeinrichtung eingefügt, mit der die Leitungsverbindung, also die Potentiale der Gleichspannung kurzgeschlossen werden können. Durch den Kurzschluss der Leitungsverbindungen wird die elektrische Energieerzeugung der Photovoltaikanlage in einen spannungsfreien Kreislauf gebracht. Die Schutzeinrichtung ist über eine Steuerleitung aus der Ferne mit einer Auslöseeinrichtung, z. B. einem Brandmeldesensor oder einem Anschluss an eine Brandmeldeanlage, aktivierbar.
Gemäß dem Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass das Löschpersonal im Brandfall nicht sicher von einer Abschaltung der hohen Gleichspannung durch Aktivierung der Schutzeinrichtung ausgehen kann, wenn diese passiv z. B. durch einen Brandmeldesensor erfolgt. Bei einem defekten oder zu spät auslösenden Brandmeldesensor besteht die Gefahr, dass die elektrischen Leitungen der Photovoltaikanlage, auch während des Einsatzes des Löschpersonals, weiterhin die hohe Gleichspannung führen.
Ferner sind heutige Schutzeinrichtungen, z. B. mit dem Einsatz einer Vielzahl von Sensoren oder einer Brandschutzanlage, aufwendig zu installieren und die Installation daher sehr teuer. Die Installation ist außerdem aufwendig, da bekannte Schutzeinrichtungen in der Nähe des Generatorfeldes, also im Bereich des Daches einen Gebäudes, angebracht werden.
DE 10 2009 022 508 A1 zeigt eine Safety-Schaltanlage für eine Photovoltaikanlage mit mindestens einem Photovoltaikelement und zwei Anschlüssen. Die Safety-Schaltanlage weist einen Bypass auf, der zwischen den beiden Anschlüssen angeordnet ist und einen Schaltmechanismus zum Kurzschließen der Anschlüsse aufweist. Durch den entstehenden Kurzschluss liegt in der Photovoltaikanlage keine Spannung mehr an. Zwei weitere Schaltmechanismen unterbrechen zusätzlich die Zuleitungen zu Verbrauchern, so dass auch diese spannungsfrei sind. Die Schaltmechanismen im Bypass sowie den beiden Zuleitungen sind über eine Koppelung gemeinsam betätigbar, so dass bei Betätigung der Safety-Schaltanalage zuerst die beiden Zuleitungen unterbrochen und anschließend mit einer zeitlichen Verzögerung die Anschlüsse kurzgeschlossen werden. Weiterhin wird ein Unterspannungsauslöser offenbart, der die Schaltmechanismen in den beiden Zuleitungen auslöst, wenn die Spannung hinter der Hausverteilung abfällt.
Aus diesem Stand der Technik ergibt sich das Problem, dass eine solche aktivierte Schutzeinrichtung nicht wieder ohne Weiteres deaktiviert werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die elektrischen Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage spannungsfrei zu schalten, wobei das Löschpersonal im Falle eines Brandes und des damit verbundenen Löscheinsatzes sicher von der Spannungsfreischaltung ausgehen kann. Ferner soll eine entsprechende Vorrichtung zur Spannungsfreischaltung günstig und einfach zu installieren sein sowie insbesondere eine schnelle und unkomplizierte Möglichkeit geschaffen werden, die Schutzeinrichtung zu deaktivieren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale einer Vorrichtung zur Spannungsfreischaltung elektrischer Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 1 sowie eine Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 8, ein System mit der Vorrichtung und einer Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 9 sowie ein Verfahren zur Spannungsfreischaltung elektrischer Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage gemäß Anspruch 6.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Verwendung der Vorrichtung und das System mit der Vorrichtung sind vorteilhaft derart ausgelegt, dass im Brandfall beim Einsatz von Löschpersonal die Photovoltaikanlage durch das Löschpersonal spannungsfrei geschaltet wird und die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem günstig und einfach zu installieren ist. Durch die im Gebäude angebrachte Vorrichtung wird eine Abgabe von elektrischer Energie in das Gebäude oder in den Gebäudekomplex auf den ohmschen Spannungsabfall eines oder mehrerer Stränge der Photovoltaikanlage minimiert.
