DE102011086074A1

DE102011086074A1 - Diagnoseeinrichtung für ein Photovoltaikmodul sowie zugehöriges Diagnoseverfahren

Info

Publication number: DE102011086074A1
Application number: DE102011086074A
Authority: DE
Inventors: Markus Pfeifer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Diagnoseeinrichtung für ein Fotovoltaikmodul (1, 2) mit einer Messeinrichtung (7) zur Messung eines Ableitstroms (If) und ein zugehöriges Verfahren vorgeschlagen. Der Ableitstroms (If) tritt aufgrund einer Kapazitätsänderung als Folge einer Schädigung des Fotovoltaikmoduls (1, 2) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnoseeinrichtung für ein Photovoltaikmodul sowie ein Verfahren zur Diagnose eines Photovoltaikmoduls.
Im Falle einer Schädigung eines Photovoltaikmoduls durch einen Brand erfolgt keine automatische Detektion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diagnoseeinrichtung für ein Photovoltaikmodul sowie ein Verfahren zur Diagnose eines Photovoltaikmoduls vorzuschlagen, die bzw. das eine Schädigung des Photovoltaikmoduls, z.B. infolge eines Brandes, möglichst frühzeitig erkennt und meldet.
Die erste Aufgabe wird mit einer Diagnoseeinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Diese weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines hochfrequenten Signals auf, mit dem das Photovoltaikmodul beaufschlagt wird, und eine Messeinrichtung zur Messung eines Ableitstroms vom Photovoltaikmodul zu einem geerdeten Anschlusspunkt, wobei der Ableitstrom bedingt durch das hochfrequente Signal aufgrund einer Kapazitätserhöhung als Folge einer Schädigung des Photovoltaikmoduls auftritt.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 4 gelöst. Dabei wird das Photovoltaikmodul mit einem hochfrequenten Signal beaufschlagt und ein Ableitstrom des Photovoltaikmoduls gemessen, der aufgrund einer Kapazitätserhöhung als Folge einer Schädigung des Photovoltaikmoduls auftritt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2 bis 3 sowie 5 bis 7 zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung und
2 eine durch Wechselrichtung erzeugte Rippelspannung.
1 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Diagnoseeinrichtung für ein Photovoltaikmodul, das eine oder mehrere Photozellen 1 und einen diese umgebenden Modulrahmen 2 aufweist. Der Modulrahmen 2 ist über eine Verbindungsleitung 3 geerdet. Die Photozellen 1 stehen über eine Gleichstromleitung 4 mit einem Wechselrichter 5 in Verbindung. Bei einem Brand kann das Photovoltaikmodul geschädigt und zerstört werden. Um dies zu verhindern bzw. die Schäden durch entsprechende Maßnahmen möglichst gering zu halten, muss frühzeitig die Schädigung erkannt werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die mit einem Brand bzw. einer sonstigen Schädigung einhergehende Änderung der Kapazität zwischen den Photozellen 1 und dem geerdeten Modulrahmen 2 erfasst wird. Hierzu werden hochfrequente Signale in die Gleichstromleitung 4, z.B. über einen Übertrager 6, induktiv eingekoppelt und der in der Verbindungsleitung 3 fließende Ableitstrom I_f durch eine dort installierte Messeinrichtung 7 gemessen. Erhöht sich die Kapazität aufgrund einer Schädigung genügend stark, macht sich dies in einem erhöhten Ableitstrom I_f bemerkbar. Um die Schädigung rechtzeitig eindämmen zu können und ggf. das Photovoltaikmodul abzuschalten, wird erfasst und gemeldet, wenn der Ableitstrom I_f einen Schwellwert überschreitet.
Der Ableitstrom I_f ist je nach Modultyp unterschiedlich. Bei kristallinen Photovoltaikmodulen kann ein Strom von < 10 mA fließen, wohingegen bei Dünnschicht-Modulen bei einem Stromfluss von 10 mA eine Zerstörung der Photovoltaikmodule in vollem Gange ist. Der Ableitstrom I_f liegt im normalen Fehlerfall bei einigen mA, nicht jedoch, wenn ein Modulbrand im Gange ist. Hier sind Stromstärken im A-Bereich zu erwarten.
Der induktive Übertrager 6 kann in die Gleichstromleitung 4, d.h. die DC-Verkabelung, installiert sein. Dieser kann sowohl in der positiven Schiene als aber auch in der negativen Schiene sitzen. An der Primärwicklung wird ein Pulsgenerator 8 angeschlossen, der eine Pulsfrequenz von 7 kHz bis 30 kHz erzeugen kann und dabei eine Amplitude von 2 V bis 15 V erzeugt. Die erforderlichen Zahlenwerte der Frequenz und der Spannung sind abhängig von den verwendeten Modulen. Durch die ständige Weiterentwicklung der Module können sich diese Werte verändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die ohnehin bereits vorhandenen, vom Wechselrichter 5 erzeugten parasitären Schaltflanken ausgenutzt werden, die hochfrequente Signalanteile enthalten. Diese Rippelspannung ist der Gleichspannung U der Gleichstromleitung 4 überlagert, wie dem Diagramm nach 2 zu entnehmen ist, in dem die Gleichspannung U über der Zeit t aufgetragen ist.
Die Schaltflanken entstehen durch die in den parasitären Streuinduktivitäten vorhandene Energie. Kommt es zum “Abschalten“ (Abschalten heißt hier: mit der Taktfrequenz des Umrichters werden ständig Abschaltungen von Leistungshalbleiter vorgenommen) einer Streuinduktivität, entsteht somit eine Spannungsspitze. Diese Spannungsspitzen liegen somit über die DC-Verkabelung an den Modulen an. Je nach Erdkapazität der Module fließt nun ein entsprechender Ableitstrom I_f über den Erdanschluss ab.

