DE102013225230A1 - Circuit arrangement with solar module and optimized balancer circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus Schaltungsanordnung mit einem Solarmodul (10) und einer Balancer-Schaltung (30), wobei das Solarmodul (10) eine Anzahl von wenigstens drei seriell geschalteten Substrings (20) umfasst, und wobei die Balancer-Schaltung (30) parallel zum Solarmodul (10) geschaltet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Balancer-Schaltung (30) eine Anzahl von Spulen (40) umfasst, welche um eins kleiner ist als die Anzahl der Substrings (20), und dass die Balancer-Schaltung (30) eine Anzahl von Schaltern (50) umfasst, welche gleich der Anzahl der Substrings (20) ist.The invention is based on a circuit arrangement with a solar module (10) and a balancer circuit (30), wherein the solar module (10) comprises a number of at least three serially connected substrates (20), and wherein the balancer circuit (30) parallel to Solar module (10) is connected. The gist of the invention is that the balancer circuit (30) comprises a number of coils (40) one less than the number of substrings (20) and that the balancer circuit (30) has a number of Includes switches (50) equal to the number of the substrings (20).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus Schaltungsanordnung mit einem Solarmodul und einer Balancer-Schaltung, wobei das Solarmodul eine Anzahl von wenigstens drei seriell geschalteten Substrings umfasst, und wobei die Balancer-Schaltung parallel zum Solarmodul geschaltet ist.The invention is based on a circuit arrangement with a solar module and a balancer circuit, wherein the solar module comprises a number of at least three serially connected substrates, and wherein the balancer circuit is connected in parallel to the solar module.
Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der Patentschrift
Ganz allgemein dient eine Balancer-Schaltung bei Solarmodulen dazu, die in den Substrings erzeugten Ströme umzuverteilen. Dies ist nötig, da Substrings nicht immer gleich beleuchtet werden, beispielsweise durch einen Baum teilweise abgeschattet sind und die Substrings daher verschieden große Ströme bzw. eine unterschiedliche Leistung bereitstellen. Durch die Umverteilung der Ströme von den energiereichen zu den energiearmen Substrings mittels einer Balancer-Schaltung entsteht an jedem Substring dieselbe Spannung, wodurch die Leistung eines jeden Substrings optimal genutzt wird.In general, a balancer circuit in solar modules serves to redistribute the currents generated in the substrings. This is necessary because substrings are not always illuminated the same, for example, are partially shaded by a tree and therefore provide the substrings different sized currents or a different performance. By redistributing the currents from the high-energy to the low-energy substrings by means of a balancer circuit, the same voltage is generated at each substrate, whereby the power of each substrate is optimally utilized.
Es ist auch zu beachten, dass die Umverteilung der erzeugten Ströme aus den Substrings nur gesteuert und nicht geregelt werden müssen, da der Strom, der durch eine Induktivität fließt, durch den Innenwiderstand einer Stromquelle, hier des Substrings, begrenzt wird und so nicht grenzenlos werden kann.It should also be noted that the redistribution of the generated currents from the substrings need only be controlled and not controlled, since the current flowing through an inductor is limited by the internal resistance of a current source, here the substring, and thus does not become unbounded can.
Aufgabetask
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ausgangsleistung eines Solarmoduls mit Substrings zu maximieren.The object of the invention is to maximize the output power of a solar module with Substrings.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung geht aus Schaltungsanordnung mit einem Solarmodul und einer Balancer-Schaltung, wobei das Solarmodul eine Anzahl von wenigstens drei seriell geschalteten Substrings umfasst, und wobei die Balancer-Schaltung parallel zum Solarmodul geschaltet ist. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Balancer-Schaltung eine Anzahl von Spulen umfasst, welche um eins kleiner ist als die Anzahl der Substrings, und dass die Balancer-Schaltung eine Anzahl von Schaltern umfasst, welche gleich der Anzahl der Substrings ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Komplexität der Schaltungsanordnung gegenüber dem Stand der Technik sinkt. So wird bei drei Substrings ein Schalter weniger benötigt als im Stand der Technik. Je zusätzlichen Substring wird zudem jeweils ein Schalter weniger benötigt als im Stand der Technik. Üblicherweise werden sehr große Schalter genutzt, die für einen vielfach höheren Strom ausgelegt sind als den, der wirklich fließt, um somit Verluste zu minimieren und folglich den Wirkungsgrad zu erhöhen. Durch Wegfall eines solchen Schalters können somit die Kosten der Schaltungsanordnung deutlich reduziert werden und zudem wird auf Grund der gesunkenen Komplexität Schaltungsanordnung deren Ausfallwahrscheinlichkeit verringert. Außerdem kann je nicht benötigtem Schalter auch auf dessen sonst nötige Ansteuerung verzichtet werden. Zur Ansteuerung der normalerweise genutzten n-Kanal-Schalter ist beispielsweise eine Ladungspumpe oder ein Schaltregler nötig. Durch den Wegfall der Ansteuerung können also