DE102012104383A1

DE102012104383A1 - Steuerung für eine Photovoltaikmodul-Anordnung, Photovoltaikmodul-Anordnung und Wechselrichter für eine Photovoltaikmodul-Anordnung

Info

Publication number: DE102012104383A1
Application number: DE201210104383
Authority: DE
Inventors: Olaf Storbeck; Martin KUTZER; Michael Wolf
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: DE102012104383B4

Abstract

Eine Steuerung (120) für eine Photovoltaikmodul-Anordnung (100) kann aufweisen: einen Steuerschaltkreis (302) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern mindestens einer Schalteinheit (116, 118) für die Begrenzung des Stromflusses in einer Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen (102, 104, 106), die an eine Gleichspannungsleitung (112) angeschlossen sind; einen Simulationsschaltkreis (316), der mindestens eine Schalteinheit (116, 118) nachbildet; wobei der Simulationsschaltkreis (316) ein Steuersignal empfängt und ein Ausgangssignal in Antwort auf das Steuersignal bereitstellt; und wobei der Steuerschaltkreis (302) das Steuersignal in dessen Signalfrequenz und/oder dessen Signalamplitude verändert abhängig von dem Ausgangssignal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Photovoltaikmodul-Anordnung, eine Photovoltaikmodul-Anordnung und einen Wechselrichter für eine Photovoltaikmodul-Anordnung.
Bei einem Störfall oder einem Wartungsfall einer Photovoltaik-Anlage ist es nicht möglich, eine beleuchtete Photovoltaik-Anlage derart zu unterbrechen, dass die Einzelstrings von Photovoltaikmodulen nur noch eine Spannung unterhalb der so genannten Schutzspannung liefern. Eine Abschaltung der Netzeinspeisung führt dazu, dass die Photovoltaikmodulstrings in einen Leerlauf-Betrieb übergehen und sich somit eine Systemspannung von bis zu 1000 Vdc einstellen kann.
Um dieser Situation zu begegnen wurden verschiedene Vorschläge erarbeitet:
In DE 10 2005 018 173 B4 ist eine Begrenzung der Energieabgabe eines kompletten Generatorfeldes am Einführungspunkt in das Gebäude offenbart. Dies hat zur Folge, dass gefährliche Spannungen außerhalb des Gebäudes nicht vermieden werden können.
Weiterhin ist in DE 20 2006 007 613 U1 der Einbau von thermischen Sicherungen in die Verbindungsleitungen zwischen den Photovoltaikmodulen beschrieben. Dies hat jedoch keine zwingende und gleichzeitige Wirkung für das gesamte Generatorfeld.
Ferner ist in DE 10 2006 060 815 A1 eine Integration von Schaltelementen in die so genannten Anschlussboxen von Photovoltaikmodulen beschrieben, die im Brandfall eine Energieabgabe aller Photovoltaikmodule gleichzeitig begrenzen und so eine gefährliche Spannung vermeiden.
Ferner kann gemäß DE 10 2008 003 272 A1 eine Signalübertragung moduliert über die DC-Verbindungsleitungen oder über eine separate Signalleitung oder per Funk erfolgen.
Weiterhin ist es aus WO 2004/107543 A2 bekannt, Photovoltaikmodule für Installations- und Wartungszwecke mit einem Steuersignal manuell abzuschalten.
Schließlich ist in DE 10 2010 017 746 A1 eine Aufteilung der Reihenschaltung beschrieben um unter eine Schutzspannung von 60 V zu kommen. Dies führt zu einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung, um das Signal auch bei getrennten Photovoltaikmodulstrings zu transportieren. Problematisch ist hierbei jedoch die Verwendung der vorgeschlagenen Technik bei unterschiedlichen Impedanzen des angeschlossenen Systems Weiterhin schmälern die Betriebskosten für die Kontrolleinheit den Ertrag einer solchen Anlage.
Verschiedene Ausführungsbeispiele ermöglichen eine verbesserte Einkopplung eines Steuersignals zum Steuern einer Schalteinheit für die Begrenzung des Energieflusses in einer Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele ermöglichen eine oder mehrere der folgenden Funktionen:

• eine allpolige Trennung des Generatorfeldes vom Wechselrichter;
• eine Messung der Stringspannung;
• eine Messung des Signals auf der Powerline/Signal-Anpassung auf String-Impedanz;
• eine Detektion von Lichtbögen und/oder
• eine Energieeinsparung.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Steuerung für eine Photovoltaikmodul-Anordnung bereitgestellt, aufweisend: einen Steuerschaltkreis zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern mindestens einer Schalteinheit für die Begrenzung des Stromflusses in einer Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen, die an eine Gleichspannungsleitung angeschlossen sind; einen Simulationsschaltkreis, der mindestens eine Schalteinheit nachbildet; wobei der Simulationsschaltkreis ein Steuersignal empfängt und ein Ausgangssignal in Antwort auf das Steuersignal bereitstellt; und wobei der Steuerschaltkreis das Steuersignal in dessen Signalfrequenz und/oder dessen Signalamplitude verändert abhängig von dem Ausgangssignal.
In einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen: einen Übertrager, der einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, die voneinander galvanisch getrennt sind, wobei der erste Teil mit dem Steuerschaltkreis galvanisch verbunden ist, und wobei der zweite Teil mit dem Simulationsschaltkreis galvanisch verbunden ist.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis eingerichtet sein zum Erzeugen eines pulsierenden Steuersignals.
In noch einer Ausgestaltung kann der Simulationsschaltkreis den gleichen schaltungstechnischen Aufbau aufweisen wie die mindestens eine Schalteinheit.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen: eine Trenneinrichtung, die eingerichtet ist zum Schalten mindestens eines Schalters zum galvanischen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung; wobei der Steuerschaltkreis ferner eingerichtet sein kann zum Steuern der Trenneinrichtung.
In noch einer Ausgestaltung kann die Trenneinrichtung eingerichtet sein zum allpoligen galvanischen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen einen Spannungsmesser zum Messen einer elektrischen Spannung, die an der mindestens einen Gleichspannungsleitung anliegt.
