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Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Konventionelle Photovoltaik-(PV-)Wechselrichter wie Zentral-, String-Wechselrichter oder Wechselrichter mit einer Vielzahl von parallelen Strings nehmen neben ihrer Hauptaufgabe, den vom PV-Generator bereitgestellten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom umzuwandeln, einige Zusatzfunktionalitäten wahr. Diese können unter anderem sein:
- • Kommunikation mit dem Anwender über ein HMI (Human Machine Interface) oder über andere Kommunikationskanäle
- • Netzüberwachungsfunktionen
- • Netzstützungsfunktionen
- • Sicherheitsfunktionen
- • Zudem wird der PV-Generator über das Maximum Power Point-Tracking (MPP-Tracking) im Punkt maximaler Leistung gehalten.
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Dabei ist die Größe des PV-Generators in der Regel über die Nennleistung des Wechselrichters festgelegt, was die Skalierbarkeit des gesamten photovoltaischen Systems einschränkt.
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Da der Strom eines Strings durch die Eigenschaften seines schwächsten PV-Moduls bestimmt ist, sollten nur gleiche oder möglichst ähnliche Module derselben Technologie innerhalb des Strings verwendet werden.
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Im Falle inhomogener Einstrahlung auf den PV-Generator, beispielsweise durch partielle Verschattung, kann dem PV-Generator nicht die maximale mögliche Energie entzogen werden, da die PV-Module unterschiedliche optimale Arbeitspunkte (MPPs) aufweisen, die in einer Reihen- oder Parallelschaltung nicht individuell eingestellt werden können.
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Die Nachteile konventioneller PV-Wechselrichter, beispielsweise die eingeschränkte Skalierbarkeit, Beschränkungen bei der gleichzeitigen Verwendung verschiedenartiger Module und hohe Empfindlichkeit gegenüber inhomogener Einstrahlung, werden bei Verwendung sogenannter modulnaher, modulorientierter oder modulintegrierter Wechselrichter (d. h. ein eigener Wechselrichter mit AC-Ausgang und eigenem MPP-Tracking pro Modul – im Folgenden AC-Modul genannt) nahezu vollständig vermieden. Sollen jedoch die eingangs genannten Zusatzfunktionen in einem AC-Modul realisiert werden, ist der spezifische Preis (auf die Leistung bezogene Kosten) gegenüber den konventionellen PV-Wechselrichtern deutlich höher. Zudem kann der Wirkungsgrad der AC-Module den Wirkungsgrad konventioneller PV-Wechselrichter prinzipbedingt nicht erreichen. Dies hat in der Vergangenheit dazu geführt, dass sich AC-Module am Markt nicht durchsetzen konnten.
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Wünschenswert wäre daher ein System, das die Vorteile beider Technologien miteinander kombiniert. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist daher eine in einem Wechselrichter integrierte AC-Schnittstelle, über die die Leistung von daran angeschlossenen dezentralen AC-Modulen in ein Netz eingespeist wird. Ein solcher Wechselrichter wird im Folgenden auch Basiswechselrichter genannt. Hierdurch entstehen nur geringe Zusatzkosten, während die Kosten der dezentralen AC-Module drastisch reduziert werden können, da deren Funktionalität auf die grundlegenden Funktionen wie Wechselrichtung und MPP-Tracking reduziert werden kann, wobei die oben genannten Zusatzfunktionen auch für den von den AC-Modulen erzeugten Energieanteil durch den Basiswechselrichter bereitgestellt werden.
