DE102014111811B3

DE102014111811B3 - Platine, Generatoranschlusskasten und Photovoltaikkraftwerk

Info

Publication number: DE102014111811B3
Application number: DE102014111811.1A
Authority: DE
Inventors: Jan-Gerrit Engbring; Yavuz Ekici
Original assignee: SKYTRON ENERGY GmbH
Current assignee: SKYTRON ENERGY GmbH
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-08-20

Abstract

Platine mit Bauteilen (20) aufweisend mindestens zwei erste Anschlüsse (14), welche jeweils mit einer jeweils ersten Seite (15) von mindestens zwei Sicherungsaufnahmen (16) elektrisch verbunden sind, und mindestens einen zweiten Anschluss (21), welcher mit mindestens einer jeweils zweiten Seite (17) der mindestens zwei Sicherungsaufnahmen (16) elektrisch verbunden ist, wobei der Abstand zwischen den ersten Seiten (15) benachbarter Sicherungsaufnahmen (16) größer ist als der Abstand zwischen den zweiten Seiten (17) benachbarter Sicherungsaufnahmen (16); dadurch gekennzeichnet, dass die Platine ein Basismodul (11), auf dem die Bauteile (20) und die zweiten Seiten (17) der Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, und mindestens ein Zusatzmodul (12), auf dem die ersten Seiten (15) der Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Platine, einen Generatoranschlusskasten und ein Photovoltaikkraftwerk.
Bei elektrischen oder elektronischen Platinen, die Anschlüsse für externe Leitungen haben, die mit Sicherungen geschützt sind, sind häufig hohe Herstellungs- und Anschaffungskosten zu beobachten. Diese Kosten beruhen insbesondere bei Platinen für höhere Ströme wie zum Beispiel in Generatoranschlusskästen von Photovoltaikkraftwerken unter anderem auf den Sicherungsmaßnahmen.
Bislang sind Sicherungen in auf Tragschienen montierten Sicherungshaltern angeordnet, wobei meist mehrere Reihen von Sicherungshaltern vorgesehen sind. Die Sicherungen werden in dieser Anordnung häufig zu warm.
US 2 186 165 A und US 2 097 019 A offenbaren eine Schalttafel, auf der Sicherungsaufnahmen zur Aufnahme von Sicherungen sternförmig angeordnet sind. Eine Sicherung ist zwischen einer inneren Klemme und einer äußeren Klemme der Sicherungsaufnahme angeordnet.
DE 1 744 696 U offenbart einen Sicherungskasten für Kraftfahrzeuge zum Einbau in das Armaturenbrett, bei dem die Sicherungen für die elektrischen Stromkreise des Fahrzeuges in einem Gehäuse strahlenförmig um ein Messinstrument angeordnet sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, dem Aufbau einer Platine und damit den Betrieb von Platine und Gesamtsystem zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 5, 6 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße Platine mit Bauteilen umfasst mindestens zwei erste Anschlüsse, welche jeweils mit einer jeweils ersten Seite von mindestens zwei Sicherungsaufnahmen elektrisch verbunden sind, und mindestens einen zweiten Anschluss, welcher mit mindestens einer jeweils zweiten Seite der mindestens zwei Sicherungsaufnahmen elektrisch verbunden ist, wobei der Abstand zwischen den ersten Seiten benachbarter Sicherungsaufnahmen größer ist als der Abstand zwischen den zweiten Seiten benachbarter Sicherungsaufnahmen; wobei die Platine ein Basismodul, auf dem die Bauteile und die zweiten Seiten der Sicherungsaufnahmen angeordnet sind, und mindestens ein Zusatzmodul, auf dem die ersten Seiten der Sicherungsaufnahmen angeordnet sind aufweist.
Die Platine hat den Vorteil von Platzersparnis und Verringerung der Materialkosten. Die Erfindung verlässt dabei den traditionellen Weg einer rechteckigen Anordnung und schlägt eine kreissegmentartige Anordnung der Sicherungsaufnahmen und eventuell weiterer Elemente der Platine wie Anschlüsse, Leitungen und/oder Bauelementen vor. Dies minimiert den Platzbedarf. Zudem bietet die kreisförmige Anordnung der Sicherungsaufnahmen eine bessere Wärmeabfuhr und damit eine geringere Verlustleistung. Bei hängender Anordnung der Platine mit den Sicherungsaufnahmen oben oder unten findet keine gegenseitige Erwärmung der Sicherungen durch aufsteigende warme Luft statt, so dass unter Umständen auf eine Kühlung verzichtet werden kann. Auch bietet die Anordnung ein besseres EMV-Verhalten. Zudem wird ein modulare und kostengünstiger Aufbau erlaubt, bei dem nur die jeweils benötigte Anzahl von Anschlüssen verwendet wird. Spätere Erweiterungen oder Reduktionen sind möglich.
