DE102013111869A1

DE102013111869A1 - Photovoltaikanlage und Vorrichtung zum Betreiben einer Photovoltaikanlage

Info

Publication number: DE102013111869A1
Application number: DE201310111869
Authority: DE
Inventors: Andreas Falk; Jan Bader; Jan Goldau; Ferdinand WIKULLIL; Volker Bergs
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-05-08
Also published as: CN203722250U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine PV-Anlage mit mindestens einem Wechselrichter, der über ein AC-Trennorgan (51) zum Einspeisen von elektrischer Leistung mit einem Energieversorgungsnetz (70) gekoppelt ist, sowie mindestens einem PV-Teilgenerator (11), der jeweils mindestens einen PV-String (12) aufweist und der über DC-Leitungen (20) mit einem DC-Anschlussbereich (30) des mindestens einen Wechselrichters verbunden ist. Die PV-Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass dem mindestens einen PV-Teilgenerator (11) eine generatornahe DC-Trenneinheit (14), ein dieser in Energieflussrichtung beim Einspeisen nachgeschalteter DC-Kurzschlussschalter (16) zum Kurzschließen des mindestens einen PV-Strings (12) des PV-Teilgenerators (11) und ein dem DC-Kurzschlussschalter (16) in der Energieflussrichtung nachgeschalteter Rückstromschutz zugeordnet sind, und dass in der Energieflussrichtung vor dem AC-Trennorgan (51) ein AC-Kurzschlussschalter (52) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Betriebsverfahren für eine PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings (12) für einen Fehlerfall, insbesondere für den Fall des Auftretens eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik (PV)-Anlage mit mindestens einem Wechselrichter, der über ein AC-Trennorgan zum Einspeisen von elektrischer Leistung mit einem Energieversorgungsnetz gekoppelt ist, sowie mindestens einem PV-Teilgenerator, der jeweils mindestens einen PV-String aufweist und der über DC-Leitungen mit einem DC-Anschlussbereich des mindestens einen Wechselrichters verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Betreiben einer PV-Anlage im Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage.
Bei größeren PV-Anlagen, insbesondere Freilandanlagen, ist üblicherweise ein Einspeisen der erzeugten elektrischen Leistung unmittelbar in ein Mittelspannungs-Energieversorgungsnetz, im Folgenden Mittelspannungsnetz genannt, vorgesehen. Das Mittelspannungsnetz kann beispielsweise ein 20 Kilovolt (kV)-Netz sein. Solche Freilandanlagen weisen in der Regel eine Vielzahl von PV-Modulen auf, von denen jeweils mehrere zu sogenannten PV-Strings serienverschaltet sind. Häufig werden mehrere der PV-Strings parallel geschaltet, wobei die Gruppe der in dieser Parallelschaltung von PV-Strings enthaltenen PV-Modulen eine abgeschlossene Generatoreinheit bildet, die im Folgenden auch als PV-Teilgenerator bezeichnet wird.
Bei größeren Freilandanlagen sind üblicherweise zentral oder auch verteilt an mehreren Stellen innerhalb der PV-Anlage positionierte Wechselrichter vorgesehen. Insbesondere Wechselrichter für höhere Leistungen lassen sich in drei Bereiche untergliedern, einen Gleichstrom (DC; direct current)-Anschlussbereich, einen Leistungsteil, der einen oder mehrere DC/AC-Wandler umfasst, und einen Wechselstrom (AC; alternating current)-Anschlussbereich. Wechselstromseitig sind die Wechselrichter über ein AC-Trennorgan, das z.B. von einem Schalt- und/oder Schutzorgan gebildet werden kann, mit einem Transformator verbunden. Dabei kann für jeden Wechselrichter ein Transformator vorgesehen sein, oder es können mehrere Wechselrichter mit einem Transformator, gegebenenfalls über separate Primärwicklungen, verbunden sein.
Ein solcher Systemaufbau einer PV-Anlage ist beispielsweise aus dem Artikel „Electrical Fault Protection for Large Photovoltaic Power Plant Inverter", D.E. Collier und T.S. Key, Photovoltaic Specialists Conference, IEEE Conference Record, 1988, bekannt. Beim Vorliegen verschiedener Fehlerfälle, die zu einer Zerstörung von Teilen der PV-Anlage führen könnten, wird zum einen das AC-Trennorgan geöffnet, um die PV-Anlage vom Mittelspannungsnetz abzutrennen. Zum anderen ist im DC-Anschlussbereich mindestens ein DC-Trennorgan vorgesehen, das im Fehlerfall ebenfalls geöffnet wird und so den PV-Generator vom Leistungsteil des Wechselrichters abtrennt.
Mit steigender Leistung des oder der Wechselrichter und damit einhergehender größerer Kurzschlussleistung des Energieversorgungsnetzes in Verbindung mit kleineren Induktivitäten leistungsfähiger Transformatoren steigen mögliche Kurzschlussströme innerhalb des Wechselrichters oder anderer Anlagenteile an, falls ein Fehler innerhalb der PV-Anlage vorliegt. Ein solcher Fehlerfall kann beispielsweise in einem Kurzschluss zwischen den DC-Leitungen, die die PV-Teilgeneratoren mit dem DC-Anschlussbereich des Wechselrichters verbinden, liegen. Weiterhin können Kurzschlüsse innerhalb des DC-Anschlussbereichs auftreten oder auch durch einen defekten Halbleiter innerhalb eines der DC/AC-Wandler im Leistungsteil des Wechselrichters hervorgerufen werden. In all diesen Fällen können Ströme von nicht betroffenen PV-Teilgeneratoren oder auch Ströme, die vom Energieversorgungsnetz über die Wechselspannungsseite über im Wechselrichter vorhandene Freilaufdioden in die PV-Anlage fließen, eine Zerstörung der PV-Teilgeneratoren und/oder Komponenten des Wechselrichters zur Folge haben. Aufgrund der zunehmend hohen gleichstromseitigen und wechselstromseitigen Ströme, die im Fehlerfall bei immer weiter wachsenden Anlagengröße fließen können, reicht die Zeit, die bis zum Öffnen der relativ trägen AC-Trennorgane vergeht, unter Umständen nicht aus, um die Komponenten des Wechselrichters und der PV-Teilgeneratoren vor Zerstörung zu schützen.
