DE102013100901A1

DE102013100901A1 - Solaranordnung

Info

Publication number: DE102013100901A1
Application number: DE102013100901A
Authority: DE
Inventors: Szu-Han Li; Chih-Chieh HSIEH; Thomas Tong-Hong Fu
Original assignee: TSMC Solar Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2013-09-05
Also published as: US8965596B2; CN103296107A; TWI572115B; TW201338347A; US20130231797A1

Abstract

Ein Solarstrang umfasst ein erstes und ein zweites Solarmodul, die mit einem ersten und einem zweiten Filter über eine elektrische Übertragungsleitung verbunden sind. Das zweite Solarmodul umfasst einen Sonnenkollektor, der eine Mehrzahl Photovoltaikzellen aufweist, die darauf ausgelegt sind, Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Prozessor ist mit dem Sonnenkollektor verbunden und steht mit dem ersten Solarmodul in Kommunikation. Der Prozessor ist darauf ausgelegt, eine Ausgabe des Sonnenkollektors zu überwachen und ein Statussignal, das eine Umgebungsbedingung des zweiten Solarmoduls umfasst, an das erste Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung zu übertragen. Der erste und der zweite Filter sind darauf ausgelegt, elektrische Leistung an einen Zentralinverter einer Solaranordnung, in welcher der Solarstrang angeordnet ist, durchzulassen, und die Statussignale, welche von dem zweiten Solarmodul an das erste Solarmodul übertragen werden, davon abzuhalten, an den Zentralinverter übertragen zu werden.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die offenbarten Systeme und Verfahren betreffen Solaranordnungen. Genauer betreffen die offenbarten Systeme und Verfahren die Reduzierung des Leistungsabfalls von Solaranordnungen, wenn diese teilweise beschattet sind.
HINTERGRUND
Mit dem Versuch der Menschheit, ihre Abhängigkeit von nicht regenerierbaren Energiequellen, wie Öl, zu verringern, haben sich erneuerbare Energiequellen mehr und mehr verbreitet. Die Sonnenenergie ist ein Beispiel für eine erneuerbare Energiequelle, welche verstärkt dazu benutzt worden ist, Betriebe und Privathaushalte durch die Verwendung von Solaranordnungen, welche die Sonnenenergie in Elektrizität umwandeln, mit Energie zu versorgen. Konventionelle Solaranordnungen erleiden jedoch einen erhebliche Leistungsabfall, wenn die Anordnung verdunkelt oder teilweise beschattet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Beispiel einer verbesserten Solaranordnung.
2 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Solarmoduls gemäß der verbesserten Solaranordnung, die in 1 veranschaulicht ist.
3 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren für die Verringerung der Auswirkungen einer teilweisen Beschattung eines Solarstrangs.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen ist dazu vorgesehen, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen zu werden, welche als ein Teil der gesamten schriftlichen Beschreibung betrachtet werden sollen.
Es wird eine verbesserte Solaranordnung offenbart, welche eine Anzahl Tiefpassfilter aufweist, um in vorteilhafter Weise den Leistungsabfall zu verringern, wenn die Solaranordnung teilweise beschattet ist. Die verbesserte Solaranordnung ermöglicht es ebenfalls, dass der Umfang der kabelgebundenen Verdrahtung verringert wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Solaranordnung verbessert wird.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die verbesserte Solaranordnung 100 eine Anzahl n Spalten 102 und eine Anzahl m Reihen 104 von Solarmodulen („SM“) 106 auf. Die Solarmodule 106, beispielsweise in einer Spalte 104, sind mit entsprechenden Filterpaaren 108 über elektrische Leistungsübertragungsleitungen 107-1, 107-2, 107-n verbunden. Beispielsweise ist jedes der Solarmodule 106, welches in Spalte 102-1 angeordnet ist (z.B. die Solarmodule 106-11, 106-12, 106-1m) mit Filtern 108-1 und 108-2 über eine einzige elektrische Leistungsübertragungsleitung 107-1 verbunden, wobei jedes der in Spalte 102-2 angeordneten Solarmodule 106 (z.B. die Solarmodule 106-21, 106-22, 106-2m) mit Filtern 108-3 und 108-4 über eine einzige elektrische Leistungsübertragungsleitung 107-2 verbunden ist, und wobei jedes der in Spalte 102-n angeordneten Solarmodule 106 (z.B. die Solarmodule 106-n1, 106-n2, 106-nm) mit Filtern 108-(p-1) und 108-p über eine einzige elektrische Leistungsübertragungsleitung 107-n verbunden ist.