In noch einer Ausgestaltung kann der Spannungsmesser die elektrische Spannung potentialfrei messen.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis von dem Spannungsmesser galvanisch entkoppelt sein und unter Verwendung der gemessenen elektrischen Spannung einen Betriebszustand der Photovoltaikmodul-Anordnung ermitteln.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis das mindestens eine Photovoltaikmodul von der Gleichspannungsleitung trennen, wenn die gemessene elektrische Spannung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und das mindestens eine Photovoltaikmodul mit der Gleichspannungsleitung elektrisch leitend verbinden, wenn die gemessene elektrische Spannung über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis unter Verwendung der gemessenen elektrischen Spannung einen Lichtbogen in der Photovoltaikmodul-Anordnung ermitteln, und bei ermitteltem Lichtbogen das mindestens eine Photovoltaikmodul von der Gleichspannungsleitung trennen.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis das mindestens eine Photovoltaikmodul von der Gleichspannungsleitung zyklisch kurzzeitig trennen, so dass ein Lichtbogen unterbrochen wird.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen eine mit dem Steuerschaltkreis gekoppelte Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit einer Steuerungs-externen Einrichtung.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis ferner ein Alarmsignal erzeugen, wenn die gemessene elektrische Spannung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Photovoltaikmodul-Anordnung bereitgestellt, aufweisend: mehrere Photovoltaikmodule; mindestens eine Gleichspannungsleitung, an welche die mehreren Photovoltaikmodule angeschlossen sind; und eine mit der Gleichspannungsleitung gekoppelte Steuerung, wie sie oben und im Folgenden beschrieben ist.
In einer Ausgestaltung kann die Photovoltaikmodul-Anordnung ferner aufweisen mindestens einen Schalter zum Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung.
In noch einer Ausgestaltung kann der Schalter eingerichtet sein zum allpoligen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Wechselrichter für eine Photovoltaikmodul-Anordnung bereitgestellt, aufweisend eine Steuerung, wie sie oben und im Folgenden beschrieben ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Photovoltaikmodul-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
2 einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
3 einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
5 einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1 zeigt eine Photovoltaikmodul-Anordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Die Photovoltaikmodul-Anordnung 100 kann mehrere in Reihe geschaltete Photovoltaikmodule 102, 104, 106 aufweisen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine beliebige Anzahl von Photovoltaikmodulen 102, 104, 106 vorgesehen sein, die in Reihe geschaltet sein können und beispielsweise so genannte Photovoltaikmodulstrings bilden. Die Photovoltaikmodul-Anordnung 100 kann beispielsweise auf einem Dach eines Gebäudes oder auf einem anderen Trägerelement installiert sein.
Jedes der Photovoltaikmodule 102, 104, 106 kann eine Vielzahl von miteinander in Serie und/oder parallel geschalteten Photovoltaikzellen (beispielsweise Solarzellen) 108 aufweisen.
Unter einer Solarzelle ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Einrichtung zu verstehen, die Lichtenergie (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm, beispielsweise Sonnenlicht) direkt umwandelt in elektrische Energie mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
Verschiedene Ausführungsbeispiele beziehen sich auf kristalline Halbleiter-Substrate als Solarzellen-Substrate, beispielsweise aus Silizium, auch wenn alternative Ausführungsbeispiele andere Halbleiter-Substrate als Solarzellen-Substrate aufweisen können, beispielsweise aus GaAs, GaN, InP, oder dergleichen. Auch können polykristalline Halbleiter-Substrate als Solarzellen-Substrate vorgesehen sein. Die Art der Technologie, die der jeweiligen Solarzelle zu Grunde liegt, ist grundsätzlich im Rahmen verschiedener Ausführungsbeispiele beliebig.
Ein erstes Photovoltaikmodul 102 ist mit einem Eingangsanschluss 110 der Reihenschaltung der Photovoltaikmodule 102, 104, 106 mittels mindestens einer Gleichstromleitung 112 gekoppelt. Die mindestens eine Gleichstromleitung 112 verbindet somit anschaulich die Photovoltaikmodule 102, 104, 106 miteinander elektrisch. Am Ende der Reihenschaltung der Photovoltaikmodule 102, 104, 106, also am Ausgangsanschluss des dritten Photovoltaikmoduls 106, ist die mindestens eine Gleichstromleitung 112 wieder zu einem Eingangsanschluss des dritten Photovoltaikmoduls 106 gekoppelt und wird unter Verbindung mit den anderen Photovoltaikmodulen 104, 102 zu einem Ausgangsanschluss 114 der Reihenschaltung der Photovoltaikmodule 102, 104, 106 geführt.
Weiterhin weist die Photovoltaikmodul-Anordnung 100 mindestens eine in die mindestens eine Gleichstromleitung 112 geschaltete Schalteinheit 116, 118 auf, wie sie im Folgenden noch näher erläutert wird. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Schalteinheit 116, 118 zwischen zwei einander unmittelbar benachbarte Photovoltaikmodule 102, 104, 106 geschaltet. So ist beispielsweise eine erste Schalteinheit 116 zwischen das erste Photovoltaikmodul 102 und ein zweites Photovoltaikmodul 104 in die Gleichstromleitung 112 geschaltet. Eine zweite Schalteinheit 118 kann zwischen das zweite Photovoltaikmodul 104 und das dritte Photovoltaikmodul 106 in die Gleichstromleitung 112 geschaltet sein. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Photovoltaikmodule miteinander direkt verbunden sind, ohne dass eine Schalteinheit 116, 118 zwischen diesen geschaltet ist. So kann beispielsweise eine Schalteinheit 116, 118 alle zwei oder alle drei oder alle vier oder mehr Photovoltaikmodule in die Verbindungsleitung 112 geschaltet sein, wobei die Schalteinheiten 116, 118 in regelmäßigen Abständen oder in unregelmäßigen Abständen zwischen den Photovoltaikmodulen in die Verbindungsleitung 112 geschaltet sein können.
Weiterhin ist eine mit dem Eingangsanschluss 110 der Reihenschaltung gekoppelte Steuereinrichtung 120 (beispielsweise aufweisend eine Logik, beispielsweise implementiert mittels eines Schaltkreises, beispielsweise hartverdrahteter Logik, oder mittels eines programmierbaren Prozessors, beispielsweise eines programmierbaren Mikroprozessors) vorgesehen. Die Steuereinrichtung 120 wird im Folgenden auch als Steuerung 120 bezeichnet.
