DE102017108507A1 - Photovoltaic system, protection circuit and method for self-shutdown of a photovoltaic string - Google Patents

Photovoltaic system, protection circuit and method for self-shutdown of a photovoltaic string Download PDF

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Andreas Stefan Ende
Wolfgang Höft
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage (1) mit einer Schalteinrichtung (38) zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10), eine Sicherheitsschaltung zum selbständigen bzw. automatisierten Abschalten eines Teils der Photovoltaik-Anlage oder zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10) sowie ein Verfahren zum selbständigen bzw. automatisierten Abschalten des Teils der Photovoltaik-Anlage oder des zumindest einen Photovoltaik-Strangs (10) der Photovoltaik-Anlage (1). Die Photovoltaik-Anlage (1) umfasst:zumindest einen Photovoltaik-Strang (10), wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung (U1) erzeugen,eine Sensoreinrichtung (46) zum Messen einer elektrischen Kenngröße des Photovoltaik-Stranges (10), insbesondere der Strangspannung (U1),eine Schalteinrichtung (38), welche in die Strangleitung eingebaut ist, um zumindest einen Teil der Photovoltaik-Anlage (1) oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) an- und abzuschalten,eine Steuereinrichtung (42), welche ausgebildet ist, die elektrische Kenngröße mit einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere einer Schwellenspannung, zu vergleichen und in Ansprechen auf den Vergleich ein Signal an die Schalteinrichtung (38) auszugeben, so dass mit der Schalteinrichtung (38) der zumindest eine Teil der Photovoltaik-Anlage oder der zumindest eine Photovoltaik-Strang abgeschaltet werden kann.The invention relates to a photovoltaic system (1) with a switching device (38) for switching on and off at least one photovoltaic string (10), a safety circuit for autonomous or automated switching off a portion of the photovoltaic system or at least one photovoltaic string (10) and a method for autonomous or automated shutdown of the part of the photovoltaic system or the at least one photovoltaic string (10) of the photovoltaic system (1). The photovoltaic system (1) comprises: at least one photovoltaic string (10), wherein the at least one photovoltaic string is formed by photovoltaic modules (12), which are connected in series with one another by means of a string line and thus a string voltage (U1) generate a sensor device (46) for measuring an electrical parameter of the photovoltaic string (10), in particular the string voltage (U1), a switching device (38) which is incorporated in the strand line to at least a portion of the photovoltaic system (1 ) or the at least one photovoltaic string with the switching device (38) on and off, a control device (42) which is designed to compare the electrical characteristic with a predefined threshold value, in particular a threshold voltage, and in response to the comparison Output signal to the switching device (38), so that with the switching device (38) of the at least one part of the photovoltaic system or the at least one photovoltaic string can be turned off.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage mit einer Schalteinrichtung zum An- und Abschalten zumindest eines Photovoltaik-Strangs in Ansprechen auf die Vorgabe durch eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zum selbständigen Abschalten zumindest eines Teiles der Photovoltaik-Anlage oder zumindest eines Photovoltaik-Strangs der Photovoltaik-Anlage.The invention relates to a photovoltaic system with a switching device for switching on and off of at least one photovoltaic string in response to the specification by a control device and a method for autonomously switching off at least a portion of the photovoltaic system or at least one photovoltaic string of photovoltaic Investment.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Eine Photovoltaik-Anlage umfasst typischerweise eine Vielzahl von Photovoltaik-Modulen, welche zu Strängen, manchmal auch als „Strings“ bezeichnet, in Serie geschaltet sind, um eine nominelle Photovoltaik-Generatorgleichspannung von typischerweise derzeit bis zu 1000 Volt oder sogar 1500 Volt zu erreichen. Ferner werden je nach Anzahl der zusammen geschalteten Photovoltaik-Module und deren Einzelspannung wiederum ggf. mehrere der Photovoltaik-Stränge parallel geschaltet, von denen jeder Photovoltaik-Strang beispielsweise einen nominellen Strom von 10 A erzeugen kann. Wenn mehrere Stränge parallel geschaltet werden, wird dies auch als Multistrang- oder Multistringverschaltung bezeichnet.A photovoltaic system typically includes a plurality of photovoltaic modules connected in series, sometimes called "strings", in series to achieve a nominal photovoltaic generator DC voltage of typically currently up to 1000 volts or even 1500 volts. Further, depending on the number of interconnected photovoltaic modules and their individual voltage in turn, if necessary, several of the photovoltaic strings connected in parallel, of which each photovoltaic string can produce, for example, a nominal current of 10A. When multiple strings are connected in parallel, this is also referred to as multistream or multi-string interconnection.

Aufgrund der hohen Spannung und der hohen Ströme im Gleichspannungsteil der Photovoltaik-Anlage bzw. des Photovoltaik-Generators besteht bei Wartung oder bei Störfällen, wie z.B. bei einem Brand, die Gefahr, dass Personen lebensgefährlichen Spannungen ausgesetzt sein könnten.Due to the high voltage and the high currents in the DC part of the photovoltaic system or the photovoltaic generator, there is maintenance or incidents such. in the event of a fire, the risk of people being exposed to life-threatening tensions.

Darüber hinaus ist die von einer Photovoltaik-Anlage erzeugte Anlagenspannung bzw. die von jedem einzelnen Photovoltaik-Modul abgegebene Modulspannung abhängig von verschiedenen Umgebungsbedingungen wie insbesondere der Temperatur. Die Modulspannung unterliegt regelmäßig einem Temperaturgradienten, wobei die Modulspannung mit sinkender Temperatur steigt. Eine Photovoltaik-Anlage ist daher typischerweise für die widrigsten Umgebungsbedingungen auszulegen, die am Installationsort möglicherweise auftreten können, so dass die Photovoltaik-Anlage in günstigen Bedingungen, d.h. ein hohes Maß an Sonneneinstrahlung bei dann warmen Photovoltaik-Modulen, typischerweise entfernt von ihren optimalen Arbeitsbedingungen arbeitet, um eventuelle Überspannungen sicher auszuschließen.In addition, the system voltage generated by a photovoltaic system or the output from each photovoltaic module module voltage depends on different environmental conditions such as temperature in particular. The module voltage is regularly subject to a temperature gradient, the module voltage increases with decreasing temperature. A photovoltaic system is therefore typically designed for the most adverse environmental conditions that may possibly occur at the installation site, so that the photovoltaic system in favorable conditions, i. a high level of solar radiation with then warm photovoltaic modules, typically working away from their optimal working conditions to safely exclude any overvoltages.

Schließlich ist es regelmäßig im Anlagenbau von Photovoltaik-Anlagen zu berücksichtigen, dass bereits bei der Auslegung der Photovoltaik-Anlage oder aber bei der Zusammenschaltung der Photovoltaik-Module zu Fehlern kommen kann, wodurch Überspannungen in einzelnen Strängen der Photovoltaik-Anlage hervorgerufen werden können, die aus den vorgenannten Gründen auch eine Gefährdung darstellen können und beispielsweise zu Stromschlägen oder einem Brand führen können.Finally, it must be taken into account regularly in the plant construction of photovoltaic systems that errors can already occur in the design of the photovoltaic system or in the interconnection of the photovoltaic modules, whereby overvoltages in individual strands of the photovoltaic system can be caused For the above reasons, can also pose a threat and, for example, can lead to electric shock or fire.

Es wurden Photovoltaik-Modul-Schutzschaltungen entwickelt, mit welchen die Photovoltaik-Module einzeln abgeschaltet werden können (vgl. WO2013/026539 A1 sowie das Produkt SCK-RSD-100 der Anmelderin). Ferner wurden Startboxen entwickelt, mit welchen solche „intelligenten“ Photovoltaik-Module wieder aktiviert werden können (vgl. WO2014/122325 A1 sowie die Produkte SCK-RSD-400 und SCK-RSD-600 der Anmelderin).Photovoltaic module protection circuits have been developed with which the photovoltaic modules can be switched off individually (cf. WO2013 / 026539 A1 and the product SCK-RSD-100 of the Applicant). Furthermore, starting boxes were developed with which such "intelligent" photovoltaic modules can be reactivated (cf. WO2014 / 122325 A1 as well as the products SCK-RSD-400 and SCK-RSD-600 of the Applicant).

In der DE 10 2016 117 049 (nicht vorveröffentlicht) ist ferner eine Rückstromschutzschaltung beschrieben, mittels welcher es möglich ist, einen Strang vom zentralen Sammelpunkt zu trennen, um Querströme zu verhindern. Die Zielsetzung der DE 10 2016 117 049 ist es, mittels der Rückstromschutzschaltung automatisch einen Stromfluss entgegen der Flussrichtung des in dem jeweiligen Strang photovoltaisch erzeugten Stroms aus den anderen Photovoltaik-Strängen (Querstrom oder Rückstrom) zu verhindern.In the DE 10 2016 117 049 (not prepublished) is further described a reverse current protection circuit, by means of which it is possible to separate a strand from the central collection point to prevent cross-currents. The objective of the DE 10 2016 117 049 it is, by means of the reverse current protection circuit automatically prevent current flow against the flow direction of the photovoltaic generated in the respective strand current from the other photovoltaic strands (cross-flow or return current).

In einer weiteren deutschen Patentanmeldung derselben Anmelderin ist eine Strangabschaltvorrichtung zur Einzelstrangabschaltung in einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage beschrieben.In another German patent application of the same Applicant a Strandabschaltvorrichtung is described for single strand shutdown in a multi-strand photovoltaic system.

Die vorliegende Erfindung baut auf die vorgenannten Erfindungen auf, weshalb der Offenbarungsgehalt der DE 10 2016 117 049 sowie der weiteren eingereichten Patentanmeldungen (Anwaltsaktenzeichen 16PH 0346DEP und 16PH 0439DEP) hiermit durch Referenz inkorporiert wird.The present invention is based on the aforementioned inventions, which is why the disclosure of the DE 10 2016 117 049 and other filed patent applications (Attorney Docket No. 16PH 0346DEP and 16PH 0439DEP) are hereby incorporated by reference.

Ferner baut die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis auf, dass um z.B. einen Photovoltaik-Strang aus einem Verbund einer Parallelschaltung von Strängen bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage elektrisch zu trennen, ein geeigneter DC-Trenner erforderlich ist.Furthermore, the present invention is based on the recognition that, for example, to electrically disconnect a photovoltaic string from a composite of a parallel circuit of strings in a multi-strand photovoltaic system, a suitable DC disconnector is required.

Zwar weist eine Photovoltaik-Anlage typischerweise im sogenannten Generatoranschlusskasten einen DC-Haupttrennschalter auf, allerdings lässt sich hiermit, z.B. bei Schäden durch Feuer, Wasser, Hagel etc. an den Solarpaneelen oder an den Anschlussleitungen nicht der Bereich vor dem Generatoranschlusskasten freischalten. Ferner sind derartige DC-Haupttrennschalter im Generatoranschlusskasten typischerweise handbetätigt, so dass eine übergeordnete Fernsteuerung typischerweise nicht möglich ist. Außerdem sind solche handbetätigten DC-Haupttrennschalter vom Bauvolumen her groß und kostenintensiv und überdies auch nicht schnell schaltbar. Es sind auch motorbetriebene Notschalter bekannt, allerdings sind diese ebenfalls platz- und kostenintensiv. Eine selektive Freischaltung einzelner Photovoltaik-Stränge oder gar Teile eines Photovoltaik-Stranges ist hiermit im Übrigen gar nicht möglich. Although a photovoltaic system typically has a DC main circuit breaker in the so-called generator junction box, it is not possible to isolate the area in front of the generator junction box, for example in the case of damage caused by fire, water, hail etc. on the solar panels or on the connection lines. Furthermore, such DC main circuit breakers in the generator junction box are typically manually operated, so that higher-level remote control is typically not possible. In addition, such hand-operated DC main circuit breaker are large in size and cost-intensive and also not switchable quickly. There are also motorized emergency switch known, but these are also space and cost intensive. A selective activation of individual photovoltaic strings or even parts of a photovoltaic string is by the way not possible.

Nichtsdestotrotz ist bei Schaltvorgängen innerhalb eines Photovoltaik-Generators typischerweise eine Kombination aus hoher DC-Strangspannung und hohem DC-Strangstrom zu schalten. Beim Schalten einer hohen Gleichspannung und eines hohen Gleichstroms kann es anders als bei einer Anwendung mit Wechselspannung aufgrund der fehlenden Nulldurchgänge zu einem nicht verlöschenden Lichtbogen kommen. Bei einer üblichen Wechselspanungsfrequenz würde ein Lichtbogen typischerweise spätestens nach 10 ms von alleine wieder verlöschen.Nonetheless, in switching operations within a photovoltaic generator, typically a combination of high DC string voltage and high DC string current is to be switched. When switching a high DC voltage and a high DC current, it may come to a non-extinguishing arc due to the missing zero crossings, unlike an AC application. At a common AC voltage frequency, an arc would typically extinguish by itself at the latest after 10 ms.

Aus der WO 2016/091281 A1 ist eine Vorrichtung mit einer Schalteinrichtung zum Schalten einer Wechselspannung bzw. eines Wechselstroms bekannt, welche eine Überbrückungseinrichtung zum Überbrücken der Schalteinrichtung in einer Betriebsphase aufweist. Diese Vorrichtung wird allerdings ausschließlich für Wechselspannung bzw. Wechselstrom beschrieben.From the WO 2016/091281 A1 a device with a switching device for switching an alternating voltage or an alternating current is known, which has a bridging device for bridging the switching device in an operating phase. However, this device is described exclusively for alternating voltage or alternating current.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass mit der hier offenbarten Schalteinrichtung Photovoltaik-Generatoren im Gleichstromteil (DC-Teil), teilweise oder vollständig, sicher und verlustleistungsarm an- und abgeschaltet bzw. elektrisch getrennt und wieder verbunden werden können und dies die Grundlage für zahlreiche Anwendungsfälle bietet.The present invention is based inter alia on the finding that with the switching device disclosed here photovoltaic generators in the DC part (DC part), partially or completely, safely and loss of power on and off or electrically disconnected and reconnected and this the Basis for many applications.

Die vorliegende Erfindung hat sich vor diesem Hintergrund die Aufgabe gestellt, eine Photovoltaik-Anlage bereit zu stellen, die Überspannungen besonders in einzelnen Photovoltaik-Strängen, ggf. in Teilen von Photovoltaik-Strängen oder in einer Mehrzahl von Photovoltaik-Strängen, beispielsweise verursacht durch Fehlplanung, Fehler bei der Installation oder durch klimatische Einflüsse wie insbesondere der Temperatur, bereits auf Strangebene sicher zu verhindern. Die hierfür angepasste Mess- und Schalteinrichtung ist bei den in Photovoltaik-Anlagen typischen DC-Strangspannungen und DC-Strangströmen kostengünstig, zuverlässig und langlebig, weist eine geringe Verlustleistung auf und kann in kleinem Bauraum untergebracht werden. Diese Mess- und Schalteinrichtung ist ggf. auch dafür geeignet, in vorhandene Photovoltaik-Anlagen nachgerüstet zu werden.The present invention has set itself the task of providing a photovoltaic system, the overvoltages especially in individual photovoltaic strands, possibly in parts of photovoltaic strands or in a plurality of photovoltaic strands, for example, caused by misplanning against this background , Failure during installation or by climatic influences such as in particular the temperature, to prevent even on Strangebene safely. The measuring and switching device adapted for this purpose is cost-effective, reliable and long-lasting at the DC strand voltages and DC line currents typical in photovoltaic systems, has a low power loss and can be accommodated in a small installation space. This measuring and switching device may also be suitable for retrofitting into existing photovoltaic systems.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Photovoltaik-Anlage bereit zu stellen, die eine Erhöhung der Abgabeleistung bereits auf Strangebene der Photovoltaik-Anlage im Vergleich zu bekannten Photovoltaik-Anlagen erlaubt, ohne die Sicherheit hinsichtlich möglicher Überspannungen einzuschränken.A further aspect of the object of the invention is to provide a photovoltaic system which allows an increase in the output power already at the level of the photovoltaic system compared to known photovoltaic systems, without limiting the safety with regard to possible overvoltages.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzschaltung für eine Photovoltaik-Anlage bereit zu stellen, die bereits auf Strangebene vor Überspannungen wirksam schützt und erlaubt, die Abgabeleistung auf Strangebene der Photovoltaik-Anlage zu erhöhen.A further aspect of the object of the invention is to provide a protective circuit for a photovoltaic system which already effectively protects against excessive voltages at the level of the line and allows the output power to be increased to the level of the photovoltaic system.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum selbständigen Abschalten bevorzugt eines Photovoltaik-Strangs, oder eines Teils eines Photovoltaik-Strangs oder einer Mehrzahl von Photovoltaik-Strängen, einer Photovoltaik-Anlage bereit zu stellen, das ein hohes Maß an Sicherheit bietet indem es vor Überspannungen schützt; Ferner bietet das Verfahren eine hohe Flexibilität, z.B. bei der Wartung, und ist für den Benutzer komfortabel zu bedienen.A further aspect of the object of the invention is to provide a method for automatically shutting off preferably a photovoltaic string, or a part of a photovoltaic string or a plurality of photovoltaic strings, of a photovoltaic system, which provides a high degree of safety offers protection against overvoltages; Furthermore, the method offers a high flexibility, e.g. during maintenance, and is convenient for the user to use.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.The object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are defined in the subclaims.

Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Anlage mit zumindest einem Strang oder Photovoltaik-Strang, wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine gemeinsame bzw. addierte Strangspannung erzeugen. Sie liefern photovoltaisch erzeugte elektrische Leistung mit der erwünschten Strangspannung und einem erwünschten Strangstrom an einen Stromabnehmer, z.B. einen Wechselrichter (manchmal auch als Solar-Inverter bezeichnet). Die Photovoltaik-Anlage kann aber auch ohne Wechselrichter, z.B. an eine Ladeeinheit als Stromabnehmer angeschlossen sein.The invention relates to a photovoltaic system with at least one strand or photovoltaic strand, wherein the at least one photovoltaic string is formed by photovoltaic modules, which are connected in series with each other by means of a strand line and thus generate a common or added strand voltage. They provide photovoltaically generated electrical power with the desired phase voltage and a desired string current to a current collector, such as an inverter (sometimes referred to as a solar inverter). However, the photovoltaic system can also be connected without an inverter, for example to a charging unit as a current collector.

Derzeit sind gemäß Schutzklasse II Strangspannungen bis zu 1000 V DC möglich. An einer weiteren Erhöhung auf bis zu 1500 V DC, dem Grenzwert der Niederspannungsdefinition nach VDE0100 wird gearbeitet. Im Rahmen der Erfindung sollen also DC-Strangspannungen geschaltet, die ein Vielfaches der Spannung eines einzelnen Photovoltaik-Moduls betragen.Currently, according to protection class II, phase voltages of up to 1000 V DC are possible. A further increase to up to 1500 V DC, the limit value of the low-voltage definition according to VDE0100, is being worked on. In the context of the invention, therefore, DC strand voltages are to be switched, which amount to a multiple of the voltage of a single photovoltaic module.

Die erfindungsgemäße Photovoltaik-Anlage umfasst ferner eine Sensoreinrichtung zum Messen einer elektrischen Kenngröße des Photovoltaik-Stranges, insbesondere der Strangspannung, eine Schalteinrichtung, welche in die Strangleitung eingebaut ist, um zumindest einen Teil der Photovoltaik-Anlage oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung an- und abzuschalten, sowie eine Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, die elektrische Kenngröße mit einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere einer Schwellenspannung, zu vergleichen und in Ansprechen auf den Vergleich ein Signal an die Schalteinrichtung auszugeben, so dass mit der Schalteinrichtung der zumindest eine Teil des Photovoltaik-Strangs oder der zumindest eine Photovoltaik-Strang abgeschaltet werden kann.The photovoltaic system according to the invention further comprises a sensor device for measuring an electrical parameter of the photovoltaic string, in particular the strand voltage, a switching device which is installed in the strand line to at least part of the photovoltaic system or the at least one photovoltaic strand with the Switching device on and off, and a control device which is designed to compare the electrical characteristic with a predefined threshold, in particular a threshold voltage, and output in response to the comparison, a signal to the switching device, so that with the switching device of at least one part of the photovoltaic string or the at least one photovoltaic string can be switched off.

Photovoltaik-Anlagen sind je nach Einsatzort verschiedenen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Je nach Temperaturgradient der einzelnen Solarzelle ändert sich vor allem aufgrund entsprechend der Umgebungstemperatur bzw. der Modultemperatur die Offenspannung und die Leistungsabgabe des Photovoltaik-Moduls. Ein beispielhafter und typischer Wert für den Temperaturgradienten bei der Offenspannung ist -0,4%/K. Dies bedeutet, dass Photovoltaik-Anlagen typischerweise mit einem „Sicherheitsabstand“ von einigen hundert Volt zum vorgenannten derzeitigen Spannungslimit von 1000 V bzw. 1500 V geplant und ausgeführt werden. Beispielsweise darf auch an besonders kalten Wintertagen keinesfalls die Leerlaufspannung eines Photovoltaik-Strangs das Spannungslimit überschreiten.Photovoltaic systems are exposed to different environmental conditions depending on the location. Depending on the temperature gradient of the individual solar cell, the open voltage and the power output of the photovoltaic module change primarily due to the ambient temperature or the module temperature. An exemplary and typical value for the temperature gradient in the open-circuit voltage is -0.4% / K. This means that photovoltaic systems are typically planned and executed with a "safety margin" of a few hundred volts to the aforementioned current voltage limit of 1000 V or 1500 V respectively. For example, under no circumstances may the open-circuit voltage of a photovoltaic string exceed the voltage limit even on particularly cold winter days.

Jedoch treten höhere Verluste bei kleinen Spannungen und hohen Strömen auf, so dass eine mit einer höheren Spannung und ggf. demgegenüber kleineren Strömen arbeitende Photovoltaik-Anlage nicht nur eine höhere Leistung durch eine größere Zahl an PV-Modulen aufweisen kann, sondern auch mit einem besseren Wirkungsgrad arbeitet.However, higher losses occur at low voltages and high currents, so that a photovoltaic system operating at a higher voltage and possibly smaller currents can not only have a higher output due to a larger number of PV modules, but also with a better one Efficiency works.

Auf Modulebene mit einer typischen Nenn-Leerlaufspannung von 37 V kann der temperaturbedingte Spannungsunterschied beispielsweise zwischen einer kalten Winternacht mit -20°C und Modultemperaturen im Sommer unter direkter Sonneneinstrahlung von +65°C, also bei einem Temperaturhub von 85 K, Werte von typisch 12,58 V bei vorgenanntem Temperaturgradienten erreichen. Dies entspricht 34% der Nenn-Leerlaufspannung. In einem typischen Photovoltaik-Strang von 25 Modulen summiert sich die Spannungsdifferenz in dem vorgenannten Beispiel auf 314,5 Volt. Die Anlage muss also entsprechend ausgelegt werden, dass im Winter keinesfalls das Spannungslimit von beispielsweise 1000 V überschritten wird. Dies kostet der Photovoltaik-Anlage im Sommer viel Leistungspotential, das nicht ausgeschöpft werden kann, da die Anlage mit einer deutlich niedrigeren Strangspannung betrieben wird, um mögliche Überschläge oder einen Brand der Solaranlage sicher zu vermeiden.At the module level with a typical rated open circuit voltage of 37 V, the temperature-induced voltage difference between, for example, a cold winter's night at -20 ° C and module temperatures in summer under direct sunlight of + 65 ° C, ie at a temperature of 85 K, values of typically 12 , Reach 58 V at the aforementioned temperature gradient. This corresponds to 34% of the rated open circuit voltage. In a typical photovoltaic string of 25 modules, the voltage difference in the example above adds up to 314.5 volts. The system must therefore be designed accordingly, that in winter under no circumstances the voltage limit of 1000 V is exceeded. This costs the photovoltaic system in summer a lot of potential, which can not be exhausted, since the system is operated with a significantly lower strand voltage to safely avoid possible flashovers or a fire of the solar system.

