DE102011053616A1 - Method for monitoring critical temperature trends of solar energy system installed in building, involves evaluating signals based on evaluation pattern delivered by temperature sensors at specific time - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung kritischer Temperaturentwicklungen an Solaranlagen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring critical temperature developments in solar systems and to an apparatus for carrying out this method.
Solaranlagen mit Photovoltaik-Modulen werden zunehmend in verschiedenster Ausgestaltung, Größe und Konfiguration genutzt. Neben sogenannten Solar-Parks, in denen eine große Zahl von Photovoltaik-Modulen in einer Fläche zusammengestellt sind, werden zunehmend Solaranlagen an Gebäuden, wie zum Beispiel auf Hausdächern oder anderen Fassadenteilen installiert. Dabei werden die Photovoltaik-Module in der Regel in Gruppen, d. h. über sogenannte „strings” in Reihe geschaltet, so dass die bereitgestellte elektrische Gleichspannung über einen Wechselrichter in ein öffentliches Stromnetz eingespeist werden kann.Solar systems with photovoltaic modules are increasingly used in a variety of design, size and configuration. In addition to so-called solar parks, in which a large number of photovoltaic modules are put together in one area, solar systems are increasingly installed on buildings, such as on rooftops or other facade parts. The photovoltaic modules are usually in groups, d. H. Connected in series via so-called "strings", so that the electrical DC voltage provided can be fed via an inverter into a public power grid.
Die von solchen Solaranlagen bereitgestellten elektrischen Spannungswerte können beträchtlich sein, so dass dafür Sorge getragen werden muss, dass im Schadens- oder Störfall, wie zum Beispiel beim Auftreten eines Brandes, das Löschpersonal der Feuerwehr vor Stromschlägen geschützt ist. Dieses Problem wurde frühzeitig erkannt und es wird beispielsweise im Dokument
Aus dem Dokument
Es sind auch vielfältig Vorrichtungen zur Überwachung von Solarmodulen vorgeschlagen worden, beispielsweise in den Dokumenten
Im Dokument
Diese bekannte Überwachungseinheit hat jedoch den Nachteil, dass zum einen das Nachrüsten bereits installierter Photovoltaik-Solaranlagen enorm aufwändig ist, und dass die Nachrüstung an den Photovoltaik-Modulen auf die Funktionsüberwachung beschränkt bleibt.However, this known monitoring unit has the disadvantage that on the one hand the retrofitting of already installed photovoltaic solar systems is enormously complex, and that the retrofitting of the photovoltaic modules remains limited to the function monitoring.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Überwachung kritischer Temperaturentwicklungen an Solaranlagen mit Photovoltaik-Modulen und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es gelingt, mit geringstmöglichem Hardware-Aufwand die Überwachungszuverlässigkeit zu verbessern und für eine zuverlässige Abschaltung der Solaranlage zu nutzen.The invention is therefore based on the object to provide a method for monitoring critical temperature developments of solar systems with photovoltaic modules and a corresponding device, with which it is possible to improve the monitoring reliability with the least possible hardware outlay and for a reliable Shutdown of the solar system to use.
Diese Aufgabe wird zum Einen durch das Verfahren des Anspruchs 1 und zum Anderen durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.This object is achieved, on the one hand, by the method of
Erfindungsgemäß bilden die jeweils vorliegenden Montage-Parameter der Solaranlage den Ausgangspunkt für das Verfahren bzw. für die Ausgestaltung der Vorrichtung. Je nach Montageort, Größe der Solaranlage, Geometrie der Anlage und/oder der Photovoltalk-Module, der Eigenstruktur, der Topographie und der Orientierung der einzelnen Photovoltaik-Module bzw. der Solaranlage an sich werden zunächst aussagekräftige Punkte ausgewählt, über deren Temperaturentwicklungen eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen eines kritischen Zustands im Bereich der Anlage getroffen werden kann. Parameter, die die Auswahl dieser Punkte beeinflussen sind beispielsweise die Gebäudegeometrie, die Dachgeometrie (Dachsteigung, Materialbeschaffenheit des Dachs, wie zum Beispiel Ziegel- oder Blechdach), Anordnung von Öffnungen oder Freiflächen, wie zum Beispiel von Dachfenstern, Kaminen oder Lüftungsschächten, die Fassadengeometrie, andere Strömungsparameter, die durch äußere Einflüsse bzw. durch die Topographie entstehen, wie zum Beispiel Windrichtungen, Windgeschwindigkeiten oder durch benachbarte Gebäude induzierte Strömungen. Lediglich diejenigen Module bzw. Kopplungsstellen zwischen denjenigen Modulen, die diesen Punkten nahekommen, werden erfindungsgemäß mit Temperatursensoren bestückt, wobei die von diesen Temperatursensoren über die Zeit abgegebenen Signale dann auf der Basis eines Auswertemusters ausgewertet werden, welches auf das Gesamtsystem zugeschnitten ist. Dies verleiht dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren eine zusätzliche Intelligenz, die es ermöglicht, wesentlich zuverlässiger als bekannte Systeme zwischen harmlosen punktuellen Temperaturentwicklungen an einzelnen Positionen der Solaranlage und dem Entwickeln einer gefährlichen Situation zu unterscheiden. Dadurch gelingt es gleichzeitig, die Einstufung eines kritischen Temperaturentwicklung frühzeitiger als bisher zu treffen, da das zugeschnittene Auswertemuster die von den Temperatursensoren angegebenen Signale über die Zeit auswertet, so dass bereits Entwicklungen kritischer Situationen frühzeitig erfassbar sind. Erfindungsgemäß wird also die Temperaturverteilung in der Solaranlage und deren Entwicklung in das Verfahren zur Überwachung einbezogen, wodurch es zuverlässiger als bislang gelingt, eine Aussage über den tatsächlichen Sicherheitszustand der Anlage zu treffen.According to the present invention, the respectively present installation parameters of the solar system form