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Auf diese Weise können nahezu alle Gebäude-Standorte besser für PV-Anlagen genutzt werden. Insbesondere stellt ein solches System eine wesentlich kostengünstigere Variante zu den modulnahen DC/DC-Stellern, den sog. Leistungsoptimierern, dar.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Wechselrichter für ein photovoltaisches System bereitzustellen, das die folgenden Anforderungen und Funktionalitäten teilweise oder vollständig erfüllt bzw. bereitstellt:
- • Umwandeln des vom PV-Generator des photovoltaischen Systems bereitgestellten Gleichstroms in netzkonformen Wechselstrom
- • modulweise optimiertes MPP-Tracking
- • hoher energetischer Wirkungsgrad
- • geringer spezifischer Preis
- • Kommunikation des Systems mit dem Anwender über ein einheitliches HMI
- • Netzüberwachungsfunktionen
- • Netzstützungsfunktionen
- • Einstellbare Blindleistung (Lieferung, Bezug, Kompensation)
- • Sicherheitsfunktionen
- • Einfache und flexible Skalierbarkeit des PV-Generators
- • Verwendung unterschiedlicher PV-Generatortypen und Technologien (z. B. Dünnschichtzellen und monokristalline Zellen) in einem photovoltaischen System
- • Energetisch optimierte Nutzung eines inhomogen bestrahlten PV-Generators (Verschattung, unterschiedliche Modulausrichtung, etc.)
- • Anwendbarkeit für PV-Wechselrichter mit oder ohne galvanische Trennung, wobei auch beide Typen innerhalb desselben photovoltaischen Systems nutzbar sind
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Gemäß dem Hauptanspruch wird diese Aufgabe durch einen Wechselrichter gelöst, der eine Wechselrichterbrücke zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine erste Wechselspannung und eine Netzschnittstelle zwischen der Wechselrichterbrücke und dem Netz zur Umwandlung der ersten Wechselspannung in die netzkonforme Wechselspannung zur Einspeisung in das Netz umfasst. Zwischen der Wechselrichterbrücke und der Netzschnittstelle ist eine AC-Schnittstelle angeordnet, über die ein oder mehrere AC-Module zur Einspeisung in das Netz anschließbar sind.
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Es hat sich herausgestellt, dass beinahe jede Anlage einen Generatorflächenanteil aufweist, der die überwiegende Zeit des Jahres homogen und unbehindert durch schattenwerfende Hindernisse frei bestrahlt wird. Für Freiflächenanlagen nimmt dieser Anteil üblicherweise die Gesamtfläche ein. Mit zunehmender Betroffenheit durch verschattende Hindernisse nimmt dieser Anteil ab. Ein typisches Beispiel sind Dachflächen mit Gauben, die im Tagesverlauf zeitweise einen Schatten auf in der Nähe installierte PV-Generatoren werfen. Jedoch nur in seltenen Fällen sind mehr als 50% der Generatorfläche betroffen. Daher ist es sinnvoll, homogen und frei bestrahlte Flächen des Generators zu einer Einheit zusammenzufassen und die Energie zentral in einem Wechselrichter umwandeln zu lassen. Dies ist die energetisch und bezüglich der Investitionskosten günstigste Lösung.
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Für die zeitweise inhomogen bestrahlten Anteile ist eine dezentrale, möglichst modulnahe Energieaufbereitung die energetisch günstigste Lösung. Hierzu bieten sich insbesondere AC-Module an, da diese unabhängig voneinander ein MPP-Tracking vornehmen können. Damit diese möglichst kostengünstig und energieeffizient ausgeführt werden können, ist es wünschenswert, den Aufbau dieser Geräte auf die nötigen Grundfunktionen zu reduzieren. Auf diese Weise ist eine wesentlich bessere Ausnutzung vorhandener Dachflächen möglich, da Flächenanteile, deren Nutzung bei der Verwendung bisheriger Systemarchitekturen nicht wirtschaftlich war, auf diese Weise wirtschaftlich werden.
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Erfindungsgemäß wird der Wechselrichter derart erweitert, dass ein oder mehrere AC-Module mit diesem mittels einer AC-Schnittstelle verbunden werden können. Auf diese Weise können die Grundfunktionen der AC-Module derart reduziert werden, dass eine Einbindung in das photovoltaische Gesamtsystem möglich ist, obwohl ein direkter Anschluss der AC-Module zur Energieeinspeisung in ein Energienetz nicht zulässig wäre.
