-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Stromübertragung zwischen einem Solartracker und einem Stromnetz.
-
In Solarkraftwerken sind eine Vielzahl kleiner Einheiten, wie beispielsweise Solarmodule (Concentrated Solar Power Modules, kurz CSP Modules), auf einem Solartracker angebracht. Der Solartracker ermöglicht es, die virtuelle Bewegung der Sonne entlang ihres Pfades am Himmel zu verfolgen und die Solarmodule entsprechend auszurichten, um elektrische Energie aus der einfallenden Sonnenstrahlung zu erzeugen. Die erzeugte Energie wird in herkömmlichen Solarkraftwerken an eine zentrale Einheit geliefert, von wo aus die Energie in das Stromnetz eingespeist wird.
-
Ein derartiger Solartracker dient jedoch nicht nur der Stromerzeugung, er benötigt auch selbst Energie, um die Solarmodule entsprechend dem Sonnenstand auszurichten und dem virtuellen Pfad der Sonne am Himmel zu folgen. Weiterhin kann es notwendig sein, beispielsweise bei erschwerten Wetterbedingungen wie Sturm oder Hagel, den Solartracker mit den Solarmodulen auf eine sichere Position zu bewegen. Auch dazu ist eine bestimmte Menge Steuer- und Bewegungsenergie am Solartracker notwendig.
-
Es ist bekannt, für die Stromübertragung zwischen einem Solartracker und einem Stromnetz zwei separate Stromkabel zu verwenden. Ein in der Regel sehr dickes Kupferkabel wird verwendet, um die von den Solarmodulen bereitgestellte Energie vom Solartracker zu einer zentralen Einheit, beispielsweise einem Stromrichter wie einem Gleich- oder Wechselrichter, zu übertragen.
-
Ein zweites, in der Regel wesentlich dünneres Kupferkabel wird verwendet, um seitens des Stromnetzes die elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, die für die Aktuatoren und die Steuerschaltkreise benötigt werden, die den Solartracker bewegen.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur Stromübertragung zwischen einem Solartracker und einem Stromnetz zu schaffen.
-
Demgemäß wird eine Anordnung mit einem Solartracker vorgeschlagen. Der Solartracker umfasst eine Anzahl von Solarmodulen zum Bereitstellen eines ersten Stroms einer ersten Frequenz und eine mit einem zweiten Strom einer zweiten Frequenz zu versorgende Steuereinrichtung zum Steuern des Solartrackers und/oder der Solarmodule. Ferner umfasst die Anordnung eine Netzanschlusseinrichtung mit einer Einspeiseeinheit zum Einspeisen des bereitgestellten ersten Stroms in ein Stromnetz und eine Bereitstellungseinheit zum Bereitstellen des zweiten Stroms für den Solartracker. Weiterhin umfasst die Anordnung ein Kabel, welches den ersten Strom und den zweiten Strom zwischen dem Solartracker und der Netzanschlusseinrichtung überträgt.
-
Die vorgeschlagene Anordnung benötigt somit nur ein einziges Kabel zur Übertragung des ersten Stroms und des zweiten Stroms. Auf diese Weise kann sowohl Installationsmaterial wie beispielsweise Kabelmaterial und Anschluss- sowie Verbindungsmaterial eingespart werden, als auch der Installationsaufwand für das Installieren der notwendigen Verkabelung zwischen dem Solartracker und dem Stromnetz reduziert werden.
-
Die Steuereinrichtung ermöglicht es zum einen, die Solarmodule zu steuern und beispielsweise kontinuierlich auf die Sonne auszurichten, um so die durch die Solarmodule bereitgestellte Energie in Form des ersten Stroms zu maximieren. Weiterhin erlaubt es die Steuereinrichtung, den Solartracker zu steuern und beispielsweise bei erschwerten Wetterbedingungen wie Sturm oder Hagel auf eine sichere Position zu bewegen. Der Begriff des „Steuerns“ umfasst hierbei sowohl das Steuern und Regeln durch entsprechend eingerichtete Steuerschaltkreise als auch das Bewegen der Solarmodule und/oder des Solartrackers durch entsprechend eingerichtete Aktuatoren, die die Steuersignale der Steuereinrichtung in eine entsprechende Bewegung umsetzen.