the starting point for the method or for the design of the device. Depending on the installation site, the size of the solar system, the geometry of the system and / or the photovoltaic modules, the intrinsic structure, the topography and the orientation of the individual photovoltaic modules or the solar system itself, meaningful points are selected first, on the temperature developments of a reliable statement can be made about the presence of a critical condition in the area of the plant. Parameters that influence the selection of these points are, for example, the building geometry, the roof geometry (roof pitch, material quality of the roof, such as brick or tin roof), arrangement of openings or open spaces, such as skylights, fireplaces or ventilation shafts, the facade geometry, other flow parameters that are caused by external influences or by the topography, such as wind directions, wind speeds or induced by neighboring buildings currents. Only those modules or coupling points between those modules that are close to these points, according to the invention equipped with temperature sensors, the signals emitted by these temperature sensors over time signals are then evaluated on the basis of a Auswertemusters which is tailored to the overall system. This gives the monitoring method according to the invention an additional intelligence, which makes it possible to differentiate much more reliably than known systems between harmless punctual temperature developments at individual positions of the solar system and the development of a dangerous situation. As a result, it is possible at the same time to classify a critical temperature development earlier than previously, because the tailored evaluation pattern evaluates the signals indicated by the temperature sensors over time, so that developments in critical situations can be detected at an early stage. According to the invention, therefore, the temperature distribution in the solar system and its development is included in the method for monitoring, which makes it more reliable than previously possible to make a statement about the actual safety status of the system.
Der Modus, nach dem das Auswertemuster abgearbeitet wird, muss nicht im gesamten Betriebsspektrum des Überwachungsverfahren unverändert bleiben. Es ist von Vorteil, den Auswerte-Modus so zu gestalten, dass er bis zu einem bestimmten Zustandspunkt der Anlage, beispielsweise bis zu dem Zeitpunkt, zu dem zumindest ein Temperatursensor einen Signal-Schwellwert erreicht, auf einem einfachen Level, wie zum Beispiel auf einem ereignisgesteuerten Level bleibt. Erst dann gilt das Auswertemuster in einen Auswerte-Modus über, in dem die zeitliche Entwicklung der Signale der Temperatursensoren einzeln und/oder zueinander ausgewertet wird. Auf diese Weise kann der Signalfluss minimiert werden, ohne spürbare Funktionsbeeinträchtigungen des Verfahrens in Kauf nehmen zu müssen.The mode according to which the evaluation pattern is processed does not have to remain unchanged in the entire operating spectrum of the monitoring method. It is advantageous to configure the evaluation mode so that it can be up to a certain state point of the system, for example up to the time at which at least one temperature sensor reaches a signal threshold, at a simple level, such as on a event-driven level remains. Only then does the evaluation pattern apply to an evaluation mode in which the temporal development of the signals of the temperature sensors is evaluated individually and / or to one another. In this way, the signal flow can be minimized without having to accept significant functional impairments of the process.
Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dann, wenn die Signale der Temperatursensoren zentral verarbeitet und vorzugsweise mit einem Zeitstempel abgespeichert werden. Auf diese Weise kann das Verfahren mit geringem Mehraufwand zur Dokumentation des Entstehens einer kritischen thermischen Situation, wie zum Beispiel eines Brandes, herangezogen werden.Another particular advantage of the method according to the invention arises when the signals of the temperature sensors are processed centrally and preferably stored with a time stamp. In this way, the method can be used with little extra effort to document the emergence of a critical thermal situation, such as a fire.
Mit der Weiterbildung des Anspruchs 5 gelingt es, dass erfindungsgemäße Verfahren gleichzeitig für eine Diebstahlsicherung zu verwenden. Mit anderen Worten, dass erfindungsgemäße Verfahren kann sehr flexibel eingesetzt werden, in dem es entweder für ein Feuermeldesystem oder für eine Diebstahlsicherung von Photovoltaik-Modulen oder als Kombination aus beiden verwendet wird.With the development of claim 5, it is possible to use the inventive method simultaneously for an anti-theft device. In other words, the method according to the invention can be used very flexibly, by being used either for a fire alarm system or for theft protection of photovoltaic modules or as a combination of both.
Wenn das Gleichstrom-Versorgungsnetz, d. h. das DC-String-Netz der Photovoltaik-Module als Bestandteil des Datenkommunikationsnetzes genutzt wird, kann der Aufwand für eine Nachrüstung bereits im Betrieb befindlicher Photovoltaik-Solaranlagen weiter verringert werden.When the DC power grid, i. H. the DC string network of photovoltaic modules is used as part of the data communication network, the cost of retrofitting already in operation photovoltaic solar systems can be further reduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit der Weiterbildung des Anspruchs 7 zu einem Verfahren, mit dem die Photovoltaik-Solaranlage bei auftretenden kritischen thermischen Belastungen, wie zum Beispiel bei Brand, in einen sicheren Zustand überführt werden kann.With the further development of claim 7, the method according to the invention becomes a method with which the photovoltaic solar system can be converted into a safe state when critical thermal loads occur, for example during a fire.
