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Die Erfindung betrifft eine Solarmodulschutzvorrichtung für Solarenergienanlagen und eine Solarenergieanlage mit mindestens zwei Solarmodulen und mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung.
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In der heutigen Zeit gewinnen erneuerbare Energien stetig an Bedeutung. Beispielsweise werden vermehrt Photovoltaikanlagen, welche auch Solarenergieanlagen genannt werden, hergestellt und an oder auf Gebäuden angebracht. Herkömmliche Solarenergieanlagen weisen im Allgemeinen eine Vielzahl an Solarmodulen auf, welche über Verbindungskabel miteinander in Reihe geschaltet sind. Insbesondere kann eine Vielzahl von Solarmodulen in Reihe zu so genannten Strings verschaltet sein.
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Die in Reihe geschalteten Solarmodule erzeugen einen Gleichstrom bzw. eine Gleichspannung, welche/r beispielsweise über einen Wechselrichter in ein öffentliches Netz eingespeist werden kann.
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Problematisch bei herkömmlichen Solarenergieanlagen ist jedoch der unzureichende Hochspannungsschutz der Solarenergieanlagen für Personen insbesondere in einem Störungsfall.
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Eine besondere Problematik ergibt sich zum Beispiel in einem Brandfall. Beispielsweise kann das Gebäude in Brand geraten, an dem die Solarenergieanlage angebracht ist. Zwar ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einen Trennschalter vor dem Wechselrichter, der für eine Wandlung der erzeugten Gleichspannung für eine Einspeisung in ein Netz vorgesehen ist, anzuordnen. Dieser Trennschalter bewirkt jedoch lediglich eine Trennung der Solarenergieanlage von der Last, also dem Netz, in das die Energie eingespeist wird. Da jedoch die Solarmodule selber die Energiequelle bilden, wird weiterhin Energie erzeugt. Beispielsweise liegt trotz einer Trennung der Solarenergieanlage vom Netz eine Gleichspannung von 1000 V und mehr an den in Reihe geschalteten Modulen an. Dies führt jedoch zu einem erheblichen Risiko, insbesondere zu einer Lebensgefahr für die Feuerwehrleute. In diesem Fall ist ein Löschen des Brandes daher sehr gefährlich und sogar nicht möglich. In der Regel bleibt nur die Möglichkeit, ein Übergreifen des Brandes auf Nachbargebäude zu verhindern.
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Ferner offenbart die
DE 20 2010 013 030 U1 eine Photovoltaik-Anlage mit mehreren Solarzellenmodulen, deren Spannungsausgange über jeweils zwischengeschaltete Schaltelemente miteinander und mit einem Spannungswandler verbunden sind, welcher ausgangsseitig an einen Verbraucher angeschlossen ist, wobei eine Sicherheitsschalteinheit vorgesehen ist, welche den Spannungswandler vorzugsweise ausgangsseitig vom Verbraucher trennt und zugleich sämtliche oder ausgewählte Schaltelemente öffnet. Die
DE 10 2007 032 605 A1 betrifft eine Photovoltaikanlage mit mindestens einem Photovoltaikelement, insbesondere mit mehreren elektrisch miteinander verbundenen Photovoltaikelementen, sowie elektrischen Verbindungsleitungen zur Bereitstellung von elektrischem Strom.
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Aus der
DE 10 2010 008 542 A1 ist eine Photovoltaikmodulschutzvorrichtung mit einer zumindest zwei Photovoltaikmodule elektrisch miteinander verbindenden Anschlusseinrichtung und einer in der Anschlusseinrichtung angeordneten Trenneinrichtung bekannt, wobei zum Schutz vor elektrischen Schlagen im Notfall vorgeschlagen wird, dass die Trenneinrichtung in Wirkverbindung mit einer ein Auslösebedingung bestimmenden Sensoreinrichtung ist, wobei die Trenneinrichtung die zumindest zwei Photovoltaikmodule beim Vorliegen der Auslösebedingung elektrisch voneinander trennt. Die
DE 20 2010 003 613 U1 betrifft eine Photovoltaikanlage und ein Verfahren zum Steuern einer Photovoltaikanlage einschließlich Überwachen einer Überhitzung wenigstens eines Teils der Photovoltaikanlage. Schließlich offenbart die
DE 10 2008 003 272 A1 eine Überwachungseinheit für Photovoltaik-Module, wobei die Module für eine direkte Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie ausgebildet sind und die Anlage funktionsüberwacht ausgebildet ist, wobei in einer angeordneten Anschlussdose des Photovoltaik-Moduls eine Funktionsmodul-Platine angeordnet ist, auf welcher eine Vielzahl von Funktionsüberwachungsmodulen angeordnet sind.
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Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Solarmodulschutzvorrichtung für eine Solarenergieanlage bereitzustellen, welche einen verbesserten Hochspannungsschutz ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Solarmodulschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch eine Solarenergieanlage gemäß Anspruch 8 gelöst.