-
Bei Ausführungsformen der Anordnung weist die Anordnung einen zwischen den Solarmodulen und dem Kabel gekoppelten ersten Filter mit einem Durchlassbereich bei der ersten Frequenz und einem Sperrbereich bei der zweiten Frequenz auf. Weiterhin weist die Anordnung einen zwischen der Steuereinrichtung und dem Kabel gekoppelten zweiten Filter mit einem Sperrbereich bei der ersten Frequenz und einem Durchlassbereich bei der zweiten Frequenz, einen zwischen der Einspeiseeinheit und dem Kabel gekoppelten dritten Filter mit einem Durchlassbereich bei der ersten Frequenz und einem Sperrbereich bei der zweiten Frequenz und einen zwischen der Bereitstellungseinheit und dem Kabel gekoppelten vierten Filter mit einem Sperrbereich bei der ersten Frequenz und einem Durchlassbereich bei der zweiten Frequenz auf.
-
Die vorgeschlagenen Filter ermöglichen den Einsatz eines einzigen Kabels zur Übertragung des ersten Stroms mit der ersten Frequenz und des zweiten Stroms mit der zweiten Frequenz. Die zwei Energieflüsse in dem Stromkabel sind durch das durch die Filter implementierte Frequenzmultiplexen vollständig voneinander entkoppelbar.
-
Die Filter umfassen Kondensatoren, Spulen und Transformatoren. Die konkrete Ausgestaltung der Filter kann dabei in Abhängigkeit von den zwischen dem Solartracker und dem Stromnetz zu übertragenden Energiemengen angepasst und optimiert werden.
-
Weiterhin hat diese vollständige Entkoppelung des durch die Solarmodule bereitgestellten ersten Stroms und des vom Stromnetz zur Steuerung des Solartrackers bereitgestellten zweiten Stroms den Vorteil, dass keine durch die Solarmodule erzeugte elektrische Energie für die Steuerung des Solartrackers abgezweigt werden muss. Dies ist unter anderem vorteilhaft, da durch Solarmodule erzeugte elektrische Energie häufig höher vergütet wird, als eine vergleichbare Menge elektrischer Energie aus dem Stromnetz kostet. Es ist daher wünschenswert und vorteilhaft, den zur Steuerung des Solartrackers benötigten zweiten Strom aus dem Stromnetz zu entnehmen und diesen zweiten Strom vollständig von dem durch die Solarmodule bereitgestellten ersten Strom zu entkoppeln.
-
Bei weiteren Ausführungsformen der Anordnung umfasst die Steuereinrichtung eine Nachführeinrichtung zum Nachführen der Solarmodule.
-
Das Nachführen dient dem Ausgleich der Erddrehung, so dass die Solarmodule kontinuierlich auf die Sonne ausgerichtet sind. Auf diese Weise kann die durch die Solarmodule bereitgestellte Energie in Form des ersten Stroms maximiert werden.
-
Bei weiteren Ausführungsformen der Anordnung ist der erste Filter mit den Solarmodulen und dem Kabel verbunden. Weiterhin ist der zweite Filter mit der Steuereinrichtung und dem Kabel verbunden. Der dritte Filter ist mit der Einspeiseeinheit und dem Kabel verbunden, und/oder der vierte Filter ist mit der Bereitstellungseinheit und dem Kabel verbunden.
-
Die entsprechenden Verbindungen ermöglichen die gerichtete Übertragung des ersten Stroms vom Solartracker zum Stromnetz und die gerichtete Übertragung des zweiten Stroms vom Stromnetz zum Solartracker, wobei der erste Strom und der zweite Strom vollständig voneinander entkoppelt sind.