Die Filter 108-1, 108-3 und 108-(p-1) sind über eine elektrische Übertragungsleitung 109-1 mit einem Zentralinverter 110 verbunden, und die Filter 108-2, 108-4 und 108-p sind mit dem Zentralinverter 110 über eine elektrische Übertragungsleitung 109-2 verbunden. Der Zentralinverter 110 ist darauf ausgelegt, ein Wechselstrom(„AC“)-Ausgangsleistungssignal in Erwiderung auf den Empfang von Gleichstrom(„DC“)-Leistungssignalen von den Filtern 108 in eine Leistungsausgabe für die Anordnung 100 umzuwandeln, wie es der Fachmann verstehen wird. Obwohl die 1 zeigt, dass jeder Filter 108 mit einer entsprechenden Spalte 102 des Solarmoduls 106 verbunden ist, wird der Fachmann verstehen, dass die Anordnung 100 derart ausgebildet sein kann, dass jeder der Filter 108 mit einer entsprechenden Reihe 104 des Solarmoduls 106 verbunden ist.
Die 2 veranschaulicht ein Beispiel eines Solarmoduls 106 gemäß der Solaranordnung 100, die in 1 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt ist, kann das Solarmodul 106 einen Sonnenkollektor 112 aufweisen, der eine Mehrzahl Photovoltaikzellen 113 aufweist, die darauf ausgelegt sind, Elektrizität aus Lichtenergie, d.h. aus Photonen, zu gewinnen, welche von der Sonne oder einer anderen photonischen Energiequelle empfangen worden sind. Derartige photovoltaische Zellen 113 können aus kristallinem Silizium und/oder aus Dünnschichtzellen, die Kadmiumtellurid oder Silizium verwenden, hergestellt werden. Dioden (nicht dargestellt) können zur Verhinderung von Gegenströmen verwendet werden, wie es der Fachmann verstehen wird.
Eine Maximum-Power-Point-Verfolgungs(„MPPT“)-Einheit 114 ist mit dem Sonnenkollektor 112 verbunden, so dass die MPPT-Einheit 114 die Leistungsausgabe des Sonnenkollektors 112 überwachen und dem Sonnenkollektor 112 Steuersignale zuleiten kann. Bei manchen Ausführungsformen kann die MPPT-Einheit einen oder mehrere Prozessoren 116 und einen Speicher 118, der mit dem oder den Prozessor(en) 116 kommunikativ in Verbindung steht, aufweisen. Der Prozessor oder die Prozessoren 116 können irgendeine zentrale Recheneinheit („CPU“), ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, eine Recheneinheit oder ein Schaltkreis für die Ausführung von Befehlen sein.
Der oder die Prozessoren 116 können darauf ausgelegt sein, eine Leistungsausgabe des Sonnenkollektors 112 zu überwachen/abzutasten und Eigenschaften des Kollektors 112 anzupassen, um die Leistungsausgabe bei gegebenen Umgebungsbedingungen zu optimieren. Wie es der Fachmann verstehen wird, kann der Prozessor oder können die Prozessoren 116 darauf ausgelegt sein, die Leistung zu überwachen, einschließlich der Spannung und/oder des Stroms, die von dem Sonnenkollektor 112 ausgegeben werden und einen Widerstand an den Ausgang des Sonnenkollektors 112 anlegen, um eine Strom-Spannungs(„I–V“)-Kurve zu erzeugen. Der Prozessor oder die Prozessoren können die I–V-Kurve dazu verwenden, einen Maximalstrom zu bestimmen, welcher von dem Sonnenkollektor 112 bezogen werden kann, um die Leistungsausgabe des betreffenden Kollektors 112 zu maximieren.
Der Speicher 118 kann ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff („RAM“) sein, etwa ein statischer RAM („SRAM“), ein dynamischer RAM („DRAM“), oder ein Lese-Speicher („ROM“). Beispiele für ROMs umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt, einen programmierbaren ROM („PROM“), einen löschbaren PROM („EPROM“) und einen elektrisch löschbaren PROM („EEPROM“). Der Speicher 118 ist darauf ausgelegt, Daten zu speichern, so dass der Prozessor oder die Prozessoren 116 die I–V-Kurve erzeugen und andere Funktionen ausführen können, wie es der Fachmann verstehen wird.
Die MPPT-Einheit 114 kann weiterhin ein oder mehrere Kommunikationsmodule und/oder eine oder mehrere Schnittstellen 120 aufweisen, um Steuersignale von dem Prozessor oder von den Prozessoren 116 an den Sonnenkollektor 112 weiterzuleiten und um Statussignale, welche Umgebungsbedingungen des Prozessors oder der Prozessoren kennzeichnen, weiterzuleiten und zu empfangen, von und an andere Solarmodule 106, welche in derselben Spalte 102 oder derselben Reihe 104 angeordnet sind. Die Kommunikationsschnittstelle und das Protokoll für die Übertragung der Steuersignale von dem Prozessor oder den Prozessoren 116 an den Sonnenkollektor 112 kann sich von der Kommunikationsschnittstelle und dem Protokoll, welche dazu verwendet werden, um Statussignale von anderen Solarmodulen 106 in derselben Spalte 102 oder derselben Reihe 104 zu empfangen oder weiterzuleiten, unterscheiden. Bei manchen Ausführungsformen werden beispielsweise Statussignale zwischen Solarmodulen 106 in demselben Strang weitergeleitet, etwa in derselben Spalte 102 oder Reihe 104, die mit einem gemeinsamen Filter 108 verbunden sind, über dieselbe physikalische Leistungsübertragungsleitung, welche dazu verwendet wird, um Leistung von dem Sonnenkollektor 112 zu dem Zentralinverter 110 zu übertragen.