Das Basismodul und das Zusatzmodul können mittels mindestens eines in der Sicherungsaufnahme angeordneten Sicherungsmittels verbunden sein. Dies spart Materialkosten, da die Sicherungsmittel doppelt verwendet werden, zum einen zur elektrischen Sicherung und zum anderen zur mechanischen Verbindung der Platine.
Eine Seite der Platine, an der die Sicherungsaufnahmen angeordnet sind, kann die Form eines Kreissegments aufweisen. Damit folgt die Form der Platine, das heißt des Basismodul und/oder des Zusatzmoduls, der von den Sicherungsaufnahmen vorgegebenen Kreisform. Dies verkleinert die Platine, was Materialkosten spart und ein kleineres Gehäuse für die Platine und damit weitere Einsparungen ermöglicht.
Die Bauteile können eine elektrische oder elektronische Messvorrichtung enthalten. Der geschützte Aufbau und auch die Modularität bieten sich insbesondere für eine Messvorrichtung zum Beispiel von Strangströmen eines PV-Kraftwerks an.
Die erfindungsgemäße Platine mit Bauteilen umfasst mindestens zwei erste Anschlüsse, welche jeweils mit einer jeweils ersten Seite von mindestens zwei Sicherungsaufnahmen elektrisch verbunden sind, und mindestens einen zweiten Anschluss, welcher mit mindestens einer jeweils zweiten Seite der mindestens zwei Sicherungsaufnahmen elektrisch verbunden ist, wobei der Abstand zwischen den ersten Seiten benachbarter Sicherungsaufnahmen größer ist als der Abstand zwischen den zweiten Seiten benachbarter Sicherungsaufnahmen; wobei die Platine ein Basismodul, auf dem die Bauteile und die zweiten Seiten der Sicherungsaufnahmen angeordnet sind, und mindestens ein Zusatzmodul, auf dem die ersten Seiten der Sicherungsaufnahmen angeordnet sind, aufweist, und wobei eine Freischaltvorrichtung zur elektrischen Freischaltung der Sicherungsaufnahmen vorgesehen sein kann. Zum Beispiel kann eine mechanische Kontakttrennung beispielsweise in Form eines Hebels vorgesehen sein. Die Freischaltvorrichtung erlaubt einen einfachen und sicheren Austausch der Sicherungsmittel, da durch sie die Spannung freigeschaltet wird.
Der erfindungsgemäße Generatoranschlusskasten umfasst ein Gehäuse und mindestens eine darin angeordnete Platine wie zuvor beschrieben. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben. Ein Generatoranschlusskasten kann auch als PV-Generator Anschlusskasten, PV-Teilgenerator-Anschlusskasten, Array-Box, Combiner-Box, GAK oder DC-UV bezeichnet werden. Ströme eines Strangs können beispielsweise 8 A betragen. Bei einer Spannung von 550 V beträgt die Strangleistung 4,4 kW.
Eine abnehmbare Abdeckung der Sicherungsaufnahmen kann vorgesehen sein, die abnehmbar ist, wenn eine Stromführung getrennt ist. Diese Abdeckung, beispielsweise aus einem Kunststoffformteil bestehend, kann mechanisch mit der Freischaltvorrichtung gekoppelt sein. Diese Koppelung kann als ein oder mehrere Hebel ausgebildet sein. Die Abdeckung verringert die Gefahr eines Lichtbogens, da so kein direkter Kontakt mit den stromführenden Sicherungen möglich ist.
Die ersten Anschlüsse und/oder die zweiten Anschlüsse können als Anschlüsse für externe Stranganschlussleitungen ausgebildet sein. Dies erlaubt eine weitere Vereinfachung des Generatoranschlusskastens, da die von außen kommenden Stranganschlussleitungen direkt auf die Platine geführt werden. Bisher sind die Stranganschlussleitungen erst auf Eingangsklemmen des Generatoranschlusskastens und dann von dort zu der Platine geführt worden. Die Stranganschlussleitungen können auch als PV-Strangkabel/-leitungen oder als PV-Teilgeneratorkabel/-leitungen bezeichnet werden.