Mit der Weiterbildung des Anspruchs 8 wird die Sicherheit der Solaranlage weiter erhöht. Neben einer elektronischen Abschaltung durch Auftrennung der einzelnen „strings” kann auf diese Weise ein gezieltes Kurzschließen bzw. Verbinden der Module gegen Masse erfolgen, wodurch selbst große Photovoltaik-Solaranlagen im Brandfall problemlos mit beliebigen Löschmitteln und ohne Gefahr für die Brandbekämpfung behandelt werden können.With the development of claim 8, the safety of the solar system is further increased. In addition to an electronic shutdown by separation of the individual "strings" can be done in this way a targeted short-circuiting or connecting the modules to ground, which even large photovoltaic solar systems can be treated easily in the event of fire with any extinguishing agents and without risk to firefighters.
Das Kurzschließen der „strings” an ausgewählten Positionen erfolgt vorteilhafterweise gemäß Anspruch 9 an den Punkten, die erfindungsgemäß mit den Temperatursensoren bestückt sind. Eine besonders einfache Verwirklichung des Gedankens ergibt sich dann, wenn die Temperatursensoren jeweils in einem Funktionsmodul integriert sind, über den der ausgewählte „string” der Solaranlage dann entsprechend einem von einer Steuerzentrale kommenden Steuersignal kurzgeschlossen wird. Dabei ist es von weiterem Vorteil, wenn das Kurzschließen des „strings” unter bestimmten Voraussetzungen und beispielsweise dann, wenn ein Steuersignal von der Steuerzentrale den Funktionsmodul nicht mehr erreicht, autark erfolgt.The shorting of the "strings" at selected positions is advantageously carried out according to claim 9 at the points which are equipped according to the invention with the temperature sensors. A particularly simple realization of the idea results when the temperature sensors are each integrated in a functional module via which the selected "string" of the solar system is then short-circuited in accordance with a control signal coming from a control center. It is of further advantage if the short-circuiting of the "strings" under certain conditions and, for example, when a control signal from the control center no longer reaches the functional module, is self-sufficient.
Wenn die Solaranlage vor dem Auftrennen zumindest eines ausgewählten „strings” vom Netz genommen wird, und zwar vorzugsweise auf der Wechselstromseite, wird die thermische Belastung der für das Kurzschließen benötigten Komponenten wesentlich verringert, wodurch der vorrichtungstechnische Aufwand zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter herabgesetzt wird.If the solar system is disconnected from the grid before disconnecting at least one selected "string", preferably on the AC side, the thermal load on the components required for short-circuiting is significantly reduced, thereby further reducing the device complexity required to implement the method according to the invention.
Durch die Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 12 kann die Vorhersagegenauigkeit des Verfahrens weiter verbessert werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichte Lokalisierung eines Brandherdes kann durch diese Weiterbildung noch verfeinert werden.The development of the method according to
Eine vorteilhafte Vorrichtung, mit der das vorstehend beschriebene Verfahren zur Überwachung kritischer Temperaturentwicklungen an Solaranlagen durchgeführt werden kann, ist Gegenstand der Ansprüche 13 bis 29. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 13 ist ebenso wie das Verfahren nach Anspruch 1 in der Lage, kritische thermische Entwicklungen der Photovoltaik-Solaranlage mit bislang nicht erreichter Intelligenz und frühzeitig zu erkennen und – in einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 14 – zu dokumentieren, wobei der Aufbau so getroffen ist, dass ein Minimum an Hardware benötigt wird. Auf diese Weise lässt sich die Vorrichtung als kostengünstiger Nachrüstsatz an bereits installierten Photovoltaik-Solaranlagen montieren. Dadurch, dass die Temperatursensoren nur an ganz gezielt ausgewählten Punkten montiert werden, auf die das Auswertemuster zugeschnitten ist, wird der Umrüst-Aufwand minimiert und es ist trotzdem möglich, eine Überwachung der Temperaturverteilung und -entwicklung an Photovoltaik-Solaranlagen bereitzustellen. Durch die Einbeziehung der Überwachung der Temperaturverteilung und -entwicklung in die Auswertung und Dokumentation wird die Überwachung nicht nur genauer, sondern sie wird auch zeitlich schneller, da auf diese Weise bereits auf Gefahrensituationen, die im Entstehen begriffen sind, früher reagiert werden kann. An advantageous device with which the above-described method for monitoring critical temperature developments of solar systems can be carried out is subject matter of claims 13 to 29. The device according to claim 13 as well as the method according to claim 1 capable of critical thermal developments of photovoltaics -Solaranlage with hitherto unachieved intelligence and early to detect and - to document in an advantageous development according to
Vorteilhafterweise ist – gemäß Anspruch 15 – die Analyse- und Steuereinheit mit einer Auswerte-Logik ausgestattet, die frei programmierbar ist, so dass eine einfache Anpassung der Vorrichtung an unterschiedlichste Konfigurationen auszustattender Photovoltaik-Solaranlagen möglich ist. Vorteilhafterweise wird das Gleichstrom-Versorgungsnetz (DC-String-Netz) der Photovoltaik-Module auch für das Datenkommunikationsnetz genutzt. Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, die Mess- und Steuersignale moduliert über die Gleichstromverkabelung der Photovoltaik-Module zu übertragen.Advantageously - according to claim 15 - the analysis and control unit equipped with an evaluation logic that is freely programmable, so that a simple adaptation of the device to a variety of configurations auszustattender photovoltaic solar systems is possible. Advantageously, the DC power supply network (DC string network) of the photovoltaic modules is also used for the data communication network. For this purpose, it is advantageous to transmit the measurement and control signals modulated via the DC cabling of the photovoltaic modules.