Die Steuereinrichtung 120 ist eingerichtet, ein elektrisches Steuersignal zum Steuern des oder der Schalteinheiten 116, 118 zu erzeugen und dieses Steuersignal, welches beispielsweise ein pulsförmiges elektrisches Steuersignal ist, auf die mindestens eine Gleichstromleitung 112 aufzumodulieren. Die Steuereinrichtung 120 ist sowohl mit dem Eingangsanschluss 110 der Reihenschaltung elektrisch leitend verbunden als auch mit dem Ausgangsanschluss 114 der Reihenschaltung. Weiterhin kann die Steuereinrichtung 120 mit einem Wechselrichter 122 elektrisch leitend verbunden sein, welcher seinerseits mit einem Wechselspannungsnetz 124, beispielsweise dem öffentlichen Stromnetz 124, elektrisch leitend verbunden sein kann.
Auf der Seite des Wechselrichters 122, die die Photovoltaikmodule 102, 104, 106 aufweist, liegt eine Gleichspannung, beispielsweise in Höhe von 12 VDC oder in Höhe einer anderen gewünschten Gleichspannung, an. Auf der anderen Seite des Wechselrichters 122, die mit dem Wechselspannungsnetz 124 verbunden ist, liegt eine Wechselspannung an, beispielsweise in Höhe von 230 VAC oder einer anderen üblichen oder gewünschten Wechselspannung, beispielsweise Netz-Wechselspannung, an.
Ferner kann das Wechselspannungsnetz 124 zur Stromversorgung der Steuereinrichtung 120 elektrisch leitend mit der Steuereinrichtung 21 verbunden sein, beispielsweise mittels einer weiteren Leitung 126, in welche ein Sicherheitsschalter 128 geschaltet sein kann.
2 zeigt einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Wie in 2 dargestellt, kann in verschiedenen Ausgestaltungen die Photovoltaikmodul-Anordnung Schalter 202, 204 aufweisen. Ein erster Schalter 202 ist in eine erste Leitung 206 in Serie geschaltet, die ihrerseits an einem ersten Ende mittels eines ersten Anschlusses mit dem Eingangsanschluss 110 der Reihenschaltung der Photovoltaikmodule 102, 104, 106 elektrisch leitend verbunden ist. Ein zweiter Schalter 204 ist in eine zweite Leitung 208 in Serie geschaltet, die ihrerseits an dem ersten Ende mittels eines zweiten Anschlusses mit dem Ausgangsanschluss 114 der Reihenschaltung der Photovoltaikmodule 102, 104, 106 elektrisch leitend verbunden ist. An einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Leitungen 206, 208 sind diese mit dem Wechselrichter elektrisch leitend verbunden.
Die Steuerung 120 ist mit Steuer-Anschlüssen der Schalter 202, 204 verbunden, so dass die Steuerung 120 mittels eines oder mehrerer Schalter-Steuersignals die Schalter 202, 204 öffnen oder schließen kann, so dass beispielsweise der Wechselrichter 122 von den der Reihenschaltung der Photovoltaikmodule 102, 104, 106 elektrisch getrennt werden kann (bei geöffneten Schaltern 202, 204) oder mit diesen elektrisch leitend verbunden sein (bei geschlossenen Schaltern 202, 204). Die Schalter 202, 204 können beispielsweise als Relais 202, 204 realisiert sein. Weiterhin können die Schalter 202, 204 derart realisiert sein, dass eine allpolige Trennung der Leitungen 206, 208 erreicht wird. Anschaulich regelt somit die Steuereinheit 120 die Trennung beider Leitungen 206, 208 auf der DC-Seite der Photovoltaik-Anordnung 100. Die Trennung erfolgt dabei beispielsweise mittels Relais 202, 204. Dabei kann das Öffnen der der Verbindung an die Öffnung aller Schalteinheiten 116, 118 gekoppelt sein.
3 zeigt einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Wie in 3 dargestellt weist die Steuerung 120 in verschiedenen Ausführungsbeispielen einen Steuerschaltkreis 302 auf. Der Steuerschaltkreis 302 kann in Form einer beliebigen Logik-Implementierung (anders ausgedrückt als beliebiger Logik-Schaltkreis) realisiert sein. So kann der Steuerschaltkreis 302 als eine hartverdrahtete Logik implementiert sein, alternativ als ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder als ein applikationsspezifischer integrierter Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), oder auch als ein in beliebiger Weise realisierter Prozessor, beispielsweise programmierbarer Prozessor, wie beispielsweise als programmierbarer Mikroprozessor.
Ferner kann eine Stromversorgung 304 (beispielsweise eine oder mehrere Batterien oder eine Stromversorgung, die zumindest eines Teil der bereitgestellten Energie aus dem Wechselspannungsnetz 124 und/oder aus den Photovoltaikmodulen 102, 104, 106 nutzt) vorgesehen sein, die zum Versorgen des Steuerschaltkreises 302 mit demselben elektrisch leitend verbunden sein kann, beispielsweise mittels einer oder mehrerer Versorgungsleitungen 306. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Steuerschaltkreis 302 eingerichtet zum Erzeugen eines pulsierenden Steuersignals (im Folgenden auch bezeichnet als Freigabesignal) zum Steuern mindestens einer Schalteinheit 116, 118 für die Begrenzung des Energieflusses in der Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen 102, 104, 106. Der Steuerschaltkreis 302 kann mit einem ebenfalls vorgesehenen Steuersignal-Übertragungselement 308 verbunden sein, beispielsweise mittels einer oder mehrerer Verbindungsleitungen 310. So kann das pulsierende Steuersignal eingerichtet sein zum Deaktivieren (Öffnen) oder Aktivieren (Schließen) der mindestens einen Schalteinheit 116, 118. Das Steuersignal-Übertragungselement 308 kann einen ersten Teil 312 und einen zweiten Teil 314 aufweisen, der von dem ersten Teil galvanisch getrennt ist. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Steuersignal-Übertragungselement 308 als ein Optokoppler, mehrere Optokoppler, oder als ein oder mehrere Transformator(en) (mit oder ohne Eisenkern) realisiert sein. Der erste Teil 312 ist mit dem Steuerschaltkreis 302 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist der zweite Teil 314 mit einem Anschluss zum Anschließen der Steuerung an mindestens eine Gleichspannungsleitung elektrisch leitend verbunden, wobei die Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen an die Gleichspannungsleitung 112 anschließbar ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Steuerschaltkreis 302 eingerichtet sein, das Freigabesignal mittels des Steuersignal-Übertragungselements 308 auf die Gleichspannungsleitung 112 zu modulieren.