Da jedoch im Sommer stets der meiste Ertrag gesammelt wird und die Photovoltaik-Anlage im Winter aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung, dem konstruktiv festgelegten Winkel der PV-Module zur Sonne und je nach Standort auch durch Abschattung und Schneebedeckung in Summe deutlich weniger Leistung abgibt, ist es wirtschaftlich sinnvoll, den zumindest einen Photovoltaik-Strang oder die gesamte Photovoltaik-Anlage an wenigen Tagen im Winter abzuschalten, wenn eine Überspannung droht, und an diesen Tagen auf den verhältnismäßig geringen Ertrag zu verzichten. Im Sommer kann dagegen der Ertrag optimiert werden, so dass der potentielle Ausfall im Winter schnell ausgeglichen wird.However, since the highest yield is always collected in the summer and the photovoltaic system gives off significantly less power in winter due to the low solar radiation, the constructively fixed angle of the PV modules to the sun and depending on the location by shading and snow cover, it is makes economic sense to switch off the at least one photovoltaic string or the entire photovoltaic system on a few days in winter when an overvoltage threatens, and to forego the relatively low yield on these days. In the summer, on the other hand, the yield can be optimized, so that the potential failure in the winter is compensated quickly.

Die erfindungsgemäße Photovoltaik-Anlage ist aber auch vor Überspannungen geschützt, wenn die Anlage beispielsweise nicht von Fachpersonal geplant wird und bei der Planung oder dem Aufbau der Photovoltaik-Anlage Fehler passieren. Beim Überschreiten eines vordefinierten Schwellenwertes, typischerweise des Spannungslimits von 1000V oder 1500 V, ist die erfindungsgemäß geschützte Photovoltaik-Anlage so ausgelegt, dass der Teil des Photovoltaik-Strangs oder der zumindest eine Photovoltaik-Strang abgeschaltet wird. Dies hat ebenfalls Bedeutung für den Fall, dass die Photovoltaik-Anlage von einem äußeren Signal, beispielsweise über ein vom Wechselrichter gesteuertes Kommunikationssignal, ein- und ausgeschaltet werden kann und der Anlagenbetreiber die unmittelbare Anschaltung nicht mehr beeinflusst.The photovoltaic system according to the invention, however, is also protected against overvoltages if the system is not planned, for example, by qualified personnel and errors occur during the planning or construction of the photovoltaic system. When a predefined threshold value, typically the voltage limit of 1000 V or 1500 V, is exceeded, the photovoltaic system protected according to the invention is designed so that the part of the photovoltaic string or the at least one photovoltaic string is switched off. This also has significance in the event that the photovoltaic system can be switched on and off by an external signal, for example via a communication signal controlled by the inverter, and the plant operator no longer influences the direct connection.

Die Photovoltaik-Anlage kann ferner eine weitere Sensoreinrichtung umfassen, insbesondere einen Umgebungstemperatursensor zum Messen der Umgebungstemperatur der Photovoltaik-Anlage oder einen Modultemperatursensor zum Messen zumindest einer Modultemperatur der Photovoltaik-Module, wobei das Messsignal der Sensoreinrichtung an die Steuereinrichtung ausgegeben und von der Steuereinrichtung mit ausgewertet wird. The photovoltaic system may further comprise a further sensor device, in particular an ambient temperature sensor for measuring the ambient temperature of the photovoltaic system or a module temperature sensor for measuring at least one module temperature of the photovoltaic modules, wherein the measurement signal of the sensor device is output to the control device and evaluated by the control device becomes.

Die Umgebungs- oder Modultemperatur kann in einem einfachen Beispiel herangezogen werden, um den Grund der Abschaltung des Photovoltaik-Stranges zu protokollieren. Mit der Ermittlung der Umgebungs- oder Modultemperatur kann allerdings auch eine drohende Überschreitung eines Schwellenwertes, also typischerweise einer zu erwartenden Überschreitung des Spannungslimits von 1000 V oder 1500 V, antizipiert werden. Wenn eine Überschreitung des Schwellenwertes zu erwarten ist, kann dann eventuell bereits vorbeugend oder auch erst bei Überschreiten des Schwellenwertes nur ein Teil eines Photovoltaik-Stranges abgeschaltet werden, so dass die verbleibenden Solarmodule des Photovoltaik-Stranges weiter eine Leistung abgeben können. Die Umgebungs- oder Modultemperatur kann schließlich aber auch zur Überwachung der gemessenen Strangspannung protokolliert werden und ggf. damit die Korrektheit der Spannungsmessung durch die Sensoreinrichtung damit überprüft werden.The ambient or module temperature can be used in a simple example to record the cause of the shutdown of the photovoltaic string. With the determination of the ambient or module temperature, however, an imminent exceeding of a threshold value, ie typically an expected exceeding of the voltage limit of 1000 V or 1500 V, can be anticipated. If it is to be expected that the threshold value is exceeded, then possibly only a part of a photovoltaic string can be switched off preventively or only when the threshold value is exceeded, so that the remaining solar modules of the photovoltaic string can continue to deliver a power. Finally, the ambient or module temperature can also be logged for monitoring the measured line voltage and, if necessary, the correctness of the voltage measurement by the sensor device can thus be checked.

Die Photovoltaik-Anlage kann ferner einen der Steuereinrichtung zugeordneten Speicherbereich zum Ablegen des Schwellenwertes aufweisen. Die Steuereinrichtung kann in diesem Fall dazu ausgebildet sein, für den Vergleich der elektrischen Kenngröße des zumindest einen Photovoltaik-Stranges mit dem Schwellenwert auf den Speicherbereich zuzugreifen, um diesen auszulesen. Bevorzugt ist der im Speicherbereich abgelegte Schwellenwert durch Benutzereingabe veränderbar, so dass auf sich ändernde Anforderungen, beispielsweise eine Änderung des Spannungslimits, mit einfachen Mitteln reagiert werden kann und in diesem Fall ggf. keine neue Schaltung benötigt würde.The photovoltaic system may further comprise a memory area associated with the memory for storing the threshold value. In this case, the control device may be designed to access the memory area for the purpose of comparing the electrical parameter of the at least one photovoltaic string with the threshold value in order to read it out. Preferably, the threshold value stored in the memory area can be changed by user input, so that it is possible to respond to changing requirements, for example a change in the voltage limit, with simple means and in this case, if necessary, no new circuit would be required.

Die Schalteinrichtung der Photovoltaik-Anlage ist seriell in die Strangleitung eingebaut, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung an- und abzuschalten, d.h. den zumindest einen Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer, z.B. von einem zentralen Sammelpunkt oder von einem Wechselrichter, elektrisch zu trennen.The switching device of the photovoltaic system is installed in series in the strand line to turn on and off the at least one photovoltaic string with the switching device, i. the at least one photovoltaic string from the current collector, e.g. from a central collection point or from an inverter to electrically disconnect.

Die Schalteinrichtung der Photovoltaik-Anlage umfasst bevorzugt einen Hybridschalter mit einem, insbesondere elektromechanischen, Relais und einer parallel zu dem Relais geschalteten Halbleiterschalteinrichtung, welche insbesondere zumindest einen, vorzugsweise zwei Halbleiterschalter bzw. Transistoren aufweist. Dadurch können die Schaltvorgänge, bei denen die Strangspannung geschaltet werden muss, von der Halbleiterschalteinrichtung vollzogen werden und das Relais entlastet die Halbleiterschalteinrichtung von dem Strangstrom, wenn das Relais im Dauerbetrieb geschlossen ist. Mit anderen Worten wird einerseits mit dem Relais beim An- und Abschalten lediglich die verbleibende Restspannung über der Halbleiterschalteinrichtung geschaltet und andererseits kommutiert das Relais auf Grund seines geringen Durchleitwiderstands nahezu vollständig den von dem zumindest einen Photovoltaik-Strang erzeugten Strangstrom.The switching device of the photovoltaic system preferably comprises a hybrid switch with a, in particular electromechanical, relay and a parallel to the relay connected semiconductor switching device, which in particular has at least one, preferably two semiconductor switches or transistors. As a result, the switching operations in which the strand voltage must be switched, are performed by the semiconductor switching device and the relay relieves the semiconductor switching device of the string current when the relay is closed in continuous operation. In other words, on the one hand with the relay when switching on and off only the remaining voltage across the semiconductor switching device connected and on the other commutes the relay due to its low resistance almost completely generated by the at least one photovoltaic string strand current.

Beim Anschalten des Photovoltaik-Strangs mit der bevorzugten Schalteinrichtung schaltet also insbesondere die Halbleiterschalteinrichtung den Photovoltaik-Strang zunächst alleine an, wobei das Relais geöffnet ist und zunächst auch noch geöffnet bleibt. Nach einer gewissen Zeitverzögerung wird dann bei vorher bereits geschlossener Halbleiterschalteinrichtung zusätzlich das Relais geschlossen, sodass die Halbleiterschalteinrichtung durch das parallel geschaltete später geschlossene Relais von dem Stromfluss entlastet wird. Dadurch braucht das Relais lediglich eine geringe Spannung zu schalten und die Halbleiterschalteinrichtung braucht den Strangstrom allenfalls kurzzeitig und nicht dauerhaft zu tragen. Dadurch können günstige Standardhalbleiterschalter und Standardrelais verwendet werden und die Verlustleistung im Dauerbetrieb kann trotzdem gering gehalten werden. Das Abschalten erfolgt in umgekehrter Reihenfolge; erst wird das Relais bei noch geschlossener Halbleiterschalteinrichtung geöffnet und nach einer gewissen Zeitverzögerung wird bei vorher bereits geöffnetem Relais die Halbleiterschalteinrichtung geöffnet. Mit anderen Worten wird nach dem Öffnen des Relais der zumindest ein Photovoltaik-Strang abgeschaltet, indem zusätzlich die Halbleiterschalteinrichtung geöffnet wird.When switching on the photovoltaic string with the preferred switching device so in particular the semiconductor switching device first switches on the photovoltaic string alone, the relay is open and initially also remains open. After a certain time delay, the relay is then additionally closed in the case of previously closed semiconductor switching device, so that the semiconductor switching device is relieved of the current flow by the later-closed relay connected in parallel. As a result, the relay only needs to switch a low voltage and the semiconductor switching device needs to carry the string current at best for a short time and not permanently. As a result, cheap standard semiconductor switch and standard relay can be used and the power loss in continuous operation can still be kept low. The shutdown takes place in reverse order; first the relay is opened with the semiconductor switching device still closed and after a certain time delay the semiconductor switching device is opened when the relay has already been opened. In other words, after opening the relay, the at least one photovoltaic string is switched off by additionally opening the semiconductor switching device.

Die Schalteinrichtung weist ferner bevorzugt einen Hybridschalter mit einem Relais und einer parallel zu dem Relais geschalteten Halbleiterschalteinrichtung mit zumindest einem Halbleiterschalter auf.The switching device furthermore preferably has a hybrid switch with a relay and a semiconductor switching device connected in parallel to the relay with at least one semiconductor switch.

Der Hybridschalter kann einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand definieren, wobei in dem geschlossenen Zustand photovoltaisch erzeugter Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang zu einem Stromabnehmer durchgeleitet wird und der Hybridschalter in dem geöffneten Zustand die Durchleitung von photovoltaisch erzeugtem Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang unterbricht. Die Steuereinrichtung kann dann insbesondere ferner dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf eine Benutzereingabe den Hybridschalter benutzergesteuert zu öffnen.The hybrid switch may define a closed state and an open state, wherein in the closed state photovoltaically generated current is passed from the at least one photovoltaic string to a current collector and the hybrid switch in the open state, the passage of photovoltaically generated electricity from the at least one photovoltaic string breaks. The control device can then in particular be further configured to open the hybrid switch in a user-controlled manner in response to a user input.

Der Hybridschalter kann in einer Ausführungsform eine Parallelschaltung aus dem Relais und einer Back-to-Back-Schaltung aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere eine Parallelschaltung aus einem Relais und einer Back-to-Back-Schaltung aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs, umfassen.In one embodiment, the hybrid switch may comprise a parallel connection of the relay and a back-to-back circuit of two semiconductor switches, in particular a parallel circuit of a relay and a back-to-back circuit of two field-effect transistors, preferably MOSFETs.

Die Schalteinrichtung, die Steuereinrichtung und die mit der Steuereinrichtung verbundene Sensoreinrichtung zum Messen der elektrischen Kenngröße des zumindest einen zugehörigen Photovoltaik-Stranges ist in einer bevorzugten Ausführungsform in einem gemeinsamen Schalteinrichtungsgehäuse beherbergt.The switching device, the control device and the sensor device connected to the control device for measuring the electrical characteristic of the at least one associated photovoltaic line are housed in a preferred embodiment in a common switch housing housing.

In einem weiteren Beispiel kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf die mit der Sensoreinrichtung gemessene zumindest eine elektrische Kenngröße den zugehörigen Photovoltaik-Strang an den Stromabnehmer elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt.In another example, the controller may be configured to electrically connect the associated photovoltaic string to the current collector in response to the at least one electrical characteristic measured by the sensor device when there is a user enable.

Die Sensoreinrichtung kann im Übrigen beispielsweise einen Eingangsspannungssensor umfassen, welcher die strangseitige Eingangsspannung U1 an der Schalteinrichtung misst, d.h. die Strangspannung. Ferner kann die Sensoreinrichtung einen Ausgangsspannungssensor, welcher die stromabnehmerseitige Ausgangsspannung U2 an der Schalteinrichtung misst, umfassen.Incidentally, the sensor device may include, for example, an input voltage sensor which measures the input side voltage U1 on the switching device, i. the strand tension. Furthermore, the sensor device may comprise an output voltage sensor which measures the current collector-side output voltage U2 at the switching device.

Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf die gemessene strangseitige Eingangsspannung U1 und/oder auf die gemessene stromabnehmerseitige Ausgangsspannung U2 den zugehörigen Photovoltaik-Strang an den zentralen Sammelpunkt elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt.The control device can be configured to electrically connect the associated photovoltaic line to the central collection point in response to the measured line-side input voltage U1 and / or to the measured current-collector-side output voltage U2 if a user enable is present.

Der Schwellenwert ist insbesondere eine Schwellenspannung für die Strangspannung des zumindest einen Photovoltaik-Stranges. Der Wert der Schwellenspannung ist bevorzugt größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise 1250 V +/- 30%. In typischen aktuellen Anwendungsfällen in Deutschland könnte die Schwellenspannung beispielsweise auf 1000 V oder 1500 V entsprechend der derzeit gültigen Normen gesetzt werden.The threshold value is in particular a threshold voltage for the phase voltage of the at least one photovoltaic string. The value of the threshold voltage is preferably greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably 1250 V +/- 30%. In typical current applications in Germany, for example, the threshold voltage could be set to 1000V or 1500V in accordance with current standards.

Erfindungsgemäß ist auch eine Schutzschaltung, die ausgebildet ist für den Gleichstromteil einer Photovoltaik-Anlage zum Abschalten eines Teils eines Photovoltaik-Strangs oder von zumindest einem Photovoltaik-Strang einer Photovoltaik-Anlage von einem Stromabnehmer. Die Schutzschaltung kann so hergerichtet sein, dass diese als einfache Nachrüstoption für bestehende Solaranlagen eingesetzt werden kann.According to the invention is also a protection circuit which is designed for the DC part of a photovoltaic system for switching off a part of a photovoltaic string or at least one photovoltaic strand of a photovoltaic system of a current collector. The protection circuit can be prepared so that it can be used as a simple retrofit option for existing solar systems.

Die erfindungsgemäße Schutzschaltung umfasst eine Sensoreinrichtung zum Messen einer elektrischen Kenngröße des Photovoltaik-Stranges, insbesondere der Strangspannung, eine Schalteinrichtung, welche in die Strangleitung eingebaut ist, um zumindest einen Teil der Photovoltaik-Anlage oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung von einem Stromabnehmer an- und abzuschalten sowie eine Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, die elektrische Kenngröße mit einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere einer Schwellenspannung, zu vergleichen und in Ansprechen auf den Vergleich ein Signal an die Schalteinrichtung auszugeben, so dass mit der Schalteinrichtung der zumindest eine Teil des Photovoltaik-Strangs oder der zumindest eine Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer abgeschaltet werden kann.The protective circuit according to the invention comprises a sensor device for measuring an electrical parameter of the photovoltaic string, in particular the string voltage, a switching device which is installed in the string to at least part of the photovoltaic system or the at least one photovoltaic string with the switching device of a Switch on and off current collector and a control device which is designed to compare the electrical characteristic with a predefined threshold, in particular a threshold voltage, and output in response to the comparison, a signal to the switching device, so that with the switching device of at least a part of Photovoltaic strand or the at least one photovoltaic string can be switched off by the current collector.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum selbständigen oder auch „automatisierten“ Abschalten zumindest eines Teils einer Photovoltaik-Anlage oder zumindest eines Photovoltaik-Strangs einer Photovoltaik-Anlage, wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung erzeugen. Das Verfahren umfasst die Schritte Festlegen einer Schwellenspannung, Messen der in dem zumindest einen Photovoltaik-Strang erzeugten aktuellen Strangspannung mit einer Sensoreinrichtung, Vergleichen der aktuellen Strangspannung mit der Schwellenspannung und bei Überschreiten der Schwellenspannung durch die aktuelle Strangspannung automatisches Triggern (U ext. Start = Off) einer Schalteinrichtung durch ein Triggersignal, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang oder den Teil eines Photovoltaik-Strangs von dem Stromabnehmer abzuschalten.According to the invention is also a method for autonomous or "automated" switching off at least a portion of a photovoltaic system or at least one photovoltaic string of a photovoltaic system, wherein the at least one photovoltaic string is formed by photovoltaic modules, which by means of a string line serially interconnected and thus generate a strand voltage. The method comprises the steps of setting a threshold voltage, measuring the current string voltage generated in the at least one photovoltaic string with a sensor device, comparing the current string voltage with the threshold voltage and when the threshold voltage is exceeded by the current string voltage automatic triggering (U ext ) a switching device by a trigger signal to turn off the at least one photovoltaic string or the part of a photovoltaic string from the current collector.

Bei dem Verfahren zum selbständigen Abschalten zumindest eines Teiles einer Photovoltaik-Anlage oder zumindest eines Photovoltaik-Strangs einer Photovoltaik-Anlage kann die festgelegte Schwellenspannung in einem Speicherbereich einer Steuereinrichtung abgelegt sein. In dieser Ausführung ist der Schwellenwert besonders leicht digital zugänglich und ggf. mit programmatischen Mitteln veränderbar, so dass eine Anpassung an Spannungsvorgaben oder an sich ändernden Umgebungsbedingungen oder dgl. mittels „Update“ geändert werden kann.In the method for automatically switching off at least a part of a photovoltaic system or at least one photovoltaic line of a photovoltaic system, the defined threshold voltage can be stored in a memory area of a control device. In this version is the Threshold particularly easily digitally accessible and possibly modifiable with programmatic means, so that an adaptation to voltage specifications or changing environmental conditions or the like. By means of "update" can be changed.

Die selbständig abgeschaltete Photovoltaik-Anlage kann beispielsweise mittels Triggern (U ext. Start = On) der Schalteinrichtung des zumindest einen Photovoltaik-Strangs durch ein Triggersignal wieder an den Stromabnehmer angeschaltet werden, um den Teil des Photovoltaik-Strangs oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang wieder anzuschalten.The independently switched-off photovoltaic system can be switched back to the current collector by means of triggers (U ext., Start = on) of the switching device of the at least one photovoltaic string by a trigger signal to the part of the photovoltaic string or the at least one photovoltaic string turn on again.

Es kann vorteilhaft sein, die Umgebungstemperatur bzw. die Modultemperatur für das Verfahren zu berücksichtigen. Das Verfahren kann in einer Ausführungsform daher die weiteren Schritte Messen der Umgebungstemperatur bzw. der Modultemperatur mit der Sensoreinrichtung und Berücksichtigen der gemessenen Umgebungstemperatur bzw. Modultemperatur bei dem Vergleichen der aktuellen Strangspannung mit der Schwellenspannung oder bei dem Wiederanschalten des Teils des Photovoltaik-Strangs oder des zumindest einen Photovoltaik-Strangs umfassen.It may be advantageous to consider the ambient temperature or the module temperature for the method. Therefore, in one embodiment, the method may include the further steps of measuring the ambient temperature with the sensor device and taking into account the measured ambient temperature in comparing the current strand voltage with the threshold voltage or at the restart of the portion of the photovoltaic string or at least comprise a photovoltaic string.

Die Schalteinrichtung ist im Gleichstromteil des Photovoltaik-Generators, vorzugsweise vor dem zentralen Sammelpunkt eingebaut und schaltet hier den zumindest einen Photovoltaik-Strang an und ab. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass genau eine Schalteinrichtung genau einen Photovoltaik-Strang schaltet. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass mehrere parallel geschaltete Photovoltaik-Stränge gemeinsam von derselben Schalteinrichtung geschaltet werden und auch dass der Photovoltaik-Generator nur einen Photovoltaik-Strang aufweist. Allgemein wird demnach ein Teil des oder der gesamte Photovoltaik-Generator von der Schalteinrichtung geschaltet. Es handelt sich jedoch insbesondere nicht um eine Schaltung auf Modulebene bei einer geringen Modulspannung, sondern um eine Schaltung einer Mehrzahl von im Photovoltaik-Strang seriell verbundenen Photovoltaik-Modulen, was die hohe Schaltspannung erfordert. Demnach ist die Schalteinrichtung zwischen der Mehrzahl seriell verbundener Photovoltaik-Module und dem Stromabnehmer, z.B. dem Wechselrichter bzw. zwischen der Mehrzahl seriell verbundener Photovoltaik-Module und einem Generatoranschlusskasten angeordnet. Die Schalteinrichtung ist elektronisch und damit extern triggerbar. Daher kann die Schalteinrichtung, oder bei Vorliegen mehrerer Schalteinrichtungen können die Schalteinrichtungen, vom Benutzer ferngesteuert oder automatisiert getriggert werden, was gegenüber einem konventionellen handbetätigten DC-Trenner im Generatoranschlusskasten vorteilhaft ist.The switching device is installed in the DC part of the photovoltaic generator, preferably in front of the central collection point and switches on here the at least one photovoltaic string on and off. However, the invention is not limited to the fact that exactly one switching device switches exactly one photovoltaic string. It is also within the scope of the invention that a plurality of parallel-connected photovoltaic strings are connected in common by the same switching device and also that the photovoltaic generator has only one photovoltaic string. Generally, therefore, a part of or the entire photovoltaic generator is switched by the switching device. However, it is in particular not a circuit at the module level at a low module voltage, but a circuit of a plurality of photovoltaic string connected in series photovoltaic modules, which requires the high switching voltage. Thus, the switching device is connected between the plurality of serially connected photovoltaic modules and the current collector, e.g. the inverter or between the plurality of serially connected photovoltaic modules and a generator junction box. The switching device is electronic and thus externally triggerable. Therefore, the switching device, or in the presence of multiple switching devices, the switching devices can be remotely or automatically triggered by the user, which is advantageous over a conventional hand-operated DC disconnector in the generator junction box.