Wenn das Gleichstrom-Versorgungsnetz (DC-String-Netz) der Photovoltaik-Module als Bestandteil des Datenkommunikationsnetzes genutzt wird (Anspruch 17), wird die Vorrichtung automatisch mit einer Diebstahlschutzfunktion ausgestattet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen eigenen, sogenannten Diebstahlschutz-Modul in die Anlage zu integrieren, der speziell zur Abarbeitung der Auswerte-Routinen für die Diebstahl-Schutz-Funktion ausgebildet ist.If the DC power supply network (DC string network) of the photovoltaic modules is used as part of the data communication network (claim 17), the device is automatically equipped with an anti-theft function. In this case, it is advantageous to integrate a separate, so-called anti-theft module in the system, which is specially designed for processing the evaluation routines for the theft-protection function.
Mit der Weiterbildung der Ansprüche 18 bis 24 wird die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung zu einem besonders effektiv arbeitenden Brandschutz. Dadurch, dass die Temperatursensoren jeweils in einem Funktions-Modul integriert werden, kann dieser Modul so gestaltet werden, dass er das Potential der „strings”, in dem er sich befindet, zuverlässig auf das Erdpotential bringt. Ein solcher Funktions-Modul ist zwar vorrichtungstechnisch aufwändiger als beispielsweise eine Platine, wie sie im Stand der Technik verwendet wird. Dadurch, dass diese Funktions-Module jedoch erfindungsgemäß nur an ganz gezielt ausgewählten, wenigen Punkten innerhalb der Solaranlage vorgesehen werden müssen, kann der vorrichtungstechnische Aufwand dennoch kleiner als bislang üblich gehalten werden.With the development of
Vorzugsweise wird jedem Funktions-Modul ein individueller, vorzugsweise einstellbarerer Temperatur-Schwellwert zugeordnet, ab dem die Vorrichtung von einer Ereignissteuerung zu einer Steuerung nach dem „polling”-Prinzip übergeht, bei dem der Status der Funktions-Module und/oder die Signale der Temperatursensoren mittels zyklischem Abfragen erfasst wird. Dadurch gelingt es, den Signalfluss in der Vorrichtung minimal zu halten.Preferably, each functional module is assigned an individual, preferably adjustable temperature threshold, at which the device passes from an event control to a control according to the "polling" principle, in which the status of the functional modules and / or the signals of the temperature sensors is detected by means of cyclic queries. This makes it possible to minimize the signal flow in the device.
Wenn der Funktions-Modul in die Verbindungsleitung zwei benachbarter Photovoltaik-Module integriert ist, wobei hier vorzugsweise die Steckverbindung benachbarter Photovoltaik-Module genutzt wird, wird es besonders einfach bestehende Photovoltaik-Solaranlagen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachzurüsten.If the functional module is integrated in the connecting line of two adjacent photovoltaic modules, in which case preferably the plug-in connection of adjacent photovoltaic modules is used, it becomes particularly easy to retrofit existing photovoltaic solar systems with the device according to the invention.
Der Funktions-Modul erhält vorteilhafterweise ein den betreffenden Umgebungsbedingungen angepasstes Gehäuse, wie zum Beispiel ein Metallgehäuse, in dem vorzugsweise voll vergossen, die einzelnen Funktionskomponenten des Moduls aufgenommen sind. Ein solcher Funktions-Modul ist in der Lage, in einem kritischen Zustand der Solaranlage den betreffenden „string” kurzzuschließen. Um die dabei auftretenden thermischen Belastungen so gering wie möglich zu halten, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Vorrichtung zusätzlich mit einem Netz-Abwurf-Modul gemäß Anspruch 23 ausgestattet wird, der dafür sorgt, dass vor dem Kurzschließen der betreffenden „strings” die Solaranlage im Wechselstromsektor vom Netz genommen wird.The functional module advantageously receives a housing adapted to the relevant ambient conditions, such as, for example, a metal housing, in which preferably the entire functional components of the module are fully encapsulated. Such a functional module is able to short-circuit the respective "string" in a critical state of the solar system. In order to keep the occurring thermal loads as low as possible, it is of particular advantage if the device is additionally equipped with a power-shedding module according to claim 23, which ensures that before shorting the respective "strings" the Solar system in the AC sector is taken off the grid.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 27, durch die es gelingt, eine Ereignisprotokollierung der Anlage und eine fernmeldetechnische Überwachungssteuerung der Anlage zu implementieren.A particularly advantageous embodiment of the device is the subject of claim 27, by which it is possible to implement an event logging of the system and a telecommunications monitoring control of the system.
