DE102010053004A1

DE102010053004A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer Photovoltaik-Anlage

Info

Publication number: DE102010053004A1
Application number: DE201010053004
Authority: DE
Inventors: Bernd Willer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zusatz zur Patentanmeldung DE 10 2010 036 816.4 „Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer Photovoltaik-Anlage”. Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftrennen der Stränge einer PV-Anlage offenbart. Die Auftrennung der Stränge erfolgt mittels Leerlauf-Schaltern (22), welche in Serie zu den einzelnen PV-Modulen (1) geschaltet sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird sichergestellt, dass sich die einzelnen Leerlaufspannungen der PV-Module im abgeschalteten Zustand der PV-Anlage nicht zu einer für Menschen gefährlichen Spannung aufsummieren können.

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer Photovoltaik-Anlage betreffen einen Zusatz zur Patentanmeldung DE 10 2010 036 816.4 „Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer Photovoltaik-Anlage”.
Das in obiger Schrift beschriebene Verfahren und die dementsprechende Vorrichtung ermöglichen es, in einfacher Weise die Photovoltaik-Anlage auf Fehlfunktionen und Diebstahl zu überwachen. Darüber hinaus wird ermöglicht, die Spannung an den Strängen, die aus der Reihenschaltung von einzelnen Photovoltaik-Modulen gebildet werden, der Photovoltaik-Anlage auf einen für Menschen ungefährlichen Wert zu verringern, damit sich Servicetechniker für Instandhaltungsarbeiten und ggf. Feuerwehrleute für Löscharbeiten gefahrlos an PV-Modulen aufhalten können.
In einer Ausgestaltung der in o. g. Patentanmeldung beschriebenen Erfindung wird vorgeschlagen, die einzelnen PV-Module im Fehlerfall unvollständig kurzzuschließen, wodurch die Spannung an den einzelnen PV-Modulen und dem Strangende auf einen für Menschen ungefährlichen Wert verringert wird.
Mit der vorliegenden Zusatzpatentanmeldung soll eine weitere Möglichkeit eröffnet werden, die Photovoltaik-Anlage in einen für Menschen ungefährlichen Zustand zu überführen und hierbei die Gefahr ausschließen, dass die mit dem Kurzschluss möglicherweise einhergehenden wärmetechnischen und mechanischen Belastungen die Lebensdauer, Leistung und Zuverlässigkeit der PV-Module einschränken.
Das vorliegende Verfahren zur Überwachung und Steuerung einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) entspricht in grundsätzlicher Weise dem nach Patentanmeldung DE 10 2010 036 816.4 bekannten Verfahren, jedoch ohne dass beim Auftreten einer definierten Spannungsänderung am PV-Modul das PV-Modul unvollständig kurzgeschlossen wird. Stattdessen wird beim Auftreten einer definierten Spannungsänderung oder Erkennen einer Übertemperatur am PV-Modul die Strangleitung aufgetrennt.
Nach dem Auftrennendes Leerlaufschalters liegt am PV-Modul die volle, für Menschen jedoch ungefährliche Leerlaufspannung an; darüber hinaus können sich die Leerlaufspannungen an den einzelnen PV-Modulen nicht zu einer für Menschen gefährlichen Spannung am Strangende aufsummieren.
Um ein Zurücksetzen der gesamten PV-Anlage zu gewährleisten, ist zum Leerlaufschalter ein Überbrückungs-Kondensator parallel geschaltet. Falls als Leerlaufschlater ein Halbleiter-Schalter (z. B. FET o. ä.) verwendet wird, ist zu der Serienschaltung aus PV-Modul und Leerlaufschalter zusätzlich ein hochohmiger Leerlauf-Widerstand parallel geschaltet.
Sind sämtliche Leerlaufschalter des Strangs geöffnet, so wird durch die Leerlauf-Widerstände je Modul ein Stromkreis gebildet. Über den parallel zum Leerlaufschalter angeordneten Kondensator kann bei hochohmigem Schalter (Halbleiterschalter) oder offenem Relaiskontakt ein auf den String aufgesetzter Impuls an den Micro-Controller gelangen und ausgewertet werden; wird ein entsprechender Rücksetz-Impuls erkannt, wird der Leerlaufschalter zeitverzögert wieder geschlossen. Die Auftrennung des Strangs wird rückgängig gemacht und die PV-Anlage geht wieder in den Normal-Betriebszustand über.
Der Vorteil der seriellen Trennung des Strangs gegenüber dem Kurzschließen der PV-Module liegt darin, dass die PV-Module im Fehlerfall nicht zusätzlich belastet werden, wodurch die Lebensdauer, Leistung und Zuverläsigkeit der PV-Module nicht beeinträchtigt werden. Gleichzeitig kann die verbliebene Leerlaufspannung dazu verwendet werden, ein Anzeige-Element (z. B. eine Leistungs-LED) am oder im Modul als Indikator für die Ungefährlichkeit des Moduls zu betreiben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur näher erläutert.
Parallel zum PV-Modul 1 ist die Kurzschlussdose 3 geschaltet, in der die Komponenten zur Erfassung und Auswertung des Spannungsverlaufes am PV-Modul 1 und der Micro-Controller zur Ansteuerung des Leerlaufschalters 22 untergebracht sind.
Parallel zum Leerlauf-Schalter 22 ist das Überbrückungselement 23, hier ein Kondensator C, geschaltet. Die Parallelschaltung aus Leerlauf-Schalter 22 und Überbrückungselement 23 ist in Serie geschaltet zu der Parallelschaltung aus PV-Modul 1 und Kurzschlussdose 3. Zu der Serienschaltung von PV-Modul 1 und dem Leerlauf-Schalter 22 ist der Leerlaufwiderstand 24 parallel geschaltet.
Permanent versorgt vom DC-DC-Wandler überwacht die Temperatur-Sensorschaltung (TS) die Temperatur in der Kurzschlussdose (3) und öffnet bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur, z. B. im Brandfall, automatisch den Leerlaufschalter (22).
Ein Rücksetzen des Schalters geschieht durch ein auf den String (2) aufgesetzten Impuls, welcher über den Kondensator C auf den Mikro-Controler (14) gelangt und in Folge den Überbrückungsschalter 22 wieder schließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010036816 [0001, 0005]

