Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines Hochfrequenz(HF)-Signals zur Datenübertragung auf Gleichstromleitungen zur Energieübertragung, aufweisend einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals mit variabler Spannungsamplitude, Einkoppelmittel zur Einkopplung des Hochfrequenzsignals auf die Gleichstromleitungen, ein Strommessmittel zur Bestimmung eines Stromwerts des Hochfrequenzsignals und eine auf die Signalerzeugungseinheit wirkende Regeleinrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Einkopplung eines Hochfrequenzsignals zur Datenübertragung auf Gleichstromleitungen zur Energieübertragung und eine Photovoltaik(PV)-Anlage und einen Wechselrichter mit einer derartigen Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for coupling a high frequency (RF) signal for data transmission on DC power transmission lines, comprising a signal generator for generating a high frequency signal with variable voltage amplitude, coupling means for coupling the high frequency signal to the DC lines, a current measuring means for determining a current value of the high frequency signal and a control device acting on the signal generating unit. The invention further relates to a method for coupling a high-frequency signal for data transmission on DC power transmission lines and a photovoltaic (PV) system and an inverter with such a circuit arrangement.
In PV-Anlagen sind die stromerzeugenden PV-Generatoren über häufig durchaus lange Gleichstromleitungen mit einem oder mehreren entfernt montierten Wechselrichtern verbunden. Dabei sind häufig generatornahe Einrichtungen wie Schutzeinrichtungen oder Messeinrichtungen vorgesehen, die mit dem Wechselrichter oder anderen wechselrichternah installierten Steuergeräten kommunizieren. Dabei kann neben konventionellen kabelgebundenen Kommunikationsmethoden über separate Signalleitungen oder serielle und/oder parallele Bus- oder Netzwerkverbindungen oder Funkverbindungen auch eine Kommunikation über die Gleichstromleitungen, mit denen der PV-Generator mit dem Wechselrichter verbunden ist, erfolgen. Eine derartige Kommunikation zur Datenübertragung über Leitungen zur Energieübertragung ist auch als Powerline-Communication (PLC) bekannt. Dabei wird das Kommunikationssignal als ein HF-Signal auf die Leitungen zur Energieübertragung eingekoppelt und empfangsseitig durch entsprechende Auskoppelmittel wieder ausgekoppelt und analysiert.In PV systems, the electricity generating PV generators are often connected to one or more remotely mounted inverters via often very long DC power lines. In this case, generator-near devices such as protective devices or measuring devices are often provided, which communicate with the inverter or other inverters installed close control devices. In this case, in addition to conventional wired communication methods via separate signal lines or serial and / or parallel bus or network connections or radio communications, a communication via the DC cables, with which the PV generator is connected to the inverter, take place. Such communication for data transmission via lines for power transmission is also known as powerline communication (PLC). In this case, the communication signal is coupled as an RF signal on the lines for energy transmission and the receiving side coupled out by appropriate decoupling means and analyzed.
Systeme und Schaltungsanordnungen zur Datenübertragung über Leitungen zur Energieübertragung sind vielfach bekannt. Die Druckschrift EP 0 365 696 A1 beschreibt beispielsweise eine Schaltungsanordnung zur Datenübertragung auf Gleichstromleitungen über eine aufmodulierte Wechselspannung. Die Gleichstromleitungen dienen einer Stromversorgung von angeschlossenen Sende- und Empfangsstationen, zwischen denen Daten über die aufmodulierte Wechselspannung übertragen werden können. Zur Ein- und Auskopplung der aufmodulierten Wechselspannung werden galvanisch trennende Übertrager verwendet.Systems and circuit arrangements for data transmission via lines for energy transmission are widely known. The publication EP 0 365 696 A1 describes, for example, a circuit arrangement for data transmission on DC lines via a modulated AC voltage. The DC cables are used to supply power to connected transmitting and receiving stations, between which data can be transmitted via the modulated AC voltage. For coupling and decoupling of the modulated AC voltage galvanically isolating transformers are used.
Die Druckschrift DE 691 15 362 T2 beschreibt ein System, das zur Datenübertragung über Gleich- oder Wechselstromleitungen geeignet ist. Auch hierbei erfolgt eine Ein- bzw. Auskopplung jeweils über einen Übertrager mit Kern. Es sind mehrere koaxiale Wicklungen bei dem Übertrager vorgesehen, von denen zwei gegensinnig gewickelte von einem durch die Energieübertragungsleitungen fließenden Strom durchflossen werden, um eine magnetische Sättigung des Kerns zu verhindern.The publication DE 691 15 362 T2 describes a system suitable for data transmission over DC or AC power lines. Again, a coupling or decoupling takes place via a transformer with core. A plurality of coaxial windings are provided in the transformer, two of which are wound in opposite directions by a current flowing through the power transmission lines to prevent magnetic saturation of the core.
Aus der Druckschrift DE 20 2006 020 152 U1 ist ein PLC-Modem bekannt, das wahlweise an ein Gleichstromnetz oder ein Wechselstromnetz angeschlossen werden kann, über das es mit Strom versorgt wird. Das PLC-Modem kann in beiden Fällen ein Signal zur Datenübertragung in das Gleich- bzw. Wechselstromnetz senden oder aus diesem empfangen.From the publication DE 20 2006 020 152 U1 there is known a PLC modem which can be connected optionally to a DC mains or an AC mains, over which it is supplied with power. In both cases, the PLC modem can send or receive a signal for data transmission to the DC or AC mains.
Aus der Druckschrift DE 199 40 544 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines derartigen HF-Signals auf ein Wechselstrom-Niederspannungsnetz wie es eine typische Elektro-Hausinstallation darstellt, offenbart. Einem Ausgangsverstärker für das Sendesignal ist dabei ein Netzwerk zur Impedanzanpassung an einen Übertrager nachgeschaltet, wobei der Übertrager das Signal auf die Wechselstromleitungen der Hausinstallation überträgt. Die Schaltungsanordnung weist eine Regeleinrichtung auf, die anhand einer Strommessung innerhalb des Übertragungsnetzwerks die Spannungsamplitude des HF-Signals am Eingang des Übertragungsnetzwerks derart über den Ausgangsverstärker variiert, dass das HF-Signal auf den Wechselstromleitungen der Hausinstallation eine konstante Spannungsamplitude vorgegebener Höhe aufweist. Innerhalb der Hausinstallation sind Empfänger für das HF-Signal im Wesentlichen parallel zu Verbrauchern angeordnet. Die konstante Spannungsamplitude stellt sicher, dass ein gleichermaßen starkes Signal an jeder von ggf. mehreren parallel geschalteten Empfangseinheiten empfangen wird.From the publication DE 199 40 544 A1 is a circuit arrangement for coupling such an RF signal to an AC low-voltage network as it is a typical electrical domestic installation disclosed. An output amplifier for the transmission signal is connected downstream of a network for impedance matching to a transformer, wherein the transformer transmits the signal to the AC lines of the house installation. The circuit arrangement has a control device which, by means of a current measurement within the transmission network, varies the voltage amplitude of the RF signal at the input of the transmission network via the output amplifier such that the RF signal has a constant voltage amplitude of predetermined height on the AC lines of the domestic installation. Within the house installation, receivers for the RF signal are arranged substantially parallel to consumers. The constant voltage amplitude ensures that an equally strong signal is received at each of possibly several parallel receiving units.