Das erfindungsgemäße Photovoltaikkraftwerk umfasst mindestens einen Strang mit mindestens einem PV-Modul, einem Generatoranschlusskasten wie zuvor beschrieben, und eine Last wie zum Beispiel einen Inverter, wobei eine Stranganschlussleitung an die ersten oder zweiten Anschlüsse angeschlossen ist und wobei die Last über eine Sammelleitung an die anderen Anschlüsse angeschlossen ist. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben, es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines PV Kraftwerks.
2 eine schematische Darstellung einer Platine.
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Platine.
4 eine schematische Darstellung eines Generatoranschlusskastens.
5 eine schematische Darstellung eines Stromkreises des Generatoranschlusskastens.
Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
1 zeigt ein Photovoltaik-Kraftwerk 1 mit mehreren Solarmodulen 2. Die Solarmodule 2 sind in Strängen oder Strings 3 angeordnet. Dazu sind mehrere Solarmodule 2 hintereinander geschaltet. Mehrere Stränge 3 können logisch und/oder schaltungstechnisch zu Zonen zusammengefasst sein.
Jeder Strang 3 führt zu einem Generatoranschlusskasten 4 oder einem ähnlichen Anschlusspunkt für den Strang 3. Hier ist jedem Generatoranschlusskasten 4 ein Strang 3 zugeordnet, es können auch mehrere Stränge 3 an einem Generatoranschlusskasten 4 angeschlossen sein. Der Generatoranschlusskasten 4 muss keine eigenständige Einheit sein, sondern kann auch Bestandteil, wie zum Beispiel eine Platine, Baueinheit oder Softwareroutine für die Signalverarbeitung, einer anderen elektrischen und/oder elektronischen Einheit sein.
Die Generatoranschlusskästen 4 sind jeweils über eine DC-Sammelleitung 5 mit Wechselrichtern oder Stromrichtern 6 verbunden. Die optionalen Wechselrichter 6 richten den von den Solarmodulen 2 erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Hier sind zwei Generatoranschlusskasten 4 mit einem Wechselrichter oder Inverter 6 verbunden. Dieses Verhältnis kann je nach Anlage, verwendeten Komponenten usw. anders gewählt werden.
Die Wechselrichter 6 können an einem Netzübergabepunkt oder Netzverknüpfungspunkt 7 angeschlossen sein. Der Netzübergabepunkt 7 kann ausgangsseitig mit dem Stromnetz oder Grid verbunden sein. Je nach Topologie des Kraftwerks 1 kann der Punkt 7 auch einen Kraftwerksblock 7 definieren, von denen dann mehrere an einen Netzübergabepunkt angeschlossen sind.
In 2 ist die Platine 10 in einer beispielhaften Ausführung dargestellt. Die Platine 10 hat eine Basisplatine oder ein Basismodul 11 und mehrere daran angeordnete Zusatzmodule 12. Die Platine 10 hat auf einer Seite eine halbrunde Kontur 13. Diese kreissegmentförmige Kontur 13 ist sowohl bei dem Basismodul 11 als auch bei den Zusatzmodulen 12 vorgesehen. Alternativ können das oder die Zusatzmodule eine andere Form zum Beispiel eine rechteckige Form haben. Die einander zugewandten Seiten des Basismoduls 11 und der Zusatzmodule 12 sind kreisförmig. Des Weiteren sind die dem Basismodul 11 abgewandten Seiten der Zusatzmodule 12 kreisförmig. Diese Ausgestaltung spart Platz und Material. Die Kreisradien der Konturen 13 haben auf der Platine 10 einen gemeinsamen Mittelpunkt.
Auf den Zusatzmodulen 12 sind erste Anschlüsse 14 angeordnet, welche als Anschlussklemmen für Leitungen wie zum Beispiel Strangleitungen 3. Hier sind vier Anschlüsse 14 pro Zusatzmodul 12 vorgesehen; andere Anzahlen wie zum Beispiel zwei, sechs oder mehr sind ebenfalls möglich.
Mit einem ersten Anschluss 14 ist jeweils eine erste Seite 15 einer Sicherungsaufnahme 16 elektrisch verbunden, beispielsweise über eine Leiterbahn. Eine zweite Seite 17 der Sicherungsaufnahme 16 ist auf dem Basismodul 11 an der Kontur 13 angeordnet. In der Sicherungsaufnahme 16 ist ein Sicherungsmittel 18 in Form einer Sicherung zum Beispiel einer Schmelzsicherung vorgesehen. Das beziehungsweise die Sicherungsmittel 18 verbinden die beiden Subplatinen 11 und 12 miteinander und zwar elektrisch und mechanisch.