Die Druckschrift DE 10 2009 038 209 A1 beschreibt eine Wechselstrom-Niederspannungsanlage, insbesondere eine Windkraftanlage, bei der Energie eines Generators über Spannungswandler und einen Mittelspannungstransformator in ein Mittelspannungs-Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Dabei ist zwischen dem Spannungswandler und dem Mittelspannungstransformator ein Kurzschlussschalter angeordnet, um bei einem generatorseitig aufgetretenen Fehlerfall, z.B. einem Lichtbogen oder einem Kurzschluss, durch das Energieversorgungsnetz gespeiste Überströme auf der generatorseitigen Niederspannungsseite zu verhindern. Dadurch kann auf der Niederspannungsseite auf Schutzorgane verzichtet werden. Eine solche Anordnung würde bei einer PV-Anlage mit mehreren PV-Teilgeneratoren jedoch nicht vor solchen Überströmen schützen, die von nicht vom Fehlerfall betroffenen PV-Teilgeneratoren herrühren. Auch wenn die Anlage nur einen PV-Teilgenerator aufweist, ist eine zwingende Betätigung des Kurzschlussschalters in jedem Fehlerfall nicht immer vorteilhaft, um einen Strom aus dem Mittelspannungsnetz zu unterdrücken. So ist ein einmal betätigter Kurzschlussschalter für eine erneute Inbetriebnahme wieder vorzubereiten bzw. auszutauschen. Diese Vorbereitung bzw. dieser Austausch eines einmal betätigten Kurzschlussschalters ist jedoch mit einem nicht unbeträchtlichen und im Allgemeinen kostenintensiven Aufwand verbunden, der nur in zwingenden Fällen getätigt werden und ansonsten jedoch vermieden werden sollte.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine PV-Anlage der eingangs genannten Art und Betriebsverfahren für eine derartige PV-Anlage anzugeben, bei denen Komponenten der PV-Anlage im Fehlerfall zuverlässig geschützt sind.
Diese Aufgabe wird durch eine PV-Anlage bzw. durch Betriebsverfahren mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Eine erfindungsgemäße PV-Anlage der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass dem mindestens einen PV-Teilgenerator eine generatornahe DC-Trenneinheit, ein dieser in Energieflussrichtung beim Einspeisen nachgeschalteter DC-Kurzschlussschalter zum Kurzschließen des mindestens einen PV-Strings des PV-Teilgenerators und ein dem DC-Kurzschlussschalter in der Energieflussrichtung nachgeschalteter Rückstromschutz zugeordnet sind und dass in der Energieflussrichtung vor dem AC-Trennorgan ein AC-Kurzschlussschalter angeordnet ist.
Durch ein Schließen der DC-Kurzschlussschalter bei dem zumindest einem PV-Teilgenerator können gleichstromseitig eingebrachte Ströme von diesem zumindest einem PV-Teilgenerator im Fehlerfall unterbunden werden. Die PV-Strings und die in diesen angeordneten PV-Module werden durch den herbeigeführten Kurzschluss durch die DC-Kurzschlussschalter nicht überlastet, da sie für diesen Kurzschlussstrom ausgelegt sind und der Kurzschlussfall einen zulässigen Arbeitspunkt auf ihrer Strom-/Spannungskennlinie darstellt. Zudem kann durch die DC-Trenneinheit zeitnah ein Abtrennen des zumindest einem PV-Teilgenerators erfolgen, beispielsweise, um die zugeordneten PV-Strings zu Reparaturzwecken stromlos zu schalten. Wenn mehrere PV-Teilgeneratoren vorhanden sind, kann sich das Kurzschließen und ggf. das Abtrennen auf fehlerbehaftete PV-Teilgeneratoren oder auf solche PV-Teilgeneratoren, die mit einer fehlerbehafteten nachgeordneten Komponente verbunden sind, beschränken. Durch den Rückstromschutz wird verhindert, dass hohe Rückströme aus noch nicht kurzgeschlossenen weiteren PV-Teilgeneratoren oder von dem Wechselrichter her in den DC-Kurzschlussschalter fließen könnten. Durch ein Schließen des AC-Kurzschlussschalters kann verhindert werden, dass in dem Zeitraum, in dem das AC-Trennorgan noch nicht geöffnet hat, Strom in nennenswerter Größenordnung aus dem Energieversorgungsnetz über den Transformator in den Wechselrichter fließen kann. Dabei wird ausgenutzt, dass sich mit AC-Kurzschlussschaltern eine kürzere Schaltzeit erreichen lässt als mit AC-Trennorganen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der PV-Anlage ist der DC-Kurzschlussschalter ein Halbleiterschalter und der Rückstromschutz eine Rückstromdiode. Bevorzugt sind der Halbleiterschalter und der Rückstromschutz Komponenten eines dem PV-Teilgenerator zugeordneten Hochsetzstellers. Die genannten Komponenten können so im Betrieb der PV-Anlage als Hochsetzsteller fungieren. Dadurch lassen sich höhere Spannungen auf den DC-Leitungen realisieren und entsprechend ohmsche Verluste in diesen DC-Leitungen verringern. Bei Auslegung der PV-Anlage kann dieses insofern berücksichtigt werden, als dass DC-Leitungen mit geringerem Querschnitt und damit einer einhergehenden Material- und damit Kostenersparnis eingesetzt werden können.
In einem ersten erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für eine PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings werden in einem Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage, die folgenden Schritte ausgeführt: Ein Wechselstromausgang von mindestens einem DC/AC-Wandler eines Wechselrichters wird durch einen AC-Kurzschlussschalter kurzgeschlossen, die PV-Strings werden von einem DC-Eingang des mindestens einen DC/AC-Wandlers durch eine generatornah angeordnete DC-Trenneinheit getrennt, und der Wechselstromausgang wird von einem Energieversorgungsnetz abgekoppelt. Diese Vorgehensweise ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Kurzschluss oder ein vergleichbares Problem im Bereich des Wechselrichters vorliegt. Durch die Abkopplung der PV-Strings einerseits und das schnell mögliche Kurzschließen des Wechselstromausgangs wird erreicht, dass weder DCseitig noch AC-seitig hohe Kurzschlussströme in den Wechselrichterbereich fließen können, die andernfalls dort zu Zerstörungen oder Bränden führen könnten. Es ist möglich, dass das Öffnen der generatornah angeordneten DC-Trenneinheit mit einem Schließen des DC-Kurzschlussschalters einhergeht. Hierbei wird ausgenutzt, dass das Schließen des DC-Kurzschlussschalters in der Regel schneller erfolgt als das Öffnen der generatornah angeordneten DC-Trenneinheit. Auf diese Weise lässt sich ein Stromfluss aus dem zugeordneten PV-Generator in einen in Energieflussrichtung nachgeschalteten Fehler hinein schneller unterdrücken.
