DE102010060633B3

DE102010060633B3 - Verfahren zum Verbinden einer Photovoltaikanlage mit einem Stromversorgungsnetz und Photovoltaikanlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010060633B3
Application number: DE102010060633A
Authority: DE
Inventors: Andreas Falk
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: US10027249B2; US20130250641A1; WO2012066005A2; CN103299522A; WO2012066005A3; JP2013543193A; CA2814723A1; EP2641320B1; EP2641320A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbindengsnetz (8), wobei die Photovoltaikanlage einen Photovoltaikgenerator (1) und einen Wechselrichter (5) umfasst, und wobei der Wechselrichter (5) einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Kondensator (3) aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Der Gleichspannungs-Zwischenkreis wird mit dem Photovoltaikgenerator (1) verbunden und der Kondensator (3) wird auf eine erste Spannung (U1) vorgeladen. Anschließend wird der Gleichspannungs-Zwischenkreis von dem Photovoltaikgenerator (1) getrennt und der Kondensator (3) auf oder unter eine zweite Spannung (U2), die einer maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters (5) entspricht, entladen. Dann wird der Wechselrichter (5) mit dem Stromversorgungsnetz (8) verbunden, eine Wechselrichterbrücke des Wechselrichters (5) getaktet und der Gleichspannungs-Zwischenkreis mit dem Photovoltaikgenerator (1) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer Photovoltaikanlage mit einem Stromversorgungsnetz, wobei die Photovoltaikanlage einen Photovoltaikgenerator, einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Kondensator und einen Wechselrichter umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Photovoltaikanlage, die zur Durchführung des genannten Verfahrens eingerichtet ist.
Wechselrichter dienen der Umwandlung eines von einem Photovoltaikgenerator erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom, der ein- oder mehrphasig in ein öffentliches oder privates Stromversorgungsnetz eingespeist werden kann. Als Photovoltaikgenerator, im Folgendem abgekürzt als PV-Generator bezeichnet, ist im Rahmen der Anmeldung jede Anordnung aus Photovoltaikmodulen (PV-Module) zu verstehen, insbesondere eine Anordnung, bei der mehrere PV-Module in Serie zu einem sogenannten String verschaltet sind. Bei Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) mit zunehmender Leistung gewinnt diese Art der Verschaltung an Bedeutung, um ohmsche Verluste in den Gleichstromleitungen zwischen dem Photovoltaikgenerator und dem Wechselrichter möglichst gering zu halten.
Wechselrichter weisen in ihrem Gleichstromeingangskreis oder einem Gleichspannungszwischenkreis (Puffer-)Kondensatoren auf, um die Gleichspannung trotz der beim Umwandeln in Wechselstrom erfolgenden gepulsten Stromentnahme zu glätten und den maximal entnehmbaren Spitzenstrom im Puls zu erhöhen. Die Kondensatoren erweisen sich jedoch als problematisch beim Zuschalten einer PV-Anlage zum Stromversorgungsnetz, da unter Umständen unzulässig hohe Ladeströme aus dem Stromversorgungsnetz in die Kondensatoren fließen können.
Die hohen Ladeströme beim Verbinden der PV-Anlage mit dem Stromversorgungsnetz werden verhindert, wenn die Kondensatoren bereits auf eine geeignete Vorspannung geladen sind, bevor die PV-Anlage mit dem Stromversorgungsnetz verbunden wird. Wie beispielsweise in der Druckschrift DE 197 35 867 A1 beschrieben ist, kann zu diesem Zweck eine separate Vorladeeinrichtung vorgesehen sein, z. B. in Form eines zuschaltbaren Vorladetransformators. Dieses ist jedoch mit zusätzlichem apparativen Aufwand verbunden.