Die Schalteinrichtung ist in vorteilhafter Weise trotz der in Photovoltaik-Anlagen typischen DC-Strangspannungen und DC-Strangströmen kostengünstig, zuverlässig und langlebig, und weist eine geringe Verlustleistung auf. Sie kann insbesondere in kleinem Bauraum untergebracht werden.The switching device is advantageously, despite the typical in photovoltaic systems DC strand voltages and DC line currents cost, reliable and durable, and has a low power dissipation. It can be accommodated in particular in a small space.

In vorteilhafter Weise wird somit eine Photovoltaik-Anlage bereit gestellt, welche es ermöglicht, zumindest einen Photovoltaik-Strang benutzergesteuert und ggf. elektronisch getriggert an-und abzuschalten, was komfortabel ist und hohe Sicherheitsstandards gewährleistet, sowie wartungs- und reparaturfreundlich ist.Advantageously, a photovoltaic system is thus provided, which makes it possible to turn on and off at least one photovoltaic line user-controlled and possibly electronically triggered, which is comfortable and ensures high safety standards, and is maintenance and repair friendly.

Die Schalteinrichtung wird vorzugsweise in die Strangverkabelung eingesetzt. Insbesondere wird die Schalteinrichtung von einer Photovoltaik-Modul-überbergreifenden Strangbox, vorzugsweise mit einem (Kunststoff)-Gehäuse beherbergt, und diese Strangbox wird in die Strangverkabelung zwischen die Serienschaltung der Photovoltaik-Module und den Stromabnehmer eingesetzt. Die Strangbox kann am Eingang und/oder Ausgang Steckverbinder zum lösbaren Einsetzen in die Strangleitung sowie zum Nachrüsten aufweisen. Dadurch ist sogar das Nachrüsten bestehender Photovoltaik-Anlagen möglich.The switching device is preferably used in the strand cabling. In particular, the switching device is accommodated by a photovoltaic module-overlapping strand box, preferably with a (plastic) housing, and this strand box is inserted into the strand cabling between the series connection of the photovoltaic modules and the current collector. The strand box may have at the input and / or output connector for releasable insertion into the strand line and for retrofitting. As a result, even the retrofitting of existing photovoltaic systems is possible.

Die Schalteinrichtung kann in eine Strangbox, z.B. in eine Startbox gemäß der WO2014/122325 A1 integriert werden, welche hiermit vollumfänglich durch Referenz inkorporiert wird.The switching device can in a strand box, eg in a start box according to WO2014 / 122325 A1 integrated, which is hereby incorporated in full by reference.

Der Benutzer kann z.B. an einem externen Schalter an der Photovoltaik-Modul-überbergreifenden Strangbox den zugehörigen Photovoltaik-Strang abschalten oder der Benutzer sendet von einer zentralen Steuerung der Multistrang-Photovoltaik-Anlage selektiv an eine, einzelne, mehrere oder alle Strangboxen ein Abschalt-Triggersignal, wobei in Ansprechen hierauf die zugehörige Schalteinrichtung bzw. die zugehörigen Schalteinrichtungen den bzw. die zugehörigen Photovoltaik-Stränge abschaltet bzw. abschalten. Die Strangbox kann besonders vorteilhaft auch durch ein Signal von der Schutzschaltung oder durch ein in der Strangbox von der Steuereinrichtung erzeugten Signal den Photovoltaik-Strang abschalten.The user can e.g. switch off the associated photovoltaic string at an external switch on the photovoltaic module cross-strand box or the user sends from a central control of the multi-strand photovoltaic system selectively to one, single, multiple or all strand boxes a shutdown trigger signal, wherein in response then switch off the associated switching device or the associated switching devices or the associated photovoltaic strings or switch off. The strand box can also switch off the photovoltaic string particularly advantageously by a signal from the protective circuit or by a signal generated in the string box by the control device.

Der Benutzer kann also in vorteilhafter Weise lokal am zugehörigen Photovoltaik-Strang und/oder zentral Anlagenseitig, insbesondere aber Photovoltaik-Modul-überbergreifend gesteuert, gezielt den oder die gewünschten Photovoltaik-Stränge abschalten bzw. deren stromführende Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt bzw. Wechselrichter trennen.The user can thus advantageously locally on the associated photovoltaic strand and / or centrally on the plant side, but in particular but photovoltaic module cross-controlled controlled, the targeted or the switch off desired photovoltaic strings or separate their current-carrying connection to the central collection point or inverter.

Die Schalteinrichtung schaltet vorzugsweise entweder den Pluspolleiter oder den Minuspolleiter und trennt damit den elektrischen Stromkreis des zumindest einen Photovoltaik-Strangs. Es kann trotzdem vorteilhaft sein, die Strangbox in beide Leiter (Pluspol und Minuspol) der Strangleitung, vor und hinter dem ersten bzw. letzten Photovoltaik-Modul, in den zumindest einen Photovoltaik-Strang einzusetzen.The switching device preferably switches either the Pluspolleiter or Minuspolleiter and thus separates the electrical circuit of the at least one photovoltaic string. Nevertheless, it may be advantageous to insert the strand box into both conductors (positive pole and negative pole) of the string line, in front of and behind the first or last photovoltaic module, into the at least one photovoltaic string.

Das Relais und die Halbleiterschalteinrichtung sind zueinander parallel geschaltet und die Parallelschaltung aus Relais und Halbleiterschalteinrichtung ist seriell in den Photovoltaik-Strang geschaltet. Das Relais und die Halbleiterschalteinrichtung sind demnach jeweils seriell und parallel zueinander in den Photovoltaik-Strang geschaltet.The relay and the semiconductor switching device are connected in parallel to each other and the parallel connection of relay and semiconductor switching device is connected in series in the photovoltaic string. The relay and the semiconductor switching device are therefore connected in series and parallel to each other in the photovoltaic string.

Die Photovoltaik-Anlage umfasst einen Photovoltaik-Generator mit einem oder mehreren parallel zueinander geschalteten Photovoltaik-Strängen. Wenn mehrere Photovoltaik-Stränge parallel geschaltet sind, kann mit der Schalteinrichtung entweder ein Photovoltaik-Strang oder ggf. auch mehrere oder alle Photovoltaik-Stränge selektiv an- und abgeschaltet werden, je nachdem welche Nennströme die Photovoltaik-Stränge liefern und für welchen Strom die Schalteinrichtung ausgelegt. D.h. bei mehreren Photovoltaik-Strängen kann die Schalteinrichtung stromaufwärts oder stromabwärts des zentralen Sammelpunktes angeordnet sein. Der zentrale Sammelpunkt bildet einen Parallelschaltpunkt mehrerer Photovoltaik-Stränge. Bei Vorliegen mehrerer paralleler Photovoltaik-Stränge (Multistrang-Photovoltaik-Anlage) ist es allerdings besonders vorteilhaft, die Schalteinrichtung stromaufwärts des zentralen Sammelpunktes anzuordnen.The photovoltaic system comprises a photovoltaic generator with one or more parallel photovoltaic strings. If several photovoltaic strings are connected in parallel, the switching device can selectively switch on or off either one photovoltaic string or optionally also several or all photovoltaic strings, depending on which nominal currents supply the photovoltaic strings and for which current the switching means designed. That for multiple photovoltaic strings, the switching device may be located upstream or downstream of the central collection point. The central collection point forms a parallel switching point of several photovoltaic strings. In the presence of several parallel photovoltaic strings (multi-strand photovoltaic system), however, it is particularly advantageous to arrange the switching device upstream of the central collection point.

Dies hat mehrere Vorteile, erstens muss dann je Schalteinrichtung lediglich der Strom eines Photovoltaik-Strangs geschaltet werden und zweitens kann jeder Photovoltaik-Strang einzeln an- und abgeschaltet werden. Bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage sind also zwei oder mehr Photovoltaik-Stränge parallel geschaltet und die Photovoltaik-Stränge werden jeweils von seriell geschalteten Photovoltaik-Modulen gebildet.This has several advantages, firstly, then only the power of a photovoltaic string must be switched per switching device and secondly, each photovoltaic string can be individually switched on and off. In a multi-strand photovoltaic system so two or more photovoltaic strings are connected in parallel and the photovoltaic strings are each formed by serially connected photovoltaic modules.

Mit anderen Worten wird im Gleichstromteil der Photovoltaik-Anlage der zumindest eine Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer, z.B. dem Wechselrichter getrennt, indem der Hybridschalter öffnet und dadurch den Stromfluss aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang zu dem Stromabnehmer unterbricht und der zumindest eine Photovoltaik-Strang wird angeschaltet indem der Hybridschalter schließt und den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit dem Stromabnehmer elektrisch verbindet, so dass der Stromfluss aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang in den Stromabnehmer ermöglicht wird.In other words, in the DC part of the photovoltaic system, the at least one photovoltaic string is disconnected from the current collector, e.g. the inverter separated by the hybrid switch opens, thereby interrupting the flow of current from the at least one photovoltaic string to the pantograph and the at least one photovoltaic string is turned on by the hybrid switch closes and electrically connects the at least one photovoltaic string with the current collector so the current flow from the at least one photovoltaic string into the current collector is made possible.

Insbesondere definiert die Schalteinrichtung einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand und leitet in dem geschlossenen Zustand photovoltaisch erzeugten Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang zu einem Stromabnehmer durch und unterbricht in dem geöffneten Zustand die Durchleitung von photovoltaisch erzeugtem Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang. Vorzugsweise ist eine Steuereinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf eine Benutzereingabe die Schalteinrichtung bzw. den Hybridschalter benutzergesteuert zu öffnen und/oder zu schließen. Somit kann der Benutzer, z.B. bei Störungen oder für Wartungsarbeiten den zumindest eine Photovoltaik-Strang zu einem beliebigen Zeitpunkt gezielt an- und abschalten.In particular, the switching device defines a closed state and an opened state and, in the closed state, conducts photovoltaically generated current from the at least one photovoltaic string to a current collector and interrupts in the opened state the transmission of photovoltaically generated current from the at least one photovoltaic strand. Preferably, a control device is embodied which is designed to open and / or close the switching device or the hybrid switch in a user-controlled manner in response to a user input. Thus, the user, e.g. in the event of malfunctions or maintenance work, the at least one photovoltaic string can be selectively switched on and off at any time.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein externes benutzergeneriertes erzeugtes Strangabschalt-Triggersignal zu empfangen und in Ansprechen auf das Strangabschalt-Triggersignal den zumindest einen Photovoltaik-Strang abzuschalten, indem die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung öffnet und damit den zumindest einen Photovoltaik-Strang zumindest einseitig von dem Stromabnehmer trennt.Preferably, the control means is adapted to receive an external user-generated generated strand shut-off trigger signal and to turn off the at least one photovoltaic string in response to the strand turn-off trigger signal by the control means opening the switching means and thereby directing the at least one photovoltaic string at least one side thereof Pantograph disconnects.

Weiter vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ein selbständig bzw. automatisiert erzeugtes Strangabschalt-Triggersignal in Ansprechen auf das Signal der Sensoreinrichtung zu erzeugen, also typischerweise in Ansprechen auf die Strangspannung, und in Ansprechen auf das Strangabschalt-Triggersignal den zumindest einen Photovoltaik-Strang abzuschalten, indem die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung öffnet und damit den zumindest einen Photovoltaik-Strang zumindest einseitig von dem Stromabnehmer trennt. Die Schalteinrichtung ist demnach insbesondere eine aktiv schaltende oder schaltbare und/oder elektronisch gesteuerte Schalteinrichtung.Further preferably, the control means is adapted to generate an autonomously generated strand shut-off trigger signal in response to the signal of the sensor device, that is typically in response to the strand voltage, and to turn off the at least one photovoltaic strand in response to the strand turn-off trigger signal in that the control device opens the switching device and thus separates the at least one photovoltaic strand at least on one side from the current collector. The switching device is therefore in particular an actively switching or switchable and / or electronically controlled switching device.

Bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage weist zumindest einer der parallelen Photovoltaik-Stränge, vorzugsweise alle der parallelen Photovoltaik-Stränge in ihrer jeweils zugehörigen Strangleitung, insbesondere zwischen den Photovoltaik-Modulen dieses jeweiligen Photovoltaik-Strangs und dem zentralen Sammelpunkt eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung auf, mittels welcher die stromführende Verbindung zwischen diesem zugehörigen Photovoltaik-Strang und dem zentralen Sammelpunkt benutzergesteuert, also auf Anforderung des Benutzers selektiv trennbar ist, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang, bzw. um einen beliebigen gewünschten Photovoltaik-Strang, gezielt und einzeln von der Parallelschaltung abzuschalten. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Schalteinrichtung auch zur Einzelstrangabschaltung in einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage verwendet werden. D.h. es kann ein einzelner oder es können mehrere einzelne Photovoltaik-Stränge gezielt abgeschaltet werden und die anderen Photovoltaik-Stränge der Parallelschaltung bleiben weiter in Betrieb und können weiter photovoltaisch erzeugten Strom über den zentralen Sammelpunkt, insbesondere in den Wechselrichter, einspeisen. In diesem Fall kann der Benutzer somit, z.B. zu Wartungszwecken, Reparatur oder bei örtlich begrenzten Fehlfunktionen gezielt einen oder mehrere der Photovoltaik-Stränge einzeln abschalten bzw. die stromführende Verbindung des oder der vom Benutzer gewünschten Photovoltaikstränge zu dem zentralen Sammelpunkt trennen, so dass diese keinen Strom mehr über den zentralen Sammelpunkt einspeisen. Es können demnach ganze Photovoltaik-Stränge abgeschaltet (und nicht nur lediglich einzelne Photovoltaik-Module) bzw. die stromführende Verbindung eines oder mehrerer ganzer Photovoltaik-Stränge zu dem zentralen Sammelpunkt getrennt werden.In a multi-strand photovoltaic system, at least one of the parallel photovoltaic strings, preferably all of the parallel photovoltaic strings in their respective associated string line, in particular between the photovoltaic modules of this particular photovoltaic string and the central collection point a switching device according to the invention, by means of which the current-carrying connection between this associated photovoltaic string and the central collection point is user-controlled, so selectively separable on request of the user to the at least one photovoltaic string, or to any desired photovoltaic string targeted and individually off the parallel circuit. In other words, the switching device according to the invention can also be used for single-strand shutdown in a multi-strand photovoltaic system. That is, it can be a single or multiple individual photovoltaic strands can be selectively switched off and the other photovoltaic strings of the parallel circuit remain in operation and can continue to feed photovoltaically generated electricity through the central collection point, in particular in the inverter. In this case, the user can thus, for example, for maintenance purposes, repair or localized malfunction specifically off one or more of the photovoltaic strings individually or separate the current-carrying connection of the user or the desired photovoltaic strands to the central collection point, so that they no Feed more electricity through the central collection point. It can therefore be switched off all photovoltaic strands (and not just individual photovoltaic modules) or the current-carrying connection of one or more whole photovoltaic strands are separated to the central collection point.

Der zumindest eine Halbleiterschalter bzw. Transistor ist insbesondere ein FeldeffektTransistor, vorzugsweise ein MOSFET.The at least one semiconductor switch or transistor is in particular a field-effect transistor, preferably a MOSFET.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Schalteinrichtung bzw. der Hybridschalter dazu ausgebildet ist, in dem geöffneten Zustand den Stromfluss nicht nur in einer Richtung, sondern in beiden Richtungen zu unterbrechen. Dadurch kann nicht nur eine Sicherheitsabschaltung z.B. bei Störungen oder zur Wartung, also eine Unterbrechung des Flusses des von dem zugehörigen Photovoltaik-Strang photovoltaisch erzeugten Stroms erreicht werden. Es können auch Ströme in entgegengesetzter Richtung, also Quer- oder Rückströme, z.B. aus anderen parallel geschalteten Photovoltaik-Strängen, in den zugehörigen Photovoltaikunterbrochen werden. Dies ist bei Multistrang-Photovoltaik-Anlagen besonders vorteilhaft, für die vorliegend beanspruchte Erfindung jedoch optional.It has proved to be particularly advantageous if the switching device or the hybrid switch is designed to interrupt the current flow in the opened state not only in one direction, but in both directions. As a result, not only a safety shutdown, e.g. in case of faults or maintenance, so an interruption of the flow of photovoltaic electricity generated by the associated photovoltaic string can be achieved. It is also possible to use currents in opposite directions, ie, transverse or return currents, e.g. from other parallel-connected photovoltaic strings, be interrupted in the associated photovoltaic. This is particularly advantageous in multi-strand photovoltaic systems, but optional for the presently claimed invention.

Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Hybridschalter eine Back-to-Back-Schaltung aus zwei Halbleiterschaltern bzw. Transistoren, insbesondere eine Back-to-Back-Schaltung aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise aus zwei MOSFETs, umfasst, bzw. die Halbleiterschalteinrichtung aus einer solchen Back-to-Back-Schaltung besteht. Mit anderen Worten ist der Hybridschalter eine Parallelschaltung aus dem Relais und einer Back-to-Back-Schaltung aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere eine Parallelschaltung aus einem Relais und einer Back-to-Back-Schaltung aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs. Diese Parallelschaltung ist dabei seriell in die Strangleitung geschaltet.This can e.g. be achieved in that the hybrid switch comprises a back-to-back circuit of two semiconductor switches or transistors, in particular a back-to-back circuit of two field effect transistors, preferably of two MOSFETs comprises, or the semiconductor switching device of a such back-to-back circuit exists. In other words, the hybrid switch is a parallel circuit of the relay and a back-to-back circuit of two semiconductor switches, in particular a parallel circuit of a relay and a back-to-back circuit of two field effect transistors, preferably MOSFETs. This parallel circuit is connected serially in the string line.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Schalteinrichtung zusätzlich eine Rückstromschutzschaltung umfassen. Die Schalteinrichtung kann einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Sensor zum Messen einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltaik-Strang umfassen, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die mit dem Sensor gemessene elektrische Kenngröße die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs mit dem zentralen Sammelpunkt auch in Rückstromrichtung automatisch zu unterbrechen. Mit anderen Worten ist die Schalteinrichtung vorzugsweise mit der Rückstromschutzfunktion gemäß der DE 10 2016 117 049 kombiniert. Somit können die Vorteile der Rückstromverhinderung gemäß der in der DE 10 2016 117 049 beschriebenen Erfindung und einer benutzergesteuerten Abschaltung im DC-Teil einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden, was aber optional ist.According to a preferred embodiment of the invention, the switching device may additionally comprise a reverse current protection circuit. The switching device may comprise a sensor connected to the control device for measuring an electrical characteristic on the associated photovoltaic string, wherein the control device is adapted to connect the associated photovoltaic string to the central collection point in response to the electrical characteristic measured with the sensor to automatically break even in the reverse current direction. In other words, the switching device is preferably with the reverse current protection function according to the DE 10 2016 117 049 combined. Thus, the advantages of the backflow prevention according to the in the DE 10 2016 117 049 described invention and a user-controlled shutdown in the DC part of a photovoltaic system are combined, but this is optional.

Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, beim Anschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs, bzw. elektrischem Verbinden mit dem Stromabnehmer, zunächst die Halbleiterschalteinrichtung, insbesondere den oder die Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs, zu schließen und erst nach einer zeitlichen Verzögerung danach das Relais zu schließen.The switching device is preferably designed to close the semiconductor switching device, in particular the field effect transistor (s), preferably MOSFETs, when the associated photovoltaic string or electrical connection is connected to the current collector, and to close the relay after a time delay thereafter shut down.

Die Schalteinrichtung ist vorzugsweise ferner dazu ausgebildet beim Abschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs, bzw. Trennen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs von dem Stromabnehmer, zunächst das Relais zu öffnen und erst nach einer zeitlichen Verzögerung danach die Halbleiterschalteinrichtung, insbesondere den oder die Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs zu öffnen.The switching device is preferably further formed when switching off the associated photovoltaic string, or separating the associated photovoltaic string from the current collector, first to open the relay and only after a time delay thereafter the semiconductor switching device, in particular the one or more field effect transistors, preferably to open MOSFETs.

Dadurch kann gewährleistet werden, dass das Relais nicht die volle Strangspannung schalten muss, so dass ein aufgrund der Gleichspannung möglicherweise nicht verlöschender Lichtbogen vermieden werden kann. Trotzdem entlastet das Relais die Halbleiterschalteinrichtung im Dauerbetrieb, so dass die Dauer-Verlustleistung in einem für die besonderen Einbauverhältnisse bei einem Photovoltaik-Generator akzeptablen Rahmen gehalten werden kann. In vorteilhafter Weise braucht kein Hochstromrelais verwendet zu werden, sondern es kann ein einfaches kleines Standard-Relais verwendet werden. Das Relais wird geschont, was der Langlebigkeit der Schalteinrichtung dienlich ist und wodurch Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit in einem für Photovoltaik-Anlagen erforderlichen Maß gewährleistet werden können.This can ensure that the relay does not have to switch the full phase voltage, so that a due to the DC voltage may not be extinguished arc can be avoided. Nevertheless relieves the relay, the semiconductor switching device in continuous operation, so that the long-term power loss in an acceptable for the specific installation conditions in a photovoltaic generator Frame can be kept. Advantageously, no high current relay needs to be used, but a simple small standard relay can be used. The relay is spared, which enhances the longevity of the switchgear and ensures safety, reliability and longevity in the degree required for photovoltaic systems.

Die Schalteinrichtung kann dazu ausgebildet sein, vor dem (Wieder-)Anschalten des zumindest einen Photovoltaik-Strangs eine Prüfroutine durchzuführen, in der Prüfroutine zumindest eine elektrische Kenngröße des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu prüfen und bei Einhalten eines vordefinierten Schwellenwerts für die zumindest eine elektrische Kenngröße den zumindest einen Photovoltaik-Strang anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt.The switching device may be configured to perform a test routine before (re) switching on the at least one photovoltaic string, to test at least one electrical parameter of the associated photovoltaic string in the test routine, and to maintain a predefined threshold value for the at least one electrical parameter to turn on the at least one photovoltaic string, if a user release is present.

Die Schalteinrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, den photovoltaisch erzeugten Stromfluss durch die zugehörige Strangleitung zu messen und das Relais erst dann zu schließen, wenn der durch die Strangleitung fließende photovoltaisch erzeugte Strom I einen vordefinierten Schwellenwert I_min überschreitet, bzw. nach einer zeitlichen Verzögerung nachdem der durch die Strangleitung fließende photovoltaisch erzeugte Strom I einen vordefinierten Schwellenwert I_min überschritten hat.The switching device can also be designed to measure the photovoltaically generated current flow through the associated string line and to close the relay only when the photovoltaic current I flowing through the string exceeds a predefined threshold I_min, or after a time delay after the By the strand line flowing photovoltaically generated current I has exceeded a predefined threshold I_min.