-
Bei weiteren Ausführungsformen der Anordnung sind der erste Filter und der zweite Filter von einer ersten Frequenzweiche umfasst. Der dritte Filter und der vierte Filter sind von einer zweiten Frequenzweiche umfasst.
-
Eine Frequenzweiche teilt ein verschiedene Frequenzen enthaltendes elektrisches Signal auf zwei oder mehr Ausgänge auf, an denen jeweils unterschiedliche Teile oder Frequenzbänder des gesamten ursprünglichen Frequenzspektrums austreten. Bei der ersten und der zweiten Frequenzweiche handelt es sich beispielsweise um passive Frequenzweichen, die auch umgekehrt betreibbar sind, so dass mit ihnen auch die Zusammenführung unterschiedlicher Frequenzen möglich ist. Auf diese Weise sind der erste über das Kabel übertragene Strom der ersten Frequenz und der zweite über dasselbe Kabel übertragene Strom der zweiten Frequenz vollständig voneinander entkoppelbar.
-
Bei weiteren Ausführungsformen der Anordnung ist der erste Strom als ein Gleichstrom ausgebildet. Der zweite Strom ist als ein Wechselstrom ausgebildet.
-
Somit wird der von den Solarmodulen erzeugte erste Strom vorteilhaft als Gleichstrom bereitgestellt, so dass der zweite Strom zur Steuerung des Solartrackers vorteilhaft als Wechselstrom bereitgestellt werden kann. Dies ermöglicht eine besonders einfache Entkoppelung des ersten Stroms und des zweiten Stroms, insbesondere da die Aktuatoren und Steuerschaltkreise zur Steuerung und Bewegung des Solartrackers und/oder der Solarmodule in der Regel lediglich eine vernachlässigbar kleine Energiemenge benötigen. Da das Kabel in der Regel für die Übertragung großer Gleichstrommengen geeignet ist, kann die Übertragung des zweiten Stroms zur Steuerung des Solartrackers auf einfache Weise mit entsprechend niedrigen Wechselspannungen vorgenommen werden. Dies erlaubt es, die notwendigen Filter mit sehr geringem Aufwand auszugestalten, da eine Entkoppelung des ersten Stroms und des zweiten Stroms in diesem Fall auf sehr einfache Art möglich ist.
-
Bei weiteren Ausführungsformen der Anordnung ist der erste Strom als ein Wechselstrom ausgebildet. Der zweite Strom ist ebenfalls als ein Wechselstrom ausgebildet.
-
Bei einer entsprechenden Systemarchitektur, die die Anordnung und das Stromnetz umfasst, sind diese Ausführungsformen beispielsweise hinsichtlich der erzielbaren Energieübertragung und des notwendigen Aufwands, der durch entsprechend ausgestaltete Filter entsteht, vorteilhaft.
-
Bei weiteren Ausführungsformen ist der zweite Strom mittels einer Frequenzmodulation der zweiten Frequenz zur Übertragung von Steuerinformationen an die Steuereinrichtung ausgebildet.
-
Frequenzmodulation ist ein Modulationsverfahren, bei dem die Trägerfrequenz, hier die zweite Frequenz des zweiten Stroms, durch einen Sender in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Signal oder der zu übertragenden Information, hier die Steuerinformationen an die Steuereinrichtung, verändert wird. Auf Empfängerseite, hier die Steuereinrichtung, erfolgt eine Demodulation des empfangenen Signals, wodurch dem Empfänger die übertragene Information, hier die Steuerinformationen an die Steuereinrichtung, bereitgestellt werden.
