DE102011080296A1

DE102011080296A1 - Inverter, photovoltaic system and operating procedures

Info

Publication number: DE102011080296A1
Application number: DE102011080296A
Authority: DE
Inventors: Matthias Haag; Frank Phlippen
Original assignee: Kaco New Energy GmbH
Current assignee: Kaco New Energy GmbH
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07
Also published as: WO2013017630A2; WO2013017630A3

Abstract

Ein Wechselrichter (1) für eine Photovoltaikanlage (2) mit mindestens einem Solarmodul (3), das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, weist Mittel (5) zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in ein Netz (6) auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung auf.An inverter (1) for a photovoltaic system (2) with at least one solar module (3), which determines an installed power of the photovoltaic system, has means (5) for limiting an active power feed into a network (6) to a predeterminable proportion of the installed power ,

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, eine Photovoltaikanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren. The invention relates to an inverter, a photovoltaic system and an associated operating method.

Wechselrichter werden typisch mit einer vorgegebenen AC-Leistung bzw. in das Netz einspeisbaren Wirkleistung ausgeliefert. Inverters are typically supplied with a given AC power or active power that can be fed into the grid.

Gesetzliche Vorgaben können erfordern, dass an einem Verknüpfungspunkt der Photovoltaikanlage mit dem Netz die maximale Wirkleistungseinspeisung auf einen vorgegebenen Prozentsatz, beispielsweise 70 Prozent, der installierten Leistung begrenzt wird. Damit soll vermieden werden, dass die Netze auf den unwahrscheinlichen Fall der maximal zur Verfügung stehenden Leistung ausgelegt werden müssen. Legal requirements may require that at a point of connection of the photovoltaic system with the grid, the maximum active power feed is limited to a predetermined percentage, for example 70 percent, of the installed power. This is to avoid that the networks must be designed in the unlikely event of the maximum available power.

Die installierte Leistung wird in der Regel durch die Anzahl und den Typ der installierten Solarmodule bestimmt, wobei die Anzahl wiederum von der verfügbaren Fläche, beispielsweise auf einem Dach, abhängt. The installed capacity is usually determined by the number and type of installed solar modules, which in turn depends on the available area, for example on a roof.

Wenn beispielsweise Solarmodule mit einer maximalen Gesamtleistung bzw. installierten Leistung von 6,3 kW installiert sind, darf bei einer vorgeschriebenen Begrenzung auf 70 % ein Wechselrichter mit maximal 4,41 kW AC- bzw. Einspeiseleistung verwendet werden. If, for example, solar modules with a maximum total installed power or installed capacity of 6.3 kW are installed, an inverter with a maximum of 4.41 kW AC or infeed power may be used with a prescribed limitation to 70%.

Handelsübliche Wechselrichter existieren jedoch typisch entweder mit einer AC-Leistung von 4,6 kW oder 4,2 kW. Da der Umrichter mit 4,6 kW aufgrund der gesetzlichen Norm nicht verwendet werden darf, muss der Umrichter mit 4,2 kW verwendet werden, so dass der grundsätzlich zur Verfügung stehende Leistungsbereich zwischen 4,2 kW und 4,41 kW ungenutzt bleibt. Dies bewirkt einen Effizienzverlust der Photovoltaikanlage. However, commercial inverters typically exist either with an AC power of 4.6 kW or 4.2 kW. As the inverter with 4.6 kW may not be used due to the legal standard, the inverter must be used with 4.2 kW, so that the basically available power range between 4.2 kW and 4.41 kW remains unused. This causes a loss of efficiency of the photovoltaic system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter, eine Photovoltaikanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst effizienten Betrieb ermöglichen. The invention has for its object to provide an inverter, a photovoltaic system and an associated operating method available that allow the most efficient operation possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Wechselrichter nach Anspruch 1, eine Photovoltaikanlage nach Anspruch 8 und ein zugehöriges Betriebsverfahren nach Anspruch 10. The invention solves this object by an inverter according to claim 1, a photovoltaic system according to claim 8 and an associated operating method according to claim 10.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird. Preferred embodiments are the subject of the subclaims, the wording of which is hereby incorporated by reference into the content of the description.