Weiterhin kann die Steuerung 120 einen Schalteinheit-Simulationsschaltkreis 316 aufweisen, der den gleichen schaltungstechnischen Aufbau aufweist wie die mindestens eine Schalteinheit 116, 118. Der schaltungstechnische Aufbau des Schalteinheit-Simulationsschaltkreises 316 und der Schalteinheit(en) 116, 118 wird im Folgenden noch näher erläutert. Der Schalteinheit-Simulationsschaltkreis 316 ist mit dem zweiten Teil 314 des Steuersignal-Übertragungselements 308 elektrisch leitend verbunden, beispielsweise mittels einer Leitung 318. Die Leitung verbindet anschaulich den zweiten Teil 314 des Steuersignal-Übertragungselements 308 mit einem Eingang Schalteinheit-Simulationsschaltkreises 316. Mittels des Eingangs wird das Freigabesignal empfangen und durch den Schalteinheit-Simulationsschaltkreis 316 geführt in derselben Weise, wie das Freigabesignal durch die jeweilige Schalteinheit 116, 118 geführt wird. Ein Ausgang des Schalteinheit-Simulationsschaltkreises 316 ist eingerichtet zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, welches in Antwort auf das Empfangen des pulsierenden Steuersignals bereitgestellt wird. Der Ausgang des Schalteinheit-Simulationsschaltkreises 316 ist ferner mit einer Messeinrichtung 320, beispielsweise aufweisend einen Strommessschaltkreis oder eines Spannungsmessschaltkreis elektrisch leitend verbunden. Die Messeinrichtung 320 ist eingerichtet zum Messen des Ausgangssignals, und damit anschaulich des durch den, beispielsweise einpoligen, Schalteinheit-Simulationsschaltkreis 316 geführten Freigabesignals. Anschaulich bedeutet dies, dass es mittels der Messeinrichtung 320 nunmehr ermöglicht ist, die Qualität der Einkopplung (d. h. beispielsweise die Dämpfung oder Verzerrung) des Freigabesignals zu ermitteln. Anschaulich wird somit eine Steuerungs-interne Einkopplungssimulation des Freigabesignals, allgemein eines beliebigen auf die Gleichstromleitung 112 aufmodulierten Steuersignals, erreicht.
Die Messeinrichtung 320 ist ihrerseits mit dem zweiten Teil des Steuersignal-Übertragungselements 308 elektrisch leitend verbunden (beispielsweise mittels einer weiteren Leitung 322) und ist eingerichtet, das Messergebnis, beispielsweise in Form eines Messergebnissignals, welches das Messergebnis repräsentiert, beispielsweise den oder die Messwerte, die von der Messeinrichtung 320 ermittelt worden sind, zu codieren und mittels des Steuersignal-Übertragungselements 308 zu dem Steuerschaltkreis 302 zu übertragen.
Der Steuerschaltkreis 302 empfängt das oder die Messergebnissignale, wertet dieses oder diese aus und ermittelt daraus, wie das pulsierende Steuersignal in seiner Signalcharakteristik, beispielsweise in seiner Signalfrequenz und/oder Signalamplitude zu verändern wäre, um die Einkopplung des pulsierenden Steuersignals auf die Gleichspannungsleitung 112 zu verbessern. Anders ausgedrückt ist der Steuerschaltkreis 302 derart eingerichtet, dass er das pulsierende Steuersignal in dessen Signalfrequenz und/oder dessen Signalamplitude verändert abhängig von dem Ausgangssignal, so dass die Einkopplung des pulsierenden Steuersignals auf die mindestens eine Gleichspannungsleitung 112 auf eine vorgegebene Führungsgröße hin geregelt wird.
Somit kann das Abschaltsystem serienmäßig in die Photovoltaik-Anordnung 100 integriert werden und so auf die jeweilige Photovoltaikmodulstringlänge und Photovoltaikmodulparameter eingestellt werden. Weiterhin ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Nachrüstvariante für die Steuerung für eine schon existierende Photovoltaik-Anordnung (ohne Steuerung gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen) vorgesehen.
Anders ausgedrückt wird das von dem Steuerschaltkreis 302 generierte Freigabesignal galvanisch getrennt auf den Photovoltaikmodulstring aufmoduliert. In der Steuereinheit befindet sich eine Schaltungsnachbildung der Schalteinheit 116, 116, so dass die Einkopplung des Freigabesignals an dieser Schaltungsnachbildung noch innerhalb der Steuereinheit 120 durch den Steuerschaltkreis 302, genauer durch die Messeinrichtung 320, gemessen werden kann. Dabei kann das Freigabesignal mittels des Steuerschaltkreises 302 in seiner Frequenz und Amplitude derart verändert werden, dass eine möglichst optimale Einkopplung des Freigabesignals erreicht wird (es wird somit anschaulich eine Regelschleife gebildet).
Auf diese Weise ist eine Signalanpassung des Steuersignals, beispielsweise des Freigabesignals, an die Photovoltaikmodulimpedanz ermöglicht.
4 zeigt einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Die Komponenten, die in den in 4 dargestellten Ausführungsbeispielen enthalten sind, können in Kombination mit den Komponenten, die in den in 3 dargestellten Ausführungsbeispielen enthalten sind, vorgesehen sein, oder unabhängig von zumindest einigen von diesen, beispielsweise unabhängig von der oben beschriebenen Lastanpassung. Diejenigen Komponenten, die gleich der Komponenten der Ausführungsbeispiele von 3 sind, sind im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut beschrieben.