In einem zweiten erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für eine PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings werden in einem Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage, die folgenden Schritte ausgeführt: Die PV-Strings werden von einem DC-Eingang des mindestens einem DC/AC-Wandlers durch eine generatornah angeordnete DC-Trenneinheit getrennt und es wird ein Stromflusses in DC-Leitungen, über die die PV-Strings mit einem DC-Anschlussbereich des DC/AC-Wandler verbunden sind, durch Auslösen von DC-Sicherungen, die in dem DC-Anschlussbereich angeordnet sind, unterbrochen. Bei dieser Vorgehensweise können vorteilhaft Schäden eines im Bereich der DC-Leitungen oder ggf. im Bereich eines zwischen den DC-Leitungen und den PV-Strings angeordneten Hochsetzstellers aufgetretenen Kurzschlusses minimiert werden. Die DC-Trenneinheit verhindert einen Stromfluss aus den PV-Strings in den Fehlerbereich. Die genannten DC-Sicherungen im DC-Anschlussbereich sind zwar in der Lage, den Kurzschlussstrom der ihnen zugeordneten PV-Strings zu tragen, nicht aber den u.U. ungleich höheren Strom aus mehreren nicht betroffenen PV-Teilgeneratoren und auch nicht den über den Wechselrichter in den Fehlerbereich fließenden Strom. Diese genannten Ströme sind so in der Lage, die weitere DC-Sicherung auszulösen und einen weiteren Stromfluss in den Fehlerbereich zu unterbinden. Auch hier ist es möglich, dass das Öffnen der generatornah angeordneten DC-Trenneinheit mit einem Schließen des DC-Kurzschlussschalters einhergeht. Auch hier wird ausgenutzt, dass das Schließen des DC-Kurzschlussschalters in der Regel schneller erfolgt als das Öffnen der generatornah angeordneten DC-Trenneinheit, wodurch sich ein Stromfluss aus dem zugeordneten PV-Generator in einen in Energieflussrichtung nachgeschalteten Fehler hinein schneller unterdrücken.
In einem dritten erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für eine PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings werden in einem Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage, die folgenden Schritte ausgeführt: Die PV-Strings werden unmittelbar durch einen generatornah angeordneten DC-Kurzschlussschalter kurzgeschlossen und die PV-Strings von dem DC-Kurzschlussschalter durch eine zwischen den PV-Strings und dem DC-Kurzschlussschalter angeordnete DC-Trenneinheit getrennt. Bei einem Problem im Bereich der PV-Strings kann durch diese Schaltreihenfolge von DC-Kurzschlussschalter und DC-Trenneinheit die PV-Strings zunächst schnell spannungsfrei geschaltet werden und danach, z.B. zu Wartungs- und Reparaturzwecken oder zur Unterdrückung eines Serienlichtbogens abgetrennt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der PV-Anlage und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe einer Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt in Form eines Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel einer PV-Anlage. Die PV-Anlage weist im Generatorbereich 10 mehrere PV-Teilgeneratoren 11 auf, von denen in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei dargestellt ist.
Die PV-Teilgeneratoren 11 sind über Gleichstromleitungen (DC-Leitungen) 20 mit einem Wechselrichter verbunden, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein sogenannter Zentralwechselrichter ausgebildet ist. Die Bezeichnung Zentralwechselrichter ist nicht in der Weise einschränkend zu verstehen, dass es sich nur um einen einzigen, geometrisch zentral innerhalb der PV-Anlage angeordneten Wechselrichter handeln darf. Es können durchaus mehrere dieser Zentralwechselrichter innerhalb der PV-Anlage vorgesehen sein, die auch im Bereich des Rands der Anlage positioniert sein können. Der Zentralwechselrichter ist jedoch in dem Sinne zentral, dass nicht für jeden PV-Teilgenerator ein eigener Wechselrichter vorgesehen ist, wie dieses bei kleineren Anlagenkonzepten häufig der Fall ist. Der im Folgenden näher erläuterte anmeldungsgemäße Aufbau einer PV-Anlage kann auch mit Wechselrichtern umgesetzt werden, denen jeweils nur ein PV-Teilgenerator zugeordnet ist.
Der Zentralwechselrichter weist drei Bereiche auf, einen DC-Anschlussbereich 30, einen Leistungsteil 40 und einen AC-Anschlussbereich 50. Über den DC-Anschlussbereich 30 ist der Zentralwechselrichter mit den dargestellten PV-Teilgeneratoren 11 sowie den weiteren, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht wiedergegebenen PV-Teilgeneratoren verbunden. Über den AC-Anschlussbereich 50 ist der Zentralwechselrichter über einen Transformator 60 an ein Energieversorgungsnetz 70, beispielsweise ein Mittelspannungsnetz, angekoppelt. Das Energieversorgungsnetz 70 ist ebenso wie der Transformator 60, der Leistungsteil 40 und der AC-Anschlussbereich 50 dreiphasig ausgelegt. Bei einem Transformator mit Sternschaltung auf der Unterspannungsseite kann zusätzlich ein Neutralleiter im Anschlussbereich des Wechselrichters verbunden sein. Dieser Neutralleiter kann im Fehlerfall geschaltet werden oder nicht geschaltet werden. Der Neutralleiter kann mit einem Erdungsanschluss verbunden sein. Für ein Energieversorgungsnetz, das eine andere Anzahl an Phasen aufweist, ist es selbstverständlich möglich, die anmeldungsgemäße PV-Anlage entsprechend anzupassen.