Der Abstand zwischen zwei ersten Seiten 15 benachbarter Sicherungsaufnahmen 16 größer ist als der Abstand zwischen den zweiten Seiten 17 benachbarter Sicherungsaufnahmen 16. Auf der ersten Seite, das heißt auf dem Zusatzmodul 12, ist der Abstand groß genug gewählt, um die für die jeweilige Anwendung erforderlichen oder benötigten Luftstrecken und/oder Kriechstrecken sicherzustellen. Auf der zweiten Seite, das heißt auf der Hauptplatine 11, sind die Sicherungsaufnahmen 16 näher aneinander angeordnet, woraus sich die kreisförmige Kontur 13 ergibt. Die Sockel oder Sicherungsaufnahmen 16 sind auf der zweiten Seite vorzugsweise so dicht beieinander angeordnet, dass die Entnahme einer Sicherung möglich ist ohne dass die benachbarte Sicherungsaufnahme 16 berührt wird. Hier ist die erste Seite eine Eingangsseite und die zweite Seite eine Ausgangsseite. Die Luftstrecken und/oder Kriechstrecken werden daher auf der Ausgangsseite der Sicherungsaufnahmen 16 beziehungsweise der Sicherungsmittel nicht benötigt.
Auf dem Basismodul 11 ist an jede zweite Seite 17 der Sicherungsaufnahme 16 eine optionale Eingangsbeschaltung 19 elektrisch angeschlossen. Die Eingangsbeschaltung 19 kann ein Shunt sein, dessen Spannungsabfall proportional zum Strom ist. Der Spannungsabfall wird dann gemessen und digitalisiert. An diese sind eine oder mehrere Bauteile 20, hier in Form einer elektrischen oder elektronischen Messvorrichtung, angeschlossen. Mit der Messvorrichtung werden die an die ersten Anschlüsse 14 geführten Leitungen beziehungsweise deren elektrische Eigenschaften wie zum Beispiel der fließende Strom gemessen. Dabei kann jedem Anschluss 14 ein Messkanal zugeordnet sein oder es kann eine Bündelung von zum Beispiel zwei Anschlüssen pro Messkanal vorgesehen sein.
Zu dem Bauteil 20 sind zweite Anschlüsse 21 parallel oder in Reihe geschaltet. Die zweiten Anschlüsse 21 stellen hier die Ausgangsseite der Platine 10 dar. In dem dargestellten Beispiel sind sechs zweite Anschlüsse 21 bei vierundzwanzig ersten Anschlüssen 14 vorgesehen. Es laufen also vier Leitungen von vier ersten Anschlüssen 14 zu jeweils einem zweiten Anschluss 21.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind eine oder mehrere Freischaltvorrichtungen zur elektrischen Freischaltung der Sicherungsaufnahmen 16 sowie eine abnehmbare Abdeckung der Sicherungsaufnahmen 16 nicht dargestellt. Die Abdeckung ist gesichert und dann abnehmbar, wenn eine Stromführung getrennt ist.
In 3 ist ein weiteres Beispiel der Platine 10 dargestellt. Hier sind Bauteile auf der Platine 10, zum Beispiel in Form der zweiten Anschlüsse 21, der zweiten Seiten 17 der Sicherungsaufnahmen 16 oder von diesen verbindenden Leiterbahnen. Eine Messvorrichtung ist nicht vorgesehen. Diese Platine 10 kann zum Zusammenfassen von mehreren Eingangsleitungen, hier vier, zu einer Ausgangsleitung dienen. Zum anderen kann diese Platine 10 gemeinsam mit einer Platine aus 2 verschaltet sein, wobei dann die Messvorrichtung nur einmal vorhanden sein muss.
Diese Verschaltung wird nun anhand der 4 und 5 beschrieben. In 4 ist als ein Beispiel ein Generatoranschlusskasten 4 dargestellt. Der Generatoranschlusskasten 4 hat ein Gehäuse 22, an dessen Rückwand die beiden Platinen 10 aus den 2 und 3 befestigt sind.
Die Strangleitungen 3 werden von unten in den Generatoranschlusskasten 4 geführt und sind direkt an die ersten Anschlüsse 14 angeschlossen. Aufgrund der Trennung der Platine 10 und des Zusatzmoduls 12, sowie der Entnehmbarkeit der Sicherungsmittel, was den Austausch der Platine 10 ermöglicht sind keine Zwischenanschlüsse nötig. Auch Leitungen mit größerem Umfang können direkt an den Zusatzmodulen 12 angeschlossen werden. Die kreisförmige Kontur 13 bietet am Außenradius mehr Platz für die ersten Anschlüsse 14.