Die Erfindung sieht zu diesem Zweck eine Vorrichtung im Gebäude oder im Gebäudekomplex zur Spannungsfreischaltung elektrischer Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage vor. Dazu weist die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung mit einer Umschaltvorrichtung auf. Zudem weist die Photovoltaikanlage mindestens einen Generator mit einem oder mehreren Strängen mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen auf.
Es sind also mehrere Photovoltaikmodule zu einem Strang oder String in Reihenschaltung zusammengeschaltet. Dazu weist jedes der Photovoltaikmodule einen positiven Spannungsanschluss sowie einen negativen Spannungsanschluss auf. Der positive Spannungsanschluss eines der in einer Reihe zusammengeschalteten Photovoltaikmodule wird mit dem negativen Spannungsanschluss des benachbarten, in derselben Reihe zusammengeschalteten Photovoltaikmoduls verbunden. Bei den zwei endseitigen Photovoltaikmodulen eines Strangs wird hingegen, gemäß einer Reihenschaltung, jeweils nur ein Anschluss mit einem Photovoltaikmodul desselben Strangs verbunden.
Durch die Reihenschaltung der Photovoltaikmodule ergeben sich an den zwei endseitigen Modulen eines Strings ein Pluspol, der dem Plusanschluss eines ersten endseitigen Photovoltaikmoduls entspricht, sowie ein Minuspol, der dem Minusanschluss eines zweiten endseitigen Photovoltaikmoduls entspricht.
Ferner ist der Pluspol eines Strangs bzw. sind die Pluspole mehrerer Stränge mit einem ersten Kontakt und der Minuspol eines Strangs bzw. die Minuspole mehrerer Stränge mit einem zweiten Kontakt elektrisch verbunden. Diese Kontakte können z. B. die String-Sammelklemmen in einem Generatoranschlusskasten oder in einem Wechselrichter sein. Diese Kontakte sind wiederum mit der Umschaltvorrichtung elektrisch, z. B. über elektrische Leitungen wie Kupferleitungen, verbunden. Die Umschaltvorrichtung ist derart ausgebildet, um in einem aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung die zugeführten Kontakte kurzzuschließen, also elektrisch zu verbinden.
Ferner ist die Schutzeinrichtung in einem oder im Bereich eines Generatoranschlusskastens oder in einem oder im Bereich eines Wechselrichters im Gebäude oder in dem Gebäudekomplex angeordnet. D. h. die Umschaltvorrichtung ist mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt verbunden, wobei die Kontakte innerhalb des Generatoranschlusskastens oder innerhalb des Wechselrichters angeordnet sind. Der Generatoranschlusskasten und der Wechselrichter sind dazu im Gebäude oder in dem Gebäudekomplex angeordnet. Die Schutzeinrichtung weist außerdem eine Auslöseeinrichtung auf, wobei die Auslöseeinrichtung derart ausgebildet ist, um bei Auslösung die Schutzeinrichtung in den aktivierten Zustand zu versetzen. Es sind also beliebige Ereignisse vorstellbar, die eine Auslösung der Auslöseeinrichtung hervorrufen. Wird durch ein derartiges Ereignis die Auslöseeinrichtung ausgelöst, so versetzt diese die Schutzeinrichtung in den aktivierten Zustand, wodurch der Kurzschluss des ersten und des zweiten Kontakts hervorgerufen wird.
Die Schutzeinrichtung ist vorteilhaft im Bereich des Generatoranschlusskastens oder des Wechselrichters anzuordnen, da die Schutzeinrichtung besonders einfach an die bereits vorhandenen String-Sammelklemmen, die etwa dem ersten und zweiten Kontakt entsprechen, anzuschließen ist. Da der erste Kontakt sowie der zweite Kontakt jeweils mit einem Eingang des Wechselrichters verbunden sind, oder auch die Eingänge des Wechselrichters selbst bilden können, ist auch hier die Schutzeinrichtung einfach mit den Eingängen des Wechselrichters elektrisch zu verbinden. Die Auslösung der Auslöseeinrichtung kann durch beliebige Ereignisse hervorgerufen werden.