Die PV-Teilgeneratoren 11 umfassen im dargestellten Ausführungsbeispiel je eine Mehrzahl von parallel geschalteten PV-Strings 12, die jeweils in bekannter Weise von einer Mehrzahl von serienverschalteten PV-Modulen gebildet werden. Die Darstellung der PV-Strings 12 in der Figur durch das Zeichen einer einzelnen PV-Zelle ist in diesem Sinne symbolisch zu verstehen.
Jedem der PV-Strings 12 ist dabei mindestens eine in Serie geschaltete DC-Sicherung 13 zugeordnet. Die DC-Sicherungen 13 werden nachfolgend auch als Stringsicherungen 13 bezeichnet. Bei dem dargestellten Beispiel sind pro PV-String 12 zwei Stringsicherungen 13 vorgesehen, eine am positiven, eine am negativen Anschluss des PV-Strings 12. Je nach Art eines Kurzschlusses innerhalb eines PV-Strings 12, beispielsweise bei einem Erdschluss, kann unter Umständen ein Kurzschlussstrom auftreten, der von nur einer Stringsicherung 13 nicht erfasst würde.
Jedem der PV-Teilgeneratoren 11 ist eine ein- oder zweipolige DC-Trenneinheit 14 zugeordnet und nachfolgend ein Hochsetzsteller 15. Die Bezeichnung „nachfolgend“ bezieht sich dabei auf die Energieflussrichtung bei einem Einspeisen von Energie in das Energieversorgungsnetz 70. Bevorzugt ist die DC-Trenneinheit 14 zweipolig ausgebildet mit zwei getrennt ansteuerbaren einpoligen Schaltern 141 und 142. Vorteilhafterweise handelt es sich bei den Schaltern 141, 142 um elektromechanische Schalter, von denen zumindest einer der Schalter 141, 142 Mittel zur Vermeidung bzw. zur Löschung eines Schaltlichtbogens aufweist. Entsprechende Mittel sind z. B. Blasmagneten, parallel zum Schaltkontakt des elektromechanischen Schalters 141, 142 angeordnete Halbleiterschalter, PTC-Elemente oder ähnliche Elemente, die während dem Schaltvorgang des mindestens einen elektromechanischen Schalters 141, 142 einen Kommutierungspfad für den Strom bereitstellen.
Der Hochsetzsteller 15 weist einen DC-Kurzschlussschalter 16 auf, über den der PV-Teilgenerator 11 kurzgeschlossen werden kann. Der DC-Kurzschlussschalter 13 weist eine hohe Stromanstiegsrate und entsprechend hohe Schaltgeschwindigkeit im Bereich von wenigen Millisekunden (ms) auf.
Neben dem DC-Kurzschlussschalter 16 weist der Hochsetzsteller 15 eine Rückstromdiode 17, eine Induktivität 18 und einen Kondensator 19 auf. Die Induktivität 18, der DC-Kurzschlussschalter 16, die Rückstromdiode 17 bilden in Verbindung mit der Kapazität 19 bei getakteter (gepulster) Betriebsweise des DC-Kurzschlussschalters 16 einen Hochsetzsteller, also einen DC/DC-Wandler, der es ermöglicht, die von den PV-Strings 12 zugeführte Photovoltaikspannung in eine höhere Ausgangsspannung umzuwandeln, mit der dann die DC-Leitung 20 beaufschlagt wird. Im Betrieb der PV-Anlage fungiert die Schutzeinrichtung 12 somit als Hochsetzsteller und kann eingesetzt werden, um durch eine höhere Spannung auf den DC-Leitungen 20 ohmsche Verluste in diesen DC-Leitungen 20 zu verringern. Auf diese Weise kann u.U. der Gesamtwirkungsgrad der PV-Anlage positiv beeinflusst werden. Bei Auslegung der PV-Anlage kann dieses insofern berücksichtigt werden, als dass DC-Leitungen 20 mit geringerem Querschnitt und damit einer einhergehenden Material- und damit Kostenersparnis eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil der im Generatorbereich 10 angeordneten Hochsetzsteller 15 ist, dass durch eine Variation des Spannungsübersetzungsverhältnisses der Hochsetzsteller 15 ein Arbeitspunkt der PV-Strings 12 individuell für jeden der PV-Teilgeneratoren 11 eingestellt werden kann. Auf diese Weise können auch beim Vorliegen einer Teilverschattung der PV-Anlage die PV-Teilgeneratoren 11 in jeweils ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.
Weiter können im Generatorbereich 10 ein RCD (Residual Current Detection)-Messorgan zum Erkennen eines Isolationsproblems oder eine AFCI (Arc Fault Detection and Interruption)-Baugruppe zur Lichtbogenerkennung und -unterdrückung angeordnet sein.
Der DC-Kurzschlussschalter 16 ist zudem zusammen mit der DC-Trenneinheit 14 und ggf. weiteren Schutzschaltern, die nachfolgend erläutert werden, Teil des Sicherheitskonzepts der PV-Anlage, insbesondere zum Schutz der PV-Anlage gegenüber Kurzschlüssen innerhalb der PV-Anlage. Wenn bei einer PV-Anlage keine Hochsetzsteller den PV-Teilgeneratoren 11 nachgeschaltet sind, kann der genannte DC-Kurzschlussschalter 16 Komponente einer generatornahen Schutzeinrichtung sein, deren Funktion der Hochsetzsteller 15 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel neben seiner hochsetzstellenden Wirkung übernimmt.
Die DC-Leitungen 20 kontaktieren den Zentralwechselrichter im DC-Anschlussbereich 30. Dieser stellt ggf. kaskadierte DC-Sammelschienen 31 bereit, an denen die PV-Teilgeneratoren 11 jeweils über weitere DC-Sicherungen 32 zusammengeschaltet sind. Zur Überwachung der Einstrahlungsverhältnisse und ggf. Steuerung der PV-Anlage sind zudem optional Messstellen 34, beispielsweise zur Strommessung, vorgesehen. Zudem kann vorgesehen sein, dass eine der DC-Sammelschienen 31 gegenüber einem Erdpotential PE auf ein vorgegebenes Potential gebracht wird, beispielsweise geerdet ist. Auf diese Weise können vorzeitige Alterungserscheinungen bei dem PV-Teilgeneratoren 11 verhindert werden. Wie in der Figur dargestellt ist, kann eine derartige Erdung über eine GFDI (Ground Fault Detection and Interruption)-Einheit 35 erfolgen, um Erdschlüsse bei den PV-Teilgeneratoren erkennen zu können.