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Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einer Solarmodulschutzvorrichtung für eine Solarenergieanlage mit mindestens zwei Solarmodulen gelöst. Die Solarmodulschutzvorrichtung umfasst mindestens einen ersten mit einem ersten Solarmodul elektrisch verbindbaren Eingang, mindestens einen ersten mit einem weiteren Solarmodul elektrisch verbindbaren Ausgang, mindestens eine Schaltereinrichtung zum elektrischen Verbinden des ersten Eingangs und des ersten Ausgangs und mindestens eine Auslöseeinrichtung zum Aktivieren der Schaltereinrichtung in Abhängigkeit eines empfangbaren Auslösesignals, derart, dass die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Eingang und dem ersten Ausgang getrennt wird.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird gemäß der Lehre der Erfindung durch eine zwischen zwei benachbarte Solarmodule schaltbare Solarmodulschutzvorrichtung, welche insbesondere in einem Störungsfall einen Stromfluss zwischen den benachbarten Solarmodulen trennen kann, ein verbesserter Hochspannungsschutz gewährleistet. Durch eine Unterbrechung des Stromflusses zwischen zwei benachbarten Solarmodulen, vorzugsweise eine Unterbrechung zwischen sämtlichen benachbarten Solarmodulen, wird erreicht, dass (ausschließlich) Gleichspannungen von zumindest unter 100 V auftreten. Bei derartigen Gleichspannungen besteht im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem Gleichspannungen im bereich von 1000 V auftreten, zumindest keine Lebensgefahr mehr. In einem Brandfall ist daher ein Löschen des Brandes ohne ein erhebliches Risiko für die Feuerwehr möglich.
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Um die Solarmodulschutzvorrichtung zwischen zwei Solarmodulen anordnen zu können, weist die Solarmodulschutzvorrichtung einen ersten Eingang und einen ersten Ausgang auf. Der erste Eingang kann mit einem ersten Solarmodul, beispielsweise über ein (ohnehin) vorgesehenes Kabel des Solarmoduls, elektrisch verbunden werden. Der erste Ausgang kann mit einem weiteren, insbesondere benachbarten, Solarmodul, beispielsweise über ein (ohnehin) vorgesehenes Kabel des Solarmoduls, elektrisch verbunden werden. Im Allgemeinen sind zwei Solarmodule gemäß dem Stand der Technik über zwei Kabel, welche jeweils bevorzugt standardisierte und zueinander korrespondierende Steckverbindungen aufweisen, zusammengeschaltet. Vorzugsweise sind der erste Eingang und der erste Ausgang ausgebildet, derart, dass sie zu den Steckeinrichtungen der Kabel der Solarmodule korrespondieren. Dies vereinfacht insbesondere eine Nachrüstung bereits vorhandener Solarenergieanlagen.
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Darüber hinaus ist zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang eine Schaltereinrichtung vorgesehen. Im Regelbetrieb, also in einem Betrieb ohne Störung, ist die Schaltereinrichtung geschlossen. Das erste Solarmodul und das zweite Solarmodul sind über die Solarmodulschutzvorrichtung elektrisch miteinander verbunden. Es versteht sich, dass die Schaltereinrichtung derart konfiguriert ist, dass sie eine ausreichende Spannungs- und Stromtragfestigkeit aufweist.
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Mit der Schaltereinrichtung in Wirkverbindung stehen kann eine Auslöseeinrichtung. Die Auslöseeinrichtung ist dazu konfiguriert, ein Auslösesignal empfangen zu können. Ein Auslösesignal wird beispielsweise im Störungsfall, wie einem Brand, erzeugt. In Abhängigkeit des Auslösesignals, insbesondere bei Empfang des Auslösesignals, steuert die Auslöseeinrichtung die Schaltereinrichtung derart an, dass diese aktiviert wird. Die Schaltereinrichtung trennt die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Eingang und dem ersten Ausgang. Beispielsweise wird ein Schalter geöffnet. Es versteht sich, dass die Schaltereinrichtung auch die Auslöseeinrichtung umfassen kann. In einfacher Weise können im Störungsfall Solarmodule voreinander getrennt werden, so dass keine Gleichspannungen von über 100 V auftreten.
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Insbesondere kann mittels der Solarmodulschutzvorrichtung ein Solarmodul, insbesondere sämtliche Solarmodule, in den Leerlauf geschaltet werden. Mit anderen Worten liegt weiter eine Spannung an jedem einzelnen getrennten Solarmodul an. Diese Spannung liegt jedoch nicht mehr im lebensgefährlichen Spannungsbereich.