Die Schalteinrichtung kann ferner eine Steuereinrichtung und eine mit der Steuereinrichtung verbundene Sensoreinrichtung zum Messen zumindest einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltaik-Strang enthalten. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf die mit der Sensoreinrichtung gemessene zumindest eine elektrische Kenngröße den zugehörigen Photovoltaik-Strang an den Stromabnehmer elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt, wobei die Sensoreinrichtung insbesondere einen Eingangsspannungssensor umfasst, welcher die strangseitige Eingangsspannung U1 an der Schalteinrichtung misst und/oder einen Ausgangsspannungssensor umfasst, welcher die sammelpunktseitige Ausgangsspannung U2 an der Schalteinrichtung misst. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, in Ansprechen auf die gemessene strangseitige Eingangsspannung U1 und/oder auf die gemessene sammelpunktseitige Ausgangsspannung U2 die Schaltvorgänge des Relais und/oder der Halbleiterschalter zu steuern.The switching device may further include a control device and a sensor device connected to the control device for measuring at least one electrical parameter on the associated photovoltaic string. The control device may be configured to electrically connect the associated photovoltaic line to the current collector in response to the at least one electrical characteristic measured by the sensor device, if a user enable is present, wherein the sensor device in particular comprises an input voltage sensor which detects the input voltage U1 at the input side Measuring device measures and / or comprises an output voltage sensor which measures the collection point side output voltage U2 to the switching device. The control device may be designed to control the switching operations of the relay and / or the semiconductor switches in response to the measured line-side input voltage U1 and / or to the measured collector-point-side output voltage U2.

In vorteilhafter Weise können beim Anschalten eine Mehrzahl von Schaltvorgängen zunächst durch die Halbleiterschalteinrichtung, z.B. die Back-to-Back-MOSFET-Schaltung durchgeführt werden, z.B. bis bestimmte Betriebsparameter erreicht sind, bevor das Relais geschlossen wird. Mit anderen Worten bleibt bei Anschalten das Relais solange geöffnet, bis bestimmte Betriebsparameter erreicht sind, selbst wenn in dieser Zeit mehrere Schaltvorgänge mit der Halbleiterschalteinrichtung durchgeführt werden. So kann die Anzahl der Schaltvorgänge des Relais niedrig gehalten werden. Im Produktions- oder Dauerbetrieb, insbesondere nachdem die erwünschten Betriebsparameter erreicht wurden, entlastet das Relais dann aber die Halbleiterschalteinrichtung. Trotzdem kann bei vollständig geöffnetem Hybridschalter, d.h. wenn sowohl die Halbleiterschalter als auch das Relais geöffnet sind, eine bidirektionale Trennung der elektrischen Verbindung erreicht werden, d.h. der Stromfluss in beiden Richtungen unterbrochen werden, wenn eine Back-to-Back-Schaltung verwendet wird.Advantageously, when turned on, a plurality of switching operations may first be performed by the semiconductor switching device, e.g. the back-to-back MOSFET circuit is performed, e.g. until certain operating parameters are reached before the relay is closed. In other words, when switched on, the relay remains open until certain operating parameters have been reached, even if several switching operations are performed with the semiconductor switching device during this time. Thus, the number of switching operations of the relay can be kept low. In production or continuous operation, in particular after the desired operating parameters have been reached, the relay then relieves the semiconductor switching device. Nevertheless, with the hybrid switch fully open, i. when both the semiconductor switches and the relay are open, bidirectional isolation of the electrical connection is achieved, i. the current flow in both directions are interrupted when a back-to-back circuit is used.

Die zeitliche Verzögerung beim Anschalten und/oder beim Abschalten beträgt vorzugsweise kleiner oder gleich 2000 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 700 ms, vorzugsweise kleiner oder gleich 300 ms. Zumindest sollte die Halbleiterschalteinrichtung nicht länger als für diese maximale Verzögerungszeit geschlossen und dabei nicht durch das Relais entlastet sein, also die Halbleiterschalteinrichtung geschlossen und das Relais geöffnet sein, wenn der volle (Nenn-)Strangstrom, bzw. wenn ein Strangstrom von größer oder gleich 5 A, größer oder gleich 8 A, größer oder gleich 10 A, oder 12,5 A +/- 40% durch die Halbleiterschalteinrichtung fließt. D.h. die maximale Verzögerungszeit kann ab dem Zeitpunkt gerechnet werden, ab dem zumindest theoretisch der Nennstrom fließen könnte, wenn die Bestrahlung entsprechend groß ist. Mit anderen Worten wird der Hybridschalter so gesteuert, dass ein Zustand in dem die Halbleiterschalteinrichtung geschlossen, das Relais geöffnet und gleichzeitig der Nennstrom fließen kann, d.h. der Nennstrom durch die nicht-entlastete Halbleiterschaltung fließen kann, nicht länger als die maximale Verzögerungszeit besteht. Weiter bevorzugt beträgt die Verzögerungszeit zwischen 50 ms und 2000 ms, vorzugsweise zwischen 100 ms und 1000 ms, vorzugswiese zwischen 150 ms und 500 ms, vorzugsweise zwischen 200 ms und 300 ms, zumindest wenn in dem Photovoltaik-Strang ein Strangstrom fließt oder zumindest fließen kann, der im Wesentlichen dem Nennstrom entspricht. Je nachdem welche Bauteile verwendet werden, kann die Halbleiterschalteinrichtung zumindest für eine entsprechend kurze Verzögerungszeit die volle Strangleistung auch ohne Entlastung durch das Relais alleine durchleiten selbst wenn sie ohne besondere Kühlmaßnahmen in einer Strangbox eingebaut ist. Die zeitliche Verzögerung des Schaltvorgangs der Halbleiterschalteinrichtung kann demnach bezogen sein auf den vorherigen Schaltvorgang des Relais bzw. umgekehrt oder auf das Erreichen bestimmter Schwellenwerte für die elektrischen Kenngrößen, z.B. für die Eingangsspannung U1, für die Ausgangsspannung U2 und/oder für den Strangstrom I.The time delay when switching on and / or when switching off is preferably less than or equal to 2000 ms, preferably less than or equal to 700 ms, preferably less than or equal to 300 ms. At least the semiconductor switching device should not be closed longer than for this maximum delay time and not relieved by the relay, so closed the semiconductor switching device and the relay be open when the full (rated) strand current, or if a strand current of greater than or equal to 5 A, greater than or equal to 8 A, greater than or equal to 10 A, or 12.5 A +/- 40% flows through the semiconductor switching device. This means that the maximum delay time can be calculated from the time at which, at least theoretically, the nominal current could flow, if the irradiation is correspondingly large. In other words, the hybrid switch is controlled so that a state in which the semiconductor switching device is closed, the relay can be opened, and at the same time the rated current can flow, that is, the rated current can flow through the non-relieved semiconductor circuit is not longer than the maximum delay time. More preferably, the delay time between 50 ms and 2000 ms, preferably between 100 ms and 1000 ms, preferably between 150 ms and 500 ms, preferably between 200 ms and 300 ms, at least if in the photovoltaic string, a strand current flows or at least can flow , which essentially corresponds to the rated current. Depending on which components are used, the semiconductor switching device can at least for a correspondingly short delay time to pass through the full strand performance even without relief by the relay alone, even if it is installed without special cooling measures in a strand box. The time delay of the switching operation of the semiconductor switching device can therefore be related to the previous switching operation of the relay or vice versa or to the achievement of certain threshold values for the electrical characteristics, eg for the input voltage U1, for the output voltage U2 and / or for the phase current I.

Der Teil des Photovoltaik-Generators der von der Schalteinrichtung geschaltet wird, also insbesondere der zugehörige Photovoltaik-Strang weist vorzugsweise eine DC-Nennspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% und/oder einen DC-Nennstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% auf.The part of the photovoltaic generator which is switched by the switching device, that is to say in particular the associated photovoltaic line, preferably has a nominal DC voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably 1250 V +/- 30% and / or a DC rated current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably of 12.5 A +/- 40%.

Der Hybridschalter als Ganzes ist demnach für eine DC-Schaltspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% und/oder für einen DC-Durchleitstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% ausgelegt. Insbesondere ist der Hybridschalter als Ganzes für eine DC-Schaltspannung von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% ausgelegt.The hybrid switch as a whole is therefore for a DC switching voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably 1250 V +/- 30% and / or for a DC forward current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably designed from 12.5 A +/- 40%. In particular, the hybrid switch as a whole is designed for a DC switching voltage of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably of 1250 V +/- 30%.

Insbesondere ist die Halbleiterschalteinrichtung bzw. sind der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs, vorzugsweise für eine Drain-Source-Spannung (VDS) von größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise von 1250 V +/- 30% ausgebildet.In particular, the semiconductor switching device or are the field effect transistors, preferably MOSFETs, preferably for a drain-source voltage (V DS ) of greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably from 1250 V +/- 30% trained.

Die die Halbleiterschalteinrichtung bzw. der oder die Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs, sind vorzugsweise für einen Drain-Strom (ID) von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% ausgebildet.The semiconductor switching device or the field effect transistor (s), preferably MOSFETs, are preferably for a drain current (I D ) of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably 12.5 A +/- 40% trained.

Aufgrund der kurzen Dauer des Stromflusses durch die Halbleiterschalteinrichtung ist trotzdem die dabei an dem Hybridschalter entstehende Verlustleistung vertretbar. Es brauchen keine übermäßig großen und teuren Halbleiterschalter verwendet werden.Due to the short duration of the current flow through the semiconductor switching device, the power loss occurring at the hybrid switch is nevertheless justifiable. There is no need to use overly large and expensive semiconductor switches.

Es können Feldeffekttransistoren, vorzugsweise MOSFETs, verwendet werden, die einen Einschaltwiderstand (Resistance-Drain-Source-On, kurz RDS-on) von größer oder gleich 100 mOhm, vorzugsweise größer oder gleich 300 mOhm, vorzugsweise größer oder gleich 500 mOhm, vorzugsweise von 690 mOhm +/- 40% aufweisen.Field-effect transistors, preferably MOSFETs, can be used, which have a turn-on resistance (Resistance-Drain-Source-On, RDS-on) of greater than or equal to 100 mOhm, preferably greater than or equal to 300 mOhm, preferably greater than or equal to 500 mOhm, preferably 690 mOhm +/- 40%.

Dies erzeugt zwar eine relativ große Verlustleitung von ggf. einem Watt, einigen Watt oder mehr, was aber insbesondere durch die Entlastung durch das parallel geschaltete Relais akzeptabel ist. Solche Feldeffekttransistoren, insbesondere MOSFETs, sind günstig erhältlich und weisen eine geringe Baugröße auf.Although this generates a relatively large power loss of possibly one watt, a few watts or more, but this is acceptable in particular by the discharge through the parallel relay. Such field effect transistors, in particular MOSFETs, are inexpensive and have a small size.

Der oder die Halbleiterschalter, Feldeffekttransistoren, bzw. MOSFETs, können, bezogen auf einen Nennstrom von 8,5 A oder 10 A des zumindest einen Photovoltaik-Strangs, sogar eine berechnete Verlustleistung von größer oder gleich 2 W, von größer oder gleich 5 W, von größer oder gleich 10 W, insbesondere von größer oder gleich 40 W aufweisen, wenn der oder die Halbleiterschalter, Feldeffekttransistoren, bzw. MOSFETs, geschlossen sind und das Relais geöffnet ist (intermediärer Schaltzustand).The one or more semiconductor switches, field-effect transistors, or MOSFETs can, based on a rated current of 8.5 A or 10 A of the at least one photovoltaic string, even a calculated power loss of greater than or equal to 2 W, greater than or equal to 5 W, greater than or equal to 10 W, in particular greater than or equal to 40 W, when the one or more semiconductor switches, field effect transistors or MOSFETs are closed and the relay is open (intermediate switching state).

Auf der anderen Seite erzeugt der Hybridschalter bezogen auf einen Nennstrom von 8,5 A oder 10 A des zumindest einen Photovoltaik-Strangs trotzdem nur eine berechnete Verlustleistung von vorzugsweise kleiner oder gleich 10 W, vorzugsweise von kleiner oder gleich 5 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 2 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 W, wenn die Halbleiterschalteinrichtung und das Relais geschlossen sind (Dauerbetriebszustand). Insbesondere weist der Hybridschalter im Produktionsbetrieb eine Verlustleistung von kleiner oder gleich 1 W, beispielsweise bei 1000 Volt und 10 Ampere (typ. plus 25% Reserve) pro Photovoltaik-Strang auf, wenn die Halbleiterschalteinrichtung und das Relais geschlossen sind.On the other hand, based on a nominal current of 8.5 A or 10 A of the at least one photovoltaic string, the hybrid switch nevertheless only generates a calculated power loss of preferably less than or equal to 10 W, preferably less than or equal to 5 W, preferably less than or equal to 2 W, preferably less than or equal to 1 W, when the semiconductor switching device and the relay are closed (continuous operation state). In particular, in production mode, the hybrid switch has a power dissipation of less than or equal to 1 W, for example 1000 volts and 10 amps (typ., Plus 25% reserve) per photovoltaic string when the semiconductor switching device and the relay are closed.

Das Relais ist vorzugsweise für einen DC-Durchleitstrom von größer oder gleich 5 A, vorzugsweise größer oder gleich 8 A, vorzugsweise größer oder gleich 10 A, vorzugsweise von 12,5 A +/- 40% ausgebildet. Auf der anderen Seite genügt es vorzugsweise, wenn für das Relais für einen DC-Schaltstrom von kleiner oder gleich 8 A, insbesondere kleiner oder gleich 6 A, insbesondere kleiner oder gleich 4 A, insbesondere von 2 A +/- 50% ausgebildet ist.The relay is preferably designed for a DC transmission current of greater than or equal to 5 A, preferably greater than or equal to 8 A, preferably greater than or equal to 10 A, preferably 12.5 A +/- 40%. On the other hand, it is preferably sufficient if the relay is designed for a DC switching current of less than or equal to 8 A, in particular less than or equal to 6 A, in particular less than or equal to 4 A, in particular 2 A +/- 50%.

Ferner vorzugsweise genügt es, wenn das Relais eine maximale AC-Schaltspannung von kleiner oder gleich 800 V, insbesondere kleiner oder gleich 500 V, insbesondere von 400 V +/-50% aufweist.Furthermore, it is preferably sufficient if the relay has a maximum AC switching voltage of less than or equal to 800 V, in particular less than or equal to 500 V, in particular of 400 V +/- 50%.

Dies hält Kosten und Baugröße des Relais, insbesondere für den Einbau in einer Strangbox ebenfalls in vertretbaren Grenzen. This keeps cost and size of the relay, especially for installation in a strand box also within reasonable limits.

Ferner bevorzugt kann die Schalteinrichtung dazu ausgebildet sein, vor dem (Wieder-)Anschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs in einer Prüfroutine elektrische Kenngrößen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu prüfen und bei Einhalten vordefinierter Schwellenwerte für die elektrischen Kenngrößen und nach Benutzerfreigabe die Schalteinrichtung zu schließen. D.h. das Schließen der Schalteinrichtung erfolgt erst dann wenn beides vorliegt, d.h. wenn sowohl die Prüfbedingungen für die elektrischen Kenngrößen erfüllt sind, als auch die Benutzerfreigabe für das (Wieder-)Anschalten vorliegt. Erst dann wird der zugehörige Photovoltaik-Strang wieder angeschaltet. Insbesondere können die Halbleiterschalter zunächst testweise geschlossen und bei noch offenem Relais elektrische Kenngrößen, wie Eingangsspannung, Ausgangsspannung und/oder der Strangstrom gemessen werden. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, bevor auch das Relais geschlossen wird, wodurch das Relais geschont werden kann.Further preferably, the switching device may be designed to check electrical characteristics of the associated photovoltaic string before (re) turning on the associated photovoltaic string in a test routine and to close the switching device while maintaining predefined threshold values for the electrical parameters and after user release. That the closing of the switching device takes place only when both are present, i. if both the test conditions for the electrical characteristics are met, as well as the user release for the (re-) to power up. Only then the associated photovoltaic string is switched on again. In particular, the semiconductor switches can first be closed as a test and electrical parameters, such as input voltage, output voltage and / or the strand current can be measured while the relay is still open. This process can be repeated several times before the relay is also closed, whereby the relay can be spared.

Insbesondere umfasst die Schalteinrichtung also einen Stromsensor, welcher den photovoltaisch erzeugten Stromfluss durch die zugehörige Strangleitung misst. Die Schalteinrichtung schließt das Relais vorzugsweise nur dann, wenn der durch die Strangleitung fließende photovoltaisch erzeugte Strom einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang erst in dauerhaften Produktionsbetrieb genommen wird, wenn er vollständig betriebsbereit ist.In particular, the switching device thus comprises a current sensor, which measures the photovoltaically generated current flow through the associated string line. The switching device preferably closes the relay only when the photovoltaically generated current flowing through the line exceeds a predefined threshold. This can ensure that the associated photovoltaic string is only taken into permanent production mode when it is fully operational.

Vorzugsweise fließt zumindest zeitweise, insbesondere im dauerhaften Produktionsbetrieb des Photovoltaik-Strangs der photovoltaisch erzeugte Strom in dem Teil des Photovoltaik-Strangs, in dem die volle nominelle Spannung der mehreren seriellen Photovoltaik-Module oder des gesamten Photovoltaik-Strangs anliegt, vorzugsweise ausschließlich, durch metallische Leiter, z.B. Metallkabel, Metallsteckverbinder und das Relais und zumindest nicht dauerhaft durch Halbleiterbauelemente. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Verlustleistung gering gehalten werden, so dass die Schalteinrichtung ggf. in vorhandene Gehäuse eingebaut werden kann, ohne dass diese überhitzen.Preferably, at least at times, in particular in the permanent production operation of the photovoltaic string, the photovoltaically generated current flows in the part of the photovoltaic string in which the full nominal voltage of the plurality of series photovoltaic modules or the entire photovoltaic string is applied, preferably exclusively by metallic Ladder, eg Metal cables, metal connectors and the relay and at least not permanently by semiconductor devices. As a result, the power loss can be kept low in an advantageous manner, so that the switching device can optionally be installed in existing housing, without these overheat.

Bei einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage weist vorzugsweise jeder parallele Photovoltaik-Strang vor dem zentralen Sammelpunkt eine solche Schalteinrichtung auf. Die Schalteinrichtungen sind Photovoltaik-Modul-übergreifend, d.h. sind jeweils für den gesamten Photovoltaik-Strang mit mehreren seriell verschalteten Photovoltaik-Modulen zuständig.In a multi-strand photovoltaic system, each parallel photovoltaic string preferably has such a switching device in front of the central collection point. The switching devices are photovoltaic module-spanning, i. are each responsible for the entire photovoltaic string with several serially interconnected photovoltaic modules.

Die Schalteinrichtungen weisen eingangsseitig (also Photovoltaik-Strang- oder Photovoltaik-Modul-seitig) einen Pluspoleingang und einen Minuspoleingang zum Anschließen des Pluspols bzw. Minuspols der Strangleitung sowie ausgangsseitig (also sammelpunktseitig) einen Pluspolausgang und einen Minuspolausgang zum Anschließen des Pluspols bzw. Minuspols einer Fortsetzung der Strangleitung bis zu dem zentralen Sammelpunkt der Photovoltaik-Stränge bzw. bis zum Gleichstromeingang des Wechselrichters auf. Es liegt demnach insbesondere die gesamte Strangspannung an der Schalteinrichtung an und/oder der gesamte Strangstrom fließt durch die Schalteinrichtung hindurchThe switching devices have input side (ie photovoltaic strand or photovoltaic module-side) a positive terminal and a negative terminal for connecting the positive pole or negative pole of the strand line and the output side (ie collection point side) a positive terminal and a negative terminal for connecting the positive pole or negative pole of a Continuation of the string line up to the central collection point of the photovoltaic strings or to the DC input of the inverter. Accordingly, in particular the entire phase voltage is applied to the switching device and / or the entire phase current flows through the switching device

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, entfaltet die vorliegende Erfindung besondere Vorteile in Kombination mit dem Rückstromschutz gemäß der DE 10 2016 117 049 . Wenn die Schalteinrichtung auch als Rückstromschutzvorrichtung in einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage wirkt, verhindert diese zusätzlich, dass ein Querstrom so groß wird, dass sich die Richtung des Stromflusses in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang umkehrt, d.h. ein negativer Strom zurück in den zugehörigen Photovoltaik-Strang fließt. Das kann insbesondere mit der Back-to-Back-Schaltung aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere der Back-to-Back-Schaltung aus zwei Feldeffekttransistoren, z.B. MOSFETs, erreicht werden. In vorteilhafter Weise können also unerwünschte Rückströme verhindert werden, welche ansonsten entstehen könnten, wenn der zugehörige Photovoltaik-Strang niederimpedanter sein sollte als der Wechselrichter oder entsprechende Stromabnehmer stromabwärts des zentralen Sammelpunkts. Dies kann einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer der zugehörigen Photovoltaik-Module haben. Je nach Sicherheitsausrüstung der Photovoltaik-Anlage kann die Rückstromschutzfunktion auch die Sicherheit der Anlage erhöhen, insbesondere beim Abschalten einzelner Photovoltaik-Stränge oder der Photovoltaik-Anlage, z.B. aufgrund nicht mehr hinreichender Bestrahlung, Wartungsarbeiten oder bei einer Gefahrenabschaltung, insbesondere in dem die Rückstromschutzfunktion verhindert, dass eine Abschaltung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs aufgrund eines Rückstroms verhindert wird.As already stated above, the present invention develops particular advantages in combination with the backflow protection according to the DE 10 2016 117 049 , If the switching device also acts as a reverse current protection device in a multi-strand photovoltaic system, this additionally prevents a cross-flow from becoming so great that the direction of the current flow in the associated photovoltaic string is reversed, ie a negative current back into the associated photovoltaic system. Strand flows. This can be achieved in particular with the back-to-back circuit comprising two semiconductor switches, in particular the back-to-back circuit comprising two field-effect transistors, for example MOSFETs. Advantageously, therefore, unwanted return currents can be prevented, which could otherwise arise if the associated photovoltaic string should be low-impedance than the inverter or corresponding current collector downstream of the central Sammelppunkt. This can have a positive influence on the lifetime of the associated photovoltaic modules. Depending on the safety equipment of the photovoltaic system, the reverse current protection function can also increase the safety of the system, in particular when switching off individual photovoltaic strings or the photovoltaic system, eg due to inadequate irradiation, maintenance work or in the event of a danger switch-off, in particular in which the reverse current protection function prevents that a shutdown of the associated photovoltaic string is prevented due to a return current.

Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung in ein elektrisch isolierendes Gehäuse eingebaut, welches am strangseitigen Eingang einen Pluspol-Anschluss für den Pluspol der Strangleitung und einen Minuspol-Anschluss für den Minuspol der Strangleitung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs aufweist. Ferner vorzugsweise weist die Schalteinrichtung am sammelpunktseitigen Ausgang einen Pluspol-Anschluss für den Pluspol und einen Minuspol-Anschluss für den Minuspol der Verlängerung der Strangleitung, die zu dem zentralen Sammelpunkt führt, auf. Die Anschlüsse an dem Gehäuse sind vorzugsweise als Photovoltaik-Steckverbinder, z.B. gemäß dem SUNCUX®-System der Anmelderin/lnhaberin ausgebildet. Das Gehäuse mit der Schalteinrichtung, welches mit den Steckverbindern in die beiden Leitungen der Strangleitung des zugehörigen Photovoltaik-Moduls eingefügt werden können, kann demnach eine separat steckbare Einheit in Form einer Strangbox bilden, die auch als Nachrüstlösung noch in vorhandene Strangleitungen zwischen die Photovoltaik-Module jeweils eines Photovoltaik-Strangs und den zentralen Sammelpunkt bzw. den gemeinsamen Wechselrichter eingefügt werden kann, um eine vorhandene Multistrang-Photovoltaik-Anlage nachzurüsten.Preferably, the switching device is installed in an electrically insulating housing, which has a positive pole connection for the positive pole of the string line and a negative terminal for the negative pole of the string line of the associated photovoltaic string at the string-side input. Further Preferably, the switching means at the collective point-side output on a positive pole terminal for the positive pole and a negative pole terminal for the negative pole of the extension of the strand line, which leads to the central collection point, on. The terminals on the housing are preferably designed as photovoltaic connectors, eg according to the Applicant's SUNCUX® system. The housing with the switching device, which can be inserted with the connectors in the two lines of the string line of the associated photovoltaic module, can therefore form a separately pluggable unit in the form of a strand box, which also as a retrofit solution in existing strand lines between the photovoltaic modules each of a photovoltaic string and the central collection point or the common inverter can be inserted to retrofit an existing multi-strand photovoltaic system.