In PV-Anlagen wird der PV-Generator häufig durch eine Reihenschaltung einer Mehrzahl von PV-Modulen, einem sogenannten String, gebildet. Empfänger für Daten, die über ein HF-Signal auf den Gleichstromleitungen, ausgehend von einem Wechselrichter oder einer zentralen Steuereinrichtung, gesendet werden, sind unter Umständen auf der Ebene einzelner PV-Module vorhanden. Bedingt durch die Reihenschaltung der PV-Module innerhalb des Strings ist die an einem einzelnen PV-Modul auskoppelbare Signalstärke bei bekannten Schaltungsanordnungen zur Einkopplung des HF-Signals häufig sehr gering. Bei vorgegebener Amplitude des eingekoppelten HF-Signals ist die Signalstärke innerhalb des Gleichstromkreises abhängig von der Impedanz in diesem Gleichstromkreis. Der Gleichstromkreis wird von dem PV-Generator, den Gleichstromleitungen und der Eingangsstufe des Wechselrichters gebildet. Maßgeblich für die Systemimpedanz sind dabei die Leitungslängen und die Leitungsverlegung sowie die Eingangsimpedanz des Wechselrichters. Im Unterschied zu dem Wechselstrom-Niederspannungsnetz der Hausinstallation, in dem die Systemimpedanz in der Regel gering ist, können im Gleichstromkreis der PV-Anlage deutlich höhere und stark variierende Systemimpedanzen auftreten. Auch die Art der verwendeten PV-Module, insbesondere ob es sich um Module auf der Basis von poly- oder monokristallinem Halbleitermaterial oder um sogenannte Dünnschichtmodule auf der Basis von amorphem oder mikrokristallinem Halbleitermaterial handelt, hat einen großen Einfluss auf die Systemimpedanz.In PV systems, the PV generator is often formed by a series connection of a plurality of PV modules, a so-called string. Receivers for data sent via an RF signal on the DC lines from an inverter or a central controller may be at the level of individual PV modules. Due to the series connection of the PV modules within the string, the signal strength that can be coupled out to a single PV module is often very low in known circuit arrangements for coupling the HF signal. For a given amplitude of the injected RF signal, the signal strength within the DC circuit is dependent on the impedance in this DC circuit. The DC circuit is formed by the PV generator, the DC lines and the input stage of the inverter. Decisive for the system impedance are the cable lengths and the cable routing as well as the input impedance of the inverter. In contrast to the AC low-voltage network of the house installation, in which the system impedance is usually low, significantly higher and greatly varying system impedances can occur in the DC circuit of the PV system. The type of PV modules used, in particular whether they are modules based on polycrystalline or monocrystalline semiconductor material or so-called thin-film modules based on amorphous or microcrystalline semiconductor material, has a great influence on the system impedance.
Um dennoch eine zufriedenstellend zuverlässige Powerline-Communication bei PV-Anlagen zu erzielen, wurde bisher einerseits eine möglichst hohe Signalstärke auf die Gleichstromleitungen eingekoppelt und andererseits nach Auskopplung eines empfangenen Signals dieses aufwändig verstärkt. Ein zu hoher Sendepegel ist jedoch unter Umständen nicht mehr mit EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Richtlinien vereinbar. Eine bei jedem der Empfänger vorgenommene Verstärkung ist material- und damit kostenaufwändig und zudem bei hohen Verstärkungsfaktoren auch störanfällig gegenüber eingestrahlten Störsignalen, die ebenfalls verstärkt werden.In order nevertheless to achieve a satisfactorily reliable powerline communication in PV systems, on the one hand the highest possible signal strength has been coupled to the DC lines and, on the other hand, has been elaborately amplified after decoupling a received signal. However, an excessively high transmission level may not be compatible with EMC (Electromagnetic Compatibility) guidelines. A gain made in each of the receivers is material and thus costly and also at high gain factors also susceptible to interference from radiated noise, which are also amplified.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Einkopplung eines Hochfrequenzsignals zur Datenübertragung auf Gleichstromleitungen zur Energieübertragung zu schaffen, bei denen möglichst unabhängig von der Systemimpedanz im Gleichstromkreis ein gut empfangbares aber nicht unnötiger Weise starkes HF-Signal auf die Gleichstromleitungen zur Energieübertragung eingekoppelt wird.It is therefore an object of the present invention to provide a circuit arrangement and a method for coupling a high-frequency signal for data transmission on DC power transmission lines, which as possible independent of the system impedance in the DC circuit a good receivable but not unnecessarily strong RF signal to the DC lines is coupled for energy transfer.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung, ein Verfahren, eine PV-Anlage und einen Wechselrichter mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a circuit arrangement, a method, a PV system and an inverter with the respective features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the respective dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals zur Datenübertragung auf Gleichstromleitungen zur Energieübertragung zeichnet sich dadurch aus, dass die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Stromfluss des HF-Signals auf den Gleichstromleitungen auf einen vorgegebenen Wert zu regeln. Durch die anmeldungsgemäße Regelung des Stroms des HF-Signals im Gleichstromkreis ist sichergestellt, dass das HF-Signal in einem Empfangsmodul mit der gewünschten Signalstärke empfangen werden kann. Dieses gilt insbesondere auch, wenn mehrere reihenverschaltete Empfangsmodule angeordnet sind. Eine solche Anordnung liegt beispielsweise in einem PV-Strang vor, in dem mehrere PV-Module, denen je eine Empfangsvorrichtung zugeordnet ist, reihenverschaltet sind.A circuit arrangement according to the invention for coupling an HF signal for data transmission on DC lines for energy transmission is characterized in that the control device is set up to regulate a current flow of the RF signal on the DC lines to a predetermined value. By the application according to regulation of the current of the RF signal in the DC circuit ensures that the RF signal can be received in a receiving module with the desired signal strength. This is especially true when multiple series-connected receiver modules are arranged. Such an arrangement is present, for example, in a PV string, in which a plurality of PV modules, each associated with a receiving device, are connected in series.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist das Strommessmittel in einer der Gleichstromleitungen angeordnet, um den Stromfluss auf den Gleichstromleitungen zu bestimmen. In dieser Anordnung wird der der Regelung zugrundeliegende Ist-Wert des Stroms unmittelbar in dem Gleichstromkreis gemessen. Eine korrekt arbeitende Regelung vorausgesetzt, ist so sichergestellt, dass der tatsächliche Strom-Istwert dem gewünschten Strom-Sollwert entspricht.In an advantageous embodiment of the circuit arrangement, the current measuring means is arranged in one of the DC lines in order to determine the current flow on the DC lines. In this arrangement, the actual value of the current underlying the control is measured directly in the DC circuit. Provided that the regulation works correctly, it is ensured that the actual current value corresponds to the desired current setpoint.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist das Einkoppelmittel ein Einkoppelübertrager, der eine mit dem Signalgenerator verbundene Primärwicklung und eine in eine der Gleichstromleitungen eingeschleifte Sekundärwicklung aufweist. Bevorzugt ist das Strommessmittel mit der Primärwicklung des Einkoppelübertragers reihenverschaltet, um einen Stromfluss durch die Primärwicklung zu bestimmen. Aufgrund des festen Übertragungsverhältnisses des Einkoppelübertragers stehen der primärseitige Strom und der sekundärseitige Strom in einem festen Verhältnis zueinander, so dass auch bei Rückkopplung und Regelung der Größe des Stroms der eingekoppelte Strom einen konstanten und vorgegebenen Sollwert aufweist.In a further advantageous embodiment of the circuit arrangement, the coupling-in means is a coupling-in transformer which has a primary winding connected to the signal generator and a secondary winding looped into one of the direct current lines. Preferably, the current measuring means is connected in series with the primary winding of the Einkoppelübertragers to determine a current flow through the primary winding. Due to the fixed transmission ratio of Einkoppelübertragers are the primary-side current and the secondary side current in a fixed ratio to each other, so that even with feedback and control of the size of the current coupled-in current has a constant and predetermined setpoint.