Weiterhin sind in der Figur Einbauplätze 33 für DC-Schaltorgane eingezeichnet. Wie im Folgenden näher erläutert wird, sind diese Einbauplätze 33 für einen Systemaufbau einer PV-Anlage nach dem Stand der Technik relevant. Bei einer anmeldungsgemäßen PV-Anlage können die vorgesehenen DC-Schaltorgane jedoch entfallen und sind z.B. durch Leitungsbrücken ersetzt.
Im Leistungsteil 40 des Zentralwechselrichters sind ein oder mehrere DC/AC-Wandler 41 angeordnet, von denen hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei dargestellt sind. Gleichstromseitig kontaktieren die DC/AC-Wandler 41 die DC-Sammelschienen 31 aus dem DC-Anschlussbereich 30. Üblicherweise sind gleichstromseitig bei den DC/AC-Wandlern 41 Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen. Diese können, wie in der Figur dargestellt, gemeinsame Zwischenkreiskondensatoren 42 sein, oder auch innerhalb eines jeden DC/AC-Wandlers 41 angeordnet sein. Wechselstromseitig ist den DC/AC-Wandlern 41 eine Filteranordnung 43 zur Formung einer möglichst sinusförmigen Ausgangsspannung nachgeschaltet. Die Filteranordnung 43 umfasst im dargestellten Beispiel exemplarisch miteinander gekoppelte Induktivitäten sowie Kapazitäten in einer Dreiecksanordnung. Die Filteranordnung 43 wird wegen ihrer Funktion häufig auch als Sinusfilter bezeichnet.
Die (vorliegenden) drei Wechselstromausgänge des Leistungsteils 40 werden im AC-Anschlussbereich 50 über ein dort vorgesehenes AC-Trennorgan 51 zum Transformator 60 geführt. Das AC-Trennorgan 51 kann beispielsweise ein Schütz, ein Leistungsschalter, ein Lasttrennschalter sein oder auch aus einer oder mehrerer Sicherungen oder einer Kombination dieser Elemente bestehen.
Weiterhin weist der AC-Anschlussbereich 50 einen AC-Kurzschlussschalter 52 auf, der dazu ausgelegt ist, bei Aktivierung die drei Ausgänge des Leistungsteils 40 in Einspeise-Energieflussrichtung gesehen vor dem AC-Trennorgan 51 miteinander kurzzuschließen. Der AC-Kurzschlussschalter 52 ist in der Figur symbolhaft als ein mechanischer Schalter wiedergegeben. In einer Umsetzung der PV-Anlage ist der AC-Kurzschlussschalter 52 bevorzugt ein Halbleiterschalter, um möglichst kurze Schaltzeiten zu gewährleisten. In einer weiteren Umsetzung handelt es sich bei dem AC-Kurzschlussschalter 52 um ein mechanisches Schaltorgan, dessen Schalthandlung über einen pyrotechnischen Mechanismus in hoher Geschwindigkeit ausgelöst wird. Der AC-Kurzschlussschalter 52 zeichnet sich dadurch aus, dass er innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums (z.B. innerhalb einer Millisekunde) geschlossen werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der AC-Kurzschlussschalter 52 zwischen der Filteranordnung 43 und dem AC-Trennorgan 51 angeordnet.
In einem ersten anmeldungsgemäßen Betriebsverfahren ist beim Auftreten eines Fehlerfalls, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb des DC-Anschlussbereichs 30 oder innerhalb des Leistungsteils 40 des Wechselrichters, vorgesehen, den Wechselstromausgang des mindestens einen DC/AC-Wandlers 41 durch den AC-Kurzschlussschalter 52 kurzzuschließen und die PV-Strings 12 der PV-Teilgeneratoren 11 von dem DC-Anschlussbereich 30 durch die generatornah angeordnete DC-Trenneinheit 14 zu trennen. Durch die Abkopplung der PV-Strings 12 einerseits und das schnell mögliche Kurzschließen des Wechselstromausgangs wird erreicht, dass weder DC-seitig noch AC-seitig hohe Kurzschlussströme in den Wechselrichterbereich, also in den DC-Anschlussbereich 30 oder den Leistungsteil 40, fließen können, die andernfalls dort zu Zerstörungen oder Bränden führen könnten.
Die Trennung der PV-Teilgeneratoren 11 durch die generatornah angeordnete DC-Trenneinheit 14 kann zunächst nur einpolig erfolgen, um nach wie vor einen Pol des PV-Teilgenerators 11 auf einem definierten Potential zu halten, beispielsweise um Alterungserscheinungen der PV-Module vorzubeugen. Zur Unterdrückung von Korrosion bei Dünnschichtmodulen ist beispielsweise eine Verschiebung des Potentialmittelpunktes des PV-Teilgenerators 11 relativ zu dem Erdpotential PE erforderlich. Dies kann über eine Erdung einer der Sammelschienen 31 erfolgen, beispielsweise über die in der Figur gezeigte GFDI-Einheit 35. Alternativ ist die Einstellung eines Potentials an den PV-Teilgeneratoren auch über eine AC-seitige Potentialverschiebung möglich.
Das Betätigen des AC-Kurzschlussschalters 52 verhindert, dass Strom in nennenswerter Größenordnung aus dem Energieversorgungsnetz 70 über den Transformator 60 und das träger reagierende und daher (noch) geschlossene AC-Trennorgan 51 in den Leistungsteil 40 des Zentralwechselrichters fließen kann.
Die wechselstromseitig hervorgerufene Kurzschlusssituation stellt keinen dauerhaft tolerierbaren Betriebszustand dar, da das Energieversorgungsnetz 70, der Transformator 60 und auch der Kurzschlussschalter 52 durch den Kurzschlussfall über ein dauerhaft tolerierbares Maß belastet werden. Der Kurzschlussfall ist jedoch auch nur temporär vorgesehen, da zeitgleich oder zeitnah mit dem Ansteuern des AC-Kurzschlussschalters 52 auch das Öffnen des AC-Trennorgans 51 eingeleitet wird. Wenn das AC-Trennorgan 51 Sicherungen im Strompfad aufweist, trennen diese prinzipiell selbsttätig durch den hohen fließenden Kurzschlussstrom. Da jedoch nicht unbedingt die Sicherungen aller Phasen auslösen, ist in dem Fall üblicherweise zusätzlich ein Schaltorgan als Teil des AC-Trennorgans 51 vorgesehen. Alternativ kann das AC-Trennorgan 51 durch einen Leistungsschalter gebildet sein, der selbstständig oder angesteuert im Kurzschlussfall allpolig trennt.