Weiterhin weist die Schutzeinrichtung eine Überwachungseinrichtung auf, wobei die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet ist, um eine oder mehrere Phasen einer Hausversorgungsspannung des Gebäudes oder des Gebäudekomplexes zu überwachen.
Die Überwachungseinrichtung ist mit der Hausversorgungsspannung, die neben dem Hauptanschluss auch eine beliebige Spannung im Gebäude sein kann, verbunden. Der Begriff ”Hausversorgungsspannung” steht stellvertretend für den Hausanschluss an das sog. Strom- oder Versorgungsnetz. Die Überwachungseinrichtung überprüft ständig eine oder mehrere Phasen der Hausversorgungsspannung, z. B. mit einer sog. Phasenüberwachungsschaltung. Der Begriff ”Phase” bezeichnet hier den Spannungsverlauf auf einer elektrischen Leitung oder eine einzelne elektrische Leitung selbst, wobei in einem Hausanschluss drei unterschiedliche Phasen existieren.
Ferner ist die Überwachungseinrichtung derart ausgebildet, um im Falle, dass die überwachten Phasen der Hausversorgungsspannung inaktiv sind, die Auslöseeinrichtung der Schutzeinrichtung auszulösen. Inaktiv bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Phasen der Hausversorgungsspannung z. B. eine Spannung aufweisen, die sich außerhalb eines Toleranzbereiches der üblichen Spannung bewegen. Dies kann der Fall sein, wenn z. B. die Frequenz der Spannung zu hoch oder zu niedrig ist oder der Spitze-Spitze-Wert (Peak-to-Peak-Wert) der Spannung zu gering ist. Wird eine derartige Spannung außerhalb des Toleranzbereiches erkannt, die hier als inaktive Hausversorgungsspannung bezeichnet wird, wird die Schutzeinrichtung in den aktivierten Zustand versetzt.
Vorteil der Vorrichtung ist, dass das Löschpersonal, also z. B. die Feuerwehr, im Falle eines Brandes vor dem Löscheinsatz zunächst den Hausanschluss, also die Hausversorgungsspannung, des zu löschenden Gebäudes unterbricht oder abschaltet. Dies kann z. B. durch entsprechende Maßnahmen in einem Sicherungskasten im Straßenzug, in dem sich das Gebäude befindet, geschehen. Diese Vorsichtsmaßnahme wird gemäß standardisierter, vorgegebener Prozeduren vom Löschpersonal vor dem Löscheinsatz getroffen.
Wird also im Brandfall eine Sicherung des Hausanschlusses des Gebäudes durch das Löschpersonal betätigt, so wird die Hausversorgungsspannung des Hauses, sowie deren Phasen automatisch inaktiv geschaltet, da z. B. der Spitze-Spitze-Wert der Spannung der Hausversorgungsspannung gegen null Volt geht bzw. außerhalb des Toleranzbereichs liegt. Dies wird von der Überwachungseinrichtung der Schutzeinrichtung mit z. B. einer Phasenüberwachungsschaltung erkannt und die Schutzeinrichtung daraufhin in den aktivierten Zustand versetzt.
Die Schutzeinrichtung sorgt dann im aktivierten Zustand für eine Spannungsfreischaltung der elektrischen Leitungen der Photovoltaikanlage. Somit ist ein gefahrloses Löschen des Gebäudes möglich. Ferner ist die Vorrichtung günstig in der Herstellung, da sie durch standardisierte Bauteile hergestellt werden kann.
Zusätzlich weist die Schutzeinrichtung einen Rücksteller, z. B. einen Taster, auf, wobei der Rücksteller derart ausgebildet ist, um bei Betätigung des Rückstellers die sich im aktivierten Zustand befindende Schutzeinrichtung in den deaktivierten Zustand zu versetzen. Durch z. B. manuelle Betätigung des Rückstellers wird also der Kurzschluss in der Umschaltvorrichtung wieder aufgehoben und die Schutzeinrichtung in den deaktivierten Zustand versetzt.