Eine erfindungsgemäße PV-Anlage weist eine derartige Schaltungsanordnung als eine generatorferne Komponente auf. Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter, insbesondere für eine PV-Anlage, weist eine derartige Schaltungsanordnung auf, um Gleichstromeingänge des Wechselrichters mit einem HF-Signal zur Datenübertragung zu beaufschlagen. Es ergeben sich jeweils die im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung genannten Vorteile.A PV system according to the invention has such a circuit arrangement as a component remote from the generator. An inverter according to the invention, in particular for a PV system, has such a circuit arrangement for applying a HF signal for data transmission to DC inputs of the inverter. This results in each case the advantages mentioned in connection with the circuit arrangement.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Einkopplung eines HF-Signals zur Datenübertragung auf Gleichstromleitungen zur Energieübertragung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Stromfluss des HF-Signals auf den Gleichstromleitungen auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. Auch hierbei ergeben sich die im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung genannten Vorteile.An inventive method for coupling an RF signal for data transmission on DC power transmission lines is characterized in that a current flow of the RF signal is controlled on the DC power lines to a predetermined value. Here too, the advantages mentioned in connection with the circuit arrangement result.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein unmittelbar auf einer der Gleichstromleitungen gemessener Strom als Ist-Wert zur Regelung verwendet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Einkopplung des HF-Signals über einen Einkoppelübertrager, der eine mit einem Signalgenerator verbundene Primärwicklung und eine mit einer der Gleichstromleitungen gekoppelte Sekundärwicklung aufweist, wobei ein durch die Primärwicklung fließender Strom als Ist-Wert zur Regelung verwendet wird. Dabei kann ggf. der durch die Primärwicklung fließende Strom als vektorielle Größe einschließlich einer Phasendifferenz zu einer an der Primärwicklung anliegenden Spannung bestimmt werden. Durch Berücksichtigung der Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung in der Primärwicklung des Einkoppelübertragers kann zur Regelung der Anteil des Stroms in der Primärwicklung ermittelt werden, der auch zu einem wirksamen Stromfluss des HF-Signals auf den Gleichstromleitungen führt. Der Strom des HF-Signals auf den Gleichstromleitungen kann so in jedem Fall korrekt bestimmt werden, ohne dass der Strom unmittelbar auf den Gleichstromleitungen gemessen wird, was wegen des hohen Gleichstromanteils ggf. aufwändig ist. Alternativ kann der Einkoppelübertrager so ausgebildet sein, dass die Phasendifferenz vernachlässigbar ist.In an advantageous embodiment of the method, a current measured directly on one of the DC lines is used as the actual value for regulation. In a further advantageous refinement, the coupling in of the HF signal takes place via a coupling transformer which has a primary winding connected to a signal generator and a secondary winding coupled to one of the DC lines, wherein a current flowing through the primary winding is used as the actual value for Regulation is used. In this case, if necessary, the current flowing through the primary winding can be determined as a vectorial variable including a phase difference to a voltage applied to the primary winding. By taking into account the phase relationship between current and voltage in the primary winding of Einkoppelübertragers can be determined to control the proportion of current in the primary winding, which also leads to an effective current flow of the RF signal on the DC lines. The current of the RF signal on the DC lines can be determined correctly in each case, without the current is measured directly on the DC lines, which may be complicated because of the high DC component. Alternatively, the Einkoppelübertrager be formed so that the phase difference is negligible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von drei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments with the aid of three figures. The figures show:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage mit einer Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals; 1 a first embodiment of a PV system with a circuit arrangement for coupling an RF signal;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage mit einer Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals; 2 A second embodiment of a PV system with a circuit arrangement for coupling an RF signal;
3 zwei beispielhafte Regelstrukturen von Schaltungsanordnungen zur Einkopplung eines HF-Signals; 3 two exemplary control structures of circuit arrangements for coupling an RF signal;
4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage mit einer Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals; 4 A third embodiment of a PV system with a circuit arrangement for coupling an RF signal;
5 ein Teil einer PV-Anlage mit einer Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals in einem vierten Ausführungsbeispiel; 5 a part of a PV system with a circuit arrangement for coupling an RF signal in a fourth embodiment;
6 ein Teil einer PV-Anlage mit einer Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals in einem fünften Ausführungsbeispiel; 6 a part of a PV system with a circuit arrangement for coupling an RF signal in a fifth embodiment;
7 verschiedene Schaltungsanordnungen zur Einkopplung eines HF-Signals und 7 Various circuit arrangements for coupling an RF signal and
8 verschiedene Schaltungsanordnungen zur Auskopplung eines HF-Signals. 8th Various circuit arrangements for decoupling an RF signal.
1 zeigt eine PV-Anlage in einem ersten Ausführungsbeispiel in einem schematischen Blockschaltbild. Ein PV-Generator 1 ist über Gleichstromleitungen 3, 4 mit generatorfernen Einrichtungen 5 verbunden. Parallel zu den Ausgängen des PV-Generators ist generatornah ein Empfangsmodul 2 für eine Powerline-Communication (PLC) über die Gleichstromleitungen 3, 4 angeordnet. 1 shows a PV system in a first embodiment in a schematic block diagram. A PV generator 1 is via DC power lines 3 . 4 with generator remote facilities 5 connected. Parallel to the outputs of the PV generator is close to the generator a receiving module 2 for a powerline communication (PLC) via the DC lines 3 . 4 arranged.
Der PV-Generator 1 ist vorliegend durch das Schaltzeichen einer einzelnen PV-Zelle symbolisiert. Es versteht sich, dass der PV-Generator 1 aus einer Vielzahl von PV-Modulen aufgebaut sein kann, die wiederum jeweils aus einer Mehrzahl von PV-Zellen bestehen können. Die PV-Module können zu einem sogenannten String serienverschaltet sein. Das Empfangsmodul 2 ist in einem solchen Fall an dem Ausgang des den PV-Generator 1 bildenden Strings angeschlossen. In 1 ist lediglich ein String dargestellt. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, dass der PV-Generator 1 anstelle des einen dargestellten Strings mehrere parallel zueinander verschaltete Strings aufweist. Des Weiteren ist auch denkbar, dass das Empfangsmodul 2 am Ausgang eines einzelnen PV-Moduls angeschlossen ist und weitere PV-Module, ggf. mit weiteren ihnen zugeordneten Empfangsmodulen in Reihe geschaltet sind, so dass wiederum ein String gebildet wird, der den PV-Generator 1 darstellt. In jedem Fall ist vorgesehen, dass die eine oder die mehreren Empfangsmodule 2 sich in örtlicher Nähe zum PV-Generator 1 befinden.The PV generator 1 is symbolized here by the symbol of a single PV cell. It is understood that the PV generator 1 may be constructed from a plurality of PV modules, which in turn may each consist of a plurality of PV cells. The PV modules can be connected in series to a so-called string. The receiving module 2 is in such a case at the output of the PV generator 1 connecting strings. In 1 only a string is shown. However, it is within the scope of the invention that the PV generator 1 has a plurality of strings parallel to each other instead of the one string shown. Furthermore, it is also conceivable that the receiving module 2 connected to the output of a single PV module and further PV modules, if necessary, are connected in series with other receiving modules assigned to them, so that in turn a string is formed, the PV generator 1 represents. In any case, it is provided that the one or more receiving modules 2 in close proximity to the PV generator 1 are located.
In das Schaltzeichen des PV-Generators 1 ist eine Serienverschaltung eines Reihenwiderstands 1R, einer Reiheninduktivität 1L und eines Reihenkondensators 1C eingezeichnet. Die Serienverschaltung dieser drei Elemente symbolisiert das Ersatzschaltbild des PV-Generators 1. Weiterhin sind in den Gleichstromleitungen 3, 4 Induktivitäten 3L und 4L eingezeichnet, die die Leitungsinduktivität der Gleichstromleitungen 3, 4 symbolisieren.In the schematic of the PV generator 1 is a series connection of a series resistor 1R , a series inductance 1L and a series capacitor 1C located. The serial connection of these three elements symbolizes the equivalent circuit diagram of the PV generator 1 , Furthermore, in the DC power lines 3 . 4 inductors 3L and 4L plotted the line inductance of the DC lines 3 . 4 symbolize.
Zu den generatorfernen Einrichtungen 5 zählt ein Signalgenerator 50 zur Erzeugung eines HF-Signals, das zur Übertragung von Daten an das Empfangsmodul 2 dient. Auf das HF-Signal können in an sich bekannter Weise Daten aufmoduliert werden, beispielsweise in einem Amplituden-, Frequenz- oder Phasenmodulationsverfahren. Das vom Signalgenerator 50 ausgegebene HF-Signal hat eine Spannungsamplitude U0 HF. Der Ausgang des Signalgenerators 50 ist mit einer Primärwicklung 51p eines Einkoppelübertragers 51 verbunden, wobei in der Primärwicklung 51p des Einkoppelübertragers 51 ein Hochfrequenzstrom mit der Stromamplitude I0 HF fließt. Eine Sekundärwicklung 51s des Einkoppelübertragers 51 ist in eine der Gleichstromleitungen 3, 4 eingeschleift, hier beispielhaft in die Gleichstromleitung 4. Reihenverschaltet mit der Sekundärwicklung 51s ist zudem ein Strommessmittel 52 in die Gleichstromleitung 4 eingeschleift. Dieses Strommessmittel 52 ist mit einer Regeleinrichtung 53 verbunden, die wiederum auf den Signalgenerator 50 einwirkt und die die Spannungsamplitude U0 HF des Signalgenerators 50 beeinflusst. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 54 vorgesehen, die ihr zugeführte und zu übertragende (binäre) Daten D je nach gewähltem Modulationsverfahren in entsprechende Steuersignale für den Signalgenerator 50 umwandelt. Zudem wird die jeweiligen Stromamplitude I0 HF für den Regelkreis der Regeleinrichtung 53 vorgegeben. Bei einem Frequenz- und Phasenmodulationsverfahren ist es ausreichend, hier einen festen Sollwert vorzugeben. Bei einem (binären) Amplitudenmodulationsverfahren mit zwei möglichen Amplitudenwerten werden entsprechend zwei verschiedene feste Sollwerte benötigt.To the generator remote facilities 5 counts a signal generator 50 for generating an RF signal for transmitting data to the receiving module 2 serves. Data can be modulated onto the RF signal in a manner known per se, for example in an amplitude, frequency or phase modulation method. That from the signal generator 50 output RF signal has a voltage amplitude U 0 HF . The output of the signal generator 50 is with a primary winding 51p a Einkoppelübertragers 51 connected, wherein in the primary winding 51p of Einkoppelübertragers 51 a high-frequency current with the current amplitude I 0 HF flows. A secondary winding 51s of Einkoppelübertragers 51 is in one of the DC power lines 3 . 4 looped in, here for example in the DC line 4 , Connected in series with the secondary winding 51s is also a power measure 52 in the DC line 4 looped. This power measurement 52 is with a control device 53 connected, in turn, to the signal generator 50 acts and the voltage amplitude U 0 HF of the signal generator 50 affected. Furthermore, a control device 54 provided, the data (D) supplied to it and to be transmitted, depending on the selected modulation method, into corresponding control signals for the signal generator 50 transforms. In addition, the respective current amplitude I 0 HF for the control loop of the control device 53 specified. In a frequency and phase modulation method, it is sufficient to specify a fixed setpoint here. In a (binary) amplitude modulation method with two possible amplitude values, two different fixed setpoints are required accordingly.