Das AC-Trennorgan 51 öffnet entsprechend seiner inhärenten Verzögerungszeit nach typischerweise einigen zehn bis einigen hundert Millisekunden. Zudem ist für den Zeitraum, in dem der AC-Kurzschlussschalter 52 bereits geschaltet hat, das AC-Trennorgan 51 aber noch nicht geöffnet hat, der Kurzschlussstrom durch die Übertragungseigenschaften des Transformators 60 limitiert.
Anmeldungsgemäß wird ausgenutzt, dass sich ein Kurzschluss über Halbleiterschalter oder pyrotechnisch ausgelöste mechanische Schaltorgane schneller realisieren lässt, als ein Auftrennen der Wechselstromleitung. Grund ist, dass verbindende und Energie weiterleitende Elemente wie das AC-Trennorgan 51 auf mechanischen Schaltern beruhen, um Leitungsverluste zu minimieren und dabei im Allgemeinen keine pyrotechnische Auslösung aufweisen. Bei den Anforderungen im Hinblick auf die zu schaltenden Ströme und Spannungen weisen die mechanischen Schalter unumgänglich relativ hohe bewegte Massen auf, die unter Berücksichtigung der Materialträgheit der Komponenten in Verbindung mit üblichen Antriebsmechanismen, insbesondere in Abwesenheit von pyrotechnischen Auslösemechanismen zu der genannten inhärenten Schaltverzögerung führen.
Ein weiterer Fehlerfall kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Kurzschluss zwischen zwei DC-Leitungen 20 auf dem Weg zwischen einem PV-Teilgenerator 11 und dem DC-Anschlussbereich 30 auftritt. Ein solcher Kurzschluss führt zu hohen Strömen in die Kurzschlussstelle. Dabei ist der Strom des unmittelbar betroffenen PV-Teilgenerators 11 unkritisch, da die DC-Leitungen 20 für diesen Strom ausgelegt sind. Kritischer ist jedoch, dass über den DC-Anschlussbereich 30 alle weiteren PV-Teilgeneratoren 11 ebenfalls zum Kurzschlussstrom beitragen. Zudem kann über den Leistungsteil 40 des Zentralwechselrichters ein zusätzlicher Kurzschlussstrombeitrag aus dem Energieversorgungsnetz 70 in die Kurzschlussstelle fließen. In Summe kann dieses zur Überlastung der DC-Leitungen 20 und damit zum Entstehen von Bränden führen oder auch zu einer Überlastung und/oder einer Zerstörung von Halbleiterschaltern oder von Freilaufdioden z.B. in den DC/AC-Wandlern 41 oder weiterer Elemente/Bauteile, die nicht dazu ausgelegt sind, einen solch hohen Strom zu tragen bzw. zu führen. Dabei kann eine Zerstörung Folge von zu hoher Verlustwärme sein oder auch Folge von zu hohen mit dem Strom einhergehenden elektromagnetischen Kräften. In gleicher Weise kann ein Kurzschluss, der durch einen aus anderen Gründen defekten Halbleiterschalter in einem der DC/AC-Wandler 41 besteht, zur Zerstörung weiterer Halbleiterschalter durch Ströme der PV-Teilgeneratoren 11 und Ströme aus dem Energieversorgungsnetz 70 führen.
Mit einem zweiten anmeldungsgemäßen Betriebsverfahren wird eine PV-Anlage bei einem solchen Kurzschluss geschützt, der im Bereich der DC-Leitungen 20 oder ggf. im Bereich eines zwischen den DC-Leitungen und den PV-Strings angeordneten Hochsetzstellers 15 auftritt. Dabei werden die PV-Strings 12 wiederum durch die generatornah angeordnete DC-Trenneinheit 14 getrennt und es wird ein Stromflusses in den DC-Leitungen 20 durch das Auslösen der weiteren DC-Sicherungen 32 unterbrochen. Die DC-Trenneinheit 14 verhindert dabei einen Stromfluss aus den PV-Strings 12 in den Fehlerbereich. Auch hierbei kann die Trennung zunächst einpolig erfolgen, um die PV-Teilgeneratoren 11 auf einem definierten Potential zu halten. Die weiteren DC-Sicherungen 32 sind zwar in der Lage, den Kurzschlussstrom der PV-Strings 12 des zugeordneten PV-Teilgenerators 11 zu tragen, nicht aber den u.U. ungleich höheren Strom aus mehreren nicht betroffenen PV-Teilgeneratoren 11 und auch nicht den über den Wechselrichter in den Fehlerbereich fließenden Strom. Diese genannten Ströme sind so in der Lage, die weitere DC-Sicherung 32 auszulösen und einen weiteren Stromfluss in den Fehlerbereich zu unterbinden. Bei den Wechselrichtern können insbesondere aufgrund der Zwischenkreiskondensatoren 42 hohe Ströme durch die weiteren DC-Sicherungen 32 fließen, ohne dass die DC/AC-Wandler 41 eine übermäßige Strombelastung erfahren. In diesem Sinne können die Zwischenkreiskondensatoren 42 zu einem sicheren Auslösen der DC-Sicherungen 32 im zweiten Betriebsverfahren beitragen. Zudem setzt keine nennenswerte Stromerhöhung in den AC-Leitungen ein, die zum Auslösen des AC-Kurzschlussschalters 52 führen würde. Damit wird ohne weitere Maßnahmen verhindert, dass bei einem Fehler, der im Bereich der DC-Leitungen 20 oder ggf. im Bereich eines zwischen den DC-Leitungen und den PV-Strings angeordneten Hochsetzstellers 15 auftritt, auch der AC-Kurzschlussschalter 52 auslöst.