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Es versteht sich, dass mit der Umwandlung der Gleichspannung in die erste Wechselspannung durch die Wechselrichterbrücke und der Umwandlung der ersten Wechselspannung in die netzkonforme Wechselspannung auch eine Umwandlung von Gleichstrom in einen ersten Wechselstrom und dann in einen netzkonformen Wechselstrom einhergeht. In diesem Sinne ist der Bezug auf „Spannung” in den Ansprüchen nicht einschränkend zu verstehen.
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In einer Ausführungsform weist die Netzschnittstelle Trennschalter zum Trennen des Wechselrichters vom Netz und/oder zum Verbinden des Wechselrichters mit dem Netz auf. Bevorzugt werden die Trennschalter dabei abhängig von einem Zustand des Netzes betätigt. Besonders bevorzugt betrifft der Zustand des Netzes dabei eine Spannung und/oder eine Frequenz von elektrischem Strom in dem Netz und/oder eine Inselnetzbildung. Über die Trennschalter kann sichergestellt werden, dass elektrische Leistung netzkonform in das Netz eingespeist wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Netzschnittstelle eine Filtereinrichtung auf. Die Filtereinrichtung wird eingesetzt, um eine möglichst sinusförmige Wechselspannung zur Einspeisung bereitzustellen. Die Filtereinrichtung ist ein weiteres Element, um eine netzkonforme Einspeisung zu gewährleisten.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Netzschnittstelle eine Sicherheitseinrichtung auf. In noch einer weiteren Ausführungsform weist der Wechselrichter Messstellen auf, über die ein Stromwert über die Wechselrichterbrücke und ein Stromwert über die AC-Schnittstelle erfassbar sind. Die Sicherheitseinrichtung und die Messstellen dienen der Kontrolle, dass netzkonform eingespeist wird.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Wechselrichter eine Kommunikationseinheit zum Austausch von Daten mit an der AC-Schnittstelle verbundenen AC-Modulen auf. Bevorzugt ist die Kommunikationseinheit zum Austausch von Daten zu einem der folgenden Zwecke eingerichtet:
- – Fernbedienung oder Ferndiagnose verbundener AC-Module;
- – Speichern oder Weiterleiten von Messwerten, Störungen oder Ausfällen verbundener AC-Module;
- – Weitergabe von Steuersignalen an verbundene AC-Module oder
- – Anzeigen von Daten verbundener AC-Module auf einer Anzeigeeinheit des Wechselrichters.
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Die Kommunikationseinheit ermöglicht eine einheitliche Steuerung und Überwachung aller Module des Photovoltaiksystems. So werden auch die AC-Module, die über die AC-Schnittstelle an den Wechselrichter angeschlossen sind, steuerungstechnisch in das System integriert. Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Im Folgenden ist die Erfindung in beispielhaften Ausführungsformen durch Zeichnungen dargestellt. Die gezeigten Figuren sind in illustrierender und nicht in beschränkender Weise zu verstehen und sollen helfen, das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines konventionellen Wechselrichters;
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2 eine schematische Darstellung eines konventionellen Wechselrichters mit Netzschnittstelle;
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3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters;
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4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters;
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5 bis 7 weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wechselrichters mit verschiedenen Anordnungen von Messstellen innerhalb des Wechselrichters und
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8 und 9 weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wechselrichters.
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1 zeigt ein photovoltaisches System 100 mit einem konventionellen Wechselrichter 19. Der Wechselrichter 19 weist eine Wechselrichterbrücke 21 auf, mit dem ein Gleichstrom aus einem angeschlossenen PV-Generator 10 in einen Wechselstrom umgewandelt werden kann. Die Wechselrichterbrücke 21 ist mit einem Netz 40 zur Einspeisung der erzeugten Energie aus dem PV-Generator in Form von Wirkleistung PInv und Blindleistung QInv verbunden. Mittels der Messstellen 24, die zur Messung von Strom- und/oder Spannungswerten eingerichtet sind, kann die Einspeisung über einen Zentralprozessor (CPU) 22 überwacht, synchronisiert und gesteuert werden. Der PV-Generator 10 umfasst hierbei eine Anzahl in Reihe geschalteter PV-Module, die einen String bilden. Häufig werden eine Anzahl Strings parallel geschaltet und mit dem Wechselrichter verbunden.