Vorteil eines Rückstellers ist, dass z. B. aufgrund einer Abschaltung der Hausversorgungsspannung, die nicht in Folge eines Brandes verursacht wurde, die dadurch in den aktivierten Zustand versetzte Schutzeinrichtung wieder in einen deaktivierten Zustand versetzt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung einen manuellen Auslöser, der elektrisch mit der Auslöseeinrichtung verbunden ist, auf. Der manuelle Auslöser, der z. B. ein Kippschalter oder Druckschalter ist, ist in der Nähe der Schutzeinrichtung, z. B. direkt auf einem Gehäuse der Schutzeinrichtung oder auch außerhalb des Gebäudes angebracht. Durch eine Verbindung, z. B. eine elektrische Verbindung des manuellen Auslösers mit der Schutzeinrichtung, wird bei Betätigung des manuellen Auslösers die Auslöseeinrichtung ausgelöst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung eine autarke Energiequelle, z. B. eine Batterie oder ein Akkumulator, auf und die Schutzrichtung ist derart ausgebildet, um durch die autarke Energiequelle versorgt zu werden. Sämtliche Schaltvorgänge, z. B. um die Schutzeinrichtung aus dem deaktivierten in den aktivierten Zustand zu versetzen oder die Schutzeinrichtung aus dem aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand zu versetzen, werden somit mit Hilfe der Energie aus einer Energiequelle durchgeführt. Optional ist die Überwachung der Phase durch die Überwachungseinrichtung mit der Energie der Energiequelle durchführbar.
Vorteil einer autarken Energiequelle ist, dass die Schutzeinrichtung ohne externe Spannungsversorgung etwa durch die Photovoltaikanlage sowie durch die Hausversorgungsspannung in den aktivierten Zustand sowie in den deaktivierten Zustand versetzt werden kann. Eine autarke Energiequelle in Form einer Batterie oder eines Akkumulators ist hierbei ausreichend, da die Energie der Energiequelle nur für die Schaltvorgänge beim Übergang von einem in einen anderen Zustand benötigt wird und innerhalb eines Zustands dieser Zustand statisch, ohne Energiezufuhr, gehalten wird.
Bei einer besonderen Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung eine manuell ausführbare Testeinrichtung auf. Die Testeinrichtung ist dabei derart ausgebildet, um bei der Betätigung der Testeinrichtung die Schutzeinrichtung manuell vom deaktivierten in den aktivierten Zustand zu versetzen. Auch die Testeinrichtung kann z. B. über einen Taster betätigt werden. D. h. wird die Testeinrichtung über einen Taster betätigt, so wird der Kurzschluss in der Umschaltvorrichtung erzeugt, da die Schutzeinrichtung in den aktivierten Zustand versetzt wird. Es ist auch vorstellbar, die Testeinrichtung mit einer Computerschnittstelle zu verbinden, die die Vorrichtung gemäß einem Programmablauf z. B. regelmäßig testet.
Vorteil der Testfunktion ist, dass der einwandfreie Betrieb der Schutzeinrichtung überprüft werden kann, z. B. ob die autarke Energiequelle genügend Energie für den Übergang vom deaktivierten in den aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung zur Verfügung stellt.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Spannungsfreischaltung elektrischer Leitungen eines Gebäudes oder Gebäudekomplexes mit einer Photovoltaikanlage ist in Anspruch 6 angegeben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 7 angegeben.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Umschaltvorrichtung der Schutzeinrichtung elektrisch mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt verbunden wird, mit denen der bzw. die Pluspole und der bzw. die Minuspole des bzw. der Stränge des Generatorfeldes verbunden sind.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Schutzeinrichtung nachträglich in eine bestehende Photovoltaikanlage einfach durch Anschließen der Umschaltvorrichtung, also Kontaktieren der Umschaltvorrichtung mit dem ersten und dem zweiten Kontakt, erfolgen kann. Idealerweise sind dieser erste und dieser zweite Kontakt bereits durch String-Sammelklemmen im Generatoranschlusskasten vorhanden und die Schutzeinrichtung kann ohne großen Aufwand in einfacher Weise installiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Verwendung wird die Umschaltvorrichtung zusätzlich zur Verbindung mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt mit einer oder mehreren Phasen einer Hausversorgungsspannung des Gebäudes oder des Gebäudekomplexes elektrisch verbunden, wenn die Schutzeinrichtung eine Überwachungsvorrichtung aufweist.