Der AC-Kurzschlussschalter 52 wird dagegen nur bei zu hohen in den Leistungsteil 40 fließenden Strömen ausgelöst, wie sie durch einen Kurzschluss im Anschlussteil 30 oder dem Leistungsteil 40 auftreten können. Je nach Fehlerart wird so das passende Betriebsverfahren durchgeführt, mit dem ein zuverlässiger Schutz der Komponenten der PV-Anlage auch im langfristigen Betrieb der PV-Anlage auf eine möglichst kostengünstige Art und Weise gewährleistet ist. Insbesondere wird eine unnötige Betätigung des AC-Kurzschlussschalters 52 verhindert, die mit hohem Reparaturaufwand und hohen Kosten verbunden wäre, da die Kurzschlussschalter 52 üblicherweise nur einmal benutzt werden können und nach einem Auslösen ersetzt werden müssen.
Sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten genannten Betriebsverfahren kann es erforderlich sein, den Strom aus den PV-Teilgeneratoren 11 in den nachgeschalteten Fehler möglichst schnell zu unterdrücken. In diesem Fall ist es möglich, dass das Öffnen der generatornah angeordneten DC-Trenneinheit 14 mit einem Schließen der DC-Kurzschlussschalter 16 einhergeht. Hier wird ausgenutzt, dass der DC-Kurzschlussschalter 16 ein Halbleiterschalter ist und schneller reagiert als die träger trennende DC-Trenneinheit 14.
Ein drittes anmeldungsgemäßes Betriebsverfahren ist insbesondere zur Behandlung von Fehlerfällen geeignet, die im Bereich der PV-Strings 12 bzw. der PV-Teilgeneratoren 11 auftreten. In diesem Fall werden die PV-Strings 12 unmittelbar durch den generatornah angeordneten DC-Kurzschlussschalter 16, der ggf. Teil des Hochsetzstellers 15 ist, kurzgeschlossen. Dann werden die PV-Strings 12 von dem DC-Kurzschlussschalter 16 durch das Öffnen der zwischen den PV-Strings 12 und dem DC-Kurzschlussschalter 16 angeordneten DC-Trenneinheit 14 getrennt. Diese Trennung kann zunächst wiederum nur einpolig erfolgen, um nach wie vor einen Pol des PV-Teilgenerators 11 auf einem definierten Potential zu halten, beispielsweise um Alterungserscheinungen der PV-Module vorzubeugen. Bei einem Problem im Bereich der PV-Strings 12 werden durch diese Schaltreihenfolge von DC-Kurzschlussschalter 16 und DC-Trenneinheit 14 die PV-Strings 12 zunächst schnell spannungsfrei geschaltet und danach, z.B. zur Unterdrückung eines Serienlichtbogens, abgetrennt. Zu Wartungs- und Reparaturzwecken kann nachfolgend auch eine allpolige Trennung durch beide Schalter 141 und 142 der DC-Trenneinheit 14 erfolgen. Bei einem defektem DC-Kurzschlussschalter 16 kann die DC-Trenneinheit 14 vorteilhaft genutzt werden, um einen dauerhaften Kurzschlussstrom zu verhindern.
Die PV-Strings 12 und die in diesen angeordneten PV-Module werden durch den herbeigeführten Kurzschluss durch die DC-Kurzschlussschalter 16 nicht überlastet, da sie für diesen Kurzschlussstrom ausgelegt sind und der Kurzschlussfall einen zulässigen Arbeitspunkt auf ihrer Strom-/Spannungskennlinie darstellt. Die Rückstromdiode 17 schützt dabei den DC-Kurzschlussschalter 16 und die PV-Module in den PV-Strings 12 vor hohen Rückströmen, die andernfalls durch weitere PV-Teilgeneratoren 11 oder aus dem Leistungsteil 40 in den DC-Anschlussbereich 30 fließen könnten.
Durch den Einsatz der DC-Kurzschlussschalter 16, der weiteren DC-Sicherungen 32 und des AC-Kurzschlussschalters 52 können die im Stand der Technik eingesetzten Trennorgane im DC-Anschlussbereich 30 entfallen und eine in diesem Sinne unmittelbare Verbindung der PV-Teilgeneratoren 11 mit den DC-Eingängen der DC/AC-Wandler 41 vorgenommen werden. Insbesondere können die gemäß dem Stand der Technik an den in der Figur wiedergegebenen Einbauplätzen 33 gemäß dem Stand der Technik vorgesehenen DC-Trennschalter entfallen, wodurch eine Materialeinsparung möglich wird, die den zusätzlichen Materialaufwand durch die DC-Kurzschlussschalter 16 sowie den AC-Kurzschlussschalter 52 ausgleicht oder gar überkompensiert.
In einer alternativen Ausgestaltung der PV-Anlage kann vorgesehen sein, den AC-Kurzschlussschalter 52 zwischen dem Wechselstromausgang der Wechselrichter 41 und der Filteranordnung 43 anzuordnen. Vorteilhaft ist dabei, dass im Kurzschlussfall die Höhe des Kurzschlussstroms bis zum Öffnen des AC-Trennorgans 51 nicht nur durch die Übertragungseigenschaften (z.B. Streuimpedanzen) des Transformators 60, sondern auch durch Übertragungseigenschaften der Filteranordnung 43 beschränkt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann bei der Anordnung des AC-Kurzschlussschalters 52 gemäß der Figur oder auch für einen Fall, in dem kein Transformator 60 vorgeschaltet ist, die Höhe des Kurzschlussstroms durch interne Strombegrenzungselemente eingeschränkt werden. Bei einer zu großen Strombegrenzung besteht allerdings die Gefahr, dass Restströme in den Wechselrichter fließen können.