Die Steuerung 120 kann beispielsweise einen Spannungsmessschaltkreis 402, beispielsweise ein Voltmeter 402, aufweisen, der zwischen die beiden Leitungen 206, 208 geschaltet ist und somit das von den Photovoltaikmodulen 102, 104, 106 bereitgestellte elektrische Potential, anders ausgedrückt, die Photovoltaikmodulstring-Spannung, misst.
Der oder die Photovoltaikmodulstring-Spannung kann kontinuierlich oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen oder in beliebigen regulären oder irregulären zeitlichen Abständen gemessen werden. Der Spannungsmessschaltkreis 402 ist mit dem zweiten Teil des Steuersignal-Übertragungselements 308 elektrisch leitend verbunden (beispielsweise mittels Leitung 404) und übermittelt mittels desselben den oder die gemessenen Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte galvanisch getrennt zu dem Steuerschaltkreis 302. Der Steuerschaltkreis 302 kann eingerichtet sein, unter Verwendung des oder der empfangenen Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte zu ermitteln, ob die Schalteinheiten 116, 118 geschlossen bleiben sollen oder geöffnet werden sollten.
Der Spannungsmessschaltkreis 402 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass eine hochohmige Messung der Photovoltaikmodulstring-Spannung erfolgt mittels des galvanisch von dem Steuerschaltkreis 302 getrennten Spannungsmessschaltkreis 402 als Implementierung einer Messeinrichtung. Der oder die gemessenen Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte (allgemein eines ermittelten Messsignals, der den oder die gemessenen Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte repräsentiert) werden beispielsweise optisch (beispielsweise mittels eines Optokopplers oder induktiv (beispielsweise mittels eines Transformators) zu dem Steuerschaltkreis 302 übertragen.
So kann beispielsweise die Messung der Photovoltaikmodulstring-Spannung über die Entladezeit eines durch die Photovoltaikmodulstring-Spannung geladenen Kondensators erfolgen. Die Steuerung und Messwertübertragung kann über einen Optokoppler erfolgen.
Ermittelt beispielsweise der Steuerschaltkreis 302, dass der oder die Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte über einem Schwellenwert (beispielsweise größer als 50 V) liegen, so kann der Steuerschaltkreis 302 ein Steuersignal erzeugen und damit einen Trenneinrichtungs-Schalter 406 schließen, um eine ebenfalls in der Steuerung 120 enthaltenen Trenneinrichtung 408 mit der Stromversorgung 304 verbindet und damit aktiviert. Die Trenneinrichtung 408 kann eingerichtet sein zum Schalten des mindestens einen Schalters 202, 204 zum galvanischen Trennen des mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung 112.
Alternativ oder zusätzlich kann der Steuerschaltkreis 302 eingerichtet sein, zu ermitteln, unter Verwendung des oder der empfangenen Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte, ob die Photovoltaikmodule aktuell überhaupt Energie erzeugen. Wenn beispielsweise der oder die Photovoltaikmodulstring-Spannungswerte unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt oder sinken, dann kann der Steuerschaltkreis 302 eingerichtet sein eine oder mehrere Komponenten der Steuerung 120 zu deaktivieren (anders ausgedrückt stromlos zu schalten) und (möglicherweise schrittweise) in einen oder mehrere Ruhezustände oder Energiesparzustände zu wechseln, um somit weniger Energie zu verbrauchen, die in einem solchen Fall ja von der Stromversorgung 304 bereitgestellt werden muss. Es ist darauf hinzuweisen, dass ja die Steuereinheit 120 eine Stromversorgung 304 benötigt, um beispielsweise das Freigabesignal zu erzeugen und auf die Gleichspannungsleitung 112 aufzumodulieren oder aufzuprägen.
Im Falle der hochohmigen Unterbrechung liegt die Photovoltaikmodulstring-Spannung noch an dem Wechselrichter 122 an, so dass die Spannungsmessung permanent erfolgen kann. Wird eine definierte Grenzspannung erreicht, so schaltet anschaulich die Steuereinheit 120 den Photovoltaikmodulstring wieder aktiv. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die in einem Bereich von ungefähr 10 V bis ungefähr 300 V liegen, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 V bis ungefähr 200 V, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 V bis ungefähr 150 V.
In dem Falle einer galvanischen Trennung kann bspw. nach einer definierten Zeit die Abschaltung unterbrochen werden und die Spannungsmessung kann erneut an dem denn wieder aktiven Photovoltaikmodulstring erfolgen.
Durch die Messung der Photovoltaikmodulstring-Spannung kann somit allgemein der Betriebszustand der Photovoltaik-Anordnung 100 ermittelt werden, so dass beispielsweise Zeiträume, in denen die Photovoltaik-Anordnung 100 keine elektrische Energie erzeugt (beispielsweise Nachts oder bei Schneebedeckung), erkannt werden. In diesen Fall können beispielsweise Komponenten zur die Signalerzeugung und/oder die Aktoren der allpoligen Trennung abgeschaltet werden. Dadurch wird der Gesamtenergieverbrauch der Steuerung 120 deutlich reduziert.
Wie oben beschrieben worden ist, kann die Signalmessung ebenfalls genutzt werden um Lichtbögen in der Photovoltaik-Anordnung 100 zu detektieren. Wird ein charakteristisches Signal erkannt, so schaltet die Steuerung 120 beispielsweise die Signalerzeugung des Freigabesignals (bei einem zum Aktivieren der Schalteinheiten 116, 118 Aktiv-Signal) ab, die Photovoltaikmodulstring-Spannung bricht zusammen und der Lichtbogen erlischt.
Bei Wiedereinschalten der Photovoltaik-Anordnung 100 kann erneut auf Lichtbögen geprüft werden. Gegebenenfalls kann die Steuerung 120 den Lichtbogen protokollieren und melden. Die Erkennung eines Lichtbogens erfolgt beispielsweise durch eine Schaltung, die hochfrequente Anteile im Gleichstrompfad (Photovoltaikmodulstring) einer der Photovoltaik-Anordnung 100 erkennt (beispielsweise durch den Spannungsmessschaltkreis 402 oder durch die Messeinrichtung 320).