In alternativen Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung zur Einkopplung des HF-Signals kann anstelle der hier gezeigten induktiven Einkopplung über den Einkoppelübertrager 51 auch eine kapazitive Einkopplung des HF-Signals erfolgen. Darstellungen verschiedener einsetzbarer Einkoppelanordnungen sind in der 7 zu finden.In alternative embodiments of the circuit arrangement for coupling the RF signal, instead of the inductive coupling shown here via the coupling-in transformer 51 also be a capacitive coupling of the RF signal. Representations of various usable Einkoppelanordnungen are in the 7 to find.
Die Gleichstromleitungen 3, 4 sind in der generatorfernen Einrichtung über die genannte Sekundärwicklung 51s und das Strommessmittel 52 mit Gleichstromeingängen eines Wechselrichters 55 verbunden. Der Wechselrichter 55 weist weiter einen Wechselstromausgang auf, über den der Wechselrichter 55 an ein Energieversorgungsnetz 6 angekoppelt ist. Beispielhaft sind der Wechselstromausgang und das Energieversorgungsnetz 6 dreiphasig ausgelegt. Im Rahmen der Anmeldung kann jedoch sowohl der Wechselrichter 55 als auch das Energieversorgungsnetz 6 eine andere Anzahl von Phasen aufweisen, beispielsweise einphasig sein. Es wird angemerkt, dass in der 1 lediglich die im Rahmen der Anmeldung wesentlichen Elemente der PV-Anlage gezeigt sind. So können auf der Gleich- und/oder Wechselstromseite des Wechselrichters 55 beispielsweise nicht dargestellte Schaltorgane (zum Beispiel Trennelemente, Schütze), Filter (zum Beispiel ein Sinusfilter), Netzüberwachungseinrichtungen und/oder Transformatoren vorgesehen sein.The DC cables 3 . 4 are in the generator remote device on the said secondary winding 51s and the current measuring agent 52 with DC inputs of an inverter 55 connected. The inverter 55 also has an AC output through which the inverter 55 to a power grid 6 is coupled. Exemplary are the AC output and the power grid 6 three-phase design. As part of the registration, however, both the inverter 55 as well as the power supply network 6 have a different number of phases, for example, be single-phase. It is noted that in the 1 only the essential elements of the PV system are shown in the context of the application. So can on the DC and / or AC side of the inverter 55 For example, switching elements, not shown, (for example, separating elements, contactors), filters (for example, a sine-wave filter), network monitoring devices and / or transformers may be provided.
Symbolisch ist bei dem Wechselrichter 55 ein Eingangswiderstand 55R, den der Wechselrichter 55 zwischen seinen Gleichstromeingängen aufweist, und eine Eingangskapazität 55C als Ersatzschaltbild der Gleichstromseite des Wechselrichters 55 eingezeichnet.Symbolic is in the inverter 55 an input resistance 55R the inverter 55 between its DC inputs, and an input capacitance 55C as an equivalent circuit diagram of the DC side of the inverter 55 located.
Zur Datenübertragung von den generatorfernen Einrichtungen 5 zu dem oder den generatornahen Empfangsmodulen 2 wird das vom Signalgenerator 50 erzeugte HF-Signal über den Einkoppelübertrager 51 in den Gleichstromkreis, der aus PV-Generator 1, Empfangsmodul 2, Gleichstromleitungen 3, 4 und Gleichstromeingangsstufe des Wechselrichters 55 gebildet ist, eingekoppelt. In dem Gleichstromkreis weist das HF-Signal eine Stromamplitude IHF auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung zur Einkopplung des HF-Signals zur Datenübertragung separat von dem Wechselrichter 55 ausgebildet. Es ist alternativ möglich, die Schaltungsanordnung in den Wechselrichter zu integrieren. Die zu übertragenden Daten D, die der Steuereinrichtung 54 zugeführt werden, können beispielsweise von einer zentralen Steuereinheit des Wechselrichters 55 bereitgestellt werden oder auch von einer hier nicht dargestellten sonstigen zentralen Steuereinrichtung.For data transmission from the devices remote from the generator 5 to the generator or the receiving modules close to the generator 2 will be the signal generator 50 generated RF signal via the coupling transformer 51 in the DC circuit, which consists of PV generator 1 , Receiving module 2 , DC cables 3 . 4 and DC input stage of the inverter 55 is formed, coupled. In the DC circuit, the RF signal has a current amplitude I HF . In the illustrated embodiment, the circuit arrangement for coupling the RF signal for data transmission is separate from the inverter 55 educated. It is alternatively possible to integrate the circuit arrangement in the inverter. The data D to be transmitted, that of the control device 54 can be supplied, for example, from a central control unit of the inverter 55 be provided or by another central control device not shown here.
In dem Empfangsmodul 2 ist zwischen den Gleichstromleitungen 3 und 4 eine Serienschaltung aus einer Primärwicklung 21p eines Auskoppelübertragers 21 und einem Kondensator 22 gebildet. Sekundärseitig ist der Auskoppelübertrager 21 mit einer Sekundärwicklung 21s an einen Empfänger 20 angeschlossen. Dieser Empfänger 20 weist beispielsweise eine Verstärkerschaltung sowie einen Demodulator auf, um die übertragenen Daten wieder aus dem HF-Signal zu extrahieren.In the receiving module 2 is between the DC lines 3 and 4 a series connection of a primary winding 21p a Auskoppelübertragers 21 and a capacitor 22 educated. Secondary side is the Auskoppelübertrager 21 with a secondary winding 21s to a receiver 20 connected. This receiver 20 has, for example, an amplifier circuit and a demodulator to extract the transmitted data again from the RF signal.
Innerhalb des Empfangsmoduls 2 teilt sich der Stromfluss des HF-Signals IHF in einen durch die Reihenschaltung aus Primärwicklung 21p und Kondensator 22 fließenden Anteil I'HF und einen durch den PV-Generator 1 fließenden Anteil II''HF auf. Bevorzugt ist die Induktivität der Primärwicklung 21p und die Kapazität des Kondensators 22 so gewählt und aufeinander abgestimmt, dass die Reihenschaltung aus Primärwicklung 21p und Kondensator 22 ein Resonanzminimum im Bereich der Frequenz des HF-Signals des Signalgenerators 50 aufweist. In dem Fall ist der durch die Reihenschaltung aus Primärwicklung 21p und Kondensator 22 fließende Anteil I'HF dominierend, wohingegen der durch den PV-Generator fließende Anteil I''HF vernachlässigbar klein ist. Somit fließt in dem dargestellten Fall der im Wesentlichen gesamte Strom IHF durch die Primärwicklung 21p des Auskoppelübertragers 21. Alternativ zu dem Auskoppelübertrager 21 kann zur Auskopplung auch eine einzelne Induktivität, z. B. eine Spule, in Reihe mit dem Kondensator 22 geschaltet sein, wobei die an der Induktivität anliegende Spannung abgegriffen und dem Empfänger 20 zugeführt wird.Within the receiving module 2 divides the current flow of the RF signal I HF in a through the series circuit of primary winding 21p and capacitor 22 flowing portion of I ' HF and one by the PV generator 1 flowing fraction II " HF . The inductance of the primary winding is preferred 21p and the capacitance of the capacitor 22 chosen and matched so that the series connection of primary winding 21p and capacitor 22 a resonance minimum in the range of the frequency of the RF signal of the signal generator 50 having. In the case that is through the series circuit of primary winding 21p and capacitor 22 flowing fraction I ' HF dominate, whereas the portion I'' HF flowing through the PV generator is negligibly small. Thus, in the illustrated case, the substantially entire current I HF flows through the primary winding 21p of the decoupling transformer 21 , Alternatively to the decoupling transformer 21 can also be a single inductance for decoupling, z. B. a coil, in series with the capacitor 22 be connected, wherein the voltage applied to the inductance tapped and the receiver 20 is supplied.