Grundsätzlich ist bezüglich der Anordnung des AC-Kurzschlussschalters 52 im Verhältnis zum AC-Trennorgan 51 zu beachten, dass das AC-Trennorgan 51 in Energieflussrichtung bei der Einspeisung gesehen dem AC-Kurzschlussschalter 52 nachgeschaltet ist. Die Anordnung in Bezug auf die Filteranordnung 43 und den Transformator 60 kann unter Berücksichtigung der Höhe des Kurzschlussstroms variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Generatorbereich
11: PV-Teilgenerator
12: PV-String
13: DC-Sicherung (Stringsicherung)
14: DC-Trenneinheit
141, 142: einpolige Schalter
15: Hochsetzsteller
16: DC-Kurzschlussschalter
17: Rückstromdiode
18: Induktivität
19: Kapazität
20: DC-Leitung
30: DC-Anschlussbereich
31: DC-Sammelschiene
32: weitere DC-Sicherung
33: Einbauplatz für Trennorgan
34: Messpunkt
40: Leistungsteil
41: DC/AC-Wandler
42: Zwischenkreiskondensator
43: Filteranordnung
50: AC-Anschlussbereich
51: AC-Trennorgan
52: AC-Kurzschlussschalter
60: Transformator
70: Energieversorgungsnetz

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

DE 102009038209 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Electrical Fault Protection for Large Photovoltaic Power Plant Inverter“, D.E. Collier und T.S. Key, Photovoltaic Specialists Conference, IEEE Conference Record, 1988 [0004]

Claims

PV-Anlage mit mindestens einem Wechselrichter, der über ein AC-Trennorgan (51) zum Einspeisen von elektrischer Leistung mit einem Energieversorgungsnetz (70) gekoppelt ist, sowie mindestens einem PV-Teilgenerator (11), der jeweils mindestens einen PV-String (12) aufweist und der über DC-Leitungen (20) mit einem DC-Anschlussbereich (30) des mindestens einen Wechselrichters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – dem mindestens einen PV-Teilgenerator (11) eine generatornahe DC-Trenneinheit (14), ein dieser in Energieflussrichtung beim Einspeisen nachgeschalteter DC-Kurzschlussschalter (16) zum Kurzschließen des mindestens einen PV-Strings (12) des PV-Teilgenerators (11) und ein dem DC-Kurzschlussschalter (16) in der Energieflussrichtung nachgeschalteter Rückstromschutz zugeordnet sind und – in der Energieflussrichtung vor dem AC-Trennorgan (51) ein AC-Kurzschlussschalter (52) angeordnet ist.
PV-Anlage nach Anspruch 1, bei der der DC-Kurzschlussschalter (16) ein Halbleiterschalter und der Rückstromschutz eine Rückstromdiode (17) ist.
PV-Anlage nach Anspruch 2, bei der der Halbleiterschalter und die Rückstromdiode (17) Komponenten eines dem mindestens einen PV-Teilgenerator (11) zugeordneten Hochsetzstellers (15) sind.
PV-Anlage nach Anspruch 3, bei der dem mindestens einen PV-Teilgenerator (11) zudem eine Induktivität (18) und eine Kapazität (19) als Teil des Hochsetzstellers (15) zugeordnet sind.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der dem mindestens einen PV-String (12) mindestens eine DC-Sicherung (13) zugeordnet ist.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der mindestens eine PV-String (12) mindestens eine weitere Funktionseinheit, wie zum Beispiel eine Strommesseinrichtung, einen Überspannungshalbleiter, ein RCD-Messorgan oder eine AFCI-Baugruppe aufweist.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die von dem mindestens einen PV-Teilgenerator (11) zu dem Wechselrichter führenden DC-Leitungen (20) im DC-Anschlussbereich (30) über weitere DC-Sicherungen (32) unmittelbar mit DC-Eingängen des mindestens einen DC/AC-Wandlers (41) verbunden sind, wobei insbesondere keine zwischengeschalteten Trennorgane vorgesehen sind.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der AC-Kurzschlussschalter (52) mindestens einen Halbleiterschalter aufweist.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein Schaltvorgang des AC-Kurzschlussschalters (52) über ein pyrotechnisches Verfahren ausgelöst wird.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die DC-Trenneinheit (14) zwei getrennt steuerbare einpolige Schalter (141, 142) aufweist.
PV-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend einen zwischen dem AC-Trennorgan (51) und dem Energieversorgungsnetz (70) angeordneten Transformator (60).
Verfahren zum Betreiben einer PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings (12), bei der im Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage, die folgenden Schritte ausgeführt werden: – Kurzschließen eines Wechselstromausgangs von mindestens einem DC/AC-Wandler (41) eines Wechselrichters durch einen AC-Kurzschlussschalter (52) und – Trennen der PV-Strings (12) von einem DC-Eingang des mindestens einen DC/AC-Wandlers (41) durch eine generatornah angeordnete DC-Trenneinheit (14), und – Entkoppeln des Wechselstromausgangs von einem Energieversorgungsnetz (70).
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zur Entkopplung des Wechselstromausgangs von dem Energieversorgungsnetz (70) eine Verbindung zwischen dem Wechselstromausgang und dem Energieversorgungsnetz (70) zwischen dem AC-Kurzschlussschalter (52) und dem Energieversorgungsnetz (70) getrennt wird.
Verfahren zum Betreiben einer PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings (12), bei der im Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage, die folgenden Schritte ausgeführt werden: – Trennen der PV-Strings (12) von einem DC-Eingang des mindestens einen DC/AC-Wandlers (41) durch eine generatornah angeordnete DC-Trenneinheit (14), und – Unterbrechen eines Stromflusses in DC-Leitungen (20), über die die PV-Strings (12) mit einem DC-Anschlussbereich (30) des DC/AC-Wandlers (41) verbunden sind, durch Auslösen von weiteren DC-Sicherungen (32), die in dem DC-Anschlussbereich (30) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die PV-Strings (12) vor dem Trennen durch die DC-Trenneinheit (14) durch einen der DC-Trenneinheit (14) nachgeschalteten Kurzschlussschalter (16) kurzgeschlossen werden.
Verfahren zum Betreiben einer PV-Anlage mit einer Mehrzahl von PV-Strings (12), bei der im Fehlerfall, insbesondere beim Auftreten eines Kurzschlusses innerhalb der PV-Anlage, die folgenden Schritte ausgeführt werden: – unmittelbares Kurzschließen der PV-Strings (12) durch einen generatornah angeordneten DC-Kurzschlussschalter (16), und – Trennen der PV-Strings (12) von dem Kurzschlussschalter (16) durch eine zwischen den PV-Strings (12) und dem DC-Kurzschlussschalter (16) angeordnete DC-Trenneinheit (14).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die PV-Strings (12) durch die DC-Trenneinheit (14) nur einpolig von dem DC-Kurzschlussschalter (16) getrennt werden.