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Grundsätzlich kann ein Auslösesignal auf beliebige Weise von der Solarmodulschutzvorrichtung empfangen werden. Beispielsweise kann eine Empfängereinrichtung konfiguriert zum Empfangen von Funksignalen vorgesehen sein. Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarmodulschutzvorrichtung kann mindestens ein zweiter mit der Auslöseeinrichtung verbundener Eingang zum Empfangen des Auslösesignals vorgesehen sein. Das Auslösesignal kann insbesondere ein Stromsignal sein. Das Auslösesignal kann bevorzugt über einen drahtgebundenen Kanal übertragen werden. Der zweite Eingang kann als eine Steckeinrichtung gebildet sein, an der ein Kabel anschließbar ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Auslösesignal um ein Strom- bzw. Spannungssignal handeln. Im Regelbetrieb kann vorzugsweise kein Signal, also kein Strom an dem zweiten Eingang anliegen. Im Störungsfall kann ein Strom als Auslösesignal an den zweiten Eingang angelegt werden. Eine einfache und gleichzeitig zuverlässige Konfiguration zum Empfang eines Auslösesignals wird bereitgestellt.
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Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Solarmodulschutzvorrichtung der Erfindung mindestens ein zweiter mit der Auslöseeinrichtung verbundener Ausgang vorgesehen sein. Der zweite Ausgang kann insbesondere zum Weiterleiten des Auslösesignals vorgesehen sein. Der zweite Ausgang kann beispielsweise über ein Kabel mit dem Eingang einer weiteren Solarmodulschutzvorrichtung elektrisch gekoppelt werden. Dann kann ein empfangenes Auslösesignal an die weitere Solarmodulschutzvorrichtung weitergeleitet werden. Bevorzugt können sämtliche Solarmodulschutzvorrichtungen miteinander elektrisch verbunden sein. In einfacher Weise kann gewährleistet werden, dass ein Auslösesignal von sämtlichen Solarmodulschutzvorrichtungen empfangen werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Solarmodulschutzvorrichtung der Erfindung kann die Auslöseeinrichtung ein schaltauslösendes Element aufweisen. Das schaltauslösende Element, beispielsweise ein erster Schalter und/oder ein Bimetall, kann konfiguriert sein, den zweiten Eingang mit dem zweiten Ausgang in Abhängigkeit des Auslösesignal elektrisch zu verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann das schaltauslösende Element konfiguriert sein, die Schaltereinrichtung mechanisch auszulösen. Insbesondere ist das schaltauslösende Element von der Schaltereinrichtung galvanisch getrennt. Beispielsweise kann bei Empfang des Auslösesignals über das schaltauslösende Element eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Eingang und dem zweiten Ausgang hergestellt werden. Es versteht sich, dass auch eine permanente elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Eingang und dem zweiten Ausgang vorgesehen sein kann.
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Darüber hinaus kann das schaltauslösende Element die Schaltereinrichtung insbesondere mechanisch auslösen. Das Auslösesignal kann dann die Schaltereinrichtung in zuvor beschriebener Weise aktivieren. Es ist keine komplexe Ansteuerung und Erzeugung eines weiteren Signals erforderlich. Eine einfache Aktivierung der Schaltereinrichtung kann erzielt werden. Es versteht sich, dass auch andere Auslösemechanismen eingesetzt werden können. Bevorzugt liegt jedoch stets eine galvanische Trennung vor.
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Die Schaltereinrichtung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform einen Schalter umfassen. Grundsätzlich kann in der Schaltereinrichtung als Schalter jeder Schalter eingesetzt werden, der eine ausreichende Zuverlässigkeit über eine lange Zeitdauer von beispielsweise 20 Jahren gewährleistet. Beispielhafte Schalter sind mechanische Schalter, magnetische Schalter, elektrische Schalter, pyrotechnische Schalter, thermische Schalter und/oder elektromechanische Schalter. Die Schaltereinrichtung kann insbesondere konfiguriert sein, dass ein irreversibles Öffnen des Schalters durchführbar ist. Alternativ kann die Auslöseeinrichtung derart konfiguriert sein, dass ein irreversibles Betreiben des schaltauslösenden Elements durchführbar ist. Mit anderen Worten kann die Solarmodulschutzvorrichtung lediglich einmal aktiviert werden. Eine weitere Benutzung der Solarmodulschutzvorrichtung ist ausgeschlossen. Die Solarmodule hingegen können weiter- bzw. wiederverwendet werden. Lediglich die mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung muss ausgetauscht werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei einer evtl. Rücksetzung der Solarmodulschutzvorrichtung Fehler auftreten, welche eine weitere Aktivierung bei einer erneuten Störung verhindern würden. Die Sicherheit kann weiter verbessert werden.