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In dem photovoltaischen System 100 aus 2 sind weitere optionale Elemente eines konventionellen Wechselrichters 19 gezeigt. Dieser Wechselrichter 19 weist weiterhin ein HMI 23 auf, mit dessen Hilfe Betriebsgrößen des Wechselrichters 19 angezeigt werden können bzw. auf den Betrieb des Systems 100 Einfluss genommen werden kann, zum Beispiel durch Vorgabe von Sollwerten 28 für die vom System zur Verfügung zu stellende Wirk-Pref und/oder Blindleistung Qref. Diese Sollwerte 28 können alternativ auch über ein Kommunikationsinterface 26 übermittelt werden, zum Beispiel als Vorgabewert eines Betreibers des Netzes 40. Der Wechselrichter 19 weist weiterhin eine Netzschnittstelle 30 auf, über die die vorgenannten Zusatzfunktionalitäten durch den Wechselrichter bereitgestellt werden. Die Netzschnittstelle 30 beinhaltet vorzugsweise elektromechanische oder elektronische Trennschalter 32, um den Basiswechselrichter vom Netz 40 trennen zu können. Sicherheitsfunktionen, wie Spannungs-, Frequenz- oder Isolationsfehler sowie Detektion einer unerwünschten Inselnetzbildung oder allstromsensitive Fehlerstromüberwachung, werden von der Sicherheitseinrichtung 31 übernommen. Die einzelnen Komponenten der Netzschnittstelle 30 können hierbei zentral mit der CPU 22 verbunden und durch sie angesteuert sein oder können direkt miteinander verbunden werden.
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Eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Basiswechselrichters 20 ist in 3 gezeigt. Mit Hilfe einer in den Basiswechselrichter 20 integrierten AC-Schnittstelle 60, die zwischen der Wechselrichterbrücke 21 und der Netzschnittstelle 30 angeordnet ist, wird der Basiswechselrichter 20 mit den AC-Module 50 über einen Anschlussbereich 65 verbunden. Der gezeigte Basiswechselrichter 20 umfasst weiterhin eine Messstelle 61, mit deren Hilfe der durch die AC-Module 50 eingespeiste Strom selektiv bestimmt werden kann. Somit kann ein PV-Systemaufbau realisiert werden, der den zuvor genannten Anforderungen gerecht wird. Der Anschlussbereich 65 kann einen oder mehrere Anschlüsse für AC-Module 50 aufweisen, wobei an jedem Anschluss ein oder mehrere AC-Module 50 angeschlossen werden können. Die angeschlossenen AC-Module 50 sind auf diese Weise durch die Netzschnittstelle 30 gleichermaßen geschützt, ohne dass sie die durch die Netzschnittstelle 30 bereitgestellten Schutzfunktionen selbst übernehmen müssen. Die Trennschalter 32 der Netzschnittstelle 30 sind auf die Gesamtleistung des Systems 100 ausgelegt, weshalb die AC-Module 50 ohne eine eigene Netzschnittstelle beziehungsweise ohne eigene Trennschalter auskommen. Der Basiswechselrichter 20 kann als transformatorloser Wechselrichter, als Wechselrichter mit Hochfrequenztransformator oder auch als Wechselrichter mit Netztransformator eingerichtet sein.
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Der Basiswechselrichter 20 in 4 weist ein Kommunikationsinterface 26 auf, das für eine drahtlose Kommunikation wie zum Beispiel eine Funkübertragung eingerichtet ist. Hierbei kann das Kommunikationsinterface 26 auf aufwandsarme Weise mit den AC-Modulen 50 über deren Kommunikationsinterface 51 in Verbindung treten, um Daten in eine oder beide Richtungen zu übermitteln, oder auch um die AC-Module 50 zu steuern oder zu überwachen. Alternativ kann die Kommunikation selbstverständlich auch über eigene Signalleitungen oder durch Aufmodulation auf die AC-Leitungen realisiert werden. Das HMI 23 kann über die Bedien- und Anzeigeelemente für den Basiswechselrichter auch Bedien- und Anzeigefunktionalitäten der AC-Module 50 übernehmen. Über das Kommunikationsinterface 26 des Basiswechselrichters 20 kann eine Fernauswertung, eine Ferndiagnose und/oder eine Fernbedienung der AC-Module 50 erfolgen. Ebenso können Messwerte oder Protokolle von Ereignissen der AC-Module 50 wie Störungen oder Ausfälle gespeichert oder weitergeleitet werden. Auch eine Weitergabe von Steuersignalen die die angeschlossenen AC-Module 50 ist denkbar.