Alternativ dazu kann anstelle einer Lichtbogenerkennung vorbeugend eine Lichtbogenunterbrechung vorgesehen sein. Dazu wird in der Steuerung 120 beispielsweise zyklisch ein kurzer Abschaltimpuls realisiert. Der Abschaltimpuls sollte lang genug sein, um einen bestehenden Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen und liegt im Millisekunden-Bereich. Die Wiederholdauer der zyklischen Abschaltimpulse liegt im Sekundenbereich. Eine kurze Wiederholdauer der zyklischen Abschaltimpulse verkürzt die Lichtbogen-Brenndauer, geht aber zu Lasten des Ertrages der Photovoltaik-Anordnung 100.
5 zeigt einen Teil einer Photovoltaikmodul-Anordnung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können, wie in 5 dargestellt, die Komponenten der Ausführungsbeispiele von 3 und von 4 miteinander kombiniert vorgesehen sein.
Optional kann mindestens eine externe Kommunikationsschnittstelle 502 zur Kommunikation mit einem externen Gerät vorgesehen sein. Die Kommunikationsschnittstelle 502 kann mit der Steuerung 120 elektrisch leitend verbunden sein. Auf diese Weise kann die Steuerung 120 auf externe Signale reagieren bzw. Signale nach extern senden. Signale von extern können beispielsweise von einer Brandmeldeanlage oder einem Notausschalter oder einem anderen externen Gerät kommen. Ebenfalls ist eine Fernabschaltung entsprechend der Netzauslastung denkbar. Signale nach extern können beispielsweise den Status der Photovoltaik-Anordnung 100 melden, so dass die Abschaltung deutlich gemacht werden kann.
Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 502 eingerichtet sein zum Empfangen oder Senden von Signalen mit einer Steuerungs-externen Einrichtung.
Weiterhin ist es möglich mit der Steuerung 120 eine Diebstahlüberwachung zu ermöglichen. Wird der Photovoltaikmodulstring unterbrochen, so ist es nicht möglich, ein Signal auf die Gleichstromleitung 112 aufzumodulieren. Die Modulationsmessung kann dies feststellen und kann einen Alarm auslösen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können einer oder mehrere der folgenden Gründe als Abschaltgründe, also zum Deaktivieren der Schalteinheiten 116, 118 oder zum allpoligen Abtrennen der Gleichstromleitungen 112 vorgesehen sein:

• AC-Netztrennung: Wenn die Steuerung 120 ohne Spannung ist, so erfolgt keine Signalerzeugung des Freigabesignals, womit die Schalter der Schalteinheiten 116, 118 geöffnet werden.
• Nachtabschaltung: Wenn die Photovoltaikmodulstring-Spannung unter einer Grenz-Spannung liegt, so erfolgt keine Signalerzeugung des Freigabesignals, womit die Schalter der Schalteinheiten 116, 118 geöffnet werden.
• Externer manueller Schalter: Es erfolgt keine Signalerzeugung des Freigabesignals, womit die Schalter der Schalteinheiten 116, 118 geöffnet werden.
• Externes Signal (beispielsweise von einer Brandmeldeanlage): Es erfolgt keine Signalerzeugung des Freigabesignals, womit die Schalter der Schalteinheiten 116, 118 geöffnet werden.
• Lichtbogen erkannt: Es erfolgt keine Signalerzeugung des Freigabesignals, womit die Schalter der Schalteinheiten 116, 118 geöffnet werden. Daraufhin bricht der Lichtbogen zusammen. Es kann nach einer gewissen Zeit ein Neustart vorgesehen sein, wobei eine erneute Überprüfung auf einen Lichtbogen durchgeführt werden kann.

Im Folgenden werden mögliche Ausgestaltungen der Schalteinheiten 116, 118 beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass andere Ausgestaltungen der Schalteinheiten 116, 118 ohne weiteres vorgesehen sein können.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Steuerung für eine Photovoltaikmodul-Anordnung bereitgestellt. Die Photovoltaikmodul-Anordnung kann aufweisen: einen Steuerschaltkreis zum Erzeugen eines pulsierenden Steuersignals zum Steuern mindestens einer Schalteinheit für die Begrenzung des Energieflusses in einer Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen; ein Steuersignal-Übertragungselement, das einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, die voneinander galvanisch getrennt sind, wobei der erste Teil mit dem Steuerschaltkreis elektrisch leitend (anders ausgedrückt galvanisch) verbunden ist, und wobei der zweite Teil mit einem Anschluss zum Anschließen der Steuerung an mindestens eine Gleichspannungsleitung elektrisch leitend (anders ausgedrückt galvanisch) verbunden ist, wobei die Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen an die Gleichspannungsleitung angeschlossen ist; einen mit dem zweiten Teil des Steuersignal-Übertragungselements elektrisch leitend verbundenen Schalteinheit-Simulationsschaltkreis, der den gleichen schaltungstechnischen Aufbau aufweist wie die mindestens eine Schalteinheit, wobei ein Eingang des Schalteinheit-Simulationsschaltkreises eingerichtet ist zum Empfangen des pulsierenden Steuersignals, und wobei ein Ausgang des Schalteinheit-Simulationsschaltkreises eingerichtet ist zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, welches in Antwort auf das Empfangen des pulsierenden Steuersignals bereitgestellt wird; eine Messeinrichtung, die eingerichtet ist zum Messen des Ausgangssignals; wobei der Steuerschaltkreis mit der Messeinrichtung gekoppelt ist und ferner derart eingerichtet ist, dass er das pulsierende Steuersignal in dessen Signalfrequenz und/oder dessen Signalamplitude verändert abhängig von dem Ausgangssignal, so dass die Einkopplung des pulsierenden Steuersignals auf die mindestens eine Gleichspannungsleitung auf eine vorgegebene Führungsgröße hin geregelt wird.
Anschaulich kann im Störungs- oder Wartungsfall eine Photovoltaik-Anlage so betrieben werden, dass sie in einem für Menschen ungefährlichen Bereich arbeitet. So kann beispielsweise der Wert des Stromes in der mindestens einen Gleichstromleitung auf einen Bereich von ungefähr 0 mA bis ungefähr 30 mA reduziert werden. Ferner kann beispielsweise der Wert der Spannung in der mindestens einen Gleichstromleitung auf einen Bereich von ungefähr 0 V bis ungefähr 60 V reduziert werden.