Die Weiterbildung des Anspruchs 29 vereinfacht die Vorrichtung zusätzlich, denn es wird keine gesonderte externe Stromversorgung für die einzelnen Komponenten erforderlich. Mittels des zusätzlichen, elektrischen Energiespeichers bleibt die Vorrichtung auch beim Abfall der Versorgungsspannung der Solaranlage, wie zum Beispiel nachts, voll funktionsfähig.The development of claim 29 simplifies the device in addition, because there is no separate external power supply for the individual components required. By means of the additional electrical energy storage device, the device remains fully functional even when the supply voltage of the solar system, such as at night, falls.
Gegenstand einer eigenen Erfindung, für die selbständig Schutz beansprucht wird, ist ein Funktions-Modul gemäß Anspruch 31 bzw. 32. Dadurch, dass der Temperaturfühler an der Montagelasche im Inneren des Gehäuses angebracht ist, ergibt sich eine besonders hohe Dynamik bei der Temperaturmessung, denn auf diese Weise erhält der Temperaturfühler direkten Kontakt zur Aluminium-Unterkonstruktion, auf der die Photovoltaik-Module verlegt sind. Subject of a separate invention for which self-protection is claimed is a functional module according to claim 31 or 32. The fact that the temperature sensor is mounted on the mounting bracket inside the housing, results in a particularly high dynamics in the temperature measurement, because In this way, the temperature sensor is in direct contact with the aluminum substructure on which the photovoltaic modules are laid.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of the remaining dependent claims.
Nachstehend wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to schematic representations. Show it:
Die
In der Regel werden derartige Solaranlagen auf einer Tragkonstruktion (in
Die Seitenansicht des Gebäudes gemäß
Mit der nachfolgend näher zu beschreibenden zusätzlichen Ausstattung von Photovoltaik-Solaranlagen soll ein System geschaffen werden, mit dem es unter Minimierung des technischen Aufwands gelingt, die Photovoltaik-Solaranlage selbst ebenso wie die an die Solaranlage angrenzende Umgebung hinsichtlich unzulässiger Temperaturentwicklungen zu überwachen und mit größtmöglicher Sicherheit zu betreiben.With the additional equipment of photovoltaic solar systems to be described in more detail below, a system is to be created which, while minimizing the technical complexity, succeeds in monitoring the photovoltaic solar system itself as well as the surroundings adjacent to the solar system with regard to inadmissible temperature developments and with the greatest possible safety to operate.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass die individuell vorliegenden Montageparameter der Solaranlage von entscheidender Bedeutung dafür sind, welche Aussagekraft einer oder mehrerer Zustandsmessungen im Bereich einer Photovoltaik-Solaranlage zukommt. Deshalb wird erfindungsgemäß die Solaranlage hinsichtlich ihrer Installationsumgebung unter Einbeziehung der jeweils vorliegenden Montageparameter analysiert, woraufhin eine Auswahl aussagekräftiger Punkte X (
Als Montage-Parameter wird beispielsweise der Montageort und/oder die Größe der Solaranlage und/oder die Geometrie der Anlage und/oder die Eigenstruktur der Anlage, d. h. die Formgebung und der Abstand der einzelnen Photovoltaik-Module zueinander, und/oder die Topographie der Solaranlage und/oder die Orientierung der Solaranlage im Raum herangezogen. Bei der Auswahl der Aussagekräftigen Punkte X, über deren Temperaturentwicklungen eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen eines kritischen Zustands im Bereich der Anlage getroffen werden kann, wird also neben der Geometrie der Solaranlage auch die Umgebung einbezogen. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass bei der Auswahl der Punkte X, deren Temperaturentwicklung überwacht werden soll, die Dachneigung, die Materialbeschaffenheit des Dachs (Ziegeldach, Blechdach, andere Materialien und Materialverbund), die Lage der Öffnungen, d. h. des Dachfensters
Es wird dadurch beispielsweise – wie in
Mit dem Pfeil HL in
Die Kriterien, nach denen die für diese Vorhersage entscheidenden Punkte X ausgewählt werden, bestimmen auch das weiter unten näher zu beschreibende, vorzugsweise als individuell zusammengestellte Software vorliegende Auswertemuster, nach dem die Temperaturentwicklung an diesen ausgewählten Punkten ausgewertet wird.The criteria according to which the decisive points X are selected for this prediction also determine the evaluation pattern to be described in more detail below, preferably as individually compiled software, according to which the temperature development at these selected points is evaluated.