Eine Hausversorgungsspannung kann an jeder beliebigen, mit der Hausspannung versorgten Quelle aber natürlich auch an jedem Sicherungskasten abgegriffen und der Schutzeinrichtung zugeführt werden.
Im Gegensatz zu anderen Vorrichtungen dieser Art ist die Verwendung, also die Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne bzw. nur mit sehr geringem Installationsaufwand zu betreiben. Ferner ist eine derartige erfindungsgemäße Installation, also Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sehr günstig und einfach. Die Vorrichtung kann nachträglich in eine vorhandene Photovoltaikanlage integriert werden.
Ein vorteilhaftes System mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer Photovoltaikanlage, die mindestens ein Generatorfeld mit einem oder mehreren Strängen mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen aufweist, ist in Anspruch 10 angegeben.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigt die einzige: Figur ein Photovoltaiksystem mit einer Photovoltaikanlage, einem Wechselrichter und einer Schutzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Figur zeigt ein Photovoltaiksystem P mit einer Schutzeinrichtung 10, einem Photovoltaik-Generatorfeld 12 und einem Wechselrichter 14, z. B. an einem Gebäude oder Gebäudekomplex 15. Dabei befindet sich die Schutzeinrichtung 10 sowie der Wechselrichter 14 im Gebäude oder Gebäudekomplex 15. Das Generatorfeld 12 weist exemplarisch zwei Stränge 16 auf. Die Stränge 16 bestehen aus in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen 18. Die Photovoltaikmodule 18 weisen jeweils einen Plusanschluss 20 sowie einen Minusanschluss 22 auf. Der Wechselrichter 14 weist zwei Eingänge 24a, 24b auf.
Um die Photovoltaikmodule 18 in Reihe zu schalten, wird der Plusanschluss 20 eines Photovoltaikmoduls 18 mit dem Minusanschluss 22 eines weiteren Photovoltaikmoduls 18 desselben Strangs 16 verbunden. Ausgenommen hiervon ist jedoch ein erstes endseitiges in Reihe geschaltetes Photovoltaikmodul 18a, dessen Plusanschluss 20 den Pluspol 28 eines Strangs 16 bildet und der nicht mit einem weiteren Photovoltaikmodul 18 verbunden ist. Ein zweites endseitiges Photovoltaikmodul 18b, dessen Minusanschluss 22 nicht mit einem weiteren Photovoltaikmodul 18 verbunden ist, bildet mit seinem Minusanschluss 22 den Minuspol 28 des Strangs 16.
Der Pluspol 26 jedes Strangs 16 ist jeweils mit einem ersten Kontakt 30 elektrisch durch eine elektrische Leitung 31 verbunden. Diese elektrische Leitung 31 kann bspw. ein Kupferkabel oder ein anderes elektrisches Kabel sein. Der Minuspol 28 jedes Strangs 16 wird ebenfalls über eine elektrische Leitung 31 mit einem zweiten Kontakt 32 elektrisch verbunden. Auch diese elektrische Verbindung, wie auch alle im Weiteren genannten elektrischen Verbindungen, können beliebige elektrische Leitungen 31, wie z. B. Kupferleitungen, sein.
Der erste Kontakt 30 und der zweite Kontakt 32 können als die String-Sammelklemmen in einem Generatoranschlusskasten 33 betrachtet werden. Dabei befindet sich der Generatoranschlusskasten 33 im Gebäude oder Gebäudekomplex 15. Der Generatoranschlusskasten 33 umfasst neben dem ersten Kontakt 30 und dem zweiten Kontakt 32 auch die Schutzeinrichtung 10. Diese Darstellung ist hier exemplarisch gewählt, es ist ebenfalls vorstellbar, dass der erste Kontakt 30 sowie der zweite Kontakt 32 den zwei Eingängen 24a, 24b des Wechselrichters 14 entsprechen.