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Des Weiteren kann gemäß einer weiteren Ausführungsform mindestens eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Betriebszustands der Solarmodulschutzschaltung in Abhängigkeit des Zustands der Auslöseeinrichtung und/oder des Zustands der Schaltereinrichtung und/oder des Auslösesignals vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine mechanische Anzeigeeinrichtung, welche vorzugsweise unterschiedliche zu den Betriebszuständen korrespondierende Farben anzeigen kann, angeordnet werden. Eine mechanische Anzeigeeinrichtung ist einfach aufgebaut und äußerst zuverlässig. Insbesondere kann die Anzeigeeinrichtung anzeigen, ob ein Regelbetrieb vorliegt oder die Schaltereinrichtung aktiviert und ein Stromfluss unterbrochen ist.
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Für einen ausreichenden Schutz gegenüber äußeren Umwelteinflüssen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Gehäuse vorgesehen sein. Für einen ausreichenden Schutz vor Feuchtigkeit kann zumindest ein wasserdichtes Gehäuse vorgesehen sein. Vorzugsweise ist das Gehäuse so ausgebildet, dass ein ausreichender Schutz vor UV-Strahlung, chemischen Einflüssen, wie beispielsweise Reinigungsmitteln, und/oder Temperaturschwankungen gewährleistet werden kann. Insbesondere kann das Gehäuse durch ein Vergießen bzw. einem Umspritzen der Schaltereinrichtung und Auslöseeinrichtung hergestellt werden. Darüber hinaus kann die Solarmodulschutzvorrichtung aus umweltfreundlichen Materialien gebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarmodulschutzvorrichtung kann mindestens eine Verbindungseinrichtung zum Befestigen der Solarmodulschutzvorrichtung vorgesehen sein. Die Verbindungseinrichtung ermöglicht eine einfache Anbringung der Solarmodulschutzvorrichtung beispielsweise an einem Dach eines Gebäudes, Beispielsweise kann es sich bei einer Verbindungseinrichtung um eine Öffnung im Gehäuse der Solarmodulschutzvorrichtung handeln, so dass die Solarmodulschutzvorrichtung zum Beispiel mittels einer Schraubverbindung oder einem Rasterband befestigt werden kann. Es versteht sich, dass zwei oder mehr Verbindungseinrichtungen sowie andere Verbindungseinrichtungen vorgesehen sein können.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Solarenergieanlage mit mindestens zwei Solarmodulen und einer zuvor beschriebenen Solarmodulschutzvorrichtung. Die Solarenergieanlage umfasst ein erstes Solarmodul, welches elektrisch mit einem ersten Eingang der Solarmodulschutzvorrichtung verbunden ist, und ein weiteres Solarmodul, welches elektrisch mit einem ersten Ausgang der Solarmodulschutzvorrichtung verbunden ist. Die erfindungsgemäße Solarenergieanlage weist in entsprechender Weise die zuvor beschriebenen Vorteile auf.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarenergieanlage kann mindestens eine Fernauslöseeinrichtung zum Erzeugen von mindestens einem von der mindestens einen Solarmodulschutzvorrichtung empfangbaren Auslösesignal vorgesehen sein. Als Fernauslöseeinrichtung, also eine Auslöseeinrichtung, welche von der mindestens einen Solarmodulschutzvorrichtung entfernt angeordnet ist, kann grundsätzlich jede Vorrichtung, welche zur Generierung und Aussendung eines Auslösesignals geeignet ist, eingesetzt werden. Beispielsweise kann es sich um eine Funkeinrichtung handeln. Auch kann es sich um eine Schaltereinrichtung mit einem Schalter handeln. Beispielsweise kann eine Schaltereinrichtung mit dem zweiten Eingang einer ersten Solarmodulschutzvorrichtung und mit dem zweiten Ausgang einer letzten Solarmodulschutzvorrichtung verbunden sein, wobei eine Mehrzahl an Solarmodulschutzvorrichtungen in Reihe verbunden sein kann. Es versteht sich, dass im Spezialfall von lediglich einer Solarmodulschutzvorrichtung, die erste und die letzte Solarmodulschutzvorrichtung identisch sind. Die Fernauslöseeinrichtung kann bei Betätigung, beispielsweise von einem Benutzer, oder automatisch in Abhängigkeit eines Detektors, wie einem Branddetektors, das Auslösesignal erzeugen und aussenden. In einfacher Weise können von einer zentralen und entfernten Auslöseeinrichtung sämtliche Solarmodulschutzvorrichtungen aktiviert werden.
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Für einen zuverlässigen Betrieb der mindestens einen Solarmodulschutzvorrichtung insbesondere in einem Störungsfall kann mindestens eine separate Energieversorgung zum Betreiben der mindestens einen Solarmodulschutzvorrichtung vorgesehen sein. Die mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung kann also unabhängig von anderen Stromnetzen, wie einem öffentlichen Netz, betrieben werden. Beispielsweise kann ein Generator oder eine Batterie vorgesehen sein. Die Energiequelle kann mit der Fernauslöseeinrichtung gekoppelt sein. Dann kann beispielsweise mittels eines Schalters in einfacher Weise eine Auslösesignal, wie ein Stromsignal, erzeugt und an die mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung übertragen bzw. die Solarmodulschutzvorrichtung mit dem Signal beaufschlagt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann mindestens eine erste Solarmodulschutzvorrichtung mit einer weiteren Solarmodulschutzvorrichtung verbunden sein. Insbesondere kann ein zweiter Eingang einer Solarmodulschutzvorrichtung mit einem zweiten Ausgang der weiteren Solarmodulschutzvorrichtung verbunden sein. In einfacher Weise lassen sich eine Vielzahl an Solarmodulschutzvorrichtung miteinander verschalten.