Der Wechselrichter ist zur Verwendung in einer Photovoltaikanlage ausgebildet. Die Photovoltaikanlage weist mindestens ein Solarmodul auf, das herkömmlich, basierend beispielsweise auf seiner Fläche, seinem Typ, etc., eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt. Es sind Mittel zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung des Wechselrichters in das (Wechselstrom-)Netz auf einen vorgebbaren bzw. vorgegebenen Anteil der installierten Leistung vorgesehen. Der vorgebbare bzw. vorgegebene Anteil beträgt bevorzugt weniger als 100%. Die Mittel zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung des Wechselrichters in das Netz sind dazu ausgebildet, die Wirkleistungseinspeisung in Abhängigkeit von der installierten Leistung zu begrenzen. Die installierte Leistung kann beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher des Wechselrichters als entsprechender Wert abgelegt sein. Dieser Wert kann beispielsweise vor einer Auslieferung des Wechselrichters bei einem Hersteller oder Lieferanten in dem Speicher abgelegt werden. Die Mittel zum Begrenzen der Wirkleistungseinspeisung können Bestandteil eines Leistungsteils des Wechselrichters sein und in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Anteil auf herkömmliche Art und Weise, beispielsweise durch Wahl geeigneter Betriebsparameter, die eingespeiste Wirkleistung einstellen bzw. begrenzen. Die Erfindung ermöglicht es, den gesamten, von einer gesetzlichen Norm oder sonstigen regulatorischen Vorgaben bestimmten Leistungsbereich der Photovoltaikanlage effizient auszunutzen, ohne dass hierzu eine Vielzahl von Wechselrichtern mit voreingestellten, spezifischen AC-Leistungen vorgehalten werden müssen. The inverter is designed for use in a photovoltaic system. The photovoltaic system has at least one solar module, which conventionally determines an installed power of the photovoltaic system based, for example, on its area, its type, etc. Means are provided for limiting an active power feed of the inverter into the (AC) network to a predeterminable or predetermined proportion of the installed power. The predefinable or predetermined proportion is preferably less than 100%. The means for limiting an active power feed of the inverter into the network are designed to limit the active power feed in dependence on the installed power. The installed power may, for example, be stored in a non-volatile memory of the inverter as a corresponding value. This value can, for example, be stored in the memory before the inverter is delivered to a manufacturer or supplier. The means for limiting the active power feed can be part of a power section of the inverter and set or limit the fed active power depending on the predetermined proportion in a conventional manner, for example by selecting suitable operating parameters. The invention makes it possible to efficiently utilize the entire power range of the photovoltaic system determined by a legal standard or other regulatory requirements, without having to provide a large number of inverters with preset, specific AC powers.

Der Wechselrichter weist optionale Mittel zum Erfassen der installierten Leistung auf, mittels derer dem Wechselrichter Informationen über die installierte Leistung zugänglich gemacht werden können. The inverter has optional means for detecting the installed power, which can provide the inverter with information about the installed power.

In einer Weiterbildung weisen die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Bedienerschnittstelle auf, mittels der die installierte Leistung von einer hierfür autorisierten Person, beispielsweise nur nach Eingabe eines Passworts, eingebbar ist. Die Bedienerschnittstelle kann unmittelbar Bestandteil des Wechselrichters sein und ein Eingabemedium, beispielsweise eine Tastatur, und ein zugehöriges Display umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bedienerschnittstelle netzwerkbasiert sein, so dass beispielsweise eine browserbasierte Eingabe der installierten Leistung auf einem PC möglich ist, falls der Wechselrichter über einen Netzwerkanschluss verfügt und über ein herkömmliches Netzwerk mit dem PC verbunden ist. In a development, the means for detecting the installed power have an operator interface, by means of which the installed power can be input by a person authorized for this purpose, for example only after entering a password. The operator interface may be directly part of the inverter and include an input medium, such as a keyboard, and an associated display. Alternatively or additionally, the operator interface can be network-based, so that, for example, a browser-based input of the installed power on a PC is possible if the inverter has a network connection and is connected to the PC via a conventional network.