Daneben ist bekannt, die Kondensatoren über den PV-Generator vorzuladen. PV-Generatoren werden üblicherweise von dem Wechselrichter mit Hilfe einer Nachführeinrichtung, dem sogenannten MPP(Maximum Power Point)-Tracker, an einem Arbeitspunkt betrieben, an dem die maximale elektrische Leistung abgegeben wird. Dieser Arbeitspunkt liegt bei einer Arbeitsspannung, die deutlich kleiner als die Leerlaufspannung des PV-Generators ist. Aus Kostengründen ist die Spannungsfestigkeit der Halbleiterbauteile in einem Wechselrichter, insbesondere die Leistungshalbleiter in einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichters, oft nicht für einen häufigen oder dauerhaften Betrieb bei der Leerlaufspannung ausgelegt. Eine regelmäßige Vorladung der Kondensatoren im Wechselrichter auf die Leerlaufspannung des PV-Generators könnte sich somit negativ auf die Lebensdauer der Halbleiter im Wechselrichter auswirken.
Aus der Druckschrift JP 113 12 022 A ist es bekannt, die Wechselrichterbrücke eines Wechselrichters durch einen Widerstands-Spannungsteiler im Gleichstromeingangskreis vor der hohen Leerlaufspannung eines PV-Generators beim Vorladen der Kondensatoren zu schützen. Im Betrieb wird der Widerstands-Spannungsteiler durch entsprechende Schaltorgane aus der Verbindung zwischen dem PV-Generator und dem Wechselrichter herausgenommen. Sowohl der Widerstands-Spannungsteiler als auch die Mittel zu seiner Überbrückung stellen jedoch einen erhöhten apparativen Aufwand dar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden einer PV-Anlage, aufweisend ein Wechselrichter, mit einem Stromversorgungsnetz zu schaffen, das bei geringem zusätzlichen apparativen Aufwand ein Zuschalten der PV-Anlage zulässt, ohne dass unzulässig hohe Spannungen oder Ströme den Wechselrichter belasten, sowie eine entsprechend eingerichtete Photovoltaikanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Photovoltaikanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden einer Photovoltaikanlage mit einem Stromversorgungsnetz gelöst, wobei die Photovoltaikanlage einen Photovoltaikgenerator, einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Kondensator und einen Wechselrichter umfasst. Zunächst wird der Gleichspannungs-Zwischenkreis mit dem Photovoltaikgenerator verbunden und der Kondensator auf eine erste Spannung vorgeladen. Danach wird der Gleichspannungs-Zwischenkreis von dem Photovoltaikgenerator getrennt. Anschließend wird der Kondensator auf oder unter eine zweite Spannung entladen, die einer maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters entspricht. Danach wird der Wechselrichter mit dem Stromversorgungsnetz verbunden, eine Wechselrichterbrücke des Wechselrichters getaktet und der Gleichspannungs-Zwischenkreises mit dem Photovoltaikgenerator verbunden. Auf diese Weise wird der Kondensator im Gleichspannungs-Zwischenkreis zunächst über den Photovoltaikgenerator vorgeladen, ohne dass der Wechselrichter mit einer hohen Spannung des Photovoltaikgenerators, z. B. dessen Leerlaufspannung, belastet wird. Erst wenn durch das Entladen des Kondensators auf oder unter die zweite Spannung, eine für den Wechselrichter unschädliche Spannung erreicht ist, wird der Wechselrichter mit dem Stromversorgungsnetz verbunden und die Wechselrichterbrücke des Wechselrichters getaktet. Es treten weder unzulässig hohe Spannungen noch Ströme während des Vorladens am Wechselrichter auf, die diesem schaden könnten.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein alternatives Verfahren mit den gleichen Schritten gelöst, wobei jedoch der Schritt des Verbindens des Wechselrichters mit dem Stromversorgungsnetz vor dem Schritt des Trennens des Gleichspannungs-Zwischenkreises von dem Photovoltaikgenerator erfolgt. Es ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei dem zuvor genannten Verfahren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Verfahren erfolgt der Schritt des Trennens des Gleichspannungs-Zwischenkreises von dem Photovoltaikgenerator erst, wenn die erste Spannung größer als eine Gleichrichtspannung des Stromversorgungsnetzes ist. Dadurch wird verhindert, dass beim Verbinden des Wechselrichters mit dem Stromnetz Ladeströme über den Wechselrichter in den Kondensator des Gleichspannungs-Zwischenkreises fließen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Photovoltaikanlage gelöst, die eine Photovoltaikgenerator aufweist, der über mindestens ein Gleichstrom-Schaltorgan und einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Wechselrichter verbunden ist. Dabei weist der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen Kondensator auf. Der Wechselrichter ist über ein Wechselstrom-Schaltorgan an ein Stromversorgungsnetz anschließbar. Die Photovoltaikanlage zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Wechselrichters, des Gleichstrom-Schaltorgans und des Wechselstrom-Schaltorgans vorgesehen ist, die zur Durchführung des oben angegebenen Verfahrens eingerichtet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von drei Figuren näher erläutert.