Die Schutzeinrichtung 10 weist eine Umschaltvorrichtung 34, eine Auslöseeinrichtung 35, eine Überwachungseinrichtung 36, eine Testeinrichtung 38 und eine autarke Energiequelle 40, z. B. eine Batterie oder ein Akkumulator, mit zwei Anschlüssen 41a, 41b auf. Die Überwachungseinrichtung 36 der Schutzeinrichtung 10 ist mit einer Hausversorgungsspannung 42 elektrisch verbunden. Die Überwachungseinrichtung 36 überwacht die Phasen, z. B. bzgl. ihres Spannungsverlaufs einer oder mehrerer Phasen, der Hausversorgurigsspannung 42.
D. h. die Überwachungseinrichtung 36 überprüft, z. B. ob ein Spitze-Spitze-Wert der Spannung der Phase der Hausversorgungsspannung 42 nicht unterschritten wird. Der Spitze-Spitze-Wert ist hier nur exemplarisch gewählt. Auch andere Parameter der Phase der Hausversorgungsspannung 42 können von der Überwachungseinrichtung 36 überwacht werden. Bewegt sich ein überwachter Parameter außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, erkennt die Überwachungseinrichtung 36 die Phasen als inaktiv. Als Folge wird die mit der Umschalteinrichtung 34 verbundene Auslöseeinrichtung 35 durch die Überwachungseinrichtung 36 ausgelöst, wodurch die Schutzeinrichtung 10 in einen aktivierten Zustand versetzt wird. Ferner kann die Schutzeinrichtung 10 in einen aktivierten Zustand versetzt werden, indem ein manueller Auslöser 43, z. B. ein Kippschalter oder Taster, betätigt wird, wodurch die Auslöseeinrichtung ausgelöst wird. Der manuelle Auslöser 43 ist dazu mit der Auslöseeinrichtung 35 elektrisch verbunden.
Wird die Schutzeinrichtung 10 in den aktivierten Zustand versetzt, so wird die Abgabe der elektrischen Energie in das Gebäude oder in den Gebäudekomplex 15 durch den Kurzschluss auf den ohmschen Spannungsabfall im kurzgeschlossenen Strang 16 oder in den kurzgeschlossenen Strängen 16 minimiert.
Zum Versetzen der Schutzeinrichtung 10 in einen aktivierten Zustand wird ein Relais 44 in der Auslöseeinrichtung 35 ausgelöst, das einen ersten Schalter 46 für eine durch das Relais definierte Zeit schließt, hierfür eignet sich z. B. ein sog. Zeit-Wisch-Relais. Der erste Schalter 46 ist mit einem weiteren Relais 48, das in der Umschaltvorrichtung 34 angeordnet ist, in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung an die beiden Anschlüsse 41a, 41b der autarken Energiequelle 40 parallel angeschlossen ist. Die Auslöseeinrichtung 35 sowie das Relais 44 in der Auslöseeinrichtung 35 sind ebenfalls an die beiden Anschlüsse 41a, 41b der autarken Energiequelle 40 angeschlossen, die die Auslöseeinrichtung 35 mit Energie, also Spannung, insbesondere zum Schalten des Relais 44, versorgt, wenn die Hausversorgungsspannung 42 inaktiv, also abgeschaltet, ist.