-
Auf diese Weise ist es möglich, der Steuereinrichtung zusätzlich zu der benötigten Energie über den zweiten Strom Steuerinformationen zu signalisieren. Es ist ausreichend, die Steuerinformationen mit einer geringen Datenrate zu übertragen. Für eine derartige Signalisierung geringer Datenrate mittels einer Frequenzmodulation kann ein Modulationsindex so gewählt werden, dass die Signalisierung der Steuerinformationen sich nicht störend auf die Funktion der Filter oder auf den Transport des ersten Stroms und des zweiten Stroms auswirkt. Auf diese Weise können mehrere die Steuerinformationen codierende Bits pro Sekunde an die Steuereinrichtung übermittelt werden. Die Steuerinformationen können die Steuereinrichtung beispielsweise veranlassen, den Solartracker auf eine sichere Position zu bewegen.
-
Bei weiteren Ausführungsformen der Anordnung ist der erste Strom als ein Wechselstrom ausgebildet. Der zweite Strom ist als ein Gleichstrom ausgebildet. Weitere entsprechende Ausführungsformen der Anordnung umfassen einen Gleichrichter zum Umwandeln des ersten Stroms in einen Gleichstrom.
-
Diese Ausführungsformen sind besonders vorteilhaft für den Fall, dass Gleichrichter in die Solarmodule oder den Solartracker integrierbar sind.
-
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Anordnung mit einem Solartracker vorgeschlagen. Der Solartracker umfasst eine Anzahl von Solarmodulen zum Bereitstellen eines ersten Stroms einer ersten Frequenz und eine mit einem zweiten Strom einer zweiten Frequenz zu versorgende Steuereinrichtung zum Steuern des Solartrackers und/oder der Solarmodule. Ferner umfasst die Anordnung eine Netzanschlusseinrichtung mit einer Einspeiseeinheit zum Einspeisen des bereitgestellten ersten Stroms in ein Stromnetz und eine Bereitstellungseinheit zum Bereitstellen des zweiten Stroms für den Solartracker. Weiterhin umfasst die Anordnung ein einziges Kabel zum Übertragen des ersten Stroms und des zweiten Stroms zwischen dem Solartracker und der Netzanschlusseinrichtung. Das Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen des ersten Stroms durch die Solarmodule, Bereitstellen des zweiten Stroms durch die Bereitstellungseinheit, Übertragen des ersten Stroms und des zweiten Stroms über das Kabel, Einspeisen des ersten Stroms in das Stromnetz durch die Einspeiseeinheit, und/oder Steuern des Solartrackers und/oder der Solarmodule durch die Steuereinrichtung mittels des zweiten Stroms.
-
Das vorgeschlagene Verfahren bedingt somit nur ein einziges Kabel zur Übertragung des ersten Stroms und des zweiten Stroms.
-
Ausführungsformen des Verfahrens umfassen ferner ein Übertragen von Steuerinformationen an die Steuereinrichtung mittels einer Frequenzmodulation der zweiten Frequenz des zweiten Stroms.
-
Auf diese Weise ist es möglich, der Steuereinrichtung zusätzlich zu der benötigten Energie über den zweiten Strom Steuerinformationen zu signalisieren.
-
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Verfahrensschritten, Merkmalen oder Ausführungsformen der Anordnung oder des Verfahrens. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen oder abändern.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Stromübertragung zwischen einem Solartracker und einem Stromnetz; und
-
2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Stromübertragung zwischen einem Solartracker und einem Stromnetz.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1 zur Stromübertragung zwischen einem Solartracker 2 und einem Stromnetz 7.
-
Auf dem Solartracker 2 ist eine Anzahl von Solarmodulen 3 montiert, die zum Bereitstellen eines ersten Stroms I1 einer ersten Frequenz eingerichtet sind. Weiterhin weist der Solartracker 2 eine mit einem zweiten Strom I2 einer zweiten Frequenz zu versorgende Steuereinrichtung 4 auf, die zum Steuern des Solartrackers 2 und/oder der Solarmodule 3 eingerichtet ist.