Die Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer PV-Anlage,
2 eine Darstellung eines Spannungsverlaufs und von Betriebszuständen während einer Durchführung eines Verfahrens zum
Verbinden einer PV-Anlage mit einem Stromversorgungsnetz und
3 ein Flussdiagramm des in 2 dargestellten Verfahrens.
1 zeigt eine PV-Anlage in einer schematischen Darstellung. Die PV-Anlage weist einen PV-Generator 1 auf, der an seinen Ausgängen elektrische Leistung in Form von Gleichstrom bei einer Photovoltaikausgangsspannung Upv, abgekürzt als PV-Spannung Upv bezeichnet, bereit stellt.
Beispielhaft ist der PV-Generator 1 in der 1 durch das Schaltzeichen einer einzelnen Photovoltaikzelle symbolisiert. In einer Umsetzung der dargestellten PV-Anlage kann es sich bei dem PV-Generator 1 um ein einzelnes PV-Modul, das eine Vielzahl von Zellen aufweist, oder um eine Zusammenschaltung mehrerer PV-Module, insbesondere in einer Serienverschaltung zu einem String oder zu mehreren parallel geschalteten Strings, handeln.
Der PV-Generator 1 ist mittels Gleichstromleitungen über ein Schaltorgan 2 mit einem Wechselrichter 5 verbunden. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Schaltorgan 2 durch ein Gleichspannungs-Schütz dargestellt. Alternativ können als Schaltorgan 2 auch Leistungsschalter, Lasttrennschalter oder Leistungs-Halbleiterschalter eingesetzt werden. Zur einfacheren Darstellung und leichteren Unterscheidbarkeit von wechselspannungsseitigen Schaltorganen wird im Folgenden beispielhaft und nicht einschränkend das Schaltorgan 2 als DC(Direct Current)-Schütz 2 bezeichnet.
Es ist auch denkbar, dass eine PV-Anlage mehrere PV-Generatoren, die dann auch häufig als Teilgeneratoren bezeichnet werden, aufweist, die mit einem Wechselrichter zusammenarbeiten. In einem solchen Fall kann vorgesehen sein, für jeden der (Teil-)Generatoren ein eigenes DC-Schütz 2 einzusetzen. Einzelne (Teil-)Generatoren können dann zu Wartungszwecken oder zur Leistungsreduzierung selektiv vom Wechselrichter abgetrennt werden. Eine solche Leistungsreduzierung kann beispielsweise von einem Betreiber eines Stromversorgungsnetzes, in das die PV-Anlage einspeist, aufgrund eines zeitweisen Überangebots an Strom im Netz gefordert werden. Die Leistungsreduzierung über das selektive Abtrennen von (Teil-)Generatoren vom Wechselrichter kann vorteilhaft mit einer Leistungsreduzierung durch eine Verschiebung des Arbeitspunktes des Wechselrichters kombiniert werden. Eine solche Leistungsreduzierung über eine Arbeitspunktverschiebung, z. B. weg vom optimalen Arbeitspunkt zu einem Arbeitspunkt mit höherer Spannung, kann kontinuierlich erfolgen, jedoch zum Schutz der Leistungshalbleiter des Wechselrichters nur bis zu einer Spannung, die unter einer maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters liegt. Zur weiteren Reduzierung können dann sukzessive (Teil-)Generatoren abgetrennt werden. Bei jedem Abtrennen wird der Arbeitspunkt wieder in Richtung des Arbeitspunktoptimums geführt, um dann für eine weitere kontinuierliche Reduzierung entsprechend wieder in Richtung höherer Spannung verschoben zu werden. Die Kombination beider Verfahren zur Leistungsreduzierung ermöglicht somit eine kontinuierliche Einstellung der abgegebenen elektrischen Leistung über nahezu den gesamten Leistungsbereich.