Es wird angemerkt, dass die Impedanz des PV-Generators 1 bei der Wahl der Frequenz des HF-Signals des Signalgenerators 50 dahingehend berücksichtigt werden kann, dass sie nicht im Bereich einer Resonanzfrequenz des PV-Generators 1 liegt, so dass die Annahme, dass I''HF << I'HF erfüllt ist. Weiter wird angemerkt, dass für die gewählte Frequenz des HF-Signals des Signalgenerators 50 die Eingangsstufe des Wechselrichters 55 nach Möglichkeit eine geringe Impedanz aufweist. Gegebenenfalls kann dies durch einen zusätzlichen parallel zu den Gleichstromeingängen des Wechselrichters 55 angeschlossenen Kondensator erreicht werden.It is noted that the impedance of the PV generator 1 in the choice of the frequency of the RF signal of the signal generator 50 be considered that they are not in the range of a resonant frequency of the PV generator 1 so that the assumption that I '' HF << I ' HF is met. It is further noted that for the selected frequency of the RF signal of the signal generator 50 the input stage of the inverter 55 if possible, has a low impedance. If necessary, this can be done by an additional parallel to the DC inputs of the inverter 55 connected capacitor can be achieved.
Anmeldungsgemäß wird die Spannungsamplitude U0 HF des vom Signalgenerator 50 erzeugten HF-Signals mithilfe der Regeleinrichtung 53 so variiert, dass der im Gleichstromkreis fließende Strom IHF einen vorgegebenen Sollwert annimmt. Da der durch die Primärspule 21p des Auskoppelübertragers 21 fließende Strom I'HF wie zuvor ausgeführt im Wesentlichen ebenso groß ist wie der eingekoppelte Strom IHF ist so ein Signalempfang in ausreichender Stärke am Empfangsmodul 2 gegeben. Eine im Empfänger 20 vorgenommene Signalverstärkung braucht weder einen besonders großen Verstärkungsfaktor aufweisen, noch aufwändig variabel gestaltet werden.According to the application, the voltage amplitude U 0 HF of the signal generator 50 generated RF signal using the control device 53 varies so that the current flowing in the DC circuit I HF assumes a predetermined setpoint. Because of the primary coil 21p of the decoupling transformer 21 flowing current I ' HF as stated above is substantially as large as the injected current I HF is so a signal reception in sufficient strength at the receiving module 2 given. One in the receiver 20 made signal amplification does not need to have a particularly large amplification factor, yet consuming to make variable.
Falls mehrere in Serie geschaltete generatornahe Empfangsmodule 2 bei der PV-Anlage vorhanden sind, beispielsweise falls innerhalb eines Strings Empfangsmodule 2 einzelnen PV-Modulen zugeordnet sind, fließt durch jedes der Empfangsmodule 2 ein Strom I''HF, der von gleicher Größe ist wie der eingekoppelte Strom I'HF. Unabhängig von ihrer Anzahl ist somit bei jedem der Empfangsmodule 2 ein Signalempfang in ausreichender und vorgebbarer Stärke gegeben.If several series-connected receiver modules close to the generator 2 are present in the PV system, for example, if within a string receiving modules 2 associated with individual PV modules flows through each of the receiving modules 2 a current I " HF which is of the same magnitude as the injected current I ' HF . Regardless of their number is thus at each of the receiving modules 2 a signal reception given in sufficient and predeterminable strength.
In einer Erweiterung der dargestellten PV-Anlage kann eine bidirektionale Datenübertragung zwischen generatornahen Einrichtungen und den generatorfernen Einrichtungen vorgesehen sein. In einem solchen Fall sind auf beiden Seiten sowohl Empfangs- als auch Sendemodule vorzusehen. Die Module können analog der zuvor dargestellten Empfangs- bzw. Sendemodule ausgeführt sein, insbesondere können alle verwendeten Sendemodule die anmeldungsgemäße Stromregelung aufweisen.In an extension of the illustrated PV system, a bidirectional data transmission between devices close to the generator and the devices remote from the generator can be provided. In such a case, both receiving and transmitting modules should be provided on both sides. The modules can be designed analogously to the reception or transmission modules described above; in particular, all the transmission modules used can have the current control according to the application.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage mit einer anmeldungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in dieser Figur gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in dem Ausführungsbeispiel der 1. 2 shows a second embodiment of a PV system with an according to the application circuit arrangement for coupling an RF signal. The same reference numerals in this figure denote the same or equivalent elements as in the embodiment of 1 ,
Vom Grundaufbau her entspricht die PV-Anlage der 2 der in 1 gezeigten. Beim Empfangsmodul 2 besteht ein Unterschied darin, dass die Primärspule 21p des Auskoppelübertragers 21 nicht parallel zum PV-Generator 1, sondern in einer Serienverschaltung in den Gleichstromkreis eingebunden ist. Der Kondensator 22 ist parallel zum PV-Generator 1 angeordnet. Durch die Parallelschaltung des Kondensators 22 wird eine bei der Frequenz des HF-Signals unter Umständen zu große Impedanz des PV-Generators 1 ausgeglichen und der Stromkreis an dieser Stelle für das Hochfrequenzsignal gewissermaßen geschlossen. Durch die Reihenschaltung der Primärwicklung 21p des Auskoppelübertragers mit der Sekundärwicklung 51s des Einkoppelübertragers ist sichergestellt, dass der durch die Primärwicklung 21p des Auskoppelübertragers 21 fließende Strom IHF ebenso groß ist wie der eingekoppelte Strom IHF.From the basic structure, the PV system corresponds to the 2 the in 1 shown. At the receiving module 2 There is a difference in that the primary coil 21p of the decoupling transformer 21 not parallel to the PV generator 1 , But is integrated in a series connection in the DC circuit. The capacitor 22 is parallel to the PV generator 1 arranged. By the parallel connection of the capacitor 22 At the frequency of the RF signal, the PV generator's impedance may become too high 1 balanced and closed the circuit at this point for the high frequency signal in a sense. By the series connection of the primary winding 21p the Auskoppelübertragers with the secondary winding 51s the Einkoppelübertragers is ensured that by the primary winding 21p of the decoupling transformer 21 flowing current I HF is as large as the injected current I HF .
Bei den generatorfernen Einrichtungen 5 besteht beim Ausführungsbespiel der 2 ein Unterschied in der Messung der Stromstärke des HF-Signals. Beim Beispiel der 2 wird nicht wie bei 1 der eingekoppelte Strom IHF gemessen, sondern der durch die Primärwicklung 51p des Einkoppelübertragers 51 fließende Strom I0 HF. Entsprechend ist das Strommessmittel 52 in diesem Primärkreis des Einkoppelübertragers 51 angeordnet. Aufgrund des festen Übertragungsverhältnisses des Einkoppelübertragers 51 stehen der primärseitige Strom I0 HF und der sekundärseitige Strom IHF jedoch in einem festen Verhältnis zueinander, so dass auch bei Rückkopplung und Regelung der Größe des Stroms I0 HF der eingekoppelte Strom IHF einen konstanten und vorgegeben Wert aufweist. Gegebenenfalls ist dabei ein Blindstromanteil durch die Primärwicklung 51p zu berücksichtigen, der zu keinem sekundärseitigen Stromfluss führt. Dieses kann erfolgen, in dem eine Phasenverschiebung des Stroms gegenüber der an der Primärwicklung 51p anliegenden Spannung mitgemessen und berücksichtigt wird. Bei geeigneter Dimensionierung des Einkoppelübertragers 51 ist der Blindstromanteil jedoch vernachlässigbar.In the generator remote facilities 5 exists during the execution of the 2 a difference in the measurement of the current intensity of the RF signal. In the example of 2 will not like at 1 the injected current I HF is measured, but by the primary winding 51p of Einkoppelübertragers 51 flowing current I 0 HF . Accordingly, the current measuring means 52 in this primary circuit of Einkoppelübertragers 51 arranged. Due to the fixed transmission ratio of Einkoppelübertragers 51 However, the primary-side current I 0 HF and the secondary-side current I HF in a fixed ratio to each other, so that even with feedback and control of the size of the current I 0 HF, the injected current I HF has a constant and predetermined value. Optionally, this is a reactive current component through the primary winding 51p to take into account that does not lead to a secondary current flow. This can be done in which a phase shift of the current over that at the primary winding 51p measured voltage is taken into account and taken into account. With suitable dimensioning of Einkoppelübertragers 51 However, the reactive current share is negligible.