Das Solarmodul 106 umfasst weiterhin einen DC-zu-DC („DC-DC“)-Konverter 122. Der DC-DC-Konverter 122 kann ein gesondertes Bauteil sein oder als ein integrales Bauteil der MPPT-Einheit 114 und/oder des Sonnenkollektors 112 ausgebildet sein. Der DC-DC-Konverter 122 ist darauf ausgelegt, eine erste DC-Spannungsausgabe von einem Sonnenkollektor 112 und eine Ausgabe einer zweiten DC-Spannung, die stabilisiert ist, d.h. die weniger schwankt im Vergleich zu der ersten DC-Spannung, zu empfangen. Bei manchen Ausführungsformen kann der DC-DC-Konverter 122 einen Umwandler aufweisen, um den ersten DC-Spannungspegel in einen zweien DC-Spannungspegel umzuwandeln.
Wieder mit Bezug auf 1 können die Filter 108 Tiefpassfilter („LPF“) sein, die darauf ausgelegt sind, Leistungssignale, die bei niedrigen Frequenzen oszillieren, durchzulassen, während hochfrequente Signale blockiert werden. Bei manchen Ausführungsformen weisen die Niederfrequenzsignale 100 Hz oder weniger auf, während hohe Frequenzen bei oder oberhalb von 1 kHz liegen. Der Fachmann wird verstehen, dass die niedrigen Frequenzen und die hohen Frequenzen außerhalb der beispielhaft genannten Grenzwerte liegen können. Andere Filter, etwa Bandpassfilter, können ebenso als Filter 108 verwendet werden, wie es der Fachmann verstehen wird. Wenn sie als LPF verwendet werden, können die Filter 108 einen Widerstands-Kondensator(„RC“)-Schaltkreis aufweisen, mit einer RC-Zeitkonstante, die eine Grenzfrequenz erzeugt, die oberhalb der Nominalfrequenz liegt, bei welcher die DC-Leistungssignale oszillieren. Insbesondere können die Filter 108 dazu ausgebildet sein, Frequenzen zu blockieren, bei welchen Status- und Steuersignale zwischen Solarmodulen in einem Strang weitergeleitet werden, um zu verhindern, dass Statussignale an den Inverter 110 oder andere Stränge weitergeleitet werden.
Ein Verfahren für die Minimierung der Auswirkungen auf eine Solaranordnung, welche teilweise beschattet wird, wird mit Bezug auf 3 beschrieben, welche ein Flussdiagramm eines Beispiels eines derartigen Verfahrens 300 ist. Das unten beschriebene Verfahren 300 kann mit Hilfe eines oder mehreren der Solarmodule 106 in einem bestimmten Solarstrang ausgeführt werden.
Bei dem Block 302 bestehen normale Betriebsbedingungen oder vollständige Sonnenbestrahlung eines Solarstrangs, z.B. Leistung, Spannung und Strom (z.B. eine Spalte 102 oder eine Reihe 104 des Solarmoduls 106 ist mit einem gemeinsamen Filter 108 verbunden). Beispielsweise kann jedes der Solarmodule 106 in Spalte 102-1 darauf ausgelegt sein, eine Spannung von 100 V und einen Strom von 1 A auszugeben, bei Umgebungsbedingungen, bei welchen das Modul 106 vollständig der Sonne ausgesetzt ist. Die Spannungsausgabe des Solarstrangs, welcher in der veranschaulichten 1 einer Spalte 102 entspricht, kann unter Verwendung der nachstehenden Gleichung berechnet werden: V_string = N_n × V_n + N_s × V_s Gl. 1
Wobei

N_n: die Anzahl der nicht beschatteten Module ist;
V_n: die Spannungsausgabe der nicht beschatteten Solarmodule ist;
N_s: die Anzahl der beschatteten Solarmodule ist (d.h. die Anzahl der nicht vollständig sonnenbestrahlten Module); und
V_s: die Spannungsausgabe der beschatteten Solarmodule ist.