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Um die Einspeiseparameter der Wechselrichterbrücke 21 und der angeschlossenen AC-Module 50 getrennt voneinander bestimmen zu können, sind im Vergleich zu den konventionellen Wechselrichtern 19 der 1 und 2 weitere Messstellen vorhanden. In 3 und 5 ist eine weitere Messstelle 61 zwischen der AC-Schnittstelle 60 und der Netzschnittstelle 30 vorgesehen, um zusätzlich den Summenstrom aus Wechselrichterbrücke 21 und AC-Schnittstelle 60 erfassen zu können. Der Stromanteil der AC-Schnittstelle 60 kann so leicht über eine Differenzbildung bestimmt werden.
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Alternativ zeigt 6 eine zusätzliche Messstelle 62 im Strompfad der AC-Schnittstelle 60 zur Bestimmung der verschiedenen Stromanteile. Durch eine nicht gezeigte weitere, alternative Anordnung der Messstellen kann der Gesamtstrom der angeschlossenen AC-Module 50 sowie der Summenstrom des Gesamtsystems 100 gemessen und hieraus der Stromanteil der Wechselrichterbrücke 21 bestimmt werden.
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Gemäß 7 kann auch jeder Anschluss der Anschlussstelle 65 mit einer Messstelle 63 ausgestattet sein, um eine selektive Erfassung der Stromanteile aus den an der AC-Schnittstelle 60 angeschlossenen AC-Modulen 50 zu ermöglichen und zum Beispiel zur Anlagenüberwachung zu nutzen.
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Weiterhin ist in 5 eine Netzschnittstelle 30 gezeigt, die eine Filtereinrichtung 33 aufweist. Die Filtereinrichtung 33 dient dazu, nicht netzfrequente Wechselspannungsanteile aus der in das Netz 40 einzuspeisenden Wechselspannung zu entfernen, bzw. diese ausreichend zu dämpfen. Die Filtereinrichtung 33 kann beispielsweise als LC-Bandpass ausgeführt sein und kann so dimensioniert werden, dass sie diese Funktion sowohl für die Wechselrichterbrücke 21, als auch für die angeschlossenen AC-Module 50 bereitstellen kann. Alternativ kann, wie in 7 gezeigt, auch zwischen dem Anschlussbereich 65 und der AC-Schnittstelle 60 eine weitere Filtereinrichtung 34 angeordnet sein, die die Filterfunktion selektiv für die angeschlossenen AC-Module 50 bereitstellt.
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Als zusätzliche Elemente sind in 6 außerdem noch für jeden Anschluss des Anschlussbereiches 65 jeweils eine Trennvorrichtung 67 gezeigt. Diese kann von dem Basiswechselrichter 20 derart angesteuert werden, dass der oder die mit dem jeweiligen Anschluss verbundenen Wechselrichter von der AC-Schnittstelle 60 selektiv mittels Schaltern getrennt werden können. Auf diese Weise ist es in einer Betriebsvariante möglich, die Erfassung von Einspeiseparametern oder die Diagnose von angeschlossenen AC-Modulen 50 getrennt für die jeweiligen an den verschiedenen Anschlüssen verbundenen AC-Module 50 oder Modulgruppen so durchzuführen, dass die durch die weiteren Messstellen 61, 62 ermittelten Messwerte den AC-Modulen 50 oder einer Gruppe von AC-Modulen zugeordnet werden können. Alternativ kann auch eine einzelne Trennvorrichtung 67 zur Trennung aller angeschlossenen AC-Module 50 vorgesehen sein. Die Trennvorrichtung kann in allen gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wechselrichters integriert werden.