Parallel zu den Eingängen des Wechselrichters 5 sind ein Kondensator 3 und ein Widerstand 4 geschaltet. Wie durch das sich nach links in der Figur anschließende gestrichelte Rechteck symbolisiert, können sowohl der Kondensator 3 als auch der Widerstand 4 in den Wechselrichter 5 integriert sein. Bei dem Widerstand 4 kann es sich um ein separates Bauteil handeln und/oder um einen inhärent im Eingangskreis des Wechselrichters 5 vorhandenen Innenwiderstand.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator 3 im Gleichstromeingangskreis des Wechselrichters 5 angeordnet. Bei Wechselrichtern, die mehrstufig aufgebaut sind und die neben einer Wechselrichterbrücke noch einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) aufweisen, kann ein solcher (Puffer-)Kondensator alternativ am Ausgang des DC/DC-Wandlers vorgesehen sein. Unabhängig davon wird im Rahmen der Anmeldung verallgemeinernd der Kreis, in dem der Kondensator 3 angeordnet ist, als Zwischenkreis und die Gleichspannung am Kondensator 3 als Zwischenkreisspannung Uzw bezeichnet. Wie bereits eingangs ausgeführt, dient der Kondensator 3 der Glättung der Zwischenkreisspannung Uzw bei einer gepulsten Stromentnahme aus dem Zwischenkreis durch den Wechselrichter 5.
Der Wechselrichter 5 ist über Wechselstromausgänge und ein Wechselstrom-Schaltorgan 7 mit einem Stromversorgungsnetz 8 verbunden. Das Stromversorgungsnetz 8 kann ein öffentliches Stromversorgungsnetz oder ein privates Stromversorgungsnetz (Inselbetrieb) sein. Das Wechselstrom-Schaltorgan 7 ist wiederum beispielhaft als Schütz ausgeführt und wird im Folgenden beispielhaft und nicht einschränkend als AC(Altenrate Current)-Schütz 7 bezeichnet.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, die sowohl den Wechselrichter 5 als auch das DC-Schütz 2 und das AC-Schütz 7 ansteuert. Wie wiederum durch die gestrichelte Verlängerung des Wechselrichters 5 nach unten dargestellt ist, kann die Steuereinrichtung 6 auch in den Wechselrichter 5 integriert sein.
1 zeigt lediglich die im Rahmen der Anmeldung wesentlichen Elemente der PV-Anlage. Auf der Wechselstromseite des Wechselrichters 5 können beispielsweise nicht dargestellte weitere Schaltorgane (z. B. Trenner), Filter (z. B. Sinusfilter), Netzüberwachungseinrichtungen und/oder Transformatoren vorgesehen sein. Auch ist eine andere als die dargestellte dreiphasige Auslegung des Wechselrichters 5 möglich, z. B. eine einphasige Auslegung. Ebenso können gleichstromseitig in der Verbindung zwischen dem PV-Generator 1 und dem Wechselrichter 5 weitere hier nicht dargestellte Elemente wie z. B. Sicherungsorgane, Sinusfilter oder Transformatoren angeordnet sein.
Im Folgenden wird anhand der 2 und 3 ein Verfahren zum Verbinden einer PV-Anlage mit einem Stromversorgungsnetz dargestellt, wie es beispielsweise von der in 1 gezeigten PV-Anlage ausgeführt werden kann. Im Folgenden benutzte Bezugszeichen beziehen sich beispielhaft auf das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage.
Die 2 zeigt in ihrem oberen Teil schematisch einen Spannungsverlauf einer Zwischenkreisspannung Uzw in Abhängigkeit einer Zeit t während der Durchführung des Verfahrens. 3 verdeutlicht das Verfahren in einem Flussdiagramm.