Vorzugsweise enthält die Schalteinrichtung einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Sensor zum Messen einer elektrischen Kenngröße an dem zugehörigen Photovoltaik-Strang. In Ansprechen auf die mit dem Sensor gemessene elektrische Kenngröße kann die Steuereinrichtung die Schalteinrichtung schalten, ggf. aber nur dann wenn auch eine Benutzerfreigabe vorliegt. Insbesondere verhindert die Steuereinrichtung in Ansprechen auf die mit dem Sensor gemessene elektrische Kenngröße das Schließen der Schalteinrichtung und/oder zumindest des Relais, z.B. wenn die gemessene elektrische Kenngröße außerhalb einer für das Wieder-Anschalten maßgeblichen Sicherheitsbedingung für die erste elektrische Kenngröße liegt.Preferably, the switching device includes a sensor connected to the control device for measuring an electrical characteristic at the associated photovoltaic string. In response to the measured with the sensor electrical characteristic, the control device can switch the switching device, but possibly only if there is a user release. In particular, in response to the electrical characteristic measured with the sensor, the control device prevents the closing of the switching device and / or at least the relay, e.g. If the measured electrical characteristic is outside a decisive for the restarting safety condition for the first electrical characteristic.

Der Sensor ist vorzugsweise ein Stromsensor oder ein Spannungssensor, welcher zumindest eine der folgenden elektrischen Kenngrößen misst:

  • - Eingangsspannung am strangseitigen Eingang der Schalteinrichtung,
  • - Ausgangsspannung am sammelpunktseitigen bzw. wechselrichterseitigen Ausgang der Schalteinrichtung,
  • - Strangstrom des zugehörigen Photovoltaik-Strangs bzw. durch die Schalteinrichtung oder Strangbox,
  • - negativer Stromfluss.
The sensor is preferably a current sensor or a voltage sensor which measures at least one of the following electrical parameters:
  • Input voltage at the line-side input of the switching device,
  • Output voltage at the collector-side or inverter-side output of the switching device,
  • Strand current of the associated photovoltaic string or by the switching device or strand box,
  • - negative current flow.

Ein negativer Stromfluss bedeutet, dass der Strom in dem Photovoltaik-Strang entgegen der Flussrichtung des im Betrieb photovoltaisch erzeugten Stroms durch die Schalteinrichtung fließt. D.h. der Stromsensor ist insbesondere dazu ausgebildet, auch einen negativen Stromfluss messen zu können.A negative current flow means that the current in the photovoltaic string flows counter to the direction of flow of the photovoltaically generated current during operation by the switching device. That the current sensor is in particular designed to be able to measure a negative current flow.

Der Hybridschalter kann in Ansprechen auf eine oder mehrere dieser mit dem oder den Sensoren gemessenen elektrischen Kenngrößen öffnen und die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs mit dem Stromabnehmer unterbrechen. Die Schalteinrichtung enthält also vorzugsweise einen Stromsensor, der ggf. auch negative Ströme messen kann und/oder einen Eingangsspannungssensor und/oder einen Ausgangsspannungssensor.The hybrid switch may open in response to one or more of these electrical characteristics measured with the sensor or sensors and interrupt the connection of the associated photovoltaic string to the current collector. The switching device thus preferably contains a current sensor, which may optionally also measure negative currents, and / or an input voltage sensor and / or an output voltage sensor.

Weitere Details einer optionalen zusätzlichen Rückstromverhinderung sind im Folgenden beschrieben.Further details of an optional additional backflow prevention are described below.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor ein Stromsensor, welcher auch einen negativen Stromfluss durch die Schalteinrichtung messen kann. Die Schalteinrichtung kann die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu dem zentralen Sammelpunkt, d.h. zu der Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und zu dem Gleichstromeingang des Wechselrichters unterbrechen, zumindest wenn der Strom in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang negativ ist und/oder einen vordefinierten Schwellenwert für den Betrag des negativen Stroms überschreitet. Ein negativer Strom ist allerdings keine notwendige Voraussetzung für das Trennen. Je nachdem welche Betriebs- und Sicherheitsparameter vorgegeben sind, kann die Schalteinrichtung die Unterbrechung auch bereits dann durchführen, wenn der Strom zwar noch positiv ist, aber unterhalb eines vordefinierten Sicherheits-Schwellwertes liegt. Dies kann z.B. dann vorkommen, wenn die Photovoltaik-Module des zugehörigen Photovoltaik-Strangs erheblich stärker abgeschattet sind als die Photovoltaik-Module der anderen Photovoltaik-Stränge. In diesem Fall sorgen die Querströme möglicherweise noch nicht für einen negativen Gesamt-Stromfluss in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang, reduzieren aber den von den von den zugehörigen Photovoltaik-Strang photovoltaisch erzeugten Strom ggf. bereits so weit, dass der Produktionsbetrieb dieses zugehörigen Photovoltaik-Strangs wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll ist, so dass es besser ist, die Verbindung dieses zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu der Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und zu dem gemeinsamen Wechselrichter zu unterbrechen. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der von der Schalteinrichtung gemessene Strom zwar noch positiv ist, aber erheblich unter dem Maximalstrom des Photovoltaik-Strangs, z.B. kleiner als 10% des Maximalstroms des Photovoltaik-Strangs ist. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet, die Schalteinrichtung automatisch zu schalten, bzw. die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu der Parallelschaltung und zu dem Wechselrichter zu unterbrechen, wenn die Bedingung eintritt, dass der Strangstrom I kleiner wird als ein vordefinierter Schwellenwert I0. Der vordefinierte Schwellenwert I0 kann zwischen positiv und erheblich kleiner als der Maximalstrom des zugehörigen Photovoltaik-Strangs und einem negativen Sicherheitswert für den Stromfluss ausgewählt werden. Mathematisch ausgedrückt kann die Schaltbedingung definiert werden als I<I0, wobei I0 ausgewählt wird aus einem Intervall [I1, I2], wobei I1 ein negativer Sicherheitswert ist, bei welchem der zugehörige Photovoltaik-Strang beschädigt werden könnte und I2 ein positiver Wert ist, unterhalb dessen ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr sinnvoll erscheint.According to a preferred embodiment of the invention, the sensor is a current sensor, which can also measure a negative current flow through the switching device. The switching device can interrupt the connection of the associated photovoltaic string to the central collection point, ie to the parallel connection with the other photovoltaic strings and to the DC input of the inverter, at least if the current in the associated photovoltaic string is negative and / or a predefined Threshold for the amount of negative current exceeds. However, a negative current is not a necessary condition for disconnection. Depending on which operating and safety parameters are specified, the switching device can already perform the interruption even if the current is still positive, but is below a predefined safety threshold. This can occur, for example, when the photovoltaic modules of the associated photovoltaic string are significantly more shaded than the photovoltaic modules of the other photovoltaic strings. In this case, the cross-currents may not yet provide for a total negative current flow in the associated photovoltaic string, but may already reduce the photovoltaic-generated current from the associated photovoltaic string to such an extent that the production operation of that associated photovoltaic string does not make economic sense, so it is better to break the connection of this associated photovoltaic string to the parallel connection with the other photovoltaic strings and to the common inverter. This may be useful, in particular, if the current measured by the switching device is still positive, but is considerably below the maximum current of the photovoltaic string, for example less than 10% of the maximum current of the photovoltaic string. In other words, the control device is preferably designed to automatically switch the switching device, or the connection of the associated Photovoltaic string to the parallel circuit and to interrupt the inverter when the condition occurs that the strand current I is smaller than a predefined threshold I0. The predefined threshold I0 can be selected between positive and significantly smaller than the maximum current of the associated photovoltaic string and a negative safety value for the current flow. Mathematically speaking, the switching condition can be defined as I <I0, where I0 is selected from an interval [I1, I2], where I1 is a negative safety value at which the associated photovoltaic string could be damaged and I2 is a positive value, below whose economic operation no longer makes sense.

Insbesondere schaltet die Schalteinrichtung den zugehörigen Photovoltaik-Strang auch wieder elektrisch an die Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und an den gemeinsamen Wechselrichter elektrisch an, wenn die Betriebs- und Sicherheitsparameter dies erlauben und die Benutzerfreigabe, z.B. in Form eines Triggersignals, z.B. durch einen geschlossenen Schalter vorliegt. Hierzu ist die Steuereinrichtung mit einer Sensoreinrichtung zum Messen zumindest einer elektrischen Kenngröße verbunden.In particular, the switching device also electrically connects the associated photovoltaic string to the parallel circuit with the other photovoltaic strings and to the common inverter if the operating and safety parameters permit this and the user enable, e.g. in the form of a trigger signal, e.g. is present through a closed switch. For this purpose, the control device is connected to a sensor device for measuring at least one electrical parameter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schaltet die Schalteinrichtung in Ansprechen auf die gemessene strangseitige Eingangsspannung und/oder auf die gemessene sammelpunktseitige bzw. wechselrichterseitige Ausgangsspannung den zugehörigen Photovoltaik-Strang, dessen Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt unterbrochen ist, wieder an den zentralen Sammelpunkt mit den anderen parallelen Photovoltaik-Strängen und damit an den Gleichstromeingang des Wechselrichters elektrisch an, wenn die Benutzerfreigabe vorliegt.According to a preferred embodiment, in response to the measured line side input voltage and / or the measured collector side or inverter side output voltage, the switching device switches the associated photovoltaic line whose connection to the central collection point is interrupted back to the central collection point with the other parallel photovoltaics Strands and thus to the DC input of the inverter electrically, if the user release is present.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Eingangsspannung mit der Ausgangsspannung verglichen und die Steuereinrichtung steuert in Ansprechen auf den Vergleich der gemessenen strangseitigen Eingangsspannung und der gemessenen stromabnehmerseitigen Ausgangsspannung die Schalteinrichtung, insbesondere dahingehend, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang, dessen Verbindung zu dem Stromabnehmer unterbrochen ist, wieder an den Stromabnehmer an, wenn die Benutzerfreigabe vorliegt. Durch den Spannungsvergleich kann gewährleistet werden, dass nach dem elektrischen Wiederanschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs die erwünschten Betriebs- und Sicherheitsparameter erfüllt sind, z.B. dass kein negativer Strom zurück in den zugehörigen Photovoltaik-Strang fließt bzw. der positive Produktionsstrom einen Mindestwert übersteigt, indem der zugehörige Photovoltaik-Strang nur dann elektrisch wieder angeschaltet wird, wenn die Differenz aus Ausgangsspannung U2 minus Eingangsspannung U1 kleiner ist, als ein vordefinierter Schwellenwert U0. Wenn U0=0 gilt, bedeutet das, dass die Ausgangsspannung U2 kleiner ist als die Eingangsspannung U1. Hierbei kann eine gewisse Toleranz vorhanden sein, insbesondere kann der Effekt ausgenutzt werden, dass die Eingangsspannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs, dessen Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt unterbrochen ist, die Leerlaufspannung ist, wohingegen die Ausgangsspannung, welche die von den anderen parallelen Photovoltaik-Modulen erzeugte Spannung darstellt, bereits eine Lastspannung darstellt, welche typischerweise um etwa 20% niedriger ist als die Leerlaufspannung, weil der Wechselrichter bereits arbeitet. Demnach kann die Steuereinrichtung in Ansprechen auf den Vergleich der Leerlaufspannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs mit der Lastspannung der anderen Photovoltaik-Stränge den zugehörigen Photovoltaik-Strang, dessen Verbindung zu dem zentralen Sammelpunkt unterbrochen ist, wieder an den zentralen Sammelpunkt mit den anderen parallelen Photovoltaik-Strängen und damit an den Gleichstromeingang des Wechselrichters anschalten, wenn die Benutzerfreigabe vorliegt. Zusätzlich zu dem Spannungsvergleich kann noch geprüft werden, ob die Spannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs einen vordefinierten Schwellenwert U_min übersteigt, z.B. um zu gewährleisten, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang zu diesem Zeitpunkt eine hinreichende Leistung erzeugen kann.According to a further preferred embodiment of the invention, the input voltage is compared with the output voltage and the controller controls the switching device in response to the comparison of the measured line side input voltage and the measured current collector side output voltage, in particular to the associated photovoltaic string whose connection to the current collector is interrupted again to the pantograph when the user release is present. The voltage comparison can ensure that after the electrical restart of the associated photovoltaic string the desired operating and safety parameters are fulfilled, e.g. that no negative current flows back into the associated photovoltaic string or the positive production current exceeds a minimum value by the associated photovoltaic string is only electrically switched on again when the difference between output voltage U2 minus input voltage U1 is smaller than a predefined threshold U0. If U0 = 0, this means that the output voltage U2 is smaller than the input voltage U1. In this case, a certain tolerance can be present, in particular, the effect can be exploited that the input voltage of the associated photovoltaic string whose connection to the central collection point is interrupted, the open circuit voltage, whereas the output voltage, which is different from that of the other parallel photovoltaic modules generated voltage already represents a load voltage, which is typically about 20% lower than the open circuit voltage, because the inverter is already working. Thus, in response to comparing the open circuit voltage of the associated photovoltaic string with the load voltage of the other photovoltaic strings, the controller may return the associated photovoltaic string whose connection to the central collection point is interrupted to the central collection point with the other parallel photovoltaic cells. Strings and thus to the DC input of the inverter turn on when the user release is present. In addition to the voltage comparison, it is still possible to check whether the voltage of the associated photovoltaic string exceeds a predefined threshold value U_min, e.g. to ensure that the associated photovoltaic string can generate sufficient power at this time.

Die Schalteinrichtung verbindet im geschlossenen Zustand den zugehörigen Photovoltaik-Strang elektrisch mit dem Stromabnehmer und unterbricht im offenen Zustand die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs zu dem Stromabnehmer innerhalb der Strangleitung bidirektional.In the closed state, the switching device electrically connects the associated photovoltaic line to the current collector and, in the open state, bi-directionally interrupts the current-carrying connection of the associated photovoltaic line to the current collector within the line.

Vorzugsweise sind die verwendeten Halbleiterschalter und/oder das Relais als Schließer (Normally Off oder Normally Open, NO) ausgebildet. Dies könnte zwar auf den ersten Blick nachteilig erscheinen, da für das Halten des On-Zustandes elektrische Leistung benötigt wird. Dies wird aber in Kauf genommen, um die damit verbundene Sicherheit zu erzielen, nämlich dass die Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs im Normalzustand der Schalteinrichtung zu der Parallelschaltung mit den anderen Photovoltaik-Strängen und zu dem Gleichstromeingang des Wechselrichters unterbrochen ist.Preferably, the semiconductor switches used and / or the relay are designed as normally open (Normally Off or Normally Open, NO). While this may seem disadvantageous at first glance, electrical power is required to hold the on-state. However, this is accepted in order to achieve the associated safety, namely that the connection of the associated photovoltaic string in the normal state of the switching device to the parallel circuit with the other photovoltaic strings and to the DC input of the inverter is interrupted.

Die vorliegend offenbarte Erfindung ist insbesondere vorteilhaft einzusetzen in Photovoltaik-Anlagen, bei welchen die seriell geschalteten Photovoltaik-Module in zumindest einem der Photovoltaik-Stränge, vorzugsweise in allen Photovoltaik-Strängen, jeweils Schutzschaltungen aufweisen, mittels welchen die Photovoltaik-Module einzeln von dem zugehörigen Photovoltaik-Strang abgeschaltet werden können, und wobei die Schutzschaltungen der einzelnen Photovoltaik-Module den Ausgang des jeweiligen Photovoltaik-Moduls an den Anschlusspunkten für die Strangleitung kurzschließt, um einen niederohmigen Bypass für das jeweilige Photovoltaik-Modul zu erzeugen. Solche Schutzschaltungen für die Photovoltaik-Module sind in der WO2013/026539 A1 genauer beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen und welche diesbezüglich hiermit durch Referenz inkorporiert wird. Ferner ist die vorliegend offenbarte Erfindung insbesondere vorteilhaft einzusetzen in Photovoltaik-Anlagen, bei welchen der zugehörige Photovoltaik-Strang eine Startschaltung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, solche oder andere Schutzschaltungen der einzelnen Photovoltaik-Module des zugehörigen Photovoltaik-Strangs wieder zu aktivieren. Solche Startschaltungen für die Photovoltaik-Stränge sind in der WO2014/122325 A1 genauer beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen und welche diesbezüglich hiermit durch Referenz inkorporiert wird.The presently disclosed invention is particularly advantageous to use in photovoltaic systems in which the series-connected photovoltaic modules in at least one of the photovoltaic strands, preferably in all photovoltaic strands, each have protective circuits, by means of which the Photovoltaic modules can be individually switched off from the associated photovoltaic string, and wherein the protection circuits of the individual photovoltaic modules short-circuits the output of the respective photovoltaic module at the connection points for the stranded line to produce a low-resistance bypass for the respective photovoltaic module , Such protective circuits for the photovoltaic modules are in the WO2013 / 026539 A1 which is hereby incorporated by reference and which is hereby incorporated by reference. Furthermore, the presently disclosed invention is particularly advantageous to use in photovoltaic systems in which the associated photovoltaic string has a start circuit, which is designed to re-activate such or other protection circuits of the individual photovoltaic modules of the associated photovoltaic string. Such starting circuits for the photovoltaic strings are in the WO2014 / 122325 A1 which is hereby incorporated by reference and which is hereby incorporated by reference.

Bevorzugt können eine solche Startschaltung zum Starten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs und die Schalteinrichtung für den zugehörigen Photovoltaik-Strang in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, so dass eine Strangbox mit kombinierter An- und Abschaltfunktion für den zugehörigen Photovoltaik-Strang entsteht. Die Strangbox wird mit Pluspol- und Minuspol-Anschlüssen am Eingang und Pluspol- und Minuspol-Anschlüssen am Ausgang der Strangbox zwischen die Serie aus Photovoltaik-Modulen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs und den zentralen Sammelpunkt mit den anderen Photovoltaik-Strängen in den zugehörigen Photovoltaik-Strangs geschaltet. Hierdurch können überflüssige Komponenten, insbesondere Steckverbindungen eingespart werden, was sich positiv auf Kosten, Lebensdauer und Verlustleitung der Photovoltaik-Anlage auswirken kann. Die Verlustleistung der Schalteinrichtung ist im Produktionsbetrieb bei geschlossenem Relais so niedrig, dass die thermische Belastung akzeptabel ist.Preferably, such a start circuit for starting the associated photovoltaic string and the switching device for the associated photovoltaic string can be accommodated in a common housing, so that a strand box with combined on and off function for the associated photovoltaic string is formed. The strand box is provided with positive and negative terminals at the input and positive and negative terminals at the outlet of the string box between the series of photovoltaic modules of the associated photovoltaic string and the central collection point with the other photovoltaic strings in the associated photovoltaic cells. Strand switched. As a result, superfluous components, in particular connectors can be saved, which can have a positive effect on costs, life and loss management of the photovoltaic system. The power loss of the switching device is so low in production mode with the relay closed that the thermal load is acceptable.

Vorzugsweise ist jeder Photovoltaik-Strang mit der beschriebenen Photovoltaik-Modulübergreifenden Schalteinrichtung bzw. Strangbox ausgerüstet.
benutzergesteuertes Triggern der Schalteinrichtung des zumindest einen Photovoltaikstrangs durch ein elektrisches oder elektronisches Triggersignal, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer abzuschalten,
benutzergesteuertes Triggern der Schalteinrichtung des zumindest einen Photovoltaik-Strangs durch ein elektrisches oder elektronisches Triggersignal, um den zumindest einen Photovoltaik-Strang wieder an den Stromabnehmer anzuschalten, ggf. in Ansprechen auf die Erfüllung weiterer Prüfbedingungen.
Preferably, each photovoltaic string is equipped with the described photovoltaic module-overlapping switching device or strand box.
user-controlled triggering of the switching device of the at least one photovoltaic string by an electrical or electronic trigger signal in order to disconnect the at least one photovoltaic string from the current collector,
user-controlled triggering of the switching device of the at least one photovoltaic string by an electrical or electronic trigger signal to turn on the at least one photovoltaic string back to the current collector, possibly in response to the fulfillment of further test conditions.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung zwar besonders vorteilhaft für Photovoltaik-Anlagen verwendbar, jedoch prinzipiell auch für andere DC-Generatoren einsetzbar ist. Diese sollen nicht ausgeschlossen sein.It will be apparent to those skilled in the art that although the invention can be used particularly advantageously for photovoltaic systems, it can also be used in principle for other DC generators. These should not be excluded.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.In the following the invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the figures, wherein the same and similar elements are partially provided with the same reference numerals and the features of the various embodiments can be combined.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild einer Photovoltaik-Anlage mit parallelen Photovoltaik-Strängen,
  • 2 ein Blockschaltbild einer Schutzschaltung für ein Photovoltaik-Modul,
  • 3 ein Blockschaltbild einer Strangbox mit der Schalteinrichtung,
  • 4 einen Schaltplan der Ansteuerung der Hybrid-Schaltung aus Relais und MOSFET-Back-to-Back-Schaltung,
  • 5 einen Schaltplan für ein Schaltnetzteil zur Ansteuerung der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung,
  • 6 ein schematisches Ablaufdiagramm für das Starten, Überwachen und Abschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs, und
  • 7 ein Ablaufdiagramm für das Starten, Prüfen, Überwachen und Abschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs.
Show it:
  • 1 a block diagram of a photovoltaic system with parallel photovoltaic strings,
  • 2 a block diagram of a protection circuit for a photovoltaic module,
  • 3 a block diagram of a strand box with the switching device,
  • 4 a circuit diagram of the control of the hybrid circuit of relay and MOSFET back-to-back circuit,
  • 5 a circuit diagram for a switching power supply for driving the MOSFET back-to-back circuit,
  • 6 a schematic flow diagram for starting, monitoring and switching off the associated photovoltaic string, and
  • 7 a flow chart for starting, testing, monitoring and switching off the associated photovoltaic string.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention

Bezug nehmend auf 1 umfasst die Multistrang-Photovoltaik-Anlage 1 eine Mehrzahl von parallel geschalteten Photovoltaik-Strängen, von denen der Einfachheit halber lediglich zwei Photovoltaik-Stränge 10, 10' dargestellt sind.Referring to 1 includes the multi-strand photovoltaic system 1 a plurality of photovoltaic strings connected in parallel, of which only two photovoltaic strings for the sake of simplicity 10 . 10 ' are shown.