Unter der Annahme, dass sich drei Solarmodule 106 in jedem der Solarstränge 102, die in 1 gezeigt sind, befinden, d.h. m = 3, und dass jedes Solarmodul 106 bei vollständiger Sonnenbestrahlung 50 V ausgibt, berechnet sich V_string zu 150 V bei vollständiger Sonnenbestrahlung, d.h. N_s = 0. Wie es der Fachmann verstehen wird, ist die Leistungsausgabe eines Strangs bei vollständiger Sonnenbestrahlung, P_string gleich dem Produkt aus Strangstrom, I_string, und V_string. Dementsprechend liegt die Leistung des zuvor beschriebenen Strangs mit drei Solarmodulen oberhalb von 150 W bei vollständiger Sonnenbestrahlung.
Die Betriebsbedingungen eines Solarstrangs bei ersten Umgebungsbedingungen, z.B. bei vollständiger Sonnenbestrahlung, können bei dem Block 304 in einem Speicher gespeichert werden. Bei manchen Ausführungsformen speichert jedes der Solarmodule 106 in einem Solarmodulstrang die Betriebsbedingungen des Strangs bei vollständiger Sonnenbestrahlung in seinem entsprechenden Speicher 118 in Erwiderung auf den Empfang der Betriebsbedingungen bei vollständiger Sonnenbestrahlung der anderen Solarmodule 106 in dem Strang über die Kommunikationsschnittstelle bzw. das Kommunikationsmodul 120. Bei manchen Ausführungsformen führt ein einziges der Solarmodule 106 in einem Strang, etwa ein Solarmodul 106, das unmittelbar angrenzend an einen Filter 108 eines Filterpaares angeordnet ist, die Berechnungen durch und speichert die Betriebsbedingungen bei vollständiger Sonnenbestrahlung für den gesamten Strang in seinem entsprechenden Speicher 118.
Bei dem Block 306 erfährt eines der Solarmodule 106 oder erfahren mehrere der Solarmodule 106 eine Änderung der Umgebungsbedingungen, etwa wenn sie teilweise beschattet werden oder wenn sie unmittelbar dem Sonnenlicht ausgesetzt werden, nachdem sie zuvor beschattet waren, und eines oder mehrere der Solarmodule 106 in einem Strang überträgt und/oder empfängt einen Hinweis auf ein derartiges Ereignis. Beispielsweise, wenn ein Solarmodul 106 in einem Strang, etwa das Solarmodul 106-12 in Spalte 102-1, Reihe 104-2, zumindest teilweise beschattet wird, misst der Prozessor 116 bzw. messen die Prozessoren 116 des beschatteten Solarmoduls 106-12 einen Abfall der Spannung, des Stroms und/oder der Leistungsausgabe des Sonnenkollektors 112. Auf die Identifizierung des Spannungs-, Strom- und/oder Leistungsabfalls erzeugt der Prozessor bzw. erzeugen die Prozessoren 116 ein Statussignal, welches über eine Kommunikationsschnittstelle bzw. Kommunikationsschnitten bzw. ein Kommunikationsmodul bzw. Kommunikationsmodule 120 an die übrigen Solarmodule 106 in dem Strang übermittelt werden soll.
Das Statussignal kann von dem Solarmodul 106-12 an die übrigen Solarmodule 106 in dem Strang über die elektrische Übertragungsleitung übermittelt werden, welche das Solarmodul 106 in dem Strang mit jedem anderen und den Filtern 108-1 und 108-2 verbindet. Das Statussignal, welches von dem Solarmodul 106-12 übermittelt worden ist, kann Daten der Umgebungsbedingungen umfassen, etwa eine Spannung, einen Strom und/eine Leistung, die in einer Trägerwelle moduliert sind, die eine Frequenz aufweist, welche außerhalb des Durchlassbandes der Filter 108-1 und 108-2 liegt, so dass die Statussignale, die in einem Strang, z.B. Spalte 102-1, übertragen werden, nicht an andere Stränge übertragen werden, beispielsweise die Spalten 102-2 und/oder 102-n. Das von dem beschatteten Solarmodul 106-2 übertragene Statussignal wird von jedem der übrigen Solarmodule 106 in demselben Strang 102 empfangen.
Bei dem Block 308 passt eines oder mehrere der Solarmodule in dem Strang, in welchem das beschattete Solarmodul 106 angeordnet ist, seine Betriebsbedingungen in Erwiderung auf den Empfang des Hinweises auf das Beschattungsereignis an. Bei manchen Ausführungsformen verwendet jedes der Solarmodule 106, welches das Statussignal von dem beschatteten Modul 106-12 empfängt, die Gleichung 1, um geeignete Betriebsparameter zu bestimmen, um sich an das beschattete Modul 106-12 anzupassen. Beispielsweise, wenn das Statussignal, welches von dem Solarmodul 106-12 empfangen worden ist, angibt, dass das beschattete Solarmodul 106-12 7,14 V und 0,7 A ausgibt, werden die übrigen Solarmodule 106 in dem Strang berechnen, dass sie ihre entsprechende Spannungsausgabe um 71,43 V (150 V = 2 × V_n + 7,14 V) erhöhen müssen, um die verminderte Spannungsausgabe des beschatteten Solarmoduls 106-12 auszugleichen, derart, dass die Ausgabespannung der Spalte 102 150 V beträgt.