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Ein Anschluss des Anschlussbereiches 65 kann als Referenzeingang verwendet und dessen Strom oder Einspeiseleistung separat erfasst werden. Sinnvollerweise wird dann ein an ein AC-Modul 50 angeschlossenes PV-Modul an einem Ort der PV-Anlage installiert, der zu keiner Zeit von Hindernissen verschattet wird, und das entsprechende AC-Modul mit dem Referenzeingang verbunden. Abweichungen zwischen der spezifischen Leistung des Referenzmoduls und der Restanlage oder Teilen der Restanlage können so bewertet werden.
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Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Basiswechselrichters 20 ist die Blindleistungskompensation eines Verbrauchers. Hierzu wird an die AC-Schnittstelle 60 neben (optionaler) AC-Module 50 auch mindestens ein Verbraucher angeschlossen. Über die Messstellen des Eingangs und des Netzanschlusses kann der Basiswechselrichter 20 den Blindleistungsbedarf des Verbrauchers selbst erzeugen, so dass das gesamte photovoltaische System 100 sich neutral am Netz verhält.
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Über das Kommunikationsinterface 26 des Basiswechselrichters 20 können Sollwerte 28 für die Wirkleistung Pref und die Blindleistung Qref empfangen und an die CPU 22 übergeben werden, um die Abgabewirk- und Blindleistung des Systems 100 im Bedarfsfall regeln zu können. Hierdurch können Netzdienstleistungen ausgeführt werden, obwohl die AC-Module 50 nicht notwendigerweise selbst blindleistungsfähig sein müssen. Es genügt, dass der Basiswechselrichter 20 als blindleistungsfähige Einspeiseeinheit ausgeführt ist.
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Für dreiphasige Systeme gelten die obigen Ausführungen sinngemäß, der erfindungsgemäße Basiswechselrichter mit AC-Schnittstelle kann auf diese Weise für Wechselstrom oder Drehstromnetze eingesetzt werden. Im Falle eines Drehstromnetzes kann über die angeschlossenen einphasig ausgeführten AC-Module 50 eine Leistungsverteilung vorgenommen werden, indem die AC-Module 50 über die AC-Schnittstelle 30 auf verschiedene Phasen aufgeteilt werden. Diese Leistungsverteilung kann durch den Basiswechselrichter 20 entsprechend den Anforderungen durch das angeschlossene Netz 40 gesteuert werden. Insbesondere ist es mit erwogen, die Zuordnung der AC-Module 50 zu den Phasen, in die sie einspeisen, entsprechend den Anforderungen des dreiphasigen Netzes veränderbar zu gestalten, zum Beispiel, um Schieflagen des Netzes entgegenzuwirken.
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8 zeigt beispielhaft eine Anordnung der AC-Schnittstelle 60, bei der die an den drei Anschlüssen des Anschlussbereiches 65 verbundenen, einphasigen AC-Module jeweils in eine der 3 Phasen des Basiswechselrichters 20 einspeisen. Alle AC-Module sind hierbei mit einem Neutralleiter 66 des Basiswechselrichters verbunden. Pro Einspeisepunkt ist jeweils eine weitere Messstelle 62 vorgesehen. Alternativ ist in 9 eine Anordnung gezeigt, bei der an jedem der drei Anschlüsse des Anschlussbereiches 65 jeweils ein dreiphasiges AC-Modul verbunden werden kann. Anstelle der gezeigten Verbindungsanordnung der jeweiligen AC-Module zwischen Neutralleiter und einer ausgewählten Phase (Sternanordnung) ist ebenfalls eine Anbindung der AC-Module zwischen zwei ausgewählten Phasen denkbar (Dreieck-Anordnung).