weitere Bauteile eingespart und die Komplexität der Schaltungsanordnung weiter reduziert werden.The invention is based on a circuit arrangement with a solar module and a balancer circuit, wherein the solar module comprises a number of at least three serially connected substrates, and wherein the balancer circuit is connected in parallel to the solar module. The gist of the invention is that the balancer circuit comprises a number of coils one less than the number of substrings, and that the balancer circuit comprises a number of switches equal to the number of substrings. It is advantageous here that the complexity of the circuit arrangement compared to the prior art decreases. Thus, with three substrings, one less switch is required than in the prior art. In addition, each additional substrate requires one less switch than in the prior art. Usually very large switches are used, which are designed for a much higher current than that which really flows, so as to minimize losses and consequently to increase the efficiency. By eliminating such a switch, the cost of the circuit arrangement can thus be significantly reduced and, moreover, because of the reduced complexity of the circuit arrangement, its probability of failure is reduced. In addition, each switch not required can be dispensed with its otherwise necessary control. To control the normally used n-channel switches, for example, a charge pump or a switching regulator is necessary. By eliminating the drive so more components can be saved and the complexity of the circuit can be further reduced.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schalter der Balancer-Schaltung in Reihe zwischen einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss des Solarmoduls angeordnet sind und dass je eine Spule zwischen einer Verbindung zweier Substrings und einer Verbindung zweier Schalter angeordnet ist, wobei die Anzahl von Substrings mit der Anzahl von Schaltern, die zwischen der Spule und dem positivem Anschluss oder auch dem negativem Anschluss des Solarmoduls angeordnet sind, identisch ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch die aufgezeigte Topologie Wirkungsgradvorteile im Betrieb ermöglicht werden können. So kann die Energie bei nicht direkt miteinander verbundenen Substrings trotzdem über die Balancer-Schaltung direkt ausgetauscht werden und muss nicht wie im Stand der Technik mittels Kondensatoren zwischengespeichert werden. Hierdurch werden die durch die Umverteilung enstehenden Stromwärmeverluste nur einmal fällig. An advantageous embodiment of the invention provides that the switches of the balancer circuit are arranged in series between a positive terminal and a negative terminal of the solar module and that a respective coil between a connection of two Substrings and a connection of two switches is arranged, wherein the number of substrings is identical to the number of switches arranged between the coil and the positive terminal or also the negative terminal of the solar module. It is advantageous in this case that efficiency advantages can be made possible during operation by the illustrated topology. Thus, the energy can still be exchanged directly with not directly interconnected Substrings on the balancer circuit and does not need to be cached as in the prior art by means of capacitors. As a result, the current heat losses resulting from the redistribution become due only once.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dass die Schaltungsanordnung einen DC/DC-Wandler, insbesondere einen Synchron-Wandler, umfasst, welcher mit dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss des Solarmoduls verbunden und dazu eingerichtet ist, eine Powercut-Funktion zu realisieren. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Solarmodul im Notfall oder auf Anforderung, z. B. bei Wartung oder Montage, mittels des ersten Schalters und des zweiten Schalters des DC/DC-Wandlers seriell abgeschaltet werden kann. Alternativ ist es möglich den Ausgang des Solarmoduls mittels der Schalter des Wandlers parallel kurzzuschließen. Beide Anwendungsfälle ermöglichen also die Vermeidung von gefährlichen Spannungen, wodurch Unfälle mit Personenschaden oder die Zerstörung von Bauteilen vermieden werden können.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the circuit arrangement comprises a DC / DC converter, in particular a synchronous converter, which is connected to the positive terminal and the negative terminal of the solar module and adapted to a powercut function to realize. It is advantageous in this case that the solar module in an emergency or on request, z. B. during maintenance or installation, by means of the first switch and the second switch of the DC / DC converter can be switched off in series. Alternatively, it is possible to short-circuit the output of the solar module in parallel by means of the switches of the converter. Both applications thus allow the avoidance of dangerous voltages, resulting in accidents with personal injury or the destruction of components can be avoided.
Zeichnungendrawings
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
In einem alternativen, nicht bildlich dargestellten, Ausführungsbeispiel umfasst das Solarmodul
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2013-12-09 DE DE102013225230.7A patent/DE102013225230A1/en not_active Withdrawn
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