Der Prozessor bzw. die Prozessoren 116 des Solarmoduls 106 übertragen Steuersignale über die Kommunikationsschnittstelle/das Kommunikationsmodul 120 an ihren entsprechenden Sonnenkollektor 112, um die Leistungseigenschaften des Kollektors 112 anzupassen. Wie es der Fachmann verstehen wird, kann der Sonnenkollektor 112 seine internen Abläufe ändern, um seine Leistungsfähigkeit als Reaktion auf die Steuersignale, welche er von dem Prozessor bzw. den Prozessoren 116 empfangen hat, anzupassen.
Bei manchen Ausführungsformen wird eines der Solarmodule 106 in einer Spalte 102 (oder einer Reihe 104, abhängig von der Konfiguration eines Strangs) als eine Steuerung für den gesamten Strang betrieben. Beispielsweise kann das Solarmodul 106-11 darauf ausgelegt sein, Statussignale von jedem der übrigen Solarmodule 106, die in demselben Strang angeordnet sind, zu empfangen. Der Prozessor bzw. die Prozessoren 116 des Solarmoduls 106-11 bestimmen geeignete Betriebsparameter (z.B. Spannung, Strom und/oder Leistung) für jedes der Solarmodule 106 in demselben Strang, basierend auf den Statussignalen und unter Verwendung der Gleichung 1. Die berechneten Betriebsparameter für jedes der Solarmodule 106 in demselben Strang können dann von dem steuernden Solarmodul 106-11 an die übrigen Solarmodule 106 in demselben Strang über die Kommunikationsschnittstelle bzw. das Kommunikationsmodul 120 und die Stromleitungen, welche dazu verwendet werden, die Solarmodule 106 desselben Strangs miteinander zu verbinden, übertragen werden.
Jedes der übrigen Solarmodule 106 in demselben Strang empfängt die Status- und/oder Steuersignale von dem steuernden Solarmodul 106-11 und ihre entsprechenden Prozessoren 116 extrahieren die Daten von den Signalen. Die Prozessoren 116 der Solarmodule 106 übertragen dann Steuersignale über die Kommunikationsschnittstelle bzw. das Kommunikationsmodul 120 an ihren jeweiligen Sonnenkollektor 112, um die Leistungscharakteristik des Kollektors 112 anzupassen. Wie es der Fachmann verstehen wird, kann der Sonnenkollektor 112 seine internen Abläufe ändern, um seine Leistungsfähigkeit in Erwiderung auf die Steuersignale, welche er von dem Prozessor bzw. den Prozessoren empfangen hat, anzupassen.
Die Kommunikation zwischen den Solarmodulen 106 in einem gemeinsamen Strang kann periodisch erfolgen. Beispielsweise kann jedes der Solarmodule 106 darauf ausgelegt sein, seinen Status an die übrigen Solarmodule 106 in demselben Strang bei vorgegebenem Zeitintervall zu übermitteln, welches von einem Zeitintervall abweicht, währenddessen ein anderes Solarmodul seinen Status übermittelt. Der Fachmann wird verstehen, dass derartige periodische Übertragungsprotokolle unabhängig davon implementiert werden können, ob die Solarmodule 106 in einem Strang darauf ausgelegt sind, als eine Steuerung für den Strang betrieben zu werden, oder nicht.
Bei Ausführungsformen, bei welchen eines der Solarmodule 106 in einem Strang als eine Steuerung ausgelegt ist, kann die periodische Kommunikation von einem steuernden Solarmodul 106 durchgeführt werden, welches die übrigen Solarmodule 106 in demselben Strang abfragt. Beispielsweise kann das Solarmodul 106, das als die Steuerung agiert, periodisch ein Statusanfragesignal an jedes der Solarmodule in dem Strang übermitteln. In Erwiderung auf das Statusanfragesignal kann jedes der Solarmodule 106 seinen entsprechenden Status an das Solarmodul 106, das als Steuerung agiert, übermitteln.