Die unterschiedliche Struktur der Regelkreise bei den PV-Anlagen der 1 und 2 ist in 3 nochmals dargestellt. 3a gibt dabei die Struktur des Regelkreises der PV-Anlage nach 1 und 3b die Struktur des Regelkreises der PV-Anlage nach 2 wieder.The different structure of the control circuits in the PV systems of 1 and 2 is in 3 shown again. 3a In doing so, it simulates the structure of the control loop of the PV system 1 and 3b the structure of the control circuit of the PV system after 2 again.
Bei dem in 3a dargestellten Regelkreis wird der Strom IHF im Gleichstromkreis vom Stromsensor 52 gemessen und einem ersten Abschnitt 53a der Regeleinrichtung 53 zugeführt. In diesem ersten Abschnitt wird die Differenz zwischen dem gemessenen Strom IHF im Gleichstrom und einem Sollwert ISoll HF bestimmt. Diese Differenz wird einem zweiten Abschnitt 53b der Regeleinrichtung 53 übergeben. Im Abschnitt 53b wird abhängig von dem im Abschnitt 53a bestimmten Unterschied nach einem vorgegebenen Regelalgorithmus, der proportionale, integrale und differenziale Anteile berücksichtigen kann, eine Stellgröße auf digitale oder analoge Art bestimmt, die an den Signalgenerator 50 übergeben wird. Abhängig von der Stellgröße verändert der Signalgenerator 50 die Spannungsamplitude U0 HF des HF-Signals. Im Primärkreis stellt sich dann abhängig von der Spannungsamplitude U0 HF ein Strom der Amplitude I0 HF ein, der zu einem Strom IHF im Gleichstromkreis führt. Dieser Strom IHF wird durch die Regeleinrichtung auf den vorgegebenen Sollwert ISoll HF gebracht und über die Gleichstromleitungen 4 in das Empfangsmodul 2 übertragen.At the in 3a shown control circuit, the current I HF in the DC circuit from the current sensor 52 measured and a first section 53a the control device 53 fed. In this first section, the difference between the measured current I HF in DC and a setpoint I Soll HF is determined. This difference becomes a second section 53b the control device 53 to hand over. In the section 53b will depend on the one in the section 53a determined difference according to a predetermined control algorithm, which can take into account proportional, integral and differential proportions, a manipulated variable in digital or analogous way determined to the signal generator 50 is handed over. Depending on the manipulated variable, the signal generator changes 50 the voltage amplitude U 0 HF of the RF signal. Depending on the voltage amplitude U 0 HF, a current of the amplitude I 0 HF , which leads to a current I HF in the DC circuit, then arises in the primary circuit. This current I HF is brought by the controller to the predetermined setpoint I Soll HF and over the DC lines 4 in the receiving module 2 transfer.
Bei dem in 3b dargestellten Regelkreis wird im Unterschied der Strom I0 HF primärseitig vom Einkoppelübertrager 51 durch den Stromsensor 52 gemessen und im Abschnitt 53a der Regeleinrichtung 53 mit einem entsprechenden Sollwert I0,Soll HF verglichen. Eine Variation der Größe des Stroms I0 HF und damit des Stroms IHF im Gleichstromkreis erfolgt ebenso wie zuvor durch Variation der Spannungsamplitude U0 HF durch den Signalgenerator 50.At the in 3b in contrast, the current I 0 HF shown on the primary side of Einkoppelübertrager 51 through the current sensor 52 measured and in the section 53a of the control device 53 with a corresponding setpoint I 0, target HF compared. A variation of the magnitude of the current I 0 HF and thus of the current I HF in the DC circuit as well as before by varying the voltage amplitude U 0 HF by the signal generator 50 ,
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage mit einer anmeldungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Einkopplung eines HF-Signals. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in dieser Figur wie auch den folgenden Figuren wiederum gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in dem Ausführungsbeispiel der 1. 4 shows a third embodiment of a PV system with an according to the application circuit arrangement for coupling an RF signal. The same reference numerals in this figure as well as the following figures again denote the same or equivalent elements as in the embodiment of 1 ,
Zur einfacheren Darstellung sind von den Komponenten zur Stromregelung des eingekoppelten HF-Signals hier nur der Signalgenerator 50 eingezeichnet. Bezüglich weiterer Komponenten im Regelkreis wird auf die 1 und 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen. Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen erfolgt hier eine Einkopplung über eine Reihenverschaltung aus der Sekundärwicklung 51s mit einem Kondensator 57 und einem Sperrglied 56. Das Sperrglied 56 setzt sich hier aus einer Induktivität 58 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 59 zusammen. Alternativ zu dem dargestellten Sperrglied 56 ist jedoch auch denkbar, dass das Sperrglied 56 ausschließlich aus einer Induktivität 58 besteht. Nur das Sperrglied 56 ist dabei in den Gleichstromkreis, hier in die Gleichstromleitung 4, eingeschleift. Das Sperrglied 56 ist so abgestimmt, dass es für das eingekoppelte HF-Signal eine hohe Impedanz aufweist, dagegen für Gleichstrom einen sehr niedrigen Widerstand. Ein Durchfluss von Gleichstrom durch die Sekundärwicklung 51s wird dagegen durch den Kondensator 57 verhindert. Die Sekundärwicklung 51s kann so mit deutlich dünnerem Draht ausgeführt sein und der Einkoppelübertrager 51 entsprechend kompakter sein.For ease of illustration of the components for controlling the current of the coupled RF signal here only the signal generator 50 located. Regarding other components in the control loop is on the 1 and 2 and the related description. In contrast to the first two embodiments, a coupling takes place here via a series connection from the secondary winding 51s with a capacitor 57 and a locking member 56 , The locking member 56 is made up of an inductance here 58 and a capacitor connected in parallel with it 59 together. Alternatively to the illustrated locking member 56 However, it is also conceivable that the locking member 56 exclusively from an inductance 58 consists. Only the locking member 56 is doing in the DC circuit, here in the DC line 4 , looped in. The locking member 56 is tuned to have a high impedance for the injected RF signal, but a very low resistance for DC. A flow of direct current through the secondary winding 51s is, however, by the capacitor 57 prevented. The secondary winding 51s can be designed with significantly thinner wire and the Einkoppelübertrager 51 be more compact.
Über die Gleichstromleitungen 3, 4 sind bei dem hier dargestellten vierten Ausführungsbeispiel 2 in Reihe geschaltete PV-Generatoren 1a, 1b, jeweils mit zugeordneten Empfangsmodulen 2a, 2b vorhanden. Die Komponenten der Empfangsmodule 2a, 2b sind entsprechend durch Zusätze a und b zu den Bezugszeichen gekennzeichnet. Die durch die Reihenschaltung der beiden PV-Generatoren 1a, 1b zusätzlich eingebrachte Leitungsinduktivität ist durch eine weitere Leitungsinduktivität 34L in einer weiteren Gleichstromleitung 34 symbolisiert. In jeweils einer der Gleichstromleitungen zwischen dem jeweiligen Empfangsmodul 2a, 2b und dem zugehörigen PV-Generator 1a, 1b, hier in den Gleichstromleitungen 4 und 34, ist jeweils ein Sperrglied 23a bzw. 23b angeordnet. Dieses verhindert einen Eintritt des HF-Signals in den jeweiligen PV-Generator 1a, 1b und stellt somit sicher, dass der gesamte sekundärseitige Strom IHF des HF-Signals durch die Auskoppelübertrager 21a, 21b fließt. Wenn, wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 angenommen wurde, die Impedanz der PV-Generatoren 1a, 1b für das HF-Signal groß ist, können die Sperrglieder 23a bzw. 23b entfallen.About the DC lines 3 . 4 are in the fourth embodiment shown here 2 series-connected PV generators 1a . 1b , each with assigned receive modules 2a . 2 B available. The components of the receiving modules 2a . 2 B are marked accordingly by additions a and b to the reference numerals. The through the series connection of the two PV generators 1a . 1b additionally introduced line inductance is due to a further line inductance 34L in another DC line 34 symbolizes. In each case one of the DC lines between the respective receiving module 2a . 2 B and the associated PV generator 1a . 1b , here in the DC power lines 4 and 34 , is in each case a locking member 23a respectively. 23b arranged. This prevents the RF signal from entering the respective PV generator 1a . 1b and thus ensures that the entire secondary side current I HF of the RF signal through the Auskoppelübertrager 21a . 21b flows. If, as in the embodiment of 1 was adopted, the impedance of the PV generators 1a . 1b is large for the RF signal, the locking members 23a respectively. 23b omitted.