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Darüber hinaus ist erkannt worden, dass bei einer Störung nur ein Teil einer Solarenergieanlage von dieser Störung betroffen sein kann. In diesem Fall ist auch nur eine Aktivierung der Solarmodulschutzvorrichtungen erforderlich, welche in dem entsprechenden Bereich positioniert sind. Gemäß einer Ausführungsform kann die Solarenergieanlage einen ersten Bereich mit mindestens einer zwischen einem ersten Solarmodul und mindestens einem weiteren Solarmodul geschalteten Solarmodulschutzvorrichtung und mindestens einen weiteren Bereich mit mindestens einer zwischen einem ersten Solarmodul und mindestens einem weiteren Solarmodul geschalteten Solarmodulschutzvorrichtung aufweisen. Insbesondere kann eine erste Fernauslöseeinrichtung zum Erzeugen von mindestens einem Auslösesignal für die mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung des ersten Bereichs und mindestens eine weitere Fernauslöseeinrichtung zum Erzeugen von mindestens einem Auslösesignal für die mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung des zweiten Bereichs vorgesehen sein. Eine separate Aktivierung eines Bereichs von einer Mehrzahl an Bereichen ist in einfacher Weise möglich.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarenergieanlage kann zwischen sämtlichen benachbarten Solarmodulen eine Solarmodulschutzvorrichtung geschaltet sein. Alternativ können auch abwechselnd zwei Solarmodule, eine Solarmodulschutzvorrichtung und wieder zwei Solarmodule verschaltet sein. Wesentlich ist, dass die Solarenergieanlage ausschließlich Gleichspannungen von 100 V erzeugt. Denn 100 V stellt einen kritischen Wert hinsichtlich der Lebensgefahr dar. Ein Solarmodul erzeugt eine Gleichspannung von ca. 30 bis 50 V.
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Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarenergieanlage mindestens ein Trennschalter zum Trennen der Solarenergieanlage von einer Last vorgesehen sein. Der Trennschalter kann konfiguriert sein, nach einer Trennung der Solarenergieanlage von der Last die mindestens eine Fernauslöseeinrichtung freizugeben. Eine Betätigung der Fernauslöseeinrichtung, also eine Aktivierung der mindestens einen Solarmodulschutzvorrichtung kann (nur) dann durchführbar sein, wenn zuvor der Trennschalter betätigt wurde. Mit anderen Worten wird zunächst die Last von der Solarenergieanlage getrennt. Dann gibt der Trennschalter die mindestens eine Fernauslöseeinrichtung frei.
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Es sei angemerkt, dass die Solarmodulschutzvorrichtung (ausschließlich) vier Anschlüsse, insbesondere lediglich zwei Eingänge und zwei Ausgänge, aufweisen kann.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Solarmodulschutzvorrichtung und die erfindungsgemäße Solarenergieanlage auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Solarmodulschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Solarenergieanlage gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 eine weitere schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Solarenergieanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Solarmodulschutzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Solarmodulschutzvorrichtung 2 weist einen ersten Eingang 4 auf. An den ersten Eingang 4 kann ein Solarmodul elektrisch angeschlossen werden. Ferner ist zumindest ein erster Ausgang 6 vorgesehen. An den ersten Ausgang 6 kann ein weiteres Solarmodul elektrische angeschlossen werden. Mit anderen Worten können zwei Solarmodule über die Solarmodulschutzvorrichtung 2 in Reihe geschaltet werden.
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Herkömmliche Solarmodule sind in der Regel in Reihe miteinander verbunden, wobei ein Solarmodul ein Kabel mit einer Steckeinrichtung umfasst, welche zu der Steckeinrichtung eines Kabels eines benachbarten Solarmoduls korrespondiert. Es ist bevorzugt, wenn der Eingang 4 und der Ausgang 6 jeweils durch eine Steckeinrichtung gebildet sind, welche zu der jeweiligen Steckeinrichtung des jeweiligen (ohnehin) vorgesehenen Kabels korrespondiert. In diesem Fall kann eine Solarenergieanlage mit einer Vielzahl an Solarmodulschutzvorrichtungen 2 in einfacher und kostengünstiger Weise nachgerüstet werden.