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Mit Hilfe der Messstellen 24, 61, 62, 63 und eines in der CPU 22 implementierten Algorithmus wird die Funktion der externen AC-Module 50 überwacht, weshalb keine Kommunikation zwischen den AC-Modulen 50 und dem Basiswechselrichter 20 in einer Betriebsvariante der Erfindung erforderlich ist. Die AC-Module 50 können so sehr kostengünstig ausgeführt werden, da deren Funktionalität auf das Wechselrichten und das MPP-Tracking reduziert werden kann. Eine Überwachung der Einhaltung von vorgegebenen Einspeiseparametern für das gesamte System 100, wie Sollwerte von Blind- und Wirkleistung, kann trotz ungeregelter Einspeisung durch die AC-Module gewährleistet werden, da der Basiswechselrichter 20 die Einspeisung der Wechselrichterbrücke 21 derart steuern kann, dass die Einspeisung von Wechselrichterbrücke 21 und AC-Modulen 50 in Summe den Sollwerten entspricht. Auf diese Weise entsteht ein kostengünstiges und effizientes photovoltaisches Gesamtsystem. Ebenso ist es möglich, den Einspeisebetrieb der AC-Module 50 durch den Basiswechselrichter 20 zu überwachen, und bei Abweichungen, die auf einen Ausfall der AC-Module 50 schließen lassen, eine entsprechende Warnung zu erzeugen, und diese mit den Kommunkationsinterface 26 oder dem HMI 23 zu versenden oder anzuzeigen. Eine Kommunikation mit den AC-Modulen ist hierzu nicht erforderlich, die Detektion von Abweichungen erfolgt auf der Basis der Einspeiseparameter der mit der AC-Schnittstelle 60 verbundenen AC-Module, die über die weiteren Messstellen 61, 62, 63 wie oben beschrieben selektiv erfassbar sind, auch wenn gegebenenfalls nicht eindeutig identifizierbar ist, welcher der angeschlossenen AC-Module ausgefallen ist.
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Der Basiswechselrichter 20 kann mit einem allstromsensitiven Fehlerstromschutzschalter ausgestattet werden. Hierdurch können die AC-Module 50 als transformatorlose Wechselrichter ohne eigene allstromsensitive Sicherungskomponenten ausgeführt werden und sind dennoch konform zu den geltenden Sicherheitsrichtlinien.
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In einer vorteilhaften Konfiguration ist das photovoltaische System 100 derart eingerichtet, dass der Generatorflächenanteil, der zu jedem Zeitpunkt unverschattet ist, über die Wechselrichterbrücke 21 in das verbundene Netz 40 einspeist. Mittels der AC-Module 50 wird über die AC-Schnittstelle 60 der Teil der Generatorfläche in das System 100 eingebunden, der zumindest zeitweise verschattet ist. In der Regel wird der stets unverschattete Flächenanteil den überwiegenden Anteil der gesamten Generatorfläche ausmachen, so dass der Basiswechselrichter 20 vorteilhafterweise derart konfiguriert ist, dass die maximale Einspeiseleistung über die Wechselrichterbrücke 21 mindestens so groß ist wie die maximale Einspeiseleistung über die AC-Schnittstelle 60. Auf diese Weise werden die Komponenten des Basiswechselrichters 20 besonders effizient genutzt und gleichzeitig der Aufwand für das gesamte photovoltaische System 100 durch die dargestellte gemeinsame Nutzung bestimmter Komponenten reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- PV-Generator
- 19
- Wechselrichter
- 20
- Basiswechselrichter
- 21
- Wechselrichterbrücke
- 22
- Zentralprozessor (CPU)
- 23
- Human-Machine Interface (HMI)
- 24
- Messstelle
- 26
- Kommunikationsinterface
- 28
- Sollwerte
- 30
- Netzschnittstelle
- 31
- Sicherheitseinrichtung
- 32
- Trennschalter
- 33
- Filtereinrichtung
- 34
- Filtereinrichtung
- 40
- Netz
- 50
- AC-Module
- 51
- Kommunikationsinterface
- 60
- AC-Schnittstelle
- 61
- Messstelle
- 62
- Messstelle
- 63
- Messstelle
- 65
- Anschlussbereich
- 66
- Neutralleiter
- 67
- Trennvorrichtung
- 100
- Photovoltaisches System