Claims

Verfahren zur Überwachung und Steuerung einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) nach Patentanmeldung DE 10 2010 036 816.4 , ohne dass beim Auftreten einer definierten Spannungsänderung am PV-Modul (1) das PV-Modul (1) unvollständig kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten einer definierten Spannungsänderung am PV-Modul (1) die Strangleitung (2) aufgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftrennung des Strangs durch einen von einem in der Kurzschlussdose (3) untergebrachten zweiten Micro-Controller (14) angesteuerten Leerlaufschalter (22) aufgehoben wird
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerlaufschalter (22), erst angesteuert wird, wenn die Spannung am PV-Modul (1) für eine definierte Dauer einen bestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur in der Kurzschlussdose (3) über einen Temperatur-Sensorschaltung (TS) der Leerlaufschalter automatisch geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung der PV-Module (1) in der Kurzschlussdose (3) von dem zweiten Mikro-Controller (14) über den Spannungsabfall an einem Spannungsteiler (18) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mikro-Controller (14) über einen Spannungswandler (15), der mit der Spannung des PV-Moduls (1) betrieben wird, mit einer konstanten Spannung versorgt wird.
Vorrichtung nach Patentanmeldung DE 10 2010 036 816.4 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ohne Kurzschlussschalter (16) und Last (17), dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen PV-Module über einen von der Kurzschlussdose (3) ansteuerbaren Leerlaufschalter (22), zu dem ein Überbrückungselement (23) parallel geschaltet ist, in Serie geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerlaufschalter (22) ein Relais oder ein Halbleiterschalter ist
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Überbrückungselement (23) ein Kondensator ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Serienschaltung aus PV-Modul (1) und Leerlaufschalter (23) ein hochohmiger Leerlauf-Widerstand (24) parallel geschaltet ist.