Jeder Photovoltaik-Strang umfasst eine Mehrzahl von Photovoltaik-Modulen oder Photovoltaik-Paneelen 12, 12', welche jeweils mit einer Schutzschaltung 14, 14' ausgerüstet sind, z.B. wie sie in der WO 2013/026539 A1 beschrieben sind. Die Schutzschaltungen 14, 14' sind jeweils einem Photovoltaik-Modul 12, 12' zugeordnet und die jeweilige Strangleitung 16, 16' führt durch die dem Photovoltaik-Strang 10, 10' zugehörige Schutzschaltung 14, 14' zweipolig hindurch.Each photovoltaic string comprises a plurality of photovoltaic modules or photovoltaic panels 12 . 12 ' , each with a protection circuit 14 . 14 ' are equipped, eg as they are in the WO 2013/026539 A1 are described. The protective circuits 14 . 14 ' are each a photovoltaic module 12 . 12 ' assigned and the respective string line 16 . 16 ' leads through the the photovoltaic strand 10 . 10 ' associated protection circuit 14 . 14 ' through two poles.

Bezug nehmend auf 2 enthält jede Schutzschaltung 14, 14' einen Kurzschlussschalter S3 zum strangseitigen Kurzschließen des zugehörigen Photovoltaik-Moduls 12, 12' sowie einen seriellen Trennschalter S4, mit welchem das zugehörige Photovoltaik-Modul 12, 12' vom Photovoltaik-Strang 10, 10' getrennt werden kann. Bei Beschattung oder Ausfall eines Photovoltaik-Moduls 12, 12' schließt der Kurzschlussschalter S3 und der serielle Trennschalter S4 öffnet, so dass das jeweilige Photovoltaik-Modul 12, 12' vom Photovoltaik-Strang getrennt wird, leerläuft und der Photovoltaik-Strang 10, 10' trotzdem geschlossen bleibt, so dass weiterhin der photovoltaisch erzeugte Strom der übrigen Photovoltaik-Module dieses Photovoltaik-Strangs 10, 10' durch die auch in diesem Schutzzustand geschlossene Strangleitung 16, 16' fließen kann. Für weitere Details der für die vorliegende Erfindung optionalen Schutzschaltung 14, 14' wird auf die WO 2013/026539 verwiesen, welche diesbezüglich hiermit durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.Referring to 2 contains every protection circuit 14 . 14 ' a short-circuit switch S3 for strand side shorting of the associated photovoltaic module 12 . 12 ' and a serial disconnect switch S4 with which the associated photovoltaic module 12 . 12 ' from the photovoltaic string 10 . 10 ' can be separated. For shading or failure of a photovoltaic module 12 . 12 ' closes the short-circuit switch S3 and the serial disconnect switch S4 opens, leaving the respective photovoltaic module 12 . 12 ' separated from the photovoltaic strand, idles and the photovoltaic strand 10 . 10 ' still remains closed, so that continues to generate the photovoltaic power of the remaining photovoltaic modules of this photovoltaic string 10 . 10 ' by the closed also in this protective state string line 16 . 16 ' can flow. For further details of the protection circuit optional for the present invention 14 . 14 ' will be on the WO 2013/026539 Reference is hereby made to the subject matter of the present disclosure by reference.

Wieder Bezug nehmend auf 1 ist in jeden Photovoltaik-Strang 10, 10' eine Strangbox 20, 20' eingefügt, welche als Startboxen gemäß der WO 2014/122325 A1 ausgebildet sein können, und durch welche beide Strangleitungen 16, 16' hindurch gehen. Wechselrichterseitig der Strangboxen 20, 20' sind Fortsetzungen 17, 17' der Strangleitungen 16, 16' an einem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b, bzw. dessen Plus- und Minuspol, parallel zusammen geschaltet, um die photovoltaisch erzeugte Leistung der in diesem Beispiel mehreren Photovoltaik-Stränge 10, 10' etc. parallel geschaltet in den Gleichstromeingang 24a, 24b des gemeinsamen Wechselrichters 26 einzuspeisen. Am Wechselstromausgang 28 des Wechselrichters 26 wird der Wechselstrom zum Einspeisen in ein Versorgungsnetz bereitgestellt.Again referring to 1 is in every photovoltaic strand 10 . 10 ' a string box 20 . 20 ' inserted, which as starting boxes according to the WO 2014/122325 A1 may be formed, and through which both strand lines 16 . 16 ' go through it. Inverter side of the strand boxes 20 . 20 ' are sequels 17 . 17 ' the string lines 16 . 16 ' at a central collection point 22a . 22b , or its plus and minus pole, connected in parallel to the photovoltaic power generated in this example, several photovoltaic strands 10 . 10 ' etc. connected in parallel in the DC input 24a . 24b of the common inverter 26 feed. At the AC output 28 of the inverter 26 the alternating current is provided for feeding into a supply network.

Die Strangboxen 20, 20' werden in diesem Beispiel von einem externen 24-Volt Netzteil 32 (2) versorgt, um die gewünschten Schaltvorgänge auszuführen. Die Versorgung kann allerdings auch durch ein Start-Photovoltaik-Modul erfolgen, welches keine Schutzschaltung 14, 14' aufweist und somit bei Lichteinfall automatisch den jeweiligen Photovoltaik-Strang 10, 10' und damit auch die zugehörige Strangbox 20, 20' mit elektrischer Leistung versorgt. Für weitere Details hierzu wird auf die WO 2014/122325 A1 verwiesen, welche diesbezüglich hiermit durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.The string boxes 20 . 20 ' in this example are from an external 24 volt power supply 32 ( 2 ) to perform the desired switching operations. However, the supply can also be done by a start-up photovoltaic module, which no protection circuit 14 . 14 ' has and therefore automatically with incident light the respective photovoltaic strand 10 . 10 ' and with it the associated strand box 20 . 20 ' supplied with electrical power. For more details, see the WO 2014/122325 A1 Reference is hereby made to the subject matter of the present disclosure by reference.

Die Strangbox 20 weist in diesem Beispiel einen Modultemperatursensor 49b auf, um die unmittelbare Temperatur des Photovoltaik-Moduls 12 zu messen und diese oder eine daraus abgeleitete Information an die Steuereinrichtung weiterzuleiten.The string box 20 has a module temperature sensor in this example 49b on to the immediate temperature of the photovoltaic module 12 to measure and forward this or derived information to the controller.

Bezug nehmend auf 3 ist eine Strangbox 20 eines der Photovoltaik-Stränge 10 genauer dargestellt. Alle übrigen parallel geschalteten Photovoltaik-Stränge 10, 10' etc., sofern vorhanden, sind vorzugsweise gleich aufgebaut. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in einer Einzelstrang-Photovoltaik-Anlage 1, also mit einem DC-Generator 2 verwendet werden, der aus nur einem Photovoltaik-Strang 10 besteht.Referring to 3 is a string box 20 one of the photovoltaic strands 10 shown in more detail. All other parallel connected photovoltaic strings 10 . 10 ' etc., if available, are preferably constructed the same. However, the present invention can also be used in a single-strand photovoltaic system 1 So with a DC generator 2 to be used, which consists of only one photovoltaic strand 10 consists.

Die Photovoltaik-Module 12 mit angeschlossener Schutzschaltung 14, welche in 3 der Einfachhalt halber nicht separat dargestellt ist, bilden in serieller Schaltung den Photovoltaik-Strang 10. Der Pluspol 16a und der Minuspol 16b der Strangleitung 16 sind an einen Pluspoleingang 34a bzw. einen Minuspoleingang 34b der Strangbox 20 angeschlossen, um in die Strangbox 20 eingespeist zu werden. An einen Pluspolausgang 36a bzw. einen Minuspolausgang 36b sind entsprechende Fortsetzungen 17 der Strangleitung 16 an den Pluspol 24a bzw. an den Minuspol 24b des Gleichstromeingangs 24 des Wechselrichters 26, der in diesem Beispiel den Stromabnehmer für den photovoltaisch erzeugten Strom bildet, angeschlossen. Der von den Photovoltaik-Modulen 12 des Photovoltaik-Strangs 10 photovoltaisch erzeugte Strom fließt demnach im Produktionsbetrieb durch die Strangbox 20 hindurch. An den Eingängen und Ausgängen 34a, 34b; 36a, 36b sind die modulseitigen und sammelpunktseitigen Abschnitte 16, 17 der Strangleitung, vorzugsweise mit Steckverbindern (nicht dargestellt) angeschlossen. Weitere optionale parallele Photovoltaik-Stränge 10' sind durch die gestrichelten Linien, welche zu den beiden Polen des zentralen Sammelpunkts 22a, 22b führen, symbolisiert.The photovoltaic modules 12 with connected protection circuit 14 , what a 3 the sake of simplicity, is not shown separately, form the photovoltaic string in a series circuit 10 , The positive pole 16a and the negative pole 16b the string line 16 are at a positive pole entrance 34a or a minus pole input 34b the strand box 20 connected to the strandbox 20 to be fed. To a positive pole output 36a or a negative pole output 36b are corresponding sequels 17 the string line 16 to the positive pole 24a or to the negative pole 24b of the DC input 24 of the inverter 26 , which in this example forms the current collector for the photovoltaic power, connected. The one of the photovoltaic modules 12 of the photovoltaic string 10 Photovoltaically generated electricity flows accordingly in the production operation through the strand box 20 therethrough. At the entrances and exits 34a . 34b ; 36a . 36b are the module-side and collection-point-side sections 16 . 17 the strand line, preferably with connectors (not shown) connected. Additional optional parallel photovoltaic strings 10 ' are the dashed lines, which are the two poles of the central collecting point 22a . 22b lead, symbolizes.

Die Strangbox 20 enthält eine Schalteinrichtung 38, welche in das vorzugsweise wasserdichte Kunststoff-Gehäuse 21 der Strangbox 20 integriert ist. Die Schalteinrichtung 38 umfasst einen Hybridschalter S1, welcher seriell in den Photovoltaik-Strang 10, in diesem Beispiel in einen Ast der Strangleitung (in diesem Beispiel der Pluspol) geschaltet ist. Mit dem seriellen Hybridschalter S1 kann die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 zu dem Wechselrichter 26 benutzergesteuert unterbrochen und der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 damit abgeschaltet werden. Eine Steuereinrichtung 42 in Form eines Mikrocontrollers steuert den seriellen Hybridschalter S1, der auch als Trenn-Hybridschalter bezeichnet werden kann, und überwacht einen Stromsensor 44, einen Eingangsspannungssensor 46 und einen Ausgangsspannungssensor 48, um elektrische Kenngrößen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 zu gewinnen. The string box 20 contains a switching device 38 , which in the preferably waterproof plastic housing 21 the strand box 20 is integrated. The switching device 38 includes a hybrid switch S1 which serially into the photovoltaic string 10 , in this example in a branch of the strand line (in this example, the positive pole) is connected. With the serial hybrid switch S1, the current-carrying connection of the associated photovoltaic string 10 to the inverter 26 user-controlled interrupted and the associated photovoltaic string 10 to be turned off. A control device 42 in the form of a microcontroller controls the serial hybrid switch S1, which may also be referred to as a disconnect hybrid switch, and monitors a current sensor 44 , an input voltage sensor 46 and an output voltage sensor 48 to electrical characteristics of the associated photovoltaic string 10 to win.

Der Eingangsspannungssensor 46 ist parallel zu den Eingangsanschlüssen 34a, 34b der Strangbox 20 geschaltet, um die Eingangsspannung U1 zu messen, welche die Strangspannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 ist. Der Ausgangsspannungssensor 48 ist parallel zu den Ausgangsanschlüssen 36a, 36b der Strangbox 20 geschaltet, um die Ausgangsspannung U2 zu messen, welches diejenige Spannung ist, die am Wechselrichter 26 anliegt. Im Falle einer Multistrang-Photovoltaik-Anlage ist die Ausgangsspannung U2 diejenige Spannung, die von der Parallelschaltung aller anderen Photovoltaik-Stränge an den Wechselrichter 26 angelegt wird. Der Stromsensor 44 misst im Produktionsbetrieb den Strangstrom, welcher bei Stromproduktion des Photovoltaik-Strangs 10 in der normalen Richtung, welche hier als positiv bezeichnet wird, durch die Strangleitung 16, die Strangbox 20 und die Fortsetzung der Strangleitung 17 in den Wechselrichter 26 fließt, um in den Wechselrichter 26 eingespeist zu werden. Der Stromsensor 44 ist optional auch dazu ausgelegt, einen Stromfluss in der umgekehrten Richtung, d.h. einen in Bezug auf die normale Stromrichtung der Produktion des Photovoltaik-Strangs 10 negativen Strom (also umgekehrtpolig zu den Gleichstromeingängen 24a, 24b des Wechselrichters) zu messen. Alternativ können aber auch zwei getrennte Stromsensoren, einer für den positiven Stromfluss und einen für den negativen Stromfluss vorgesehen sein (nicht dargestellt). Die Schalteinrichtung 38 ist demnach, falls gewünscht, dazu ausgebildet, positiven und/oder negativen Stromfluss zu messen.The input voltage sensor 46 is parallel to the input terminals 34a . 34b the strand box 20 connected to measure the input voltage U1, which is the strand voltage of the associated photovoltaic string 10 is. The output voltage sensor 48 is parallel to the output terminals 36a . 36b the strand box 20 is switched to measure the output voltage U2 which is the voltage at the inverter 26 is applied. In the case of a multi-stranded photovoltaic system, the output voltage U2 is the voltage that results from the parallel connection of all other photovoltaic strings to the inverter 26 is created. The current sensor 44 Measures the string current in the production plant, which in the case of electricity production of the photovoltaic string 10 in the normal direction, which is referred to herein as positive, through the string line 16 , the stringbox 20 and the continuation of the string line 17 into the inverter 26 flows to the inverter 26 to be fed. The current sensor 44 Optionally, it is also designed to provide a current flow in the reverse direction, ie one with respect to the normal current direction of the production of the photovoltaic string 10 negative current (ie reverse pole to the DC inputs 24a . 24b of the inverter). Alternatively, however, two separate current sensors may be provided, one for the positive current flow and one for the negative current flow (not shown). The switching device 38 is therefore, if desired, designed to measure positive and / or negative current flow.

In der Grundstellung der Strangbox 20 bzw. der Schalteinrichtung 38 ist der serielle Hybridschalter S1 offen und befindet sich in seinem Normalzustand (Normally Open). Eine Hauptfunktion des seriellen Hybridschalters S1 ist es, die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 zu dem Wechselrichter 26 zu unterbrechen. Ein Kurzschlussschalter S2 wird dazu benutzt, strangseitige Kurzschlüsse in dem zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 auszulösen und die Photovoltaik-Module 12 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 über einen eingeprägten Startstrom zu aktivieren. Nach dem Senden des Startimpulses werden die Strangspannung U1 und die Wechselrichterspannung U2 gemessen und verglichen, um in Ansprechen auf den Spannungsvergleich den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 an den Wechselrichter 26 elektrisch anzuschalten, ggf. wenn eine entsprechende Benutzerfreigabe vorliegt.In the basic position of the strand box 20 or the switching device 38 is the serial hybrid switch S1 open and is in its normal state (Normally Open). A major function of the serial hybrid switch S1 is to provide the current carrying connection of the associated photovoltaic string 10 to the inverter 26 to interrupt. A short-circuit switch S2 is used to make string-side shorts in the associated photovoltaic string 10 trigger and the photovoltaic modules 12 of the associated photovoltaic string 10 to activate via an impressed starting current. After sending the start pulse, the line voltage U1 and the inverter voltage U2 are measured and compared to determine the associated photovoltaic string in response to the voltage comparison 10 to the inverter 26 to switch on electrically, if necessary, if there is a corresponding user approval.

Der serielle Hybridschalter S1 wird in diesem Beispiel in Ansprechen auf einen Vergleich der Strangspannung U1 und der Wechselrichterspannung U2 geschlossen, d.h. die Schaltbedingung für den Anschaltvorgang des seriellen Hybridschalters S1 hängt in diesem Beispiel von einem Vergleich der Strangspannung U1 und der Wechselrichterspannung U2 ab. Der serielle Hybridschalter S1 wird insbesondere nur dann geschlossen, wenn die Strangspannung U1 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 entweder größer ist als die Wechselrichterspannung U2 oder nur um einen vorbestimmten Schwellenwert U0 (geringfügig) kleiner ist als die Wechselrichterspannung U2. Mit anderen Worten ist eine Schaltbedingung für den seriellen Hybridschalter S1 zum elektrischen Anschalten des Photovoltaik-Strangs 10 an die Parallelschaltung und an den Wechselrichter 26: U1 >=U2-U0, wobei U0 ein vordefinierter Wert für die maximal zulässige Spannungsdifferenz für das sichere Anschalten des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 an den Wechselrichter ist. Der vordefinierte und in dem Mikrocontroller hinterlegte Schaltwert U0 ist demnach (deutlich) kleiner als die maximal mögliche Spannung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10. Erst wenn eine solche Schaltbedingung, welche von elektrischen Kenngrößen des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 und ggf. den anderen Photovoltaiksträngen abhängt, erfüllt ist, steuert die Steuereinrichtung 42 den seriellen Hybridschalter S1 derart, dass der Hybridschalter S1 geschlossen wird und damit den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 an den Wechselrichter 26 anschaltet. Somit ist in diesem speziellen Ausführungsbeispiel ein Systemstart des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 sogar ohne die Gefahr des Auftretens von unerwünschten Rückströmen möglich.The serial hybrid switch S1 In this example, in response to a comparison of the strand voltage U1 and the inverter voltage U2 closed, ie the switching condition for the power-on of the serial hybrid switch S1 depends in this example on a comparison of the strand voltage U1 and the inverter voltage U2 from. The serial hybrid switch S1 in particular, closed only when the strand tension U1 of the associated photovoltaic string 10 either greater than the inverter voltage U2 or only by a predetermined threshold U0 (slightly) smaller than the inverter voltage U2 , In other words, a switching condition for the serial hybrid switch S1 for electrical connection of the photovoltaic string 10 to the parallel connection and to the inverter 26 : U1 > = U2 - U0 , where U0 is a predefined value for the maximum permissible voltage difference for safely switching on the associated photovoltaic string 10 to the inverter. The predefined and stored in the microcontroller switching value U0 is therefore (significantly) smaller than the maximum possible voltage of the associated photovoltaic string 10 , Only when such a switching condition, which of electrical characteristics of the associated photovoltaic string 10 and possibly the other photovoltaic strands depends, is met, controls the controller 42 the serial hybrid switch S1 such that the hybrid switch S1 is closed and thus the associated photovoltaic string 10 to the inverter 26 turns. Thus, in this particular embodiment, a system start of the associated photovoltaic string 10 even without the risk of the occurrence of unwanted backflow possible.

Um unerwünschte Rückströme von den in diesem Beispiel vorhandenen anderen Photovoltaik-Strängen in den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 im Produktionsbetrieb zu erfassen, in welchem der serielle Hybridschalter S1 geschlossen ist, wird während des Produktionsbetriebs der Stromfluss einschließlich die Stromflussrichtung überwacht. Hierfür wird dauerhaft eine Strommessung mit dem Stromsensor 44 durchgeführt. Mittels des Stromsensors 44 wird demnach eine dauerhafte Überwachung des Strangstroms durchgeführt, einschließlich des Vorzeichens des Strangstroms, also dahingehend ob der Strangstrom negativ wird. Falls der Strangstrom negativ werden sollte oder ein Zustand erreicht wird, der dem nahe kommt, steuert der Mikrocontroller 42 den seriellen Hybridschalter S1 dahingehend, dass dieser öffnet und die stromführende Verbindung des Photovoltaik-Strangs 10 zu dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b und zu dem Wechselrichter 26 unterbricht.To unwanted return currents from the other present in this example photovoltaic strands in the associated photovoltaic string 10 in production, in which the serial hybrid switch S1 is closed, during the production operation, the current flow including the current flow direction is monitored. This is permanently a current measurement with the current sensor 44 carried out. By means of the current sensor 44 Therefore, a permanent monitoring of the string current performed, including the sign of the strand current, ie whether the strand current is negative. If the phase current should become negative, or a condition close to that is reached, the microcontroller will control 42 the serial hybrid switch S1 in that this opens and the current-carrying connection of the photovoltaic string 10 to the central collection point 22a . 22b and to the inverter 26 interrupts.

Damit alle Strangboxen 20 den jeweils zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 sauber vom Wechselrichter 26 trennen, wenn die gesamte Photovoltaik-Anlage 1 herunterfährt, werden, vorzugsweise und soweit vorhanden, die seriellen Hybridschalter S1 aller Schalteinrichtungen 38 aller Photovoltaik-Stränge ebenfalls geöffnet, sobald die Wechselrichterspannung U2 unterhalb einer vordefinierten Mindestspannung U_min liegt, wobei U_min z.B. im Bereich von etwa 30 Volt liegen kann.So that all strand boxes 20 the respective associated photovoltaic string 10 clean from the inverter 26 disconnect when the entire photovoltaic system 1 shuts down, are, preferably and if present, the serial hybrid switch S1 all switching devices 38 all photovoltaic strings also open as soon as the inverter voltage U2 is below a predefined minimum voltage U_min, where U_min may be in the range of about 30 volts, for example.

Bezug nehmend auf 3 und 4 umfasst der Hybridschalter S1 eine Parallelschaltung aus einer Back-to-Back-Schaltung 50 zweier Halbleiterschalter, in diesem Beispiel zweier Feldeffekt-Transistoren, genauer zweier MOS-FETs 52, und einem elektromechanischen Relais 54. Der Hybridschalter S1 als Ganzes ist für die volle nominelle Strangspannung und den vollen nominellen Strangstrom des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 ausgelegt, welche typischerweise bis zu 1000 Volt oder sogar 1500 Volt sowie z.B. 10 A betragen. Die MOS-FETs 52 weisen allerdings einen typischen Einschaltwiderstand, den sogenannten Resistance-Drain-Source-On oder kurz RDS-on, von in diesem Beispiel 690 mOhm auf. Dadurch kann bei einem typischen Photovoltaik-Strang 10 an den MOS-FETs 52 eine Verlustleistung im Bereich von einigen Watt entstehen. Z.B. entsteht bei einem RDS-on von 690 mOhm und einem nominellen Strangstrom von Inom = 10 A eine rechnerische Verlustleistung PVL = RDS-on * (Inom)2, d.h. in diesem Beispiel also PVL = 69 Watt. Da eine solche Verlustleistung insbesondere zum Einbau in vorhandene (Kunststoff-)Gehäuse unerwünscht ist, entlastet das Relais 54 die Back-to-Back-Schaltung 50 aus den beiden MOS-FETs 52 im Dauerbetrieb. D.h. der Einschaltvorgang wird zunächst von der Back-to-Back-Schaltung aus den beiden MOS-FETs 52 ausgeführt und wenn der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 für eine gewisse Mindestzeit im Produktionsbetrieb ist, wird das parallele Relais 54 geschlossen, um die MOS-FETs 52 zu entlasten. Dadurch wird einerseits die dauerhafte Erzeugung von hoher Verlustleistung an den MOS-FETs 52 vermieden und andererseits kann ein Relais 54 verwendet werden, das alleine nicht geeignet wäre, Schaltvorgänge bei einer nominellen DC-Strangspannung von 1000 V oder sogar 1500 V durchzuführen, ohne dass aufgrund der DC-Spannung eine erhöhte Gefahr eines nicht verlöschenden Lichtbogens entstünde.Referring to 3 and 4 includes the hybrid switch S1 a parallel circuit of a back-to-back circuit 50 of two semiconductor switches, in this example, two field effect transistors, more precisely two MOS FETs 52, and an electromechanical relay 54. The hybrid switch S1 as a whole, it is designed for the full nominal string voltage and the full nominal string current of the associated photovoltaic string 10, which are typically up to 1000 volts or even 1500 volts and, for example, 10 amperes. The MOS FETs 52, however, have a typical on-resistance, the so-called resistance-drain-source-on or RDS-on, in this example 690 mOhm. As a result, in the case of a typical photovoltaic string 10 on the MOS FETs 52, a power loss in the range of a few watts can arise. For example, with an RDS-on of 690 mOhm and a nominal phase current of I nom = 10 A, a calculated power loss P VL = RDS-on * (I nom ) 2 , ie in this example P VL = 69 watts. Since such a power loss, in particular for installation in existing (plastic) housing is undesirable, the relay 54 relieves the back-to-back circuit 50 from the two MOS FETs 52 in continuous operation. That is, the turn-on is first performed by the back-to-back circuit of the two MOS FETs 52 and when the associated photovoltaic string 10 is in production for a certain minimum time, the parallel relay 54 is closed to the MOS FETs 52 relieve. This avoids, on the one hand, the permanent generation of high power dissipation at the MOS FETs 52 and, on the other hand, a relay 54 which alone would not be capable of switching at a nominal DC line voltage of 1000 V or even 1500 V without due The DC voltage would create an increased risk of a non-extinguishing arc.