In der 4 ist beispielhaft eine Reihenschaltung zweier PV-Generatoren 1a, 1b dargestellt. Durch die anmeldungsgemäße Regelung des Stroms IHF des HF-Signals im Gleichstromkreis kann das HF-Signal in jedem der Empfangsmodule 2a, 2b mit der gewünschten Signalstärke empfangen werden. Dieses gilt auch, wenn mehr als die hier beispielhaft zwei PV-Generatoren 1a, 1b in der Reihenverschaltung angeordnet sind.In the 4 is an example of a series connection of two PV generators 1a . 1b shown. By the application according to regulation of the current I HF of the RF signal in the DC circuit, the RF signal in each of the receiving modules 2a . 2 B with the desired signal strength. This also applies if more than the example here two PV generators 1a . 1b are arranged in series connection.
Wenn eine Parallelschaltung von PV-Generatoren vorgesehen ist, würde sich der HF-Strom jedoch auf die PV-Generatoren aufteilen. Bei nicht gleicher Impedanz der PV-Generatoren zudem nicht gleichmäßig und damit auf kaum vorhersehbare Art. Es ist in einem solchen Fall sinnvoll, in jedem der parallel geschalteten Gleichstromkreise ein eigenes Einkoppelmittel mit einer eigenen Regelung für den HF-Strom des eingekoppelten HF-Signals vorzusehen. Die 5 und 6 zeigen Beispiele für solche Anordnungen.However, if a parallel connection of PV generators is provided, the RF power would be split between the PV generators. In the case of non-identical impedance of the PV generators, moreover, it is not uniform and thus hardly predictable. In such a case, it makes sense to provide a separate coupling means with its own regulation for the HF current of the injected RF signal in each of the parallel-connected DC circuits , The 5 and 6 show examples of such arrangements.
In der 5 ist ein Wechselrichter 55 einer PV-Anlage dargestellt, der Eingangsanschlüsse für zwei separate Gleichstromkreise aufweist. Es sind separate Paare von Gleichstromleitungen 3a, 4a bzw. 3b, 4b vorhanden, die zu hier nicht dargestellten Empfangsmodulen 2a, 2b mit jeweils zugeordneten PV-Generatoren führen. In jedem Gleichstromkreis ist eine separate stromgeregelte Sendevorrichtung für das HF-Signal vorgesehen, hier dargestellt durch Signalgeneratoren 50a, 50b, Einkoppelübertrager 51a, 51b, Kondensatoren 57a, 57b und Induktivitäten 58a, 58b. Die die Signalgeneratoren ansteuernden Einrichtungen sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit wiederum nicht dargestellt. Die Einkopplung erfolgt vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel der 4 ohne einen Gleichstromfluss durch die Sekundärwicklung 51sa, 51sb des Einkoppelübertragers 51a, 51b. Vorliegend ist das nur mit der Induktivität 58a bzw. 58b als Sperrglied 56a, 56b im Gleichstromkreis realisiert.In the 5 is an inverter 55 a PV system having input terminals for two separate DC circuits. These are separate pairs of DC cables 3a . 4a respectively. 3b . 4b present, the reception modules, not shown here 2a . 2 B with associated PV generators. In each DC circuit, a separate current-controlled transmitting device for the RF signal is provided, here represented by signal generators 50a . 50b , Coupling transformer 51a . 51b , Capacitors 57a . 57b and inductors 58a . 58b , The devices driving the signal generators are again not shown here for reasons of clarity. The coupling is similar to the embodiment of the 4 without a DC current through the secondary winding 51SA . 51sb of Einkoppelübertragers 51a . 51b , In the present case this is only with the inductance 58a respectively. 58b as a locking member 56a . 56b implemented in the DC circuit.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage, bei der parallele PV-Generatoren vorgesehen sind. Generatorfern ist im Bereich eines Wechselrichters 55 (oder alternativ in diesen integriert) eine Einkoppelanordnung angeordnet, die der in 4 gezeigten entspricht. Die PV-Generatoren – hier beispielhaft wiederum zwei PV-Generatoren 1a, 1b – sind an einem generatornah installierten Stringsammelkasten 7 (auch Stringsammelbox genannt) angeschlossen. In dem Stringsammelkasten 7 ist ein Haupttrennschaltorgan 70 angeordnet, über das die PV-Generatoren 1a, 1b gemeinsam von dem Wechselrichter 55 abgekoppelt werden können, beispielsweise zu Wartungszwecken oder in Gefahrensituationen. 6 shows a further embodiment of a PV system, are provided in the parallel PV generators. Generatorfern is in the range of an inverter 55 (or alternatively integrated in this) arranged a coupling arrangement, the in 4 shown corresponds. The PV generators - here again two PV generators 1a . 1b - are on a generator-mounted string collection box 7 (also called string collection box) connected. In the string collection box 7 is a main disconnecting device 70 arranged over which the PV generators 1a . 1b together by the inverter 55 can be disconnected, for example, for maintenance purposes or in dangerous situations.
Weiter umfasst der Stringsammelkasten 7 eine Empfangseinheit 2. Generatorfern eingekoppelte HF-Signale werden über die Gleichstromleitungen 3, 4 in den Stringsammelkasten 7 übertragen. Die HF-Signale werden über einen Kondensator 22 und einen Auskoppelübertrager 21 einem Empfänger 20 zugeführt. Die Reihenschaltung aus Kondensator 22 und der Primärwicklung des Auskoppelübertragers 21 ist dabei parallel zu einem im Gleichstromkreis liegenden Sperrglied 23 angeordnet, das aus Induktivität 24 und parallel geschaltetem Kondensator 25 besteht. Die Auskoppelanordnung ist hier also analog zur Einkoppelanordnung ausgebildet. Um den Gleichstromkreis für das HF-Signal auch dann zu schließen, wenn das Haupttrennschaltorgan 70 geöffnet ist, ist parallel zu diesem ein Kondensator 26 angeordnet.Next includes the string collection box 7 a receiving unit 2 , Generator remote coupled RF signals are transmitted through the DC lines 3 . 4 in the string collection box 7 transfer. The RF signals are through a capacitor 22 and a Auskoppelübertrager 21 a receiver 20 fed. The series connection of capacitor 22 and the primary winding of Auskoppelübertragers 21 is parallel to a blocking circuit in the DC circuit 23 arranged, consisting of inductance 24 and parallel-connected capacitor 25 consists. The decoupling is thus formed here analogous to the coupling arrangement. To close the DC circuit for the RF signal, even if the Haupttrennschaltorgan 70 is open, is parallel to this a capacitor 26 arranged.
Auf der dem Wechselrichter 55 abgewandten Seite des Haupttrennschaltorgans 70 sind mehrere, hier wiederum beispielhaft zwei, parallele Gleichstromkreise für die einzelnen PV-Generatoren 1a, 1b vorgesehen. Um die von den generatorfernen Einrichtungen 5 gesendeten Informationen an weitere Empfangsmodule, die in diesen Gleichstromkreisen vorhanden sind, zu übertragen, sind in diesen Gleichstromkreisen wiederum jeweils separate Sendeeinrichtungen vorgehen. Diese sind analog zu den Sendeeinrichtungen der generatorfernen Komponenten 5 ausgebildet und umfassen Signalgeneratoren 50a, 50b, Einkoppelübertrager 51a, 51b, Kondensatoren 57a, 57b und Sperrglieder 56a, 56b aus Induktivitäten 58a, 58b und Kondensatoren 59a, 59b. Dabei werden die von den Empfängern 20 aus den HF-Signalen extrahierten Daten D den Sendeeinrichtungen zugeführt. Zur Vereinfachung sind in der 6 dazu die Steuereinrichtungen zur Steuerung der Signalgeneratoren 50a, 50b nicht dargestellt und die Daten D werden symbolisch direkt den Signalgeneratoren 50a, 50b zugeführt.On the inverter 55 opposite side of the main separating switching element 70 are several, here again by way of example two, parallel DC circuits for the individual PV generators 1a . 1b intended. To the non-generator facilities 5 sent information to other receiving modules that are present in these DC circuits to transmit, in turn, each separate transmission facilities proceed in these DC circuits. These are analogous to the transmitting devices of the generator remote components 5 trained and include signal generators 50a . 50b , Coupling transformer 51a . 51b , Capacitors 57a . 57b and locking members 56a . 56b from inductors 58a . 58b and capacitors 59a . 59b , In doing so, those of the recipients 20 data D extracted from the RF signals is supplied to the transmitting devices. For simplicity, in the 6 to the control devices for controlling the signal generators 50a . 50b not shown and the data D are symbolically directly to the signal generators 50a . 50b fed.