Die Kommunikation zwischen den Solarmodulen 106 kann ebenso ereignisabhängig erfolgen. Beispielsweise kann jedes der Solarmodule 106 einen entsprechenden Status während eines Initialisierungsprozesses oder der Betriebsaufnahme sowie in Erwiderung auf andere Ereignisse, etwa wenn eines der Solarmodule 106 beschattet oder von direktem Sonnenlicht beschienen wird, übertragen. Der Fachmann wird verstehen, dass verschieden Verfahren zur Kommunikation zwischen den Solarmodulen 106 in einem gemeinsamen Strang implementiert sein können.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst ein Solarstrang ein erstes und ein zweites Solarmodul, die mit einem ersten und einem zweiten Filter über eine elektrische Übertragungsleitung verbunden sind. Das zweite Solarmodul umfasst einen Sonnenkollektor, der eine Mehrzahl Photovoltaikzellen aufweist, die darauf ausgelegt sind, Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Prozessor ist mit dem Sonnenkollektor verbunden und steht in Kommunikation mit dem ersten Solarmodul. Der Prozessor ist darauf ausgelegt, eine Ausgabe des Sonnenkollektors zu überwachen und ein Statussignal an das erste Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung zu übertragen. Das Statussignal umfasst eine Umgebungsbedingung des zweiten Solarmoduls. Der erste und der zweite Filter sind darauf ausgelegt, elektrische Leistung an einen zentralen Inverter einer Solaranordnung durchzulassen, in welcher der Solarstrang angeordnet ist, und zu verhindern, dass das Statussignal, welches von dem zweiten Solarmodul an das erste Solarmodul übertragen wird, an den zentralen Inverter übertragen wird.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren das Überwachen einer Ausgabe eines Sonnenkollektors, der mit einer elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist, das Identifizieren einer Veränderung in der Ausgabe des Sonnenkollektors und das Übertragen eines ersten Signals, das einem Sonnenmodul, welches mit der elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist, eine Umgebungsbedingung angibt, in Erwiderung auf die Identifizierung der Änderung in der Ausgabe des Sonnenkollektors. Das erste Signal wird bei einer Frequenz übertragen, welche sich von einer Frequenz der Ausgabe des Sonnenkollektors unterscheidet, wobei ein Filter, der mit der elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist, darauf ausgelegt ist, das erste Signal davon abzuhalten, an einen zentralen Inverter, der mit dem Filter verbunden ist, durchgelassen zu werden.
Bei manchen Ausführungsformen umfasst eine Solaranordnung einen zentralen Inverter und eine Mehrzahl Solarstränge, die mit dem zentralen Inverter verbunden sind. Zumindest einer der Mehrzahl Solarstränge umfasst ein erstes Solarmodul, das über eine elektrische Übertragungsleitung mit einem ersten und einem zweiten Filter verbunden ist. Ein zweites Solarmodul ist mit dem ersten und dem zweiten Filter und mit dem ersten Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung verbunden. Das zweite Solarmodul umfasst einen Sonnenkollektor, der eine Mehrzahl Photovoltaikzellen umfasst, die darauf ausgelegt sind, Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, sowie einen Prozessor, der mit dem Sonnenkollektor verbunden ist und mit dem ersten Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung in Verbindung steht. Der Prozessor ist darauf ausgelegt, eine Ausgabe des Sonnenkollektors zu überwachen und ein Statussignal an das erste Solarmodul über die erste elektrische Übertragungsleitung zu übertragen. Das Statussignal umfasst eine Umgebungsbedingung des zweiten Solarmoduls. Der erste und der zweite Filter sind darauf ausgelegt, elektrische Leistung an den zentralen Inverter durchzulassen und das Statussignal, welches von dem zweiten Solarmodul an das erste Solarmodul übertragen wird, davon abzuhalten, an den zentralen Inverter übertragen zu werden.
Die verbesserten Solarstränge und -anordnungen, welche zuvor beschrieben worden sind, ermöglichen in vorteilhafter Weise, dass Solarmodule in einem bestimmten Solarstrang miteinander kommunizieren können, während das Übersprechen zwischen den Solarsträngen unterbunden wird. Die Kommunikation unter den Solarmodulen in einem gemeinsamen Solarstrang ermöglicht, dass die Solarmodule ihre Ausgaben anpassen, um Veränderungen in den Umgebungsbedingungen, welche eines oder mehrere der Solarmodule in einem Strang erfahren, auszugleichen. Die Möglichkeit, Änderungen in den Umgebungsbedingungen, welche unterschiedliche Module in einem Strang erfahren, auszugleichen, verringert die Auswirkung von teilweiser oder vollständiger Beschattung auf die Leistungsfähigkeit eines Strangs. Darüber hinaus kann die offenbarte Architektur bei minimaler Verdrahtung implementiert werden, wodurch die Kosten einer Solaranordnung verringert werden.