So kann in verschiedenen Ausgestaltungen eine Steuereinheit eine oder mehrere Schalteinheiten, die eine Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen (Modulstring) zuschalten oder wegschalten, derart steuern, dass die von den Photovoltaikmodulen erzeugten elektrischen Spannungen und/oder elektrischen Ströme im Abschaltfall der Photovoltaik-Anlage in einem für Menschen ungefährlichen Bereich liegen. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem Photovoltaikmodule durch eine oder mehrere Schalteinheiten kurzgeschlossen oder getrennt werden.
Im Falle der Trennung der einzelnen Photovoltaikmodule kann durch die Schalteinheiten beispielsweise zum einen eine galvanische Trennung hergestellt werden. In einer weiteren Ausführung kann der Photovoltaikmodul-String durch hochohmige Elemente derart unterteilt werden, dass zwar die komplette Photovoltaikmodul-Stringspannung an der Schalteinheit noch anliegt, jedoch die Stromstärke durch hochohmige Zwischenstecker in einen nicht kritischen Bereich abgesenkt wird, so dass Wartungs-, Installations- bzw. Löscharbeiten vorgenommen werden können.
Die Steuerung kann dabei durch die Erzeugung eines Signals erfolgen, dass auf die Gleichspannungs-Leitung aufmoduliert wird und von der Schalteinheit erkannt wird. Bei anliegendem Signal wird der Schalter geschlossen und die Photovoltaik-Anlage in Betrieb genommen.
In einer Ausgestaltung kann der Schalteinheit-Simulationsschaltkreis ein einpoliger Schalteinheit-Simulationsschaltkreis sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner einen Wechselrichteranschluss zum Anschließen der Steuerung an einen Wechselrichter aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das pulsierende Steuersignal eingerichtet sein zum Deaktivieren oder Aktivieren der mindestens einen Schalteinheit.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die mindestens eine Schalteinheit eingerichtet sein, den Gleichstromfluss in der Photovoltaik-Anordnung zu unterbrechen. Alternativ kann die mindestens eine Schalteinheit eingerichtet sein, die Photovoltaikmodule kurzzuschließen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen eine Trenneinrichtung, die eingerichtet ist zum Schalten mindestens eines Schalters zum galvanischen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung; wobei der Steuerschaltkreis ferner eingerichtet ist zum Erzeugen eines zusätzlichen Steuersignals zum Steuern der Trenneinrichtung.
In noch einer Ausgestaltung kann die Trenneinrichtung eingerichtet sein zum Schalten mindestens eines Schalters zum allpoligen galvanischen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen eine Spannungsmesseinrichtung, die eingerichtet ist zum Messen einer elektrischen Spannung, die an der mindestens einen Gleichspannungsleitung anliegt.
In noch einer Ausgestaltung kann die Spannungsmesseinrichtung eingerichtet sein zum potentialfreien Messen der elektrischen Spannung.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis von der Spannungsmesseinrichtung galvanisch entkoppelt sein und kann ferner eingerichtet sein, einen die gemessene elektrische Spannung repräsentierenden Wert zu empfangen, unter Verwendung des Werts einen Betriebszustand der Photovoltaikmodul-Anordnung zu ermitteln, und das zusätzliche Steuersignal zu erzeugen abhängig von dem ermittelten Betriebszustand der Photovoltaikmodul-Anordnung.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis ferner eingerichtet sein, das zusätzliche Steuersignal derart zu erzeugen, dass die Trenneinrichtung das mindestens eine Photovoltaikmodul von der Gleichspannungsleitung trennt, wenn die gemessene elektrische Spannung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und das mindestens eine Photovoltaikmodul mit der Gleichspannungsleitung elektrisch leitend verbindet, wenn die gemessene elektrische Spannung über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
In noch einer Ausgestaltung kann der Steuerschaltkreis ferner eingerichtet sein, unter Verwendung des gemessenen Signals einen Lichtbogen in der Photovoltaikmodul-Anordnung zu ermitteln, und bei ermitteltem Lichtbogen das zusätzliche Steuersignal derart zu erzeugen, dass die Trenneinrichtung das mindestens eine Photovoltaikmodul von der Gleichspannungsleitung trennt.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung ferner aufweisen eine mit dem Steuerschaltkreis gekoppelte Kommunikationsschnittstelle, die eingerichtet ist zum Empfangen oder Senden von Signalen mit einer Steuerungs-externen Einrichtung.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung der Steuerschaltkreis ferner eingerichtet sein, ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn die gemessene elektrische Spannung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
In noch einer Ausgestaltung kann die Steuerung der Steuerschaltkreis ferner eingerichtet sein, ein Steuersignal derart zu erzeugen, dass die Trenneinrichtung das mindestens eine Photovoltaikmodul von der Gleichspannungsleitung trennt, wenn ein Signal von Extern empfangen wird. Das externe Signal kann beispielsweise von einer Brandmeldeanlage gesendet werden, die einen Brand detektiert hat, oder vom Netzbetreiber, der beispielsweise einen Überlastung des Netzes feststellt und die Photovoltaikmodul-Anordnung abschaltet. In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Photovoltaikmodul-Anordnung bereitgestellt. Die Photovoltaikmodul-Anordnung kann aufweisen mehrere Photovoltaikmodule; mindestens eine Gleichspannungsleitung, an welche die mehreren Photovoltaikmodule angeschlossen sind; sowie eine mit der Gleichspannungsleitung gekoppelte Steuerung wie sie oben beschrieben wurde und auch noch im Folgenden im näheren Detail beschrieben wird.
In einer Ausgestaltung kann die Photovoltaikmodul-Anordnung ferner aufweisen einen Wechselrichter, der mit der Gleichspannungsleitung elektrisch leitend verbunden ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Photovoltaikmodul-Anordnung ferner aufweisen mindestens einen Schalter zum Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung.