Von den zweiten Anschlüssen 21 der beiden Platinen 10 verlaufen Leitungen zu einem Sammler 23 mit einem optionalen Lasttrennschalter. Von dort verlaufen zwei, vier oder mehr DC-Sammelleitungen 24 aus dem Generatoranschlusskasten 4 heraus zu einem Inverter oder Wechselrichter 6.
In 5 ist diese Konfiguration als Schaltbild dargestellt. Wie zu erkennen ist, verläuft eine Strang 3 mit einem oder mehreren PV-Modulen 2 zwischen ersten Anschlüssen 14 der beiden Platinen 10. Ein Strang 3 beziehungsweise eine Strangleitung ist vorzugsweise an identischen Klemmen oder Eingängen 14 der beiden Platinen 10 angeschlossen. Zwischen den zweiten Anschlüssen 21 der beiden Platinen 10 ist die DC-Sammelleitung 24 mit dem Inverter 6 geschaltet, wodurch der Stromkreis geschlossen ist.

Claims

Platine mit Bauteilen (20) aufweisend mindestens zwei erste Anschlüsse (14), welche jeweils mit einer jeweils ersten Seite (15) von mindestens zwei Sicherungsaufnahmen (16) elektrisch verbunden sind, und mindestens einen zweiten Anschluss (21), welcher mit mindestens einer jeweils zweiten Seite (17) der mindestens zwei Sicherungsaufnahmen (16) elektrisch verbunden ist, wobei der Abstand zwischen den ersten Seiten (15) benachbarter Sicherungsaufnahmen (16) größer ist als der Abstand zwischen den zweiten Seiten (17) benachbarter Sicherungsaufnahmen (16); dadurch gekennzeichnet, dass die Platine ein Basismodul (11), auf dem die Bauteile (20) und die zweiten Seiten (17) der Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, und mindestens ein Zusatzmodul (12), auf dem die ersten Seiten (15) der Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, aufweist.
Platine nach Anspruch 1, wobei das Basismodul (11) und das Zusatzmodul (12) mittels mindestens eines in der Sicherungsaufnahme (16) angeordneten Sicherungsmittels (18) verbunden sind.
Platine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei eine Seite der Platine (10), an der die Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, die Form eines Kreissegments (13) aufweist.
Platine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bauteile (20) eine elektronische Messvorrichtung enthalten.
Platine mit Bauteilen (20) aufweisend mindestens zwei erste Anschlüsse (14), welche jeweils mit einer jeweils ersten Seite (15) von mindestens zwei Sicherungsaufnahmen (16) elektrisch verbunden sind, und mindestens einen zweiten Anschluss (21), welcher mit mindestens einer jeweils zweiten Seite (17) der mindestens zwei Sicherungsaufnahmen (16) elektrisch verbunden ist, wobei der Abstand zwischen den ersten Seiten (15) benachbarter Sicherungsaufnahmen (16) größer ist als der Abstand zwischen den zweiten Seiten (17) benachbarter Sicherungsaufnahmen (16); dadurch gekennzeichnet, dass die Platine ein Basismodul (11), auf dem die Bauteile (20) und die zweiten Seiten (17) der Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, und mindestens ein Zusatzmodul (12), auf dem die ersten Seiten (15) der Sicherungsaufnahmen (16) angeordnet sind, aufweist, und dass eine Freischaltvorrichtung zur elektrischen Freischaltung der Sicherungsaufnahmen (16) vorgesehen ist.
Generatoranschlusskasten mit einem Gehäuse (22) und mindestens einer darin angeordneten Platine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Generatoranschlusskasten nach Anspruch 6, wobei die ersten Anschlüsse (14) und/oder die zweiten Anschlüsse (21) als Anschlüsse für externe Stranganschlussleitungen (3) ausgebildet sind.
Photovoltaikkraftwerk mit mindestens einem Strang (3) mit mindestens einem PV-Modul (2), einem Generatoranschlusskasten (4) nach Anspruch 6 oder 7, und einer Last (6), wobei eine Stranganschlussleitung (3) an die ersten oder zweiten Anschlüsse (14, 21) angeschlossen ist und wobei die Last (6) über eine Sammelleitung (24) an die anderen Anschlüsse angeschlossen ist.