Die vorliegende Erfindung kann in Form von Verfahren und in Form von Vorrichtungen für die Ausübung derartiger Verfahren ausgeübt werden. Die vorliegende Erfindung kann ebenso in Form eines Programmiercodes, der in konkreten Medien manifestiert ist, ausgeführt werden, beispielsweise als Floppy-Disketten, CD-ROMs, DVD-ROMs, Blu-Ray-Datenträgern, Festplatten oder irgendwelchen anderen maschinenlesbaren Speichermedien, wobei, wenn der Programmiercode in eine Maschine geladen oder von dieser ausgeführt wird, etwa von einem Computer, diese Maschine eine Vorrichtung für die Ausübung der Erfindung wird. Die vorliegende Erfindung kann ebenso in Form eines Programmiercodes, beispielsweise wenn dieser in einem Speichermedium gespeichert ist, in eine Maschine geladen und/oder von dieser ausgeführt wird, oder über manche Übertragungsmedien übertragen wird, beispielsweise über elektrische Verdrahtungen oder Kabel, über Faseroptiken oder über elektromagnetische Strahlung, ausgeführt werden, wobei, wenn der Programmcode in eine Maschine geladen und von dieser ausgeführt wird, beispielsweise einem Computer, wird die Maschine eine Vorrichtung für die Ausübung der Erfindung. Wenn die Segmente des Programmiercodes mit einem Prozessor für allgemeine Anwendungen ausgeführt werden, verbinden sich diese mit dem Prozessor, um eine einzigartige Vorrichtung bereitzustellen, welche analog zu bestimmten Logikschaltkreisen betrieben wird.
Obwohl die Erfindung in Form beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll sie nicht auf diese beschränkt werden. Vielmehr sollen die anhängenden Ansprüche breit ausgelegt werden, um auch andere Varianten und Ausführungsformen der Erfindung mit zu umfassen, welche vom Fachmann berücksichtigt sein können, ohne aus dem Umfang und der Reichweite von Äquivalenten der Erfindung herauszutreten.

Claims

Solarstrang, der aufweist: einen ersten und einen zweiten Filter; ein erstes Solarmodul, das mit dem ersten und dem zweiten Filter über eine elektrische Übertragungsleitung verbunden ist; und ein zweites Solarmodul, das mit dem ersten und dem zweiten Filter sowie dem ersten Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung verbunden ist, wobei das zweite Solarmodul aufweist: einen Sonnenkollektor, der eine Mehrzahl Photovoltaikzellen aufweist, die darauf ausgelegt sind, Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, und einen Prozessor, der über die erste elektrische Übertragungsleitung mit dem Sonnenkollektor verbunden ist und in kommunikativer Verbindung mit dem ersten Solarmodul steht, wobei der Prozessor darauf ausgelegt ist, eine Ausgabe des Sonnenkollektors zu überwachen und über die elektrische Übertragungsleitung ein Statussignal an das erste Solarmodul zu übertragen, wobei das Statussignal eine Umgebungsbedingung des zweiten Solarmoduls aufweist, wobei der erste und der zweite Filter darauf ausgelegt sind, elektrische Leistung an einen Zentralinverter einer Solaranordnung, in welcher der Solarstrang angeordnet ist, durchzulassen, und das Statussignal, welches von dem zweiten Solarmodul an das erste Solarmodul übertragen wird, davon abzuhalten, an den Zentralinverter übertragen zu werden.
Solarstrang nach Anspruch 1, bei dem die Umgebungsbedingung angibt, ob das zweite Solarmodul beschattet ist.
Solarstrang nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Prozessor darauf ausgelegt ist, Steuersignale an den Sonnenkollektor auszugeben, um eine Ausgabe des Sonnenkollektors in Erwiderung auf eine Änderung der Umgebungsbedingung des zweiten Solarmoduls anzupassen.
Solarstrang nach Anspruch 3, bei dem die Ausgabe des Sonnenkollektors ein Spannungsniveau aufweist.
Solarstrang nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das zweite Solarmodul darauf ausgelegt ist, ein Statussignal, das von dem ersten Solarmodul übertragen worden ist und eine Umgebungsbedingung des ersten Solarmoduls angibt, zu empfangen.
Solarstrang nach Anspruch 5, bei dem der Prozessor darauf ausgelegt ist, Steuersignale an den Sonnenkollektor auszugeben, um eine Ausgabe des Sonnenkollektors in Erwiderung auf das Statussignal, das von dem ersten Solarmodul empfangen wurde, anzupassen.
Solarstrang nach Anspruch 6, bei dem die Ausgabe des Sonnenkollektors ein Spannungsniveau aufweist.
Solarstrang nach einem der vorangegangenen Ansprüche, der weiterhin eine Mehrzahl Solarmodule aufweist, die mit dem ersten und dem zweiten Filter und mit dem ersten und dem zweiten Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung verbunden sind, wobei jedes der Mehrzahl Solarmodule darauf ausgelegt ist, Statussignale zu übertragen, die jedem der übrigen Solarmodule eine Umgebungsbedingung angeben, und Statussignale zu empfangen, die eine Umgebungsbedingung von jedem der übrigen Solarmodule angeben.