Claims

Diagnoseeinrichtung für ein Photovoltaikmodul (1, 2) mit einer Einrichtung (5, 6, 8) zur Erzeugung eines hochfrequenten Signals, mit dem das Photovoltaikmodul (1, 2) beaufschlagt wird, und mit einer Messeinrichtung (7) zur Messung eines Ableitstroms (I_f) vom Photovoltaikmodul (1, 2) zu einem geerdeten Anschlusspunkt, wobei der Ableitstrom (I_f) bedingt durch das hochfrequente Signal aufgrund einer Kapazitätserhöhung als Folge einer Schädigung des Photovoltaikmoduls (1, 2) auftritt.
Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul (1, 2) eine oder mehrere Photovoltaikzellen (1) aufweist, die von einem Modulrahmen (2) umgeben sind, und dass die Messeinrichtung (7) in der Verbindungsleitung (3) des Modulrahmens (2) zu einem geerdeten Anschlusspunkt liegt.
Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gleichstromverkabelung (4) des Photovoltaikmoduls (1, 2) ein induktiver Übertrager (6) installiert ist, mit dem ein hochfrequentes Signal einkoppelbar ist.
Verfahren zur Diagnose eines Photovoltaikmoduls (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaikmodul (1, 2) mit einem hochfrequenten Signal beaufschlagt wird und dass ein Ableitstrom (I_f) des Photovoltaikmoduls (1, 2) gemessen wird, der aufgrund einer Kapazitätserhöhung als Folge einer Schädigung des Photovoltaikmoduls (1, 2) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst und gemeldet wird, wenn der Ableitstrom (I_f) einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfrequente Signal induktiv in einer Zuleitung (4) zum Photovoltaikmodul (1, 2) eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als hochfrequentes Signal die von einem Wechselrichter (5) erzeugten hochfrequenten Signalanteile in den Schaltflanken verwendet werden, die von dem Wechselrichter (5) über eine Zuleitung (4) zum Photovoltaikmodul (1, 2) übertragen werden.