In einer Weiterbildung weisen die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Schnittstelle zu dem Solarmodul auf, über die die installierte Leistung bzw. diesbezügliche Kenngrößen von dem Solarmodul einlesbar sind. Falls das bzw. die Solarmodule einen Identifikationschip, auf dem die installierte Leistung bzw. diesbezügliche Kenngrößen gespeichert sind, und eine Schnittstelle aufweisen, besteht die Möglichkeit, die installierte Leistung durch Auslesen der Informationen automatisch im Wechselrichter zu bestimmen. In a development, the means for detecting the installed power interface to the solar module on the installed power or related characteristics of the Solar module can be read. If the solar module or modules have an identification chip on which the installed power or relevant parameters are stored and an interface, it is possible to automatically determine the installed power by reading out the information in the inverter.

In einer Weiterbildung beträgt der vorgebbare bzw. vorgegebene Anteil der installierten Leistung 80% der installierten Leistung, bevorzugt 70% der installierten Leistung. In a further development, the predefinable or predetermined proportion of the installed capacity is 80% of the installed capacity, preferably 70% of the installed capacity.

In einer Weiterbildung beträgt die installierte Leistung der Photovoltaikanlage maximal 100 kW, bevorzugt maximal 50 kW, besonders bevorzugt maximal 30 kW. In a further development, the installed capacity of the photovoltaic system is a maximum of 100 kW, preferably a maximum of 50 kW, particularly preferably a maximum of 30 kW.

In einer Weiterbildung weisen die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Sicherheitsvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine unbefugte Manipulation der Erfassung der installierten Leistung zu verhindern. Beispielsweise kann eine Eingabe der installierten Leistung durch einen Benutzer mittels eines Passworts gesichert sein, welches nur autorisierten Personen eine Eingabe bzw. Einstellung erlaubt. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise mittels einer Chipkartenlesevorrichtung sichergestellt sein, dass nur Benutzer, die eine geeignete Chipkarte besitzen, eine Einstellung vornehmen können. Die Sicherheitsvorrichtung kann auch ein so genanntes Token und/oder eine Passwort- und/oder TAN-Übermittlung mittels SMS verwenden. In a development, the means for detecting the installed power have a safety device which is designed to prevent unauthorized manipulation of the detection of the installed power. For example, an input of the installed power may be secured by a user by means of a password which allows only authorized persons input. Additionally or alternatively, it can be ensured, for example by means of a chip card reading device, that only users who have a suitable chip card can make a setting. The security device may also use a so-called token and / or password and / or TAN transmission via SMS.

Die Photovoltaikanlage weist mindestens ein Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, und einen oben genannten Wechselrichter auf. The photovoltaic system has at least one solar module, which determines an installed power of the photovoltaic system, and an above-mentioned inverter.

In einer Weiterbildung weist das Solarmodul eine Schnittstelle auf, über die die installierte Leistung des Solarmoduls auslesbar ist. In a development, the solar module has an interface via which the installed power of the solar module can be read out.

Das Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage mit mindestens einem Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, weist die Schritte auf: optionales Erfassen der installierten Leistung und Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in das Netz auf einen vorgebbaren Anteil der (erfassten) installierten Leistung. The method for operating a photovoltaic system with at least one solar module, which determines an installed power of the photovoltaic system, comprises the steps of: optionally detecting the installed power and limiting an active power feed into the grid to a predeterminable proportion of the (detected) installed power.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt. Hierbei zeigt schematisch: The invention will now be described with reference to the drawing, which shows preferred embodiments of the invention. This shows schematically:

1 eine Photovoltaikanlage mit einem Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, und einem Wechselrichter. 1 a photovoltaic system with a solar module that determines an installed capacity of the photovoltaic system, and an inverter.