Verfahren, das aufweist: Überwachen einer Ausgabe eines Sonnenkollektors, der mit einer elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist; Identifizieren einer Änderung in der Ausgabe des Sonnenkollektors; und Übertragen eines ersten Signals, das einem Solarmodul, das mit der elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist, eine Umgebungsbedingung angibt, in Erwiderung auf die Identifizierung der Änderung in der Ausgabe des Sonnenkollektors, wobei das erste Signal bei einer Frequenz übertragen wird, die sich von einer Frequenz der Ausgabe des Sonnenkollektors unterscheidet, wobei ein Filter, der mit der elektrischen Übertragungsleitung verbunden ist, darauf ausgelegt ist, das erste Signal davon abzuhalten, an einen zentralen Inverter, der mit dem Filter verbunden ist, durchgelassen zu werden.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin aufweist: Empfangen eines zweiten Signals von einem Solarmodul, das eine Änderung einer Umgebungsbedingung des Solarmoduls angibt; und Übertragen eines Steuersignals an den Sonnenkollektor, um eine Ausgabe des Sonnenkollektors in Erwiderung auf das zweite Signal anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Anpassen der Ausgabe des Sonnenkollektors das Erhöhen einer Leistungsausgabe des Sonnenkollektors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Anpassen der Ausgabe des Sonnenkollektors das Absenken einer Leistungsausgabe des Sonnenkollektors umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Änderung in der Ausgabe des Sonnenkollektors eine Absenkung von zumindest einem von einer Spannung oder einem Strom umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Änderung in der Ausgabe des Sonnenkollektors eine Erhöhung von zumindest einem von einer Spannung oder einem Strom umfasst.
Solaranordnung, die aufweist: einen zentralen Inverter; und eine Mehrzahl Solarstränge, die mit dem zentralen Inverter verbunden sind, wobei zumindest einer der Mehrzahl Solarstränge aufweist: ein erstes Solarmodul, das über eine elektrische Übertragungsleitung mit einem ersten und einem zweiten Filter verbunden ist, und ein zweites Solarmodul, das mit dem ersten und dem zweiten Filter sowie mit dem ersten Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung verbunden ist, wobei das zweite Solarmodul aufweist: einen Sonnenkollektor, der eine Mehrzahl Photovoltaikzellen aufweist, die darauf ausgelegt sind, Photonenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, und einen Prozessor, der mit dem Sonnenkollektor verbunden ist und über die elektrische Übertragungsleitung in Kommunikation mit dem ersten Solarmodul steht, wobei der Prozessor darauf ausgelegt ist, eine Ausgabe des Sonnenkollektors zu überwachen und ein Statussignal über die elektrische Übertragungsleitung an das erste Solarmodul zu übertragen, wobei das Statussignal eine Umgebungsbedingung des zweiten Solarmoduls aufweist, wobei der erste und der zweite Filter darauf ausgelegt sind, elektrische Leistung an den zentralen Inverter durchzulassen, und zu vermeiden, dass das Statussignal, welches von dem zweiten Solarmodul an das erste Solarmodul übertragen wird, an den zentralen Inverter übertragen wird.
Solaranordnung nach Anspruch 15, bei der der Prozessor darauf ausgelegt ist, Steuersignale an den Sonnenkollektor für die Anpassung einer Ausgabe des Sonnenkollektors in Erwiderung auf eine Änderung in den Umgebungszustand des zweiten Solarmoduls auszugeben.
Solaranordnung nach Anspruch 15 oder 16, bei der das zweite Solarmodul darauf ausgelegt ist, ein Statussignal zu empfangen, das von dem ersten Solarmodul ausgesendet wird und eine Umgebungsbedingung des ersten Solarmoduls angibt.
Solaranordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der der Prozessor darauf ausgelegt ist, Steuersignale an den Sonnenkollektor auszugeben, um eine Ausgabe des Sonnenkollektors in Erwiderung auf das Statussignal, das von dem ersten Solarmodul empfangen wird, anzupassen.
Solaranordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der der zumindest eine der Solarstränge eine Mehrzahl Solarmodule aufweist, die mit dem ersten und dem zweiten Filter sowie mit dem ersten und dem zweiten Solarmodul über die elektrische Übertragungsleitung verbunden sind, wobei jedes der Mehrzahl Solarmodule darauf ausgelegt ist, Statussignale zu übertragen, die jedem der übrigen Solarmodule eine Umgebungsbedingung angeben, und Statussignale zu empfangen, die eine Umgebungsbedingung von jedem der übrigen Solarmodule angeben.
Solaranordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem jeder der Solarstränge aufweist: ein Filterpaar, und eine Mehrzahl Solarmodule, die mit dem Filterpaar verbunden sind, wobei jedes der Mehrzahl Solarmodule darauf ausgelegt ist, Statussignale zu übertragen, die jedem der übrigen Solarmodule eine Umgebungsbedingung angeben, und Statussignale zu empfangen, die von jedem der übrigen Solarmodule eine Umgebungsbedingung angeben, wobei das Filterpaar in jedem der Solarstränge darauf ausgelegt ist, elektrische Leistung an den Zentralinverter durchzulassen, und Statussignale, die zwischen der Mehrzahl Solarmodule übertragen werden, davon abzuhalten, an den Zentralinverter übertragen zu werden.