Der Stringsammelkasten 7 verteilt und verstärkt somit die HF-Signale, indem er sie zunächst empfängt und digitalisiert und dann erneut ggf. in mehrerer parallele Gleichstromkreise einspeist. Er stellt daher für die HF-Signale eine sogenannte Repeateranordnung dar.The string collection box 7 thus distributes and amplifies the RF signals by first receiving and digitizing them and then feeding them again into multiple parallel DC circuits, if necessary. It therefore represents a so-called repeater arrangement for the RF signals.
In der 7 sind vier Teilabbildungen verschiedener im Rahmen der Erfindung einsetzbarer weiterer Einkoppelanordnungen dargestellt. Dem Wechselrichter 55 ist dabei jeweils eine Filteranordnung 60 vorgeschaltet. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Filteranordnung 60 auch Bestandteil des Wechselrichters 55 ist, beispielsweise ein DC-Eingangsfilter des Wechselrichters 55.In the 7 four partial images of various applicable in the context of the invention further coupling arrangements are shown. The inverter 55 is in each case a filter arrangement 60 upstream. It is within the scope of the invention that the filter arrangement 60 also part of the inverter 55 is, for example, a DC input filter of the inverter 55 ,
7a zeigt eine direkte induktive Einkopplung über einen Einkoppelübertrager 51, der nur eine Sekundärwicklung, angeordnet in einer der Gleichstromleitungen des Gleichstromkreises aufweist. Die Einkopplung des HF-Signals erfolgt hier – wie auch bei allen bislang gezeigten Einkopplungen – als Gegentaktsignal (bezogen auf die beiden Gleichstromleitungen). 7a shows a direct inductive coupling via a coupling transformer 51 having only one secondary winding arranged in one of the DC lines of the DC circuit. The coupling of the RF signal takes place here - as with all coupling previously shown - as a push-pull signal (based on the two DC lines).
7b zeigt ebenfalls eine direkte induktive Einkopplung, hier jedoch mit einem Übertrager, der zwei magnetisch gekoppelte Sekundärwicklungen aufweist, die jeweils in einer der Gleichstromleitungen des Gleichstromkreises angeordnet sind. Hier wird das HF-Signal als Gleichtaktsignal auf die beiden Gleichstromleitungen aufgebracht. 7b also shows a direct inductive coupling, but here with a transformer having two magnetically coupled secondary windings, which are each arranged in one of the DC lines of the DC circuit. Here, the RF signal is applied as a common-mode signal to the two DC lines.
7c zeigt eine direkte kapazitive Einkopplung über einen Einkoppelkondensator 57, wobei im Gleichstromkreis eine Induktivität 58 als Sperrglied vorhanden ist. Die Einkopplung des HF-Signals erfolgt hier als Gegentaktsignal. Die als Sperrglied wirkende Induktivität 58 verhindert hierbei, dass das PLC Signal direkt über die generatorferne Filteranordnung 60 kurzgeschlossen wird und das Empfangsmodul somit nicht bzw. in nicht ausreichender Intensität erreicht. 7c shows a direct capacitive coupling via a coupling capacitor 57 , wherein in the DC circuit an inductance 58 is present as a locking member. The coupling of the RF signal takes place here as a push-pull signal. The inductance acting as a blocking element 58 prevents the PLC signal from passing directly through the generator-remote filter arrangement 60 is short-circuited and the receiving module thus not reached or in insufficient intensity.
7d zeigt schließlich eine direkte kapazitive Einkopplung über zwei Einkoppelkondensatoren 57, die mit je einer der Gleichstromleitungen verbunden sind. Weiter ist in dieser Anordnung als Sperrglied eine zwei Einzelinduktivitäten aufweisende Induktivität 58 in jeder der Gleichstromleitungen angeordnet, wobei die Einzelinduktivitäten der Induktivität 58 magnetisch gekoppelt sind. Die Einkopplung des HF-Signals erfolgt hier als Gleichtaktsignal. Analog zu 7c verhindert auch hier die als Sperrglied wirkende Induktivität 58 einen Kurzschluss des PLC-Signales direkt über die generatorferne Filteranordnung 60. 7d finally shows a direct capacitive coupling via two coupling capacitors 57 , which are each connected to one of the DC lines. Further, in this arrangement as a blocking member, a two single inductances having inductance 58 arranged in each of the DC lines, wherein the individual inductances of the inductance 58 are magnetically coupled. The coupling of the RF signal takes place here as a common-mode signal. Analogous to 7c prevents here acting as a blocking member inductance 58 a short circuit of the PLC signal directly via the generator remote filter arrangement 60 ,
8 zeigt verschiedene im Rahmen der Erfindung einsetzbare Auskoppelanordnungen. Die in vier Teilbildern in 8 gezeigten Auskoppelanordnungen sind jeweils Analogien zu den entsprechenden Einkoppelanordnungen der 7. So zeigen 8a und 8b jeweils eine direkte induktive Auskopplung für ein Gegentakt- bzw. Gleichtaktsignal und die 8c und 8d jeweils eine direkte kapazitive Auskopplung für ein Gegentakt- bzw. Gleichtaktsignal. 8th shows various usable in the invention Auskoppelanordnungen. The in four fields in 8th Auskoppelanordnungen shown are each analogies to the corresponding Einkoppelanordnungen the 7 , To show 8a and 8b each a direct inductive coupling for a push-pull or common mode signal and the 8c and 8d in each case a direct capacitive decoupling for a push-pull or common-mode signal.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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PV-GeneratorPV generator
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1R1R
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Serienwiderstand des PV-GeneratorsSeries resistance of the PV generator
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1L1L
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Serieninduktivität des PV-GeneratorsSeries inductance of the PV generator
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1C1C
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Serienkapazität des PV-GeneratorsSeries capacity of the PV generator
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22
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Empfangsmodulreceiver module
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3, 4, 343, 4, 34
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GleichstromleitungDC line
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3L, 4L, 34L3L, 4L, 34L
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Leitungsinduktivitätlead inductance
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55
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generatorferne Einrichtungengenerator-remote facilities
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66
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EnergieversorgungsnetzPower grid
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77
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Repeateranordnungrepeater arrangement
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2020
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Empfängerreceiver
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21, 21a, 21b21, 21a, 21b
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AuskoppelübertragerAuskoppelübertrager
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21p21p
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Primärwicklungprimary
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21s21s
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Sekundärwicklungsecondary winding
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2222
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Kondensatorcapacitor
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23, 23a, 23b23, 23a, 23b
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Sperrgliedlocking member
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2424
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Induktivitätinductance
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2525
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Kondensatorcapacitor
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2626
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Kondensatorcapacitor
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50, 50a, 50b50, 50a, 50b
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Signalgeneratorsignal generator
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51, 51a, 51b51, 51a, 51b
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EinkoppelübertragerEinkoppelübertrager
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51p, 51pa, 51pb51p, 51pa, 51pb
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Primärwicklungprimary
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51s, 51sa, 51sb51s, 51sa, 51sb
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Sekundärwicklungsecondary winding
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5252
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StrommessmittelCurrent measuring means
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5353
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Regeleinrichtungcontrol device
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5454
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Steuereinrichtungcontrol device
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5555
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Wechselrichterinverter
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55C55C
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Eingangskapazität des WechselrichtersInput capacity of the inverter
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55R55R
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Eingangswiderstand des WechselrichtersInput resistance of the inverter
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56, 56a, 56b56, 56a, 56b
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Sperrgliedlocking member
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57, 57a, 57b57, 57a, 57b
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Kondensatorcapacitor
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58, 58a, 58b58, 58a, 58b
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Induktivitätinductance
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59, 59a, 59b59, 59a, 59b
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Kondensatorcapacitor
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6060
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FilteranordnungA filter assembly
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7070
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HaupttrennorganMain separating member