1 zeigt eine Photovoltaikanlage 2 mit einem Solarmodul 3, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage 2 bestimmt, und einem Wechselrichter 1. 1 shows a photovoltaic system 2 with a solar module 3 that has an installed capacity of the photovoltaic system 2 determined, and an inverter 1 ,

Das Solarmodul 3 bestimmt aufgrund seiner Eigenschaften wie Fläche usw. die installierte Leistung beispielsweise auf 6,3 kW. Das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien in der ab 1. Januar 2012 geltenden Fassung als ein Beispiel einer gesetzlichen Norm bzw. regulatorischen Vorgabe legt fest, dass bei einer installierten Leistung von höchstens 30 kW an einem Verknüpfungspunkt 9a und 9b der Photovoltaikanlage 2 mit dem Netz 6 die maximale Wirkleistungseinspeisung auf 70 Prozent der installierten Leistung zu begrenzen ist, vorliegend also 4,41 kW. The solar module 3 For example, due to its characteristics such as area, etc., the installed power determines 6.3 kW. The Renewable Energy Act in the version in force as of 1 January 2012 as an example of a statutory standard or regulatory requirement states that for an installed capacity of at most 30 kW at a connection point 9a and 9b the photovoltaic system 2 with the net 6 the maximum active power feed on 70 Percent of installed capacity is limited, in this case 4.41 kW.

Der Wechselrichter 1 weist eine maximale Wirkleistungsabgabe bzw. Wirkleistungseinspeisung (AC-Leistung) von 4,6 kW auf. Zum Begrenzen der maximalen Wirkleistungseinspeisung auf die vom Gesetz geforderten 4,41 kW, dienen zum einen Mittel zum Erfassen der installierten Leistung in Form eines Displays 4a und einer Tastatur 4b, über die ein autorisierter Benutzer nach erfolgreicher Eingabe eines Passworts die installierte Leistung von 6,3 kW eingibt. Zusätzlich kann auch der Prozentwert, d.h. der vorgebbare Anteil, variabel eingegeben werden. The inverter 1 has a maximum active power output (active power supply) (AC power) of 4.6 kW. To limit the maximum active power supply to the required by law 4.41 kW, serve as a means for detecting the installed power in the form of a display 4a and a keyboard 4b where an authorized user enters the installed power of 6.3 kW after successfully entering a password. In addition, the percentage value, ie the predefinable share, can also be entered variably.

Alternativ oder zusätzlich kann die installierte Leistung und/oder der Prozentwert über eine Netzwerkschnittstelle 11 eingegeben werden, die mit einem nicht dargestellten herkömmlichen Netzwerk zu verbinden ist, beispielsweise einem LAN, dem Internet, etc., wobei als Erfassungs- bzw. Eingabemittel für diesen Fall beispielsweise ein mit dem Netzwerk verbundener Computer dienen kann. Alternatively or additionally, the installed power and / or percentage may be via a network interface 11 may be input to be connected to a conventional network, not shown, for example, a LAN, the Internet, etc., which can serve as a detection or input means for this case, for example, a computer connected to the network.