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Darüber hinaus weist die Solarmodulschutzvorrichtung 2 zumindest eine Schaltereinrichtung 8 auf. Die Schaltereinrichtung 8 ist zwischen dem ersten Eingang 4 und dem ersten Ausgang 6 angeordnet. Insbesondere kann durch die Schaltereinrichtung für einen Regelbetrieb eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Eingang 4 und den ersten Ausgang 6 hergestellt werden.
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Die Schaltereinrichtung 8 umfasst insbesondere einen Schalter 10. Im geschlossenen Zustand des Schalters 10 kann ein Strom von dem ersten Solarmodul über die Schaltereinrichtung 8, insbesondere über den Schalter 10, zum weiteren Solarmodul fließen. Der geschlossene Schalter 10 stellt den Regelbetriebszustand dar. In diesem Fall sind die Solarmodule in Reihe geschaltet und die generierte Leistung kann in ein Netz eingespeist werden. In einem geöffneten Zustand des Schalters 10 ist der Stromfluss zwischen den Solarmodulen unterbrochen, die Solarmodule sind also getrennt. Dies stellt einen Störungszustand dar.
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Grundsätzlich kann in der Schaltereinrichtung 8 als Schalter 10 jeder Schalter eingesetzt werden, der eine ausreichende Zuverlässigkeit über eine lange Zeitdauer von beispielsweise 20 Jahren gewährleistet. Beispielhafte Schalter sind mechanische Schalter, magnetische Schalter, elektrische Schalter, pyrotechnische Schalter, thermische Schalter und/oder elektromechanische Schalter.
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Die Schaltereinrichtung 8 kann bevorzugt dazu konfiguriert sein, eine irreversible Trennung der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Eingang 4 und dem ersten Ausgang 6 zu bewirken. Mit anderen Worten kann die Schaltereinrichtung nur einmal betätigt, der Schalter 10 also nur einmal geöffnet werden. Nach einem Öffnen des Schalters 10, beispielsweise aufgrund eines Brandes, muss die aktivierte Solarmodulschutzvorrichtung 2 durch eine neue Solarmodulschutzvorrichtung 2 ersetzt werden. Die Solarmodule können jedoch wiederverwendet werden.
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Des Weiteren weist die Solarmodulschutzvorrichtung 2 eine Auslöseeinrichtung 12 auf. Die Auslöseeinrichtung 12 ist konfiguriert, um in Abhängigkeit eines empfangbaren Auslösesignal eine Aktivierung der Schaltereinrichtung 8, also ein Öffnen des Schalters 10, zu veranlassen. Beispielsweise kann das empfangbare Auslösesignal ein schaltauslösendes Element 14 ansteuern. Durch das Ansteuern des schaltauslösenden Elements 14 kann ein Ansteuerungssignal erzeugt werden, welches insbesondere die Schaltereinrichtung 8 ansteuern kann. Das schaltauslösende Element 14 kann ein Bimetall umfassen und/oder als ein zuvor beschriebener Schalter ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Schalter 10 mechanisch ausgelöst werden. Andere Mechanismen sind auch denkbar.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Schaltereinrichtung 8 mit einem irreversiblen Mechanismus kann die Auslöseeinrichtung 12 in entsprechender Weise einen irreversiblen Mechanismus aufweisen.
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Grundsätzlich kann ein Auslösesignal von einer entfernt angeordneten Fernauslöseeinrichtung über einen drahtlosen Kanal oder einen drahtgebundenen Kanal von der Solarmodulschutzvorrichtung 2 empfangen werden. Beispielsweise kann ein Funkempfänger zum Empfangen von einem Funksignal vorgesehen sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Solarmodulschutzvorrichtung einen zweiten Eingang 16 und einen zweiten Ausgang 18 auf. Bei diesen Elementen 16, 18 kann es sich um Steckeinrichtungen, wie eine Steckdose und/oder einen Stecker, handeln.
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An den Eingang 16 kann insbesondere über eine Leitung mit einer zum Eingang korrespondierenden Steckeinrichtung ein Ausgang einer weiteren Solarmodulschutzvorrichtung angeschlossen werden. Über den Ausgang 18 der Solarmodulschutzvorrichtung 2 kann über eine Leitung der Eingang einer weiteren Solarmodulschutzvorrichtung angeschlossen werden. Mit anderen Worten ist eine serielle Verschaltung von einer Vielzahl an Solarmodulschutzvorrichtungen 2 möglich.
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Es versteht sich, dass eine erste Solarmodulschutzvorrichtung 2 und eine letzte Solarmodulschutzvorrichtung über Kabel mit der Fernauslöseeinrichtung verbunden sein können.
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Durch das schaltauslösende Element 14 kann der zweite Eingang 16 mit dem zweiten Ausgang 18 verbunden sein. Das Auslösesignal, beispielsweise ein Stromsignal, kann an die nächste Solarmodulschutzvorrichtung 2 weitergeleitet werden. In einfacher Weise können sämtliche Solarmodulschutzvorrichtungen 2 einer Solarenergieanlage mit dem Auslösesignal angesteuert werden.