Im unteren Teil der 2 sind Betriebszustände des DC-Schützes 2 (oben), des AC-Schützes 7 (Mitte) und des Wechselrichters 5 (unten) wiedergegeben. Für die drei Betriebszustände gilt die gleiche Zeitskala wie für die Darstellung der Zwischenkreisspannung Uzw. Die Betriebszustände ändern sich im Laufe des Verfahrens jeweils zwischen dem Wert Null und Eins, wobei im Fall des DC-Schützes 2 und des AC-Schützes 7 die Null für ein geöffnetes und die Eins für ein geschlossenes Schlitz steht. Im Falle des Wechselrichters 5 steht die Null für ein Nichttakten einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichters 5 und die Eins für einen Betriebszustand in den die Wechselrichterbrücke des Wechselrichters 5 taktet, also der Wechselrichter 5 aktiv Gleichstrom in Wechselstrom wandelt oder umgekehrt Wechselstrom in Gleichstrom.
Ausgangspunkt des Verfahrens ist ein Betriebszustand der PV-Anlage, in dem das DC-Schütz 2 und das AC-Schütz 7 geöffnet sind und der Wechselrichter 5 nicht taktet.
In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens (vgl. 3) wird zu einem Zeitpunkt t1 (vgl. 2) das DC-Schütz 2 geschlossen. Unter der Annahme, dass Sonneneinstrahlung auf den PV-Generator 1 vorliegt, lädt der vom PV-Generator 1 bereit gestellte Strom den Kondensator 3 im Zwischenkreis auf, wodurch die Zwischenkreisspannung Uzw ansteigt. Als Grenzwert erreicht die Zwischenkreisspannung Uzw eine Spannung U1, die unter der Annahme, dass der Widerstand 4 nicht so niederohmig ist, dass er eine bemerkenswerte Belastung für den PV-Generator darstellt, im Wesentlichen der Leerlaufspannung des PV-Generators 1 entspricht.
Am Ende des ersten Schrittes S1 liegt mit der Spannung U1 zwar auch eine relativ zur Betriebsspannung hohe Spannung an den Leistungshalbleitern der Wechselrichterbrücke des Wechselrichters 5 an, diese ist jedoch nicht belastend für diese Halbleiter und beeinflusst deren Lebensdauer nicht, da der Wechselrichter nicht taktet. Folglich muss die hohe Spannung nicht geschaltet werden und teilt sich auf zwei in Reihe geschaltete nicht taktende Halbleiter auf.
In einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird zu einem Zeitpunkt t2 das DC-Schütz 2 geöffnet. Als Folge baut sich die Zwischenkreisspannung Uzw entsprechend einer Zeitkonstante ab, die durch das Produkt des Widerstandswertes des Widerstands 4 und der Kapazität des Kondensators 3 gegeben ist.
In einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird dann zu einem dritten Zeitpunkt t3 das AC-Schütz 7 geschlossen. Der Schritt S3 wird bevorzugt frühestens ausgeführt, wenn die Zwischenkreisspannung Uzw unter eine vorgegebene zweite Spannung U2 abgefallen ist. Diese zweite Spannung U2 entspricht im Wesentlichen der maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters 5 und wird daher im Folgenden auch als Maximalspannung U2 bezeichnet.
Die Wechselrichterbrücke im Wechselrichter 5 fungiert auf Grund der üblicherweise antiparallel zu den Leistungshalbleiterschaltern der Wechselrichterbrücke angeordneten Freilauf-Dioden als Vollwellengleichrichter für die Wechselspannung in Richtung des Zwischenkreises. Ein Stromfluss von der Wechselstromseite zum Zwischenkreis ergibt sich nur dann, wenn die Zwischenkreisspannung Uzw kleiner ist als die vom Wechselrichter gleichgerichtete Spannung, im Folgenden Gleichrichterspannung U3 genannt.
Die Gleichrichterspannung U3 entspricht im Wesentlichen dem Gleichsspannungsäquivalent der Wechselspannung im Stromversorgungsnetz 8. Das Gleichsspannungsäquivalent einer Wechselspannung, auch Effektivspannung genannt, ist das √2-fache der Wechselspannung.