Der Hybridschalter S1 kann trotz der hohen Anforderungen an nominelle Strangspannung, nominellen Strangstrom und die Gleichstrom-Anwendung mit handelsüblichen, relativ kleinen und kostengünstigen Bauteilen aufgebaut werden.The hybrid switch S1 can be built with commercially available, relatively small and inexpensive components despite the stringent requirements of nominal string voltage, nominal string current, and DC application.

Z.B. haben sich die Relais des Typs RT.3T und RTS3L von TE Connectivity Ltd. (vgl. www.te.com) mit folgenden Eigenschaften als geeignet erwiesen:

  • 1 Pol 16A,
  • 1 Form A (NO) Kontakt (AgSnO2 or W pre-make contact + AgSnO2)
  • mono- oder bistabile Spule
  • 5kV/10mm Spulenkontakt
  • verstärkte Isolation
  • WG Version: Produkt gemäß IEC60335-1
  • RTS3T: Elektronischer Ballast UL508/NEMA 410 bewertet
  • RTS3T: 165/20ms Einschaltspitzenstrom
Kontaktdaten RT.3T RTS3L Kontaktanordnung 1 Form A (NO) Kontakt Nennspannung 250VAC Max. Schaltspannung 400VAC Nennstrom 16A Begrenzender Dauerstrom 16A, UL: 20A (RTS3L) Begrenzender Einschaltstrom, max. 20ms (Glühlampen) 165A peak 120A peak max. 200µs 800A peak Schaltleistung max. 4000VA Kontaktmaterial W (pre-make cont.) +AgSnO2 AgSnO2 Kontaktart pre-make contact single contact Betriebsfrequenz, mit/ohne Last 360/3600h-1 Betriebs-/Auslösezeit max., DC Spule 10/5ms Betriebs-/Rückstellzeit max., bistable version 10/10ms Prellzeit max. 4ms For example, the RT.3T and RTS3L relays from TE Connectivity Ltd. (see www.te.com) with the following properties:
  • 1 Pole 16A .
  • 1 form A (NO) contact (AgSnO2 or W pre-make contact + AgSnO2)
  • mono or bistable coil
  • 5kV / 10mm coil contact
  • reinforced insulation
  • WG Version: Product according to IEC60335-1
  • RTS3T: Electronic Ballast UL508 / NEMA 410 rated
  • RTS3T: 165 / 20ms inrush current
contact details RT.3T RTS3L Contact configuration 1 form A (NO) contact nominal voltage 250VAC Max. switching voltage 400VAC current 16A Limiting continuous current 16A, UL: 20A (RTS3L) Limiting inrush current, Max. 20ms (incandescent) 165A peak 120A peak Max. 200μs 800A peak Switching capacity max. 4000VA Contact material W (pre-make cont.) + AgSnO 2 AgSnO 2 Contact type pre-make contact single contact Operating frequency, with / without load 360 / 3600h -1 Operating / tripping time max., DC coil 10 / 5ms Operating / reset time max., Bistable version 10 / 10ms bounce Max. 4ms

Für die Back-to-Back-Schaltung 50 haben sich z.B. die MOSFETs des Typs STH12N120K5-2, STP12N120K5, STW12N120K5, oder STWA12N120K5 von ST (vgl. www.st.com) mit folgenden Eigenschaften als geeignet erwiesen: VDS: 1200 V RDS-on max. 690 mOhm ID 12 A PTOT 250 W VGS Gate-Source Spannung ± 30 V ID Drain-Strom bei TC = 25°C 12 A ID Drain-Strom bei TC = 100°C 7,6 A IDM Drain-Strom (gepulst) 48 A PTOT Totale Dissipation bei Tc = 25°C 250 W IAR Max Strom während wiederholter oder einzelner Puls-Lawine 4 A EAS Einzelpuls-Lawinen-Energie 215 mJ dv/dt Spitzen-Dioden-Rückstellspannungsabfall 4,5V/ns dv/dt MOSFET dv/dt Unempfindlichkeit 50 V/ns For the back-to-back circuit 50, for example, the STH12N120K5-2, STP12N120K5, STW12N120K5, or STWA12N120K5 MOSFETs from ST (see www.st.com) with the following properties have proved suitable: V DS : 1200V RDS-on max. 690 mOhm I D 12 A P TOT 250 W V GS Gate-source voltage ± 30V I D Drain current at T C = 25 ° C 12 A I D Drain current at T C = 100 ° C 7.6 A I DM Drain current (pulsed) 48 A P TOT Total dissipation at Tc = 25 ° C 250 W I AR Max current during repeated or single pulse avalanche 4 A E AS Single pulse avalanche energy 215 mJ dv / dt Acute diode reset voltage drop 4.5V / ns dv / dt MOSFET dv / dt insensitivity 50 V / ns

Mit einer solchen Hybridschaltung S1 bestehend aus dem Relais 54 und der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50, sowie der zugehörigen Ansteuerelektronik kann der Photovoltaik-Strang sicher und langfristig an und abgeschaltet werden.With such a hybrid circuit S1 consisting of the relay 54 and the MOSFET back-to-back circuit 50, and the associated control electronics, the photovoltaic string can be switched on and off safely and long term.

Es wird also mittels des Hybridschalters S1 die stromführende Verbindung zwischen dem zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 bzw. dem hiermit geschalteten Teil des DC-Generators 2 und dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b bzw. dem Wechselrichter 26, in diesem Beispiel sogar bidirektional, getrennt, d.h. es wird ein möglicher Stromfluss, in diesem Beispiel in beiden Richtungen, unterbrochen.It is so by means of the hybrid switch S1 the current-carrying connection between the associated photovoltaic string 10 or the part of the DC generator connected thereto 2 and the central collection point 22a . 22b or the inverter 26 , in this example, even bidirectional, separated, ie it is a possible current flow, in this example in both directions, interrupted.

Wenn der Benutzer ein Triggersignal zum Abschalten initiiert, was hier mit der Prüfbedingung „U ext. Start = Off“ bezeichnet wird, öffnet die Steuereinrichtung 42 automatisch den Hybridschalter S1.If the user initiates a trigger signal to switch off, which here with the test condition "U ext. Start = Off "is called, opens the controller 42 automatically the hybrid switch S1 ,

Beim Abschalten des Photovoltaik-Strangs 10 wird zunächst das Relais 54 und erst mit einer Zeitverzögerung danach die Back-to-Back-Schaltung 50 geöffnet, um den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 von dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b zu trennen. Die Zeitverzögerung beim Anschalten und/oder Abschalten beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 200 ms bis 300 ms, was kurz genug ist, um die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 ohne besondere Kühlung nicht zu überlasten.When switching off the photovoltaic string 10 First, the relay 54 and only with a time delay thereafter the back-to-back circuit 50 open to the associated photovoltaic string 10 from the central collection point 22a . 22b to separate. The time delay when switching on and / or off in this embodiment is about 200 ms to 300 ms, which is short enough not to overload the MOSFET back-to-back circuit 50/52 without special cooling.

Ferner weist die Strangbox 20 in der gezeigten Ausführung einen Speicher 43 auf, der der Steuereinrichtung 42 zugeordnet und für die Speicherung eines Schwellenwertes vorgesehen ist.Furthermore, the strand box 20 in the embodiment shown a memory 43 on, the control device 42 assigned and for storing a threshold is provided.

Die Strangbox 20 kann optional auch einen Umgebungstemperatursensor 49a aufweisen, mit der die Umgebungstemperatur gemessen wird, um beispielsweise die Beeinflussung der Umgebungstemperatur auf die Strangspannung U1 zu erfassen. The string box 20 Optionally also an ambient temperature sensor 49a have, with which the ambient temperature is measured, for example, the influence of the ambient temperature on the strand voltage U1 capture.

4 zeigt den Hybridschalter S1 mit einer Ansteuerschaltung 60 zur Ansteuerung des Relais 54 sowie eine genauere Darstellung der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52. 4 shows the hybrid switch S1 with a drive circuit 60 for controlling the relay 54 and a more detailed illustration of MOSFET back-to-back 50/52.

Am Steuereingang 62 „Relais“ erhält die Ansteuerschaltung 60 ein Normsignal (0/1) als Triggersignal von der Steuereinrichtung 42. Ein Bipolartransistor 64 schaltet gegen Erde 66 „GND“. Parallel zu dem Relais 54 ist zur Funkenunterbrechung ein Freilaufbauelement, in diesem Beispiel eine Freilaufdiode 68 geschaltet. Die Gate-Spannung der Halbleiterschalteinrichtung 50 bzw. FET-Back-to-Back-Schaltung ist potentialfrei gegen Source.At the control entrance 62 "Relay" receives the drive circuit 60 a standard signal ( 0 / 1 ) as a trigger signal from the controller 42 , A bipolar transistor 64 switches against earth 66 "GND". Parallel to the relay 54 is a freewheeling element for spark interruption, in this example, a freewheeling diode 68 connected. The gate voltage of the semiconductor switching device 50 or FET back-to-back circuit is potential-free against Source.

5 zeigt ein Schaltnetzteil 70 zur Ansteuerung der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52. Über Drain 72 fließen bis zu 10 A. Ein Taktgeber 74 gibt einen 50/50-Takt mit etwa 200kHz auf die Schalttransistoren 76. Dieser Teil der Ansteuerung, welcher das Ansteuersignal für die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 erzeugt, ist galvanisch von der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 getrennt. Die galvanische Trennung wird mittels eines Leiterplattenübertragers 78 hergestellt. 5 shows a switching power supply 70 for controlling the MOSFET back-to-back 50/52 circuit. About drain 72 flow up to 10 A. A clock 74 gives a 50/50 clock at about 200kHz to the switching transistors 76 , This part of the drive which generates the drive signal for the MOSFET back-to-back circuit 50/52 is galvanically isolated from the MOSFET back-to-back circuit 50/52. The galvanic isolation is done by means of a printed circuit board transformer 78 produced.

Die Dioden V17, C35, C36 sorgen für die Gleichrichtung und Glättung der zerhackten Spannung von 19,4 V.The diodes V17, C35, C36 provide the rectification and smoothing of the chopped voltage of 19.4 V.

Ferner umfasst die Ansteuerung für die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 einen Optokoppler 82, welcher eine galvanische Trennung von der Steuereinrichtung 42 bewirkt. Über den Steuerausgang 84 wird das Ansteuersignal bereit gestellt und die Spannung des Netzteils wird über den Optokoppler 82 an die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 angeschaltet.Furthermore, the drive for MOSFET back-to-back circuit 50/52 includes an optocoupler 82 , which is a galvanic isolation from the control device 42 causes. About the control output 84 The drive signal is provided and the voltage of the power supply is via the optocoupler 82 to the MOSFET back-to-back circuit 50/52 turned on.

Die Anschlüsse Gate 86 und Source 88 sind die Leistungen die mit der MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50/52 verbunden sind.The connections gate 86 and Source 88 These are the MOSFET back-to-back circuits 50 / 52 are connected.

Bezug nehmend auf 6 läuft eine einfache Start-, Überwachungs- und Abschaltsequenz der Schalteinrichtung 38 beispielsweise folgend ab.Referring to 6 runs a simple start, monitor and shutdown sequence of the switching device 38 for example, following.

Zum Systemstart bei 102 ist der Photovoltaik-Strang 10, 10' von dem Stromabnehmer 26 elektrisch getrennt. Der Photovoltaik-Strang 10 wird gestartet, indem die zugehörigen Photovoltaik-Module 12 elektrisch angeschaltet werden, woraufhin die Strangspannung U1 steigt. Der Photovoltaik-Strang 10 wird elektrisch mit dem Stromabnehmer 26 verbunden.At system startup at 102 is the photovoltaic string 10 . 10 ' from the pantograph 26 electrically isolated. The photovoltaic strand 10 is started by the associated photovoltaic modules 12 be electrically turned on, whereupon the strand tension U1 increases. The photovoltaic strand 10 becomes electric with the pantograph 26 connected.

Im Betrieb des Photovoltaik-Strangs 10, aber ggf. auch schon vor Anschaltung des Photovoltaik-Strangs 10 an den Stromabnehmer 26, wird die Strangspannung U1 im Schritt 113 kontinuierlich, d.h. typischerweise in festgelegten Prüfintervallen, gemessen. Die von der Sensoreinrichtung 46, also insbesondere dem Strangspannungssensor 46 gemessene Strangspannung U1 oder ein daraus abgeleitetes Signal wird an die Steuereinrichtung 42 weitergeleitet, welche im Schritt 115 prüft, ob die Strangspannung U1 unter dem Schwellenwert, d.h. in diesem Beispiel unterhalb von 1000 V DC liegt. Ist dies nicht der Fall, läuft der Betrieb weiter und eine nächste Spannungsmessung kann im vorgegebenen Prüfintervall stattfinden.In the operation of the photovoltaic string 10 , but possibly even before connecting the photovoltaic string 10 to the pantograph 26 , becomes the strand tension U1 in step 113 continuously, ie typically at fixed test intervals. The of the sensor device 46 , ie in particular the strand tension sensor 46 measured strand voltage U1 or a signal derived therefrom is sent to the control device 42 forwarded, which in the step 115 checks if the strand tension U1 below the threshold, ie below 1000 V DC in this example. If this is not the case, the operation continues and a next voltage measurement can take place in the specified test interval.

Stellt jedoch die Steuereinrichtung in Schritt 115 fest, dass die elektrische Kenngröße des Photovoltaik-Strangs 10, also insbesondere die Strangspannung U1, den Schwellenwert überschreitet, wird ein Triggersignal zur Stringabschaltung erzeugt und an die Schalteinrichtung 38 ausgegeben. Es erfolgt in Schritt 118 die Strangabschaltung. Nach Abschaltung des Photovoltaik-Strangs 10 von dem Stromabnehmern 26 geht die Photovoltaik-Anlage 1 in Schritt 120 in den ausgeschalteten Zustand .However, put the controller in step 115 determines that the electrical characteristic of the photovoltaic string 10 , so in particular the strand tension U1 , exceeds the threshold, a trigger signal for string shutdown is generated and to the switching device 38 output. It takes place in step 118 the strand shutdown. After switching off the photovoltaic string 10 from the pantographs 26 goes the photovoltaic system 1 in step 120 in the off state.

Bezug nehmend auf 7 läuft die Start- und Abschaltsequenz der Schalteinrichtung 38 mit Überwachung der Strangspannung beispielweise wie folgt ab.Referring to 7 runs the start and shutdown sequence of the switching device 38 with monitoring of the strand voltage, for example, as follows.

Zum Systemstart bei 102 ist der Hybridschalter S1 im Schritt 104 offen (Halbleiterschalteinrichtung 50 und Relais 54 offen). In einer Abfrage im Schritt 106 wird geprüft, ob die Eingangsspannung U1 eine Mindestspannung U_min1 unterschreitet. Falls die Bedingung U1 <U_min1, wobei im vorliegenden Beispiel U_min1 = 30 V DC ist, erfüllt ist und die Benutzerfreigabe zum Starten (U ext. Start = on) vorliegt, werden in dem Schritt 108 mit dem Kurzschlussschalter S2 die Startimpulse ausgelöst, um den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 zu starten. Der serielle Hybridschalter S1 bleibt weiterhin offen und der Loop geht zurück zum Schritt 104.At system startup at 102 is the hybrid switch S1 in step 104 open (semiconductor switching device 50 and relays 54 open). In a query in step 106 it checks if the input voltage U1 a minimum voltage U_min1 falls below. If the condition U1 <U_min1, where in the present example U_min1 = 30 V DC, is fulfilled and the user release for starting (U ext. Start = on) is present, in the step 108 with the short-circuit switch S2 the starting pulses are triggered to the associated photovoltaic string 10 to start. The serial hybrid switch S1 remains open and the loop goes back to the crotch 104 ,

Wenn nun durch die Startimpulse der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 gestartet ist, indem die zugehörigen Schutzschaltungen 14 die zugehörigen Photovoltaik-Module 12 an den Photovoltaik-Strang 10 elektrisch angeschaltet haben, sollte die Strangspannung U1 deutlich über dem vordefinierten Mindestwert U_min1 liegen - sofern kein Fehler vorliegt - und der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 nicht total beschattet ist. Nachdem also im Schritt 106 die Bedingung U1 <U_min1 bei normaler Einstrahlung und ohne Störung nicht mehr erfüllt ist und weiterhin die Benutzerfreigabe zum Starten (U ext. Start = on) vorliegt, erfolgt eine weitere Abfrage im Schritt 110 dahingehend, ob die Eingangsspannung U1 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 größer oder gleich der Ausgangsspannung U2 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 minus einem vordefinierten Schwellenwert U0 beträgt (U1>=U2-U0), wobei U0 in diesem Beispiel 20 V DC beträgt, aber auch null sein könnte. Diese Bedingung soll vorzugsweise für eine vordefinierte Mindest-Zeit t0 erfüllt sein, welche in diesem Fall t0 = 1s beträgt. Ferner wird nochmals geprüft, ob die Spannung U1 größer oder gleich einem Mindestwert U_min2 ist, um sicherzustellen, dass der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 noch immer elektrisch angeschaltet ist, wobei in diesem Beispiel U_min2 = 150 V DC beträgt. Ferner wird wieder geprüft, ob die Benutzerfreigabe (U ext. Start = on) vorliegt. Wenn mindestens eine dieser drei Prüfbedingungen in dem Abfrageschritt 110 nicht erfüllt ist, geht der Loop zurück zum Schritt 104 und zur Abfrage 106.If now by the start pulses of the associated photovoltaic string 10 is started by the associated protection circuits 14 the associated photovoltaic modules 12 to the photovoltaic strand 10 have switched on electrically, should the strand voltage U1 significantly above the predefined minimum value U_min1 - if there is no error - and the associated photovoltaic string 10 not totally shadowed. So after the step 106 the condition U1 <U_min1 is no longer fulfilled under normal irradiation and without interference and the user release for starting (U ext. Start = on) is still present, another query is made in step 110 as to whether the input voltage U1 of the associated photovoltaic string 10 greater than or equal to the output voltage U2 of the associated photovoltaic string 10 minus a predefined threshold U0 is (U1> = U2- U0 ), in which U0 in this example is 20V DC, but could be zero. This condition should preferably be for a predefined minimum time t0 be fulfilled, which in this case t0 = 1s. Furthermore, it is checked again whether the voltage U1 greater than or equal to a minimum U_min2 is to ensure that the associated photovoltaic string 10 is still electrically connected, in which example U_min2 = 150 V DC. It is also checked again whether the user release (U ext. Start = on) is present. If at least one of these three test conditions in the query step 110 is not satisfied, the loop goes back to the step 104 and to the query 106 ,

Sind jedoch alle diese drei Prüfbedingungen in der Abfrage 110 erfüllt, wird in Schritt 111 geprüft, ob der Strangstrom I größer ist, als ein vordefinierter Schwellenwert I_min, wobei I_min in diesem Beispiel 500 mA (in positiver Richtung) beträgt. Ist diese Prüfbedingung nicht erfüllt, steuert der Mikrocontroller 42 im Schritt 112a den seriellen Hybridschalter S1, derart, dass zunächst nur die Halbleiterschalteinrichtung 50 bzw. Back-to-Back-Schaltung schließt. Ist diese Prüfbedingung I > I_min erfüllt, steuert der Mikrocontroller 42 im Schritt 112b den seriellen Hybridschalter S1, derart, dass die Back-to-Back-Schaltung 50 geschlossen bleibt und nun auch das Relais 54 schließt. In beiden Fällen 112a, 112b wird der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 an den zentralen Sammelpunkt 22a, 22b bzw. den Wechselrichter 26 angeschaltet und der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 speist elektrische Leistung hier über den zentralen Sammelpunkt 22a, 22b in den Wechselrichter 26 ein, wobei der Hybridschalter S1 aber erst nach dem Schließen des Relais 54 im Schritt 112b, d.h. im Zustand für den Dauer-Produktionsbetrieb, besonders verlustarm arbeitet. Dadurch dass die Halbleiterschalteinrichtung 50 bzw. Back-to-Back-Schaltung alleine bereits vorher im Schritt 112a geschlossen wird, bewirkt diese Routine im Schritt 112b ein zeitlich versetztes Schließen des Relais 54 erst nach einer Verzögerung nach dem Schließen der Halbleiterschalter-Back-to-Back-Schaltung 50 im Schritt 112a. Die zeitliche Verzögerung beträgt in dem vorliegenden Beispiel etwa 200 ms bis 300 ms, was kurz genug ist, um die MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50 nicht zu überlasten, selbst wenn der volle nominelle Strangstrom fließen sollte.However, all of these three test conditions are in the query 110 is met, in step 111 tested whether the strand current I is greater than a predefined threshold I_min, where I_min in this example is 500 mA (in the positive direction). If this test condition is not met, the microcontroller controls 42 in step 112a the serial hybrid switch S1 in such a way that initially only the semiconductor switching device 50 or back-to-back circuit closes. If this test condition I> I_min is met, the microcontroller controls 42 in step 112b the serial hybrid switch S1 in such a way that the back-to-back circuit 50 remains closed and now also the relay 54 closes. In both cases 112a . 112b becomes the associated photovoltaic string 10 to the central collection point 22a . 22b or the inverter 26 turned on and the associated photovoltaic string 10 feeds electrical power here via the central collection point 22a . 22b into the inverter 26 one, the hybrid switch S1 but only after closing the relay 54 in step 112b , ie in the state for the permanent production operation, works particularly low loss. In that the semiconductor switching device 50 or back-to-back circuit alone before in step 112a is closed, causes this routine in step 112b a time-delayed closing of the relay 54 only after a delay after closing the semiconductor switch back-to-back circuit 50 in step 112a , The time delay in the present example is about 200 ms to 300 ms, which is short enough not to overload the MOSFET back-to-back circuit 50, even though the full nominal phase current should flow.

Das Relais 54 übernimmt den Stromfluss in diesem Beispiel erst ab I > 500 mA und braucht nur eine geringe Spannung von typischerweise 1 Volt zu schalten, so dass ein relativ kleines, kostengünstiges und insbesondere nicht zum Schalten von 1000 V DC ausgelegten Relais verwendet werden kann, wie z.B. mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften.The relay 54 assumes the current flow in this example only from I> 500 mA and only needs to switch a low voltage of typically 1 volt, so that a relatively small, inexpensive and in particular not designed for switching 1000 V DC relay can be used, such as the properties described above.