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Ferner kann durch ein Aktivieren des schaltauslösenden Elements 14 die Schaltereinrichtung 8 ausgelöst, also aktiviert werden. Bevorzugt ist das schaltauslösende Element 14 von der Schaltereinrichtung 8 galvanisch getrennt.
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Darüber hinaus kann eine Anzeigeneinrichtung 20 vorgesehen sein. Die Anzeigeneinrichtung 20 ist vorzugsweise dazu konfiguriert, den Betriebszustand der Solarmodulschutzvorrichtung 2 anzuzeigen. Insbesondere kann angezeigt werden, ob der Schalter 10 der Schaltereinrichtung 8 geschlossen oder geöffnet ist. Der Zustand der Solarmodulschutzvorrichtung 2 kann insbesondere unmittelbar in Abhängigkeit des Zustands der Schaltereinrichtung 8 bestimmt und entsprechend angezeigt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Zustand der Schaltereinrichtung 8 auch von dem Zustand der Auslöseeinrichtung 12 und/oder des Auslösesignals abgeleitet werden.
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Grundsätzlich kann jede beliebige Anzeigeneinrichtung 20 eingesetzt werden. Bevorzugt kann jedoch eine mechanische Anzeigeneinrichtung 20 verwendet werden, welche beispielsweise in Abhängigkeit des Betriebszustands der Solarmodulschutzvorrichtung 2 eine unterschiedliche Farbe, wie rot oder grün, anzeigen kann.
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Es versteht sich, dass sämtliche Elemente der Solarmodulschutzvorrichtung 2 derart ausgebildet sein können, dass eine zuverlässige Aktivierung der Solarmodulschutzvorrichtung 2 auch nach zum Beispiel 20 Jahren noch gewährleistet werden kann.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Solarenergieanlage 22 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die dargestellte Solarenergieanlage 22 umfasst mindestens ein erstes Solarmodul 24.1 und ein weiteres Solarmodul 24.2. Die beiden Solarmodule 24.1, 24.2 sind miteinander in Reihe über die zuvor beschriebene Solarmodulschutzvorrichtung 2, insbesondere mittels des ersten Eingangs 4 und des ersten Ausgangs 6, geschaltet.
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Es versteht sich, dass eine Solarenergieanlage 22 in der Regel eine Vielzahl an Solarmodulen und Solarmodulschutzvorrichtungen 2 aufweisen kann. Vorliegend sind jedoch zu Gunsten einer besseren Darstellung lediglich zwei Solarmodule 24.1, 24.2 und eine Solarmodulschutzvorrichtung 2 dargestellt.
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Wie bereits beschrieben wurde, kann die Solarmodulschutzvorrichtung 2 einen zweiten Eingang 16 und einen zweiten Ausgang 18 aufweisen. Über diese Elemente 16, 18 können eine Vielzahl an Solarmodulschutzvorrichtungen seriell miteinander verschaltet werden.
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Des Weiteren ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Fernauslöseeinrichtung 26 vorgesehen. Die Fernauslöseeinrichtung 26 kann mit einem zweiten Eingang 16 einer ersten Solarmodulschutzvorrichtung 2 und mit dem zweiten Ausgang 18 der letzten von einer Vielzahl in Reihe geschalteter Solarmodulschutzvorrichtungen 2 verbunden sein.
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Die Fernauslöseeinrichtung 26 kann einen Schalter 28 umfassen. Ein Schalten, insbesondere ein Schließen des Schalters 28 bewirkt, dass an die Solarmodulschutzvorrichtung 2 ein Auslösesignal gesendet wird. Durch die bevorzugt serielle Verschaltung von zwei oder mehr Solarmodulschutzvorrichtungen 2 kann durch eine entfernt anordenbare Auslöseeinrichtung die Vielzahl von Solarmodulschutzvorrichtungen angesteuert werden, wie es bereits zuvor beschrieben wurde.
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Bevorzugt ist die Fernauslöseeinrichtung 26 derart konfiguriert, dass ein Schalten (nur) möglich ist, wenn die Solarenergieanlage 22 von der Last, insbesondere einem öffentlichen Netz, getrennt ist. Beispielsweise kann ein Trennschalter (nicht gezeigt) vorgesehen sein, der die Solarenergieanlage 22 zunächst vom Netz trennt. Daraufhin kann der Trennschalter die Fernauslöseeinrichtung 26 freigeben. Ein Schalten der Fernausloseeinrichtung 26 und somit ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen zweiter Solarmodule 24.1, 24.2 vor einer Trennung von einer Last kann vermieden werden.