Diejenigen Photovoltaik-Module, die den vorstehend beschriebenen aussagekräftigen Punkten X jeweils am nächsten kommen, werden erfindungsgemäß mit Temperatursensoren
Aus den
Wie sich aus der
Das mit
Zu beiden Seiten des Gehäuses
Die Einbindung des Funktions-Moduls
Mit dem Bezugszeichen
Um das DC-String-Netz für die Datenkommunikation nutzen zu können, wird der Modulator/Demodulator
Die Gesamt-Verschaltung des Überwachungssystems ist in
Mit dem Bezugszeichen
Einzelheiten des Aufbaus der Module
Das mit
Nachfolgend werden die einzelnen Funktionen der Einzelkomponenten des Überwachungssystems näher erläutert:
Die Funktion der Funktions-Module
The function of the
Sobald das erste Messergebnis gespeichert worden ist, geht das Auswertemuster der Analyse- und Steuereinheit in einen Modus über, in dem auch die zeitliche Entwicklung der Signale der Temperatursensoren einzeln und/oder im Verhältnis zueinander ausgewertet wird. Da die einzelnen Messungen in vorbestimmten Zeitabständen bzw. mit festen zeitlichen Abständen für jeden Punkt vorgenommen und abgespeichert werden, kann mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem eine lückenlose Dokumentation einer Brandentwicklung bereitgestellt werden, wobei über den Empfangs- und Sendemodul
Um den Datenstrom innerhalb des Überwachungssystems möglichst klein zu halten, ist es von Vorteil, die Temperaturaufzeichnung mittels eines sogenannten Standort-Temperatur-Differenz-Messsystems vorzunehmen, welches wie folgt arbeitet. Die zuerst eingegangene ID-Adresse mit dem höchsten Messergebnis erhält für die weiteren Messzyklen keinen Eingang mehr in der Analyse- und Steuereinheit
Wenn die Temperaturentwicklung an den einzelnen Funktions-Modulen
Gleichzeitig mit der Meldung der Alarm- bzw. Brandsituation an die Brandmeldezentrale sendet der Empfangs- und Sendemodul
Gleichzeitig ist der Funktions-Modul
Wie oben bereits angesprochen, sind die Überwachungspunkte, d. h. die Positionen der Funktions-Module individuell entsprechend der Modulanordnung in Bezug zur Installationsumgebung unter Einbeziehung der vorliegenden Montage-Parameter festgelegt. Deshalb ist es auch von Vorteil, wenn die einzelnen Funktions-Module
Bei der Inbetriebnahme erfolgt zunächst eine ID-Adressen-Zuordnung und – Vergabe an die einzelnen Funktions-Module
Die Arbeitsweise der Steuerung ist derart, dass eine Mischung zwischen einer sogenannten Ereignissteuerung und einer Steuerung nach dem sogenannten ”Polling”-Prinzip erfolgt. Außergewöhnliche Ereignisse an den Funktions-Modulen
Spätestens dann, wenn mindestens ein Funktions-Modul
Aufgrund der vorzugsweise freien Programmierbarkeit der einzelnen Funktions-Module einerseits und der Analyse- und Steuereinheit andererseits ist das erfindungsgemäße Überwachungssystem an alle denkbaren Konfigurationen anpassbar, mit dem Vorteil, dass dennoch nur ein kleiner Bruchteil der in der Photovoltaik-Anlage eingebauten Photovoltaik-Module mit den erfindungsgemäßen Funktions-Modulen ausgestattet werden müssen.Due to the preferably free programmability of the individual functional modules on the one hand and the analysis and control unit on the other hand, the monitoring system according to the invention can be adapted to all conceivable configurations, with the advantage that nevertheless only a small fraction of the built-in photovoltaic system photovoltaic modules with the inventive functional modules must be equipped.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Funktions-Modul bei Überschreiten des individuell eingestellten Schwellwerts der Temperatur ein Alarm-Datenpaket in der Weise sendet, dass es neben einem Alarm-Bit die aktuell gemessene Temperatur und den individuell eingestellten Schwellwert sendet. Das Datenpaket wird von der Analyse- und Steuereinheit
- a) Der Funktions-
Modul 30 fragt beim nächstgelegenen Funktions-Modul an, damit dieser statt seiner eine Nachricht an die Analyse- und Steuereinheit schickt (sogenannte ”Relay”-Funktion); - b) der Funktions-
Modul 30 erkennt eine Störung und trennt den betreffenden DC-String auf. Dabei schickt er auch den anderen Funktions-Modulen den Befehl zum Auftrennen des Strings, wodurch eine weitere Verbesserung der Sicherheit bei Ausfall der Analyse- und Steuereinheit56 geschaffen wird.
- a) The
functional module 30 asks the nearest function module to send a message to the analysis and control unit instead of it (so-called "Relay"function); - b) the
functional module 30 detects a fault and disconnects the relevant DC string. He also sends the other function modules the command to split the string, thereby further improving the security in case of failure of the analysis andcontrol unit 56 is created.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem eine Branderkennung und -lokalisierung möglich wird, die sich durch eine bislang nicht erreichte Überwachungssicherheit und -schnelligkeit auszeichnet, und zwar unter Zuhilfenahme möglichst weniger zusätzlicher Komponenten. Gleichzeitig kann jedoch das erfindungsgemäße Überwachungssystem aufgrund des Umstands, dass die Temperatursensoren in ein Datenkommunikationsnetz integriert sind, welches laufend auf Vollständigkeit überprüft wird, gleichzeitig als Diebstahlschutz dienen, mit dem nicht nur festgestellt wird, ob ein Photovoltaik-Modul entwendet worden ist, sondern – aufgrund der erfassten ID eines Moduls – auch der Ort des Diebstahls lokalisiert und zur Anzeige gebracht werden kann.From the above description, it is clear that with the monitoring system according to the invention, a fire detection and localization is possible, which is characterized by a previously unattained monitoring security and speed, with the help of as few additional components. At the same time, however, due to the fact that the temperature sensors are integrated in a data communication network which is continuously checked for completeness, the monitoring system according to the invention can simultaneously serve as theft protection, with which it is determined not only whether a photovoltaic module has been stolen, but - due the detected ID of a module - also the location of the theft can be located and displayed.