Ferner wird durch das Schalten des Relais 44 in der Auslöseeinrichtung 35, mit dem der erste Schalter 46 für eine bestimmte Zeitdauer geschlossen wird, das Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 für die bestimmte Zeitdauer mit der autarken Energiequelle 40 verbunden. Das Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 ist ein Relais, das durch Spannungsversorgung einen oder mehrere Schalter schaltet, die dann in ihrem Zustand bis zur nächsten Spannungsversorgung nach einer Spannungsunterbrechung verharren. Es handelt sich bei diesem Relais also um ein sog. bistabiles Relais, z. B. ein Impulsrelais. Das Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 schaltet durch die Spannungsversorgung durch den ersten Schalter 46 einen Umschalter 50 in der Umschaltvorrichtung 34 derart, dass der erste Kontakt 30 und der zweite Kontakt 32 elektrisch verbunden, also kurzgeschlossen, werden und gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 30 und dem Wechselrichter 14 unterbrochen wird. Zusätzlich wird ein zweiter Schalter 52 durch das Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 geschlossen. Dieser Zustand entspricht dem aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung 10.
Zudem weist die Schutzeinrichtung einen Rücksteller 53, der einen Taster 54 und einen Rückstellschalter 56 umfasst, auf, wobei bei Betätigung des Tasters 54 der Rückstellschalter 56 schließt. Dieser Rückstellschalter 56 ist mit dem zweiten Schalter 52 und dem Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenschaltung parallel an die beiden Anschlüsse 41a, 41b der autarken Energiequelle 40 angeschlossen ist. im Falle, dass die Schutzeinrichtung 10 sich im aktivierten Zustand befindet, ist der zweite Schalter 52 bereits geschlossen. Durch Betätigung des Tasters 54 kann nun ebenfalls der Rückstellschalter 56 geschlossen werden. Wird der Rückstellschalter 56 geschlossen wird das Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 wiederum mit der autarken Energiequelle 40 verbunden. Dadurch wird das Relais 48 in der Umschaltvorrichtung 34 mit Spannung versorgt und schaltet den Umschalter 50 in der Umschaltvorrichtung 34 derart, dass die elektrische Verbindung des ersten Kontakts 30 mit dem zweiten Kontakt 32 wieder unterbrochen wird und gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 30 und dem Wechselrichter 14 hergestellt wird. Ferner wird durch das Relais 48 der zweite Schalter 52 geöffnet. Die Schutzvorrichtung 10 befindet sich wieder im deaktivierten Zustand. Eine wiederholte Betätigung des Tasters 54 würde keine weiteren Schaltvorgänge hervorrufen, da der zweite Schalter 52 im deaktivierten Zustand der Schutzvorrichtung 10 geöffnet ist.
Ferner weist die Schutzeinrichtung 10 einen Taster 58 auf, bei dessen Betätigung die Testeinrichtung 38 eine Testfunktion ausführt. Wird die Testfunktion durch Betätigung des Tasters 58 ausgeführt, so wird das Relais 44 der Auslöseeinrichtung 35 kurzzeitig ausgelöst und somit die Schutzeinrichtung in den aktivierten Zustand versetzt.

Claims

Vorrichtung zur Spannungsfreischaltung elektrischer, in einem Gebäude oder Gebäudekomplex (15) verlaufender Leitungen (31) einer Photovoltaikanlage, wobei die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung (10) mit Umschaltvorrichtung (34) und die Photovoltaikanlage mindestens ein Generatorfeld (12) mit einem oder mehreren Strängen (16) mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen (18) aufweist, wobei der bzw. die Stränge (16) jeweils einen Pluspol (26) und jeweils einen Minuspol (28) aufweisen und der bzw. die Pluspole (26) mit einem ersten Kontakt (30) und der bzw. die Minuspole (28) mit einem zweiten Kontakt (32) elektrisch verbunden sind und diese Kontakte (30, 32) zur elektrischen Verbindung mit der Umschaltvorrichtung (34) bestimmt sind und die Umschaltvorrichtung (34) derart ausgebildet ist, dass sie in einem aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung (10) die zugeführten Kontakte (30, 32) kurzschließt, wobei die Schutzeinrichtung (10) in einem oder im Bereich eines Generatoranschlusskastens (33) oder in einem oder im Bereich eines Wechselrichters (14) angeordnet ist und die Schutzeinrichtung (10) eine Auslöseeinrichtung (35) aufweist, wobei die Auslöseeinrichtung (35) derart ausgebildet ist, dass sie bei Auslösung die Schutzeinrichtung (10) in den aktivierten Zustand versetzt, und die Schutzeinrichtung (10) eine Überwachungseinrichtung (36) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (36) derart ausgebildet ist, dass sie eine oder mehrere Phasen einer Hausversorgungsspannung (42) des Gebäudes oder des Gebäudekomplexes (15) überwacht und im Falle, dass die überwachten Phasen der Hausversorgungsspannung (42) inaktiv sind, die Auslöseeinrichtung auslöst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (10) einen Rücksteller (53) aufweist, wobei der Rücksteller (53) derart ausgebildet ist, dass er bei Betätigung die sich in einem aktivierten Zustand befindende Schutzeinrichtung (10) in einen deaktivierten Zustand versetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (10) einen manuellen Auslöser (43) aufweist, wobei der manuelle Auslöser (43) derart ausgebildet ist, dass er die Auslöseeinrichtung (35) bei Betätigung auslöst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (10) eine autarke Energiequelle (40), z. B. eine Batterie oder ein Akkumulator, aufweist und die Schutzeinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass sie durch die autarke Energiequelle (40) versorgt zu wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücksteller (53) mit einem Taster (54) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (10) eine Testeinrichtung (38) aufweist, wobei die Testeinrichtung (38) derart ausgebildet ist, dass bei Betätigung der Testeinrichtung (38) die Schutzeinrichtung (10) von einem deaktivierten in einen aktivierten Zustand versetzt wird.
Verfahren zur Spannungsfreischaltung elektrischer, in einem Gebäude oder Gebäudekomplex (15) verlaufender Leitungen einer Photovoltaikanlage mit einer Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Schutzeinrichtung (10) mit Umschaltvorrichtung (34) und die Photovoltaikanlage mindestens ein Generatorfeld (12) mit einem oder mehreren Strängen (16) mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen (18) aufweist, wobei der bzw. die Stränge (16) jeweils einen Pluspol (26) und jeweils einen Minuspol (28) aufweisen und der bzw. die Pluspole (26) mit einem ersten Kontakt (30) und der bzw. die Minuspole (28) mit einem zweiten Kontakt (32) elektrisch verbunden sind und diese Kontakte (30, 32) mit der Umschaltvorrichtung (34) elektrisch verbunden sind und die Umschaltvorrichtung (34) in einem aktivierten Zustand der Schutzeinrichtung (10) die zugeführten Kontakte (30, 32) kurzschließt, wobei die Schutzeinrichtung (10) in einem oder im Bereich eines Generatoranschlusskastens (33) oder in einem oder im Bereich eines Wechselrichters (14) angeordnet ist und die Schutzeinrichtung (10) eine Auslöseeinrichtung (35) und eine Überwachungseinrichtung (36) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (36) eine oder mehrere Phasen einer Hausversorgungsspannung (42) des Gebäudes oder des Gebäudekomplexes (15) überwacht und im Falle, dass die überwachten Phasen der Hausversorgungsspannung (42) inaktiv sind, die Auslöseeinrichtung (35) auslöst, worauf folgend die Schutzeinrichtung (10) in den aktivierten Zustand versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rücksteller (53) der Schutzeinrichtung (10) betätigt werden kann, wobei die aktivierte Schutzeinrichtung (10) durch den Rücksteller (53) deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (10) einen manuellen Auslöser (43) aufweist, wobei die Auslöseeinrichtung (35) bei Betätigung des manuellen Auslösers (43) ausgelöst wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Spannungsfreischaltung elektrischer, in einem Gebäude oder Gebäudekomplex (15) verlaufender Leitungen (31) einer Photovoltaikanlage, wobei die Umschaltvorrichtung (34) der Schutzeinrichtung (10) elektrisch mit dem ersten Kontakt (30) und dem zweiten Kontakt (32) verbunden wird.
System mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Photovoltaikanlage, die mindestens ein Generatorfeld (12) mit einem oder mehreren Strängen (16) mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen (18) aufweist.