Der Umrichter speichert diesen Wert und errechnet hieraus automatisch per Software die maximal erlaubte Wirkleistungseinspeisung von 4,41 kW. Mittel zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in Form einer Leistungselektronik 5 begrenzen die eingespeiste Leistung auf 4,41 kW, auch wenn die vom Solarmodul 3 gelieferte Leistung eine höhere Wirkleistungseinspeisung zuließe. Die Leistungselektronik 5 begrenzt die Wirkleistungseinspeisung herkömmlich durch geeignete Einstellung der diesbezüglich relevanten physikalischen Größen. The inverter saves this value and automatically calculates the maximum permissible active power supply of 4.41 kW via software. Means for limiting an active power feed in the form of power electronics 5 limit the fed-in power to 4.41 kW, even if that of the solar module 3 supplied power would allow a higher active power feed. The power electronics 5 limits the active power supply conventionally by appropriate adjustment of relevant in this regard physical quantities.

Alternativ oder zusätzlich kann das Solarmodul 3 einen Chip 10, der die installierte Leistung speichert, und eine Schnittstelle 8 aufweisen, die mit einer korrespondierenden Schnittstelle 7 des Wechselrichters 1 verbindbar ist und über die die installierte Leistung des Solarmoduls 3 auslesbar ist. Auf diese Weise kann ein normkonformes Verhalten des Wechselrichters 1 automatisch, d.h. ohne explizite Eingabe der installierten Leistung durch einen Benutzer, erzielt werden. Alternatively or additionally, the solar module 3 a chip 10 , which stores the installed power, and an interface 8th have, with a corresponding interface 7 of the inverter 1 is connectable and about the installed power of the solar module 3 is readable. In this way, a standard-compliant behavior of the inverter 1 automatically, ie without explicit input of the installed power by a user.

Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen einen effizienten Betrieb der Photovoltaikanlage 2, da der gesamte, von einer gesetzlichen Norm zugelassene Leistungsbereich der Photovoltaikanlage 2 von 0 kW bis 4,41 kW ausgenutzt werden kann, ohne dass hierzu eine Vielzahl von Wechselrichtern mit voreingestellten, spezifischen AC-Leistungen vorgehalten werden müssen. The illustrated embodiments enable efficient operation of the photovoltaic system 2 , as the entire, approved by a legal standard range of performance of the photovoltaic system 2 from 0 kW to 4.41 kW, without having to provide a large number of inverters with pre-set, specific AC powers.

Claims

Inverter ( 1 ) for a photovoltaic system ( 2 ) with at least one solar module ( 3 ), which determines an installed power of the photovoltaic system, characterized in that the inverter comprises - means ( 5 ) for limiting an active power feed into a network ( 6 ) to a predeterminable proportion of the installed capacity.

Inverter according to claim 1, characterized by - means ( 4a . 4b ) for detecting the installed power.

Inverter according to claim 2, characterized in that - the means for detecting the installed power comprises an operator interface ( 4a . 4b ), by means of which the installed power can be entered.

Inverter according to claim 2 or 3, characterized in that - the means for detecting the installed power interface ( 7 ) to the solar module over which the installed power of the solar module is read.

Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that - the predefined proportion of the installed capacity is 80% of the installed capacity, preferably 70% of the installed capacity.

Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that - The installed capacity of the photovoltaic system is a maximum of 100 kW, preferably a maximum of 50 kW, more preferably a maximum of 30 kW.

Inverter according to one of the preceding claims, characterized in that - The means for detecting the installed power comprise a safety device, which is designed to prevent unauthorized manipulation of the detection of the installed power.

Photovoltaic system ( 2 ) with - at least one solar module ( 3 ), which determines an installed capacity of the photovoltaic system, and - an inverter ( 1 ) according to one of claims 1 to 7.

Photovoltaic system according to claim 8, characterized in that - the solar module has an interface ( 8th ), via which the installed power of the solar module is read out.

Method for operating a photovoltaic system ( 2 ) with at least one solar module ( 3 ), which determines the installed capacity of the photovoltaic system, characterized by the steps of: limiting an active power feed into a grid ( 6 ) to a predeterminable proportion of the installed capacity.

Method according to claim 10, characterized by the steps: - detecting the installed power and - limiting the active power feed into the grid ( 6 ) to a predefinable proportion of the installed capacity.