Unter der Annahme, dass die zweite Spannung U2 größer oder gleich der Gleichrichterspannung U3 ist, fließt kein Ladestrom von der Wechselspannungsseite in den Kondensator 3. Die Zwischenkreisspannung Uzw fällt nach dem Zeitpunkt t3 weiter ab und nähert sich der Gleichrichterspannung U3 asymptotisch an.
In einem vierten Schritt S4 wird zu einem Zeitpunkt t4 der Wechselrichter 5 aktiviert, sodass dessen Wechselrichterbrücke taktet. Zu jedem Zeitpunkt t4 nach dem Zeitpunkt t3 liegt die Zwischenkreisspannung Uzw unter dem Spannungswert U2, also der maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters 5. Der vierte Schritt kann daher unmittelbar nach dem dritten Schritt S3 ausgeführt werden. Eine längere Wartezeit zwischen dem dritten Schritt S3 und dem vierten Schritt S4 ist jedoch insofern unschädlich, da die Zwischenkreisspannung Uzw wegen des geschlossenen AC-Schützes 7 nicht unter die Gleichrichterspannung U3 abfällt. Der Wechselrichter 5 kann durch das Takten seiner Wechselrichterbrücke somit jederzeit nach dem Zeitpunkt t3 betrieben werden, ohne die Spannungsfestigkeit seiner Leistungshalbleiter zu strapazieren.
Die Zwischenkreisspannung Uzw wird jetzt aktiv vom Wechselrichter 5 geregelt. In diesem Betriebszustand kann der Wechselrichter 5 nicht nur Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzen, sondern im Hochsetzstellerbetrieb die Zwischenkreisspannung Uzw anheben. Es kann daher die Zwischenkreisspannung Uzw auf eine Sollspannung U4 eingestellt werden, die über der Gleichrichterspannung U3, aber unter der Maximalspannung U2 liegt. Die Höhe der Sollspannung U4 wird dabei so gewählt, dass sie dem zu erwartenden Arbeitspunkt zum Betreiben des PV-Generators 1 in etwa entspricht.
In einem fünften Schritt S5 wird zu einem Zeitpunkt t5 das DC-Schütz 2 eingeschaltet und somit der PV-Generator 1 mit dem Zwischenkreis verbunden. Da nicht belastet, stellt der PV-Generator 1 vor dem Einschalten des DC-Schützes 2 seine Leerlaufspannung bereit. Nach dem Einschalten des DC-Schützes 2 führt diese höhere Leerlaufspannung zunächst zu einem Überschwinger in der Zwischenkreisspannung Uzw, bevor dieser durch die Regelungseigenschaften des Wechselrichters 5 wieder auf den gewünschten Arbeitspunkt bei der Sollspannung U4 eingestellt wird. Die Regeldynamik ist dabei so eingestellt, dass die Maximalspannung U2 auch beim Überschwingen nicht überschritten wird.
Anschließend kann die Zwischenkreisspannung Uzw durch den Wechselrichter 5 im Rahmen eines Nachführverfahrens auf den optimalen Arbeitspunkt geregelt werden (MPP-Tracking).
Wenn mehrere PV-Generatoren in der PV-Anlage vorhanden sind, die über einzeln schaltbare Schaltorgane 2 (DC-Schütze 2) mit dem Wechselrichter 5 verbunden werden können, können diese in dem fünften Schritt S5 entweder gleichzeitig oder zur Begrenzung des in dem Zwischenkreis fließenden Stroms auch nacheinander geschlossen werden.
In einer Alternative zu dem in den 2 und 3 dargestellten Verfahrensablauf kann der zweite Schritt S2 bereits erfolgen, während die Zwischenkreisspannung Uzw im ersten Schritt S1 den Grenzwert der Leerlaufspannung noch nicht erreicht hat und noch ansteigt. Wichtig ist lediglich, dass die Zwischenkreisspannung Uzw bereits die Gleichrichterspannung U3 erreicht oder überschritten hat.
In einer weiteren Alternative zu dem in den 2 und 3 dargestellten Verfahrensablauf kann der dritte Schritt S3 auch bereits vor dem zweiten Schritt S2 erfolgen, das AC-Schütz 7 also eingeschaltet werden, bevor das DC-Schütz 2 geöffnet wird. Auch in einem solchen Fall sollte der vierte Schritt S4 erst ausgeführt werden, wenn die Zwischenkreisspannung Uzw unter den Maximalwert U2 abgefallen ist.