In noch einer Ausgestaltung kann der Schalter eingerichtet sein zum allpoligen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls von der Gleichspannungsleitung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Wechselrichter für eine Photovoltaikmodul-Anordnung bereitgestellt. Der Wechselrichter kann eine Steuerung aufweisen, wie sie oben beschrieben wurde und auch noch im Folgenden im näheren Detail beschrieben wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Steuereinheit zur Steuerung von Unterbrechungselementen (also beispielsweise von einer oder mehreren Schalteinheiten) vorgesehen sein oder werden, die einen Modulstring in Teilsegmente derart unterteilt, dass der von der Photovoltaik-Anlage erzeugte Gleichstrom in einem für Menschen ungefährlichem Bereich liegt.
In verschiedenen Ausgestaltungen kann die Steuereinheit eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen, anders ausgedrückt, es kann oder können mehrere der folgenden Eigenschaften in der Steuereinheit implementiert sein:

• Möglichkeit zur allpoligen, galvanischen Trennung der Anlage;
• Messung der Stringspannung;
• Nachtabschaltung zur Reduktion der Betriebskosten;
• Anpassung des Abschaltsystems auf verschiedene Modul-Impedanzen;
• Erkennung von Lichtbögen durch Analyse des Signals auf der Gleichspannungsleitung und Unterbrechung der Lichtbögen durch Unterbrechung des Gleichstromkreises
• Lichtbogenprävention: Unterbrechung von Lichtbögen durch die zyklische kurzzeitige Unterbrechung des Gleichstromkreises; und/oder
• Diebstahlschutz
• Senden bzw. Empfangen und Auswerten von Signalen nach bzw. von außen
• Generatorfeld-Fernabschaltung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005018173 B4 [0003]
DE 202006007613 U1 [0004]
DE 102006060815 A1 [0005]
DE 102008003272 A1 [0006]
WO 2004/107543 A2 [0007]
DE 102010017746 A1 [0008]

Claims

Steuerung (120) für eine Photovoltaikmodul-Anordnung (100), aufweisend: • einen Steuerschaltkreis (302) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern mindestens einer Schalteinheit (116, 118) für die Begrenzung des Stromflusses in einer Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen (102, 104, 106), die an eine Gleichspannungsleitung (112) angeschlossen sind; • einen Simulationsschaltkreis (316), der mindestens eine Schalteinheit (116, 118) nachbildet; • wobei der Simulationsschaltkreis (316) ein Steuersignal empfängt und ein Ausgangssignal in Antwort auf das Steuersignal bereitstellt; und • wobei der Steuerschaltkreis (302) das Steuersignal in dessen Signalfrequenz und/oder dessen Signalamplitude verändert abhängig von dem Ausgangssignal.
Steuerung (120) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: • einen Übertrager (308), der einen ersten Teil (312) und einen zweiten Teil (314) aufweist, die voneinander galvanisch getrennt sind, • wobei der erste Teil (312) mit dem Steuerschaltkreis (302) galvanisch verbunden ist, und • wobei der zweite Teil (314) mit dem Simulationsschaltkreis (316) galvanisch verbunden ist.
Steuerung (120) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerschaltkreis (302) eingerichtet ist zum Erzeugen eines pulsierenden Steuersignals.
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Simulationsschaltkreis (316) den gleichen schaltungstechnischen Aufbau aufweist wie die mindestens eine Schalteinheit (116, 118).
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: • eine Trenneinrichtung (408), die eingerichtet ist zum Schalten mindestens eines Schalters (202, 204) zum galvanischen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112); • wobei der Steuerschaltkreis (302) ferner eingerichtet ist zum Steuern der Trenneinrichtung (408).
Steuerung (120) gemäß Anspruch 5, wobei die Trenneinrichtung (408) eingerichtet ist zum allpoligen galvanischen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112).
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: einen Spannungsmesser (402) zum Messen einer elektrischen Spannung, die an der mindestens einen Gleichspannungsleitung (112) anliegt.
Steuerung (120) gemäß Anspruch 7, wobei der Spannungsmesser (402) die elektrische Spannung potentialfrei misst.
Steuerung (120) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Steuerschaltkreis (302) von dem Spannungsmesser (402) galvanisch entkoppelt ist und unter Verwendung der gemessenen elektrischen Spannung einen Betriebszustand der Photovoltaikmodul-Anordnung (100) ermittelt.
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Steuerschaltkreis (302) das mindestens eine Photovoltaikmodul (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112) trennt, wenn die gemessene elektrische Spannung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und das mindestens eine Photovoltaikmodul (102, 104, 106) mit der Gleichspannungsleitung (112) elektrisch leitend verbindet, wenn die gemessene elektrische Spannung über dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Steuerschaltkreis (302) unter Verwendung der gemessenen elektrischen Spannung einen Lichtbogen in der Photovoltaikmodul-Anordnung (100) ermittelt, und bei ermitteltem Lichtbogen das mindestens eine Photovoltaikmodul (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112) trennt.
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Steuerschaltkreis (302) das mindestens eine Photovoltaikmodul (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112) zyklisch kurzzeitig trennt, so dass ein Lichtbogen unterbrochen wird.
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine mit dem Steuerschaltkreis (302) gekoppelte Kommunikationsschnittstelle (502) zum Kommunizieren mit einer Steuerungs-externen Einrichtung.
Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei der Steuerschaltkreis (302) ferner ein Alarmsignal erzeugt, wenn die gemessene elektrische Spannung unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
Photovoltaikmodul-Anordnung (100), aufweisend: • mehrere Photovoltaikmodule (102, 104, 106); • mindestens eine Gleichspannungsleitung (112), an welche die mehreren Photovoltaikmodule (102, 104, 106) angeschlossen sind; • eine mit der Gleichspannungsleitung (112) gekoppelte Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
Photovoltaikmodul-Anordnung (100) gemäß Anspruch 15, ferner aufweisend: mindestens einen Schalter (202, 204) zum Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112).
Photovoltaikmodul-Anordnung (100) gemäß Anspruch 16, wobei der Schalter (202, 204) eingerichtet ist zum allpoligen Trennen mindestens eines Photovoltaikmoduls (102, 104, 106) von der Gleichspannungsleitung (112).
Wechselrichter (122) für eine Photovoltaikmodul-Anordnung (100), aufweisend: eine Steuerung (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.