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Auch ist es möglich, dass die Fernauslöseeinrichtung 26 einen integrierten Schalter, insbesondere Magnetschalter aufweist. Der Schalter kann beispielsweise mit einem Magnetschlüssel von außen zurückgestellt werden. Grund hierfür ist, dass beispielsweise aus rechtlichen Gründen die Solarenergieanlage 22 durch dritte Institutionen in ihrer Schutzfunktion überprüfbar sein muss. Zum Beispiel kann der entsprechende Schalter nur bei dem Anbieter oder Hersteller der Solarenergieanlage 22 erhältlich sein. Die Wiedereinschaltung kann durch die Anzeigeeinrichtung angezeigt werden.
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Es versteht sich, dass die Fernauslöseeinrichtung 26 gemäß anderen Varianten der Erfindung auch als Funksender ausgebildet sein kann, welcher ein entsprechendes Auslösesignal an in den Solarmodulschutzvorrichtungen angeordneten Funkempfängern senden kann. Beispielsweise kann eine tragbare Fernauslöseeinrichtung 26 vorgesehen sein. Eine tragbare Fernauslöseeinrichtung 26 könnte bei der Feuerwehr gelagert werden, welche im Brandfall mittels dieser Fernauslöseeinrichtung 26 eine Aktivierung der Solarmodulschutzvorrichtungen 2 bewirken könnte.
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Darüber hinaus ist vorzugsweise eine separate Energieversorgung 30 vorgesehen. Unter einer separaten Energieversorgung 30 ist eine unabhängige Energieversorgung zu verstehen, welche (ausschließlich) zum Betreiben der mindestens einen Solarmodulschutzvorrichtung 2 vorgesehen ist. Beispielsweise kann ein Notstromaggregat, wie eine Batterie, ein Generator oder dergleichen vorgesehen sein. Es versteht sich, dass auch lediglich eine Anschlussvorrichtung vorgesehen sein kann, an die beispielsweise die Feuerwehr im Brandfall eine Energiequelle anschließen kann. Wenn der Schalter 28 geschlossen wird, kann ein elektrisches Auslösesignal beispielsweise in Form eines Stroms an die mindestens eine Solarmodulschutzvorrichtung übertragen werden.
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3 zeit eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Solarenergieanlage 22.1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Solarenergieanlage 22.1 einen ersten Bereich 32.1 mit einer Vielzahl an Solarmodulen 24 und einer Vielzahl an Solarmodulschutzvorrichtungen 2. Insbesondere kann der 3 entnommen werden, dass zwischen sämtlichen benachbarten Solarmodulen 24 in einem ersten Bereich 32.1 eine Solarmodulschutzvorrichtung 2 angeordnet ist. Grund hierfür ist, dass ein Solarmodul in der Regel eine Gleichspannung zwischen ca. 30 bis 50 V erzeugt. Bei einer Gleichspannung von ca. 100 V besteht Lebensgefahr. Durch die Trennung sämtlicher Solarmodule 24 voneinander kann verhindert werden, dass eine Gleichspannung von über 50 V, auftritt.
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Ferner ist ein erster Trennschalter 34.1 vorgesehen, um den ersten Bereich 32.1 von der Last zu trennen. Neben dem ersten Trennschalter 34.1 ist eine für den ersten Bereich 32.1 vorgesehene erste Fernauslöseeinrichtung 26.1 vorgesehen. Mit der ersten Fernauslöseeinrichtung 26.1 können im Störungsfall sämtliche Solarmodulschutzvorrichtungen 2 des ersten Bereichs 32.1 angesteuert und aktiviert werden. Eine Freigabe der Fernauslöseinrichtung 26.1 kann durch ein Betätigen des Trennschalters 34.1 erfolgen.
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Die Solarenergieanlage 22.1 weist einen zweiten Bereich 32.2 auf, welcher in entsprechender Weise mit einem weiteren Trennschalter 34.2 und einer weiteren Fernauslöseeinrichtung 26.2 verbunden sein kann.
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Im Unterschied zum ersten Bereich 32.1 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel im zweiten Bereich 32.2 (lediglich) nach jedem zweiten Solarmodul 24 Solarmodulschutzvorrichtung 2 vorgesehen. Die Anordnung einer Solarmodulschutzvorrichtung 2 nach jedem zweiten Solarmodul 24 kann ausreichend sein, wenn die durch die zwei in Reihe geschalteten Solarmodule erzeugte Gleichspannung zumindest unter 100 V liegt. Beispielsweise ist es unbedenklich, zwei Solarmodule, welche jeweils eine Gleichspannung von 40 V produzieren, in Reihe ohne eine zusätzliche Solarmodulschutzvorrichtung 2 zu schalten.
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Eine Unterteilung einer Solarenergieanlage in zwei oder mehr Bereiche kann insbesondere von der Größe der Solarenergieanlage abhängen. Es kann insbesondere bei großen Solarenergieanlagen im Störungsfall vorteilhaft sein, lediglich den Bereich, in dem eine Störung, wie ein Brand, aufgetreten ist, anzusteuern und die entsprechenden Solarmodulschutzvorrichtungen zu aktivieren.