-
Die Anordnung 1 weist eine Netzanschlusseinrichtung 5 mit einer Einspeiseeinheit 6 zum Einspeisen des bereitgestellten ersten Stroms I1 in das Stromnetz 7 sowie eine Bereitstellungseinheit 8 zum Bereitstellen des zweiten Stroms I2 für den Solartracker 2 auf. Ein Kabel 9 zwischen dem Solartracker 2 und der Netzanschlusseinrichtung 5 ist zum Übertragen des ersten Stroms I1 und des zweiten Stroms I2 eingerichtet.
-
In der 1 sind die Richtung des ersten Stroms I1 sowie die Richtung des zweiten Stroms I2 durch Pfeile angedeutet. Die Flussrichtung des jeweiligen Stroms I1, I2 wird durch in der 1 dargestellte Filter 10–13 sichergestellt. Ein zwischen den Solarmodulen 3 und dem Kabel 9 verbundener erster Filter 10 weist einen Durchlassbereich bei der ersten Frequenz und einen Sperrbereich bei der zweiten Frequenz auf. Ein zwischen der Steuereinrichtung 4 und dem Kabel 9 verbundener zweiter Filter 11 weist einen Sperrbereich bei der ersten Frequenz und einen Durchlassbereich bei der zweiten Frequenz auf. Ein zwischen der Einspeiseeinheit 6 und dem Kabel 9 verbundener dritter Filter 12 weist einen Durchlassbereich bei der ersten Frequenz und einen Sperrbereich bei der zweiten Frequenz auf. Ein zwischen der Bereitstellungseinheit 8 und dem Kabel 9 verbundener vierter Filter 13 weist einen Sperrbereich bei der ersten Frequenz und einen Durchlassbereich bei der zweiten Frequenz auf.
-
Der erste Filter 10 und der zweite Filter 10 bilden somit eine erste Frequenzweiche 15 aus, der dritte Filter 12 und der vierte Filter 13 bilden entsprechend eine zweite Frequenzweiche 16 aus. Die Filter 10–13 beziehungsweise die Frequenzweichen 15, 16 stellen sicher, dass der erste Strom I1 von dem Solartracker 2 zum Stromnetz 7 geleitet wird, während der zweite Strom I2 vom Stromnetz 7 zum Solartracker 2 geleitet wird. Durch die Ausgestaltung der Filter 10–13 ist nur ein einziges Kabel 9 zur Übertragung beider Ströme I1, I2 notwendig.
-
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 umfasst die Steuereinrichtung 4 eine Nachführeinrichtung 14 zum Nachführen der Solarmodule 3, um diese entsprechend dem Stand der Sonne optimal auszurichten und nachzuführen.
-
2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Stromübertragung zwischen dem Solartracker 2 und dem Stromnetz 7 entsprechend der 1 dargestellten Anordnung.
-
In Schritt 101 wird der erste Strom I1 durch die Solarmodule 3 bereitgestellt.
-
In Schritt 102 wird der zweite Strom I2 durch die Bereitstellungseinheit 8 bereitgestellt.
-
In Schritt 103 werden der erste Strom I1 und der zweite Stroms I2 über das Kabel 9 übertragen.
-
In Schritt 104 wird der erste Strom I1 durch die Einspeiseeinheit 6 in das Stromnetz 7 eingespeist.
-
In Schritt 105 werden Steuerinformationen mittels einer Frequenzmodulation der zweiten Frequenz des zweiten Stroms I2 an die Steuereinrichtung 4 übertragen.
-
In Schritt 106 werden der Solartracker 2 und/oder die Solarmodule 3 mittels des zweiten Stroms I2 durch die Steuereinrichtung 4 gesteuert. Dabei liefert der zweite Strom I2 sowohl die notwendige Energie zum Bewegen des Solartrackers 2 und/oder der Solarmodule 3 beziehungsweise der die Solarmodule 3 nachführenden Nachführeinrichtung 14 als auch die Steuerinformationen, die zur Steuerung der Bewegungen des Solartrackers 2 und/oder der Solarmodule 3 beziehungsweise der Nachführ-einrichtung 14 dienen.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