Dadurch, dass die einzelnen Funktions-Module
Das Überwachungssystem kann ferner zusätzlich mit Rauch- und/oder Feinpartikelmeldern ausgestattet werden, wodurch die Überwachungsgenauigkeit noch verfeinert werden kann. Hierzu gibt es verschiedene Alternativen für die Realisierung. Beispielsweise werden entweder gesonderte Rauch- und/oder Feinpartikelmelder vorgesehen oder es werden zumindest ausgewählte Funktions-Module
Auch beim Diebstahlschutz kann optional auf ein sogenanntes ”Relay”-Transfer-Verfahren zurückgegriffen werden. Jeder Funktions-Modul
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung bzw. einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems kann vorgesehen sein, dass die Programmierung der einzelnen Module und der Analyse- und Steuereinheit über den Empfangs- und Sendemodul
Mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Bestückung einer Photovoltaik-Solaranlage ergeben sich folgende Vorteile:
Zunächst kann der Betreiber einer Photovoltaik-Solaranlage wählen, ob er eine Feuermeldeanlage, eine Diebstahlsicherung oder eine Kombination beider Aufgaben realisieren will. Aufgrund der Zusammenstellung des Überwachungssystems aus Modulen ist es auch möglich, ein einmal eingerichtetes Systems beispielsweise für die Feuerüberwachung mit geringem montagetechnischen Aufwand derart umzurüsten, dass eine verbesserte Diebstahlsicherung bereitgestellt wird.With the above-described assembly of a photovoltaic solar system according to the invention, the following advantages result:
First, the operator of a photovoltaic solar system can choose whether he wants to implement a fire alarm system, an anti-theft device or a combination of both tasks. Due to the composition of the monitoring system of modules, it is also possible to retrofit a system once set up, for example, for the fire control with little installation effort such that an improved anti-theft device is provided.
Die Brandschutz-Überwachung kann unter Zuhilfenahme der in den Funktions-Modulen
Die von dien Temperatursensoren über die Zeit abgegebenen und laufend erfassten Signale werden auf der Basis eines vorzugsweise frei programmierbaren Auswertemusters ausgewertet, welches auf das Gesamtsystem unter Einbeziehung der vorliegenden geometrischen, konstruktiven, materialtechnischen und umgebungsbedingten Parameter zugeschnitten ist. Dies verleiht dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren eine zusätzliche Intelligenz, die es ermöglicht, wesentlich zuverlässiger als bekannte Systeme zwischen einbaubedingten, harmlosen punktuellen Temperaturentwicklungen an einzelnen Positionen der Solaranlage und dem Entwickeln einer gefährlichen Situation zu unterscheiden. Dadurch gelingt es gleichzeitig, die Einstufung eines kritischen Temperaturentwicklung frühzeitiger als bisher zu treffen, da das zugeschnittene Auswertemuster die von den Temperatursensoren angegebenen Signale über die Zeit auswertet, so dass bereits Entwicklungen kritischer Situationen frühzeitig erfassbar sind.The emitted by the temperature sensors over time and continuously detected signals are evaluated on the basis of a preferably freely programmable evaluation pattern, which is tailored to the overall system, taking into account the existing geometric, constructive, material engineering and environmental parameters. This gives the monitoring method according to the invention an additional intelligence, which makes it possible to differentiate much more reliably than known systems between installation-related, harmless punctual temperature developments at individual positions of the solar system and the development of a dangerous situation. As a result, it is possible at the same time to classify a critical temperature development earlier than previously, because the tailored evaluation pattern evaluates the signals indicated by the temperature sensors over time, so that developments in critical situations can be detected at an early stage.
Nicht nur die Temperaturverteilung in der Solaranlage, sondern auch deren Entwicklung kann erfindungsgemäß in das Verfahren zur Überwachung einbezogen werden, wodurch es zuverlässiger als bislang gelingt, eine Aussage über den tatsächlichen Sicherheitszustand der Anlage zu treffen.Not only the temperature distribution in the solar system, but also their development can be included according to the invention in the method for monitoring, making it more reliable than hitherto succeeding to make a statement about the actual safety status of the system.
Der Modus, nach dem das Auswertemuster abgearbeitet wird, muss nicht im gesamten Betriebsspektrum des Überwachungsverfahren unverändert bleiben. Es ist von Vorteil, den Auswerte-Modus so zu gestalten, dass er bis zu einem bestimmten Zustandspunkt der Anlage, beispielsweise bis zu dem Zeitpunkt, zu dem zumindest ein Temperatursensor einen Signal-Schwellwert erreicht, auf einem einfachen Level, wie zum Beispiel auf einem ereignisgesteuerten Level bleibt. Erst dann kann das Auswertemuster in einen Auswerte-Modus übergehen, in dem die zeitliche Entwicklung der Signale der Temperatursensoren einzeln und/oder zueinander ausgewertet wird. Auf diese Weise kann der Signalfluss minimiert werden, ohne spürbare Funktionsbeeinträchtigungen des Verfahrens in Kauf nehmen zu müssen.The mode according to which the evaluation pattern is processed does not have to remain unchanged in the entire operating spectrum of the monitoring method. It is advantageous to configure the evaluation mode so that it can be up to a certain state point of the system, for example up to the time at which at least one temperature sensor reaches a signal threshold, at a simple level, such as on a event-driven level remains. Only then can the evaluation pattern pass into an evaluation mode in which the temporal development of the signals of the temperature sensors is evaluated individually and / or to one another. In this way, the signal flow can be minimized without having to accept significant functional impairments of the process.