Bezugszeichenliste

1: PV-Generator
2: Gleichstrom-Schaltorgan (DC-Schütz)
3: Kondensator
4: Widerstand
5: Wechselrichter
6: Steuereinrichung
7: Wechselstrom-Schaltorgan (AC-Schütz)
8: Stromversorgungsnetz
Uzw: Zwischenkreisspannung
Uph: Photovoltaikspannung

Claims

Verfahren zum Verbinden einer Photovoltaikanlage mit einem Stromversorgungsnetz (8), wobei die Photovoltaikanlage einen Photovoltaikgenerator (1), einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Kondensator (3) und einen Wechselrichter (5) umfasst, mit den folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge: – Verbinden des Gleichspannungs-Zwischenkreises mit dem Photovoltaikgenerator (1) und Vorladen des Kondensators (3) auf eine erste Spannung (U1); – Trennen des Gleichspannungs-Zwischenkreises von dem Photovoltaikgenerator (1); – Entladen des Kondensators (3) auf oder unter eine zweite Spannung (U2), die einer maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters (5) entspricht; – Verbinden des Wechselrichters (5) mit dem Stromversorgungsnetz (8); – Takten einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichters (5); und – Verbinden des Gleichspannungs-Zwischenkreises mit dem Photovoltaikgenerator (1).
Verfahren zum Verbinden einer Photovoltaikanlage mit einem Stromversorgungsnetz (8), wobei die Photovoltaikanlage einen Photovoltaikgenerator (1), einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Kondensator (3) und einen Wechselrichter (5) umfasst, mit den folgenden Schritten in der angegebenen Reihenfolge: – Verbinden des Gleichspannungs-Zwischenkreises mit dem Photovoltaikgenerator (1) und Vorladen des Kondensators (3) auf eine erste Spannung (U1); – Verbinden des Wechselrichters (5) mit dem Stromversorgungsnetz (8); – Trennen des Gleichspannungs-Zwischenkreises von dem Photovoltaikgenerator (1); – Entladen des Kondensators (3) auf oder unter eine zweite Spannung (U2), die einer maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters (5) entspricht; – Takten einer Wechselrichterbrücke des Wechselrichters (5); und – Verbinden des Gleichspannungs-Zwischenkreises mit dem Photovoltaikgenerator (1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Trennens des Gleichspannungs-Zwischenkreises von dem Photovoltaikgenerator (1) erst erfolgt, wenn die erste Spannung (U1) größer als eine Gleichrichtspannung (U3) des Stromversorgungsnetzes (8) ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem der Schritt des Verbindens des Wechselrichters (5) mit dem Stromversorgungsnetz (8) erfolgt, wenn die erste Spannung (U1) im Wesentlichen so groß ist wie eine Leerlaufspannung des Photovoltaikgenerators (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem durch das Takten der Wechselrichterbrücke eine Sollspannung (U4) im Gleichspannungs-Zwischenkreis eingestellt wird, bevor der Gleichspannungs-Zwischenkreis mit dem Photovoltaikgenerator (1) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Entladen des Kondensators (3) auf oder unter die zweite Spannung (U2) über einen parallel zum Kondensator (3) geschalteten Widerstand (4) erfolgt.
Photovoltaikanlage mit einem Photovoltaikgenerator (1), der über mindestens ein Gleichstrom-Schaltorgan (2) und einen Gleichspannungs-Zwischenkreis mit einem Wechselrichter (5) verbunden ist, wobei der Gleichspannungs-Zwischenkreis einen Kondensator (3) aufweist und der Wechselrichter (5) über ein Wechselstrom-Schaltorgan (7) mit einem Stromversorgungsnetz (8) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (6) zur Steuerung des Wechselrichters (5), des Gleichstrom-Schaltorgans (2) und des Wechselstrom-Schaltorgans (7) vorgesehen ist, die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 7, bei der der Gleichspannungs-Zwischenkreis in den Wechselrichter (5) integriert ist.