Durch die laufende Abfrage, Abspeicherung und Archivierung der Messdaten kann eine Brandentwicklung dokumentiert und über einen Datenkommunikations-Modul – auch per Fernabfrage – zu beliebiger Zeit abgerufen werden. Hierzu kann es von Vorteil sein, mit einer gesonderten Auslesebox bzw. einem separaten Auslese-Modul zu arbeiten, der es lediglich der Polizei und/oder Brandfahndern und/oder Brand-Versicherungsunternehmen erlaubt, Daten auszulesen. Damit stehen erstmals allein diesen Zielgruppen Daten zur Verfügung, die eine zuverlässige Aussage über eine Brandentstehung erlauben.Through the continuous query, storage and archiving of the measured data, a fire development can be documented and retrieved via a data communication module - also by remote inquiry - at any time. For this purpose, it may be advantageous to work with a separate readout box or a separate readout module, which allows only the police and / or fire investigators and / or fire insurance companies to read data. For the first time, only these target groups will have access to data that will allow reliable information on the development of a fire.
Dadurch, dass die einzelnen Module mit einer elektrischen Speichereinrichtung ausgestattet sind, bleiben sie auch dann autark und funktionsfähig, wenn die Stromversorgung durch die Photovoltaik-Anlage ausfällt.The fact that the individual modules are equipped with an electrical storage device, they remain self-sufficient and functional even if the power supply through the photovoltaic system fails.
Durch die erfindungsgemäße Art des Abschaltens der Photovoltaik-Solaranlage wird die Verletzungsgefahr durch hohe Spannungen (z. B. Gleichstrom-Spannungsstromschläge und -Kurzschlusslichtbögen) vollständig beseitigt, da im kritischen Fall vor dem Kurzschließen der einzelnen Strings die Anlage vom Wechselstromnetz genommen wird. Bestehende Photovoltaik-Solaranlagen können mit geringem Aufwand nachgerüstet werden, um die Funktionen des vorstehend beschriebenen Überwachungssystems bereitzustellen. The type of switching off of the photovoltaic solar system according to the invention completely eliminates the risk of injury due to high voltages (eg DC voltage current pulses and short-circuit arcs), since the system is disconnected from the AC mains in the critical case before the individual strings are short-circuited. Existing photovoltaic solar systems can be retrofitted with little effort to provide the functions of the monitoring system described above.
Das Überwachungssystem kann zusätzlich mit allen herkömmlichen zusätzlichen Sicherungssystemen kombiniert werden, wie z. B. mit Gas-, Rauch-, Wassereintrittsmeldern usw.The monitoring system can additionally be combined with all conventional additional security systems, such as: B. with gas, smoke, water inlet detectors, etc.
Die Analyse- und Steuereinheit ist durch ihre Programmierbarkeit sehr flexibel und kann auch dazu genutzt werden, neben Alarmsignalen zusätzliche Informationen auszusenden, die für den Brandschutz von elementarer Bedeutung sind, wie z. B. Angaben darüber, wo sich der Zugang zu einer absoluten Abschaltung der Anlage befindet.The analysis and control unit is very flexible due to its programmability and can also be used to send in addition to alarm signals additional information that is of fundamental importance for fire protection, such. B. Details of where the access to an absolute shutdown of the system is located.
Selbstverständlich sind Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.Of course, deviations from the described embodiments are possible without departing from the spirit of the invention.
Das Überwachungssystem kann mit zusätzlichen Steuermodulen ausgestattet werden, die jeweils einem String
Die Analyse- und Steuereinheit
Das System ist auch nicht auf Photovoltaik-Solaranlagen beschränkt, die sich an Gebäuden befinden. Es ist vielmehr auch möglich, mit diesem System reine Solar-Parks daraufhin zu überwachen, ob an bestimmten Stellen kritische thermische Zustände im Entstehen sind.The system is also not limited to photovoltaic solar systems located on buildings. Rather, it is also possible to use this system to monitor pure solar parks as to whether critical thermal states are emerging at certain points.
Die Erfindung schafft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung kritischer Temperaturentwicklungen an Solaranlagen mit Photovoltaik-Modulen, wobei sich das Verfahren durch folgende Schritte auszeichnet:
- a) Analyse der Modulanordnung in Bezug zur Installationsumgebung unter Einbeziehung der vorliegenden Montage-Parameter;
- b) Auswahl aussagekräftiger Punkte, über deren Temperaturentwicklungen eine zuverlässige Aussage über das Vorliegen eines kritischen Zustands im Bereich der Anlage getroffen werden kann;
- c) Bestücken der diesen Punkten nahe kommenden Module mit Temperatursensoren; und
- d) Auswerten der von den Temperatursensoren über die Zeit abgegebenen Signale auf der Basis eines auf das System zugeschnittenen Auswertemusters.
- a) analysis of the module arrangement in relation to the installation environment, taking into account the present assembly parameters;
- b) selection of meaningful points over whose temperature developments a reliable statement about the existence of a critical condition in the area of the plant can be made;
- c) equipping the modules close to these points with temperature sensors; and
- d) evaluating the signals emitted by the temperature sensors over time on the basis of an evaluation pattern tailored to the system.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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