Während des Produktionsbetriebs wird dann in einem Prüfschritt 114 dauerhaft oder regelmäßig geprüft, a) ob ein negativer Strom größer oder gleich einem vordefinierten Mindestwert I_Reverse vorliegt, und zwar über eine vordefinierte Mindest-Zeit t1 (t1 = 1s), oder b) ob die Eingangsspannung U1 einen vordefinierten Mindestwert U_min3 (hier U1_min3 = 150V) unterschreitet oder c) ob die Benutzerfreigabe nicht vorliegt (U ext. Start = Off). Der Mindestwert I_Reverse für den negativen Strom liegt typischerweise im Milli-Ampere-Bereich. In diesem Beispiel ist daher die entsprechende Prüfbedingung, ob einer negativer Strom von mindestens 20 mA vorliegt (I_Reverse<=-20mA). Solange alle drei Prüfergebnisse a), b), c) negativ sind, d.h. logisch a) OR b) OR c) = NO, wird der Hybridschalter S1 geschlossen gehalten.During the production operation is then in a test step 114 permanently or regularly checked, a) whether a negative current is greater than or equal to a predefined minimum value I_Reverse, over a predefined minimum time t1 ( t1 = 1s), or b) whether the input voltage U1 falls below a predefined minimum value U_min3 (here U1_min3 = 150V) or c) if the user release is not present (U ext. start = Off). The minimum I_Reverse for the negative current is typically in the milli-ampere range. In this example, the corresponding test condition is whether there is a negative current of at least 20 mA (I_Reverse <= - 20mA). As long as all three test results a), b), c) are negative, ie logically a) OR b) OR c) = NO, the hybrid switch becomes S1 kept closed.

Weiter wird während des Produktionsbetriebs in einem Überwachungsschritt 115 insbesondere in regelmäßigen Prüfintervallen die Eingangsspannung U1 von der Sensoreinrichtung 46 überwacht. Die gemessene Spannung oder eine davon abgeleitete Größe wird an die Steuereinrichtung 42 ausgegeben, welche diesen Wert mit dem in dem Speicherbereich 43 der Steuereinrichtung 42 abgelegten Schwellenwert US vergleicht. Ist die gemessene Spannung kleiner als die Schwellenspannung, also das Prüfergebnis d) ebenfalls negativ, wird der Hybridschalter S1 geschlossen gehalten.Further, during the production operation, in a monitoring step 115 especially at regular test intervals the input voltage U1 from the sensor device 46 supervised. The measured voltage or a quantity derived therefrom is sent to the control device 42 which outputs this value with that in the memory area 43 the control device 42 stored threshold US compares. If the measured voltage is less than the threshold voltage, ie the test result d) also negative, the hybrid switch S1 kept closed.

Anschließend wird ein weiterer Prüfschritt 116 durchgeführt, indem in einer Fehlerüberwachung abgefragt wird, ob die Temperatur < 130°C beträgt und ob die Differenzspannung zwischen U1 und U2 größer als 2V beträgt. Falls auch diese Fehlerprüfung negativ ausfällt wird der Loop zum Prüfschritt 111 geschlossen. Die Schritte 111-116 bilden demnach einen dauerhaften beziehungsweise kontinuierlichen Überwachungskreis für den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 daraufhin, dass auch im Produktionsbetrieb keine unerwünschten Werte der überwachten elektrischen Kenngrößen auftreten.Subsequently, another test step 116 carried out by interrogated in an error monitoring, whether the temperature is <130 ° C and whether the difference voltage between U1 and U2 greater than 2V. If this error check also fails, the loop becomes the test step 111 closed. The steps 111 - 116 thus form a permanent or continuous monitoring circuit for the associated photovoltaic string 10 as a result, even in production operation, no undesired values of the monitored electrical parameters occur.

Falls die Abfrage in dem Schritt 114 ergibt, dass eine der drei genannten Prüfbedingungen positiv ist, d.h. logisch a) OR b) OR c) OR d) = YES, z.B. wenn ein unerwünscht hoher negativer Rückstrom vorliegt, weil z.B. der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 erheblich stärker abgeschattet ist als die anderen Photovoltaik-Stränge, oder weil der zugehörige Photovoltaik-Strang 10 soweit an Strangspannung verloren hat, dass die Schwellenbedingung U1<U_min3 erfüllt ist, oder weil die benutzergesteuerte Abschaltanforderung an der Steuereinrichtung 42 vorliegt (U ext. Start = Off) oder die Strangspannung U1 größer ist als die Schwellenspannung US, geht der Loop zurück zum Schritt 104, d.h. der Hybridschalter S1 öffnet, wobei erst das Relais 54 geöffnet wird und erst nach einer zeitlichen Verzögerung die Halbleiterschalteinrichtung 50. Vorzugsweise ist der Hybridschalter S1 bzw. sowohl die MOSFETs 52 als auch das Relais 54 als Schließer (Normally Open) ausgebildet, so dass der Hybridschalter S1 als Ganzes automatisch in den geöffneten Zustand fällt, wenn nicht die MOSFETs 52 und das Relais 54 von der Steuereinrichtung 42 in dem geschlossenen Zustand (Loop 111-116) gehalten werden. Auch hierbei wird, falls erforderlich, die zeitliche Verzögerung sichergestellt. Der Loop 111-116 repräsentiert demnach den Produktionsbetrieb des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10.If the query in step 114 shows that one of the three test conditions mentioned is positive, ie logically a) OR b) OR c) OR d) = YES, eg if there is an undesirably high negative reverse current, because, for example, the associated photovoltaic string 10 is significantly more shaded than the other photovoltaic strands, or because of the associated photovoltaic string 10 so far has lost strand voltage that the threshold condition U1 <U_min3 is met, or because the user-controlled shutdown request to the controller 42 is present (U ext. start = off) or the string voltage U1 is greater than the threshold voltage US, the loop goes back to the step 104 ie the hybrid switch S1 opens, leaving only the relay 54 is opened and only after a time delay, the semiconductor switching device 50 , Preferably, the hybrid switch S1 or both the mosfets 52 as well as the relay 54 designed as a normally open (normally open), so that the hybrid switch S1 as a whole automatically falls into the open state, if not the MOSFETs 52 and the relay 54 from the controller 42 in the closed state (loop 111 - 116 ) being held. Again, if necessary, the time delay is ensured. The loop 111 - 116 therefore represents the production operation of the associated photovoltaic string 10 ,

Der Benutzer kann in dem Schritt 114 durch Triggern der Bedingung U ext. Start = Off, nach Wunsch in den Loop 111-116 eingreifen, um die stromführende Verbindung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 benutzergesteuert vom Wechselrichter 26 zu trennen bzw. den zugehörigen Photovoltaik-Strang 10 benutzergesteuert abzuschalten. Wenn so benutzergesteuert durch Triggern der Bedingung U ext. Start = Off die Abfrage in dem Schritt 114 auf „ja“ gesetzt wird, wird der Loop 111-116 unterbrochen und der Pfad der Prüf-/Steuerroutine geht zum Schritt 104, in welchem der Hybridschalter S1 öffnet, selbst dann wenn alle elektrischen Kenngrößen die vordefinierten Prüfbedingungen erfüllen. Der Benutzer hat hiermit also die Möglichkeit die Abschaltung des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 benutzergesteuert nach eigenem Ermessen zu triggern bzw. auszulösen. Auch hierbei wird, falls erforderlich, die zeitliche Verzögerung sichergestellt.The user can in the step 114 by triggering the condition U ext. Start = Off, as desired in the loop 111 - 116 engage the current-carrying connection of the associated photovoltaic string 10 user-controlled by the inverter 26 to separate or the associated photovoltaic string 10 disable user-controlled. If so user controlled by triggering the condition U ext. Start = Off the query in the step 114 is set to "yes", the loop becomes 111 - 116 interrupted and the path of the test / control routine goes to the step 104 in which the hybrid switch S1 opens, even if all electrical parameters meet the predefined test conditions. The user therefore has the option of switching off the associated photovoltaic string 10 user-driven to trigger or trigger in its sole discretion. Again, if necessary, the time delay is ensured.

Wenn die Fehlerüberwachung im Schritt 116 ein positives Ergebnis ergibt, d.h. wenn eine der beiden genannten Fehlerbedingungen zutrifft, wird in einem Schritt 118 der Hybridschalter S1 wie im Schritt 114 geöffnet und zusätzlich der Meldeausgang getoggelt, der eine Fehlermeldung für den Benutzer abgibt. Anschließend wird der Zyklus mit dem Schritt 120 beendet. Dies signalisiert typischerweise eine Störung.If the error monitoring in step 116 gives a positive result, ie if one of the two mentioned error conditions is true, is in one step 118 the hybrid switch S1 as in the step 114 opened and additionally the reporting output toggled, which gives an error message to the user. Subsequently, the cycle with the step 120 completed. This typically signals a fault.

Gegebenenfalls kann die Überwachung mit Schritt 115 auch so logisch verknüpft sein, dass eine Überschreitung der Schwellenspannung US bei einem positiven Ergebnis ebenfalls mit Schritt 118 der Meldeausgang getoggelt wird und eine Fehlermeldung für den Benutzer ausgegeben wird. Dies ist beispielsweise im Rahmen der Installation der Photovoltaikanlage sinnvoll, da in diesem Fall eine Überspannung eher einer fehlerhaften Installation zuzuordnen sein mag und eine Überspannung in diesem Fall den Betrieb der Photovoltaik-Anlage vollständig beendet.If necessary, the monitoring with step 115 be so logically linked that exceeding the threshold voltage US in a positive result also with step 118 the message output is toggled and an error message is output for the user. This is useful, for example, in the context of the installation of the photovoltaic system, since in this case an overvoltage may rather be attributable to a faulty installation and an overvoltage in this case completely stops the operation of the photovoltaic system.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, jeden mit einer solchen Schalteinrichtung 38 ausgerüsteten gestarteten bzw. im Produktionsbetrieb befindlichen Photovoltaik-Strang 10 benutzergesteuert kontrolliert abzuschalten, d.h. vom Stromabnehmer 26 zu trennen. Dies wird mittels des Hybridschalters S1 aus einer Parallelschaltung aus einer MOSFET-Back-to-Back-Schaltung 50 und einem Relais 54 und einer entsprechenden Steuerung z.B. gemäß 7 bewerkstelligt.With the present invention, it is possible to anyone with such a switching device 38 Equipped started or in production operation located photovoltaic strand 10 user-controlled switch off, ie from the pantograph 26 to separate. This is done by means of the hybrid switch S1 from a parallel connection of a MOSFET back-to-back circuit 50 and a relay 54 and a corresponding control eg according to 7 accomplished.

Der in der Strangbox 20 verbaute Hybridschalter S1 ist in der Lage den Photovoltaik-Strang 10 aufzutrennen und den Stromfluss zu unterbinden. Dies veranlasst die in dem vorliegenden Beispiel an den Photovoltaik-Modulen 12 verbauten Schutzschaltungen 14 (z.B. Phoenix Contact SCK-RSD-100) ebenfalls abzuschalten. Mit anderen Worten deaktivieren sich also in dem vorliegenden Beispiel dann automatisch die an den Photovoltaik-Modulen 12 verbauten Schutzschaltungen 14 und schalten die einzelnen Photovoltaik-Module 12 ab, so dass der gesamte Photovoltaik-Strang 10 nicht nur elektrisch von dem zentralen Sammelpunkt 22a, 22b getrennt wird, sondern auch keine berührgefährliche Spannung mehr führt.The one in the strandbox 20 built-in hybrid switch S1 is capable of the photovoltaic strand 10 to separate and to prevent the flow of electricity. This causes the photovoltaic modules in the present example 12 built protection circuits 14 (eg Phoenix Contact SCK-RSD- 100 ) also turn off. In other words, in the present example, those on the photovoltaic modules then automatically deactivate 12 built protection circuits 14 and switch the individual photovoltaic modules 12 off, leaving the entire photovoltaic strand 10 not just electrically from the central collection point 22a . 22b is separated, but also no dangerous contact voltage leads more.

Zum Starten des Photovoltaik-Strangs 10 werden über die Strangleitung 16 Startimpulse an die Schutzschaltungen 14 der Photovoltaik-Module 12 des zugehörigen Photovoltaik-Strangs 10 gesendet (Schritt 108), um den unbelasteten Photovoltaik-Strang 10 wieder zu aktivieren, aber noch nicht unmittelbar an den zentralen Sammelpunkt 22a, 22b anzuschließen. Danach wird die Prüfroutine mit Schritten 110-116 gemäß 7 durchgeführt.To start the photovoltaic string 10 be over the string line 16 Start pulses to the protective circuits 14 the photovoltaic modules 12 of the associated photovoltaic string 10 sent (step 108 ) to the unloaded photovoltaic strand 10 but not directly to the central collection point 22a . 22b to join. Thereafter, the check routine with steps 110 - 116 according to 7 carried out.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein An- und Abschalten des zumindest einen Photovoltaik-Strangs 10 über eine (Modul-)übergeordnete Steuereinheit und stellt eine vorteilhafte Funktion für den Kunden dar, um nicht nur im Notfall, sondern auch z.B. zu Wartungszwecken Photovoltaik-Stränge oder ganze Bereiche eines DC-Generators 2 abzuschalten. The present invention enables switching on and off of the at least one photovoltaic string 10 via a (module) higher-level control unit and represents an advantageous function for the customer, not only in an emergency, but also, for example, for maintenance purposes photovoltaic strings or entire areas of a DC generator 2 off.

Zusammenfassend kann mit der vorliegenden Schalteinrichtung 38 auf kleinem Bauvolumen eine große Leistung bei geringer Verlustleistung geschaltet werden. Bevorzugt beträgt die nominelle Leistung des Photovoltaik-Strangs 10 mindestens 10 kW, welche von dem Hybridschalter S1 als Ganzes geschaltet werden kann. Die Verlustleitung des Hybridschalters S1 beträgt jedoch bei nominell 1000 V und 10 A kleiner oder gleich 10 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 2 W, vorzugsweise kleiner oder gleich 1 W, wenn das Relais 54 den Strom kommutiert. Es werden die Vorteile der verschiedenen Schaltarten (elektromechanisch, Halbleiter) sinnvoll miteinander kombiniert. Beim Einschalten übernimmt die Halbleiterschalteinrichtung 50 den ersten Schaltvorgang um die bis zu 1000 V im ggf. kleinen Lastbereich (z.B. bis 500 mA) ein und wieder aus zu schalten. Hier wird der bezogen auf die DC-Anwendung wichtige Vorteil der Halbleiterschalteinrichtung 50 genutzt, große Spannungen ohne Funkenüberschlag schalten zu können. Nach dem Schalten der Halbleiterschalteinrichtung 50 geht es aber dann vorrangig darum, die Verlustleistung des fließenden Stromes in den Griff zu bekommen. Hierfür sind die Produktparameter eines Halbleiters nicht ideal geeignet, denn mit steigender Spannung an UBS steigt auch der interne Durchleitwiderstand RDS-on. Hierfür werden die Vorteile eines elektromechanischen Schalters in Form eines Relais 54 genutzt. Relais in kleiner Bauform sind zwar nicht in der Lage hohe Gleichspannungen zu trennen, aber dafür sind große Ströme bis z.B. 16 Ampere unproblematisch.In summary, with the present switching device 38 be switched on a small volume a large power with low power dissipation. The nominal power of the photovoltaic string is preferred 10 at least 10 kW, which from the hybrid switch S1 as a whole can be switched. The loss line of the hybrid switch S1 however, at nominal 1000 V and 10 A is less than or equal to 10 W, preferably less than or equal to 5 W, preferably less than or equal to 2 W, preferably less than or equal to 1 W, when the relay 54 the current commutes. The advantages of the different types of switching (electromechanical, semiconductor) are combined in a meaningful way. When switching the semiconductor switching device takes over 50 the first switching operation by up to 1000 V in possibly small load range (eg up to 500 mA) on and off again. Here is the important advantage of the semiconductor switching device with respect to the DC application 50 used to switch large voltages without sparking. After switching the semiconductor switching device 50 But then it is primarily about getting the power loss of the flowing stream under control. For this, the product parameters of a semiconductor are not ideal, because with increasing voltage at UBS, the internal leakage resistance RDS-on increases. For this purpose, the advantages of an electromechanical switch in the form of a relay 54 used. Although small-sized relays are not able to separate high DC voltages, large currents up to eg 16 amps are unproblematic.

Beim Anschalten wird erst die Halbleiterschalteinrichtung 50, und dann zeitverzögert das Relais eingeschaltet 54. Beim Abschalten erfolgt dies entsprechend umgekehrt, ebenfalls mit Zeitverzögerung. Das Relais 54 schaltet somit sowohl beim Anschalten als auch beim Abschalten nur noch die verbleibende Restspannung, über der Halbleiterschalteinrichtung 50, bzw. den MOSFETs 52, kommutiert aber auf Grund des geringen Durchleitwiederstands fast den kompletten Strom. Somit ist die Schalteinrichtung 38 dazu geeignet 1000 V mit 10 A Gleichspannung/Gleichstrom bei geringer Verlustleitung zu schalten. Somit können mit der Erfindung ein Photovoltaik-Strang 10 oder Teile des DC-Generators 2 baugrößenoptimal und kostenoptimal kontrolliert ein und aus geschaltet werden.When switched on, only the semiconductor switching device 50 , and then time-delayed, the relay is turned on 54. When switching off, this is correspondingly reversed, also with time delay. The relay 54 Thus, only switches on the remaining voltage across the semiconductor switching device both when switching on and when switching off 50 , or the MOSFETs 52 , commutes but due to the low Durchleitwiederstands almost the entire power. Thus, the switching device 38 suitable to switch 1000 V with 10 A DC / DC with low power loss. Thus, with the invention, a photovoltaic string 10 or parts of the DC generator 2 Size optimized and cost optimized controlled on and off.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.It will be apparent to those skilled in the art that the above-described embodiments are to be read by way of example, and that the invention is not limited to them, but that they can be varied in many ways without departing from the scope of the claims. It is also to be understood that the features, independently as they are disclosed in the specification, claims, figures, or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if described together with other features.

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Claims (15)

Photovoltaik-Anlage (1) umfassend: zumindest einen Photovoltaik-Strang (10), wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung (U1) erzeugen, eine Sensoreinrichtung (46) zum Messen einer elektrischen Kenngröße des Photovoltaik-Stranges (10), insbesondere der Strangspannung (U1), eine Schalteinrichtung (38), welche in die Strangleitung eingebaut ist, um zumindest einen Teil der Photovoltaik-Anlage (1) oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) an- und abzuschalten, eine Steuereinrichtung (42), welche ausgebildet ist, die elektrische Kenngröße mit einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere einer Schwellenspannung, zu vergleichen und in Ansprechen auf den Vergleich ein Signal an die Schalteinrichtung (38) auszugeben, so dass mit der Schalteinrichtung (38) der zumindest eine Teil der Photovoltaik-Anlage oder der zumindest eine Photovoltaik-Strang abgeschaltet werden kann.Photovoltaic system (1) comprising: at least one photovoltaic string (10), wherein the at least one photovoltaic string is formed by photovoltaic modules (12), which are connected in series with one another by means of a string line and thus generate a string voltage (U1), a sensor device (46) for measuring an electrical parameter of the photovoltaic string (10), in particular the string voltage (U1), a switching device (38), which is installed in the strand line, in order to switch on and off at least part of the photovoltaic system (1) or the at least one photovoltaic string with the switching device (38), a control device (42) which is designed to compare the electrical parameter with a predefined threshold value, in particular a threshold voltage, and to output a signal to the switching device (38) in response to the comparison, so that with the switching device (38) the at least a part of the photovoltaic system or the at least one photovoltaic string can be switched off. Photovoltaik-Anlage (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine weitere Sensoreinrichtung (49), insbesondere einen Umgebungstemperatursensor (49a) zum Messen der Umgebungstemperatur der Photovoltaik-Anlage (1) oder einen Modultemperatursensor (49b) zum Messen zumindest einer Modultemperatur der Photovoltaik-Module (12), wobei das Messsignal der Sensoreinrichtung an die Steuereinrichtung ausgegeben und von der Steuereinrichtung mit ausgewertet wird.Photovoltaic system (1) according to Claim 1 , further comprising a further sensor device (49), in particular an ambient temperature sensor (49a) for measuring the ambient temperature of the photovoltaic system (1) or a module temperature sensor (49b) for measuring at least one module temperature of the photovoltaic modules (12), wherein the measurement signal of Sensor device is output to the control device and is evaluated by the control device with. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen der Steuereinrichtung (42) zugeordneten Speicherbereich (43) zum Ablegen des Schwellenwertes, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, für den Vergleich der elektrischen Kenngröße des zumindest einen Photovoltaik-Stranges (10) mit dem Schwellenwert auf den Speicherbereich zuzugreifen, wobei insbesondere der im Speicherbereich abgelegte Schwellenwert durch Benutzereingabe veränderbar ist.Photovoltaic system (1) according to any one of the preceding claims, further comprising a control means (42) associated memory area (43) for storing the threshold value, wherein the control device is formed for the comparison of the electrical characteristic of the at least one photovoltaic strand (10 ) with the threshold value to access the memory area, wherein in particular the threshold stored in the memory area is variable by user input. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (38) einen Hybridschalter (S1) mit einem Relais (54) und einer parallel zu dem Relais (54) geschalteten Halbleiterschalteinrichtung (50) mit zumindest einem Halbleiterschalter umfasst.Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (38) comprises a hybrid switch (S1) with a relay (54) and a parallel to the relay (54) connected semiconductor switching device (50) with at least one semiconductor switch. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hybridschalter (S1) einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand definiert und in dem geschlossenen Zustand photovoltaisch erzeugten Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang (10) zu einem Stromabnehmer durchleitet und in dem geöffneten Zustand die Durchleitung von photovoltaisch erzeugtem Strom aus dem zumindest einen Photovoltaik-Strang (10) unterbricht, und wobei die Steuereinrichtung (42) insbesondere dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf das auf den Spannungsvergleich generierte Signal den Hybridschalter (S1) selbständig bzw. automatisiert zu öffnen oder in Ansprechen auf eine Benutzereingabe den Hybridschalter (S1) benutzergesteuert zu öffnen.Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the hybrid switch (S1) defines a closed state and an open state, and in the closed state, passes photovoltaically generated power from the at least one photovoltaic string (10) to a current collector and, in the opened state, transmits photovoltaically generated current from the at least one Photovoltaic strand (10) interrupts, and wherein the control device (42) is designed in particular to automatically or automatically open the hybrid switch (S1) in response to the signal generated on the voltage comparison or to open the hybrid switch (S1) in a user-controlled manner in response to a user input. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Hybridschalter (S1) eine Parallelschaltung aus dem Relais (54) und einer Back-to-Back-Schaltung (50) aus zwei Halbleiterschaltern, insbesondere eine Parallelschaltung aus einem Relais (54) und einer Back-to-Back-Schaltung (50) aus zwei Feldeffekt-Transistoren, vorzugsweise MOSFETs (52), umfasst.Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the hybrid switch (S1) comprises a parallel connection of the relay (54) and a back-to-back circuit (50) of two semiconductor switches, in particular a parallel connection of a relay (54 ) and a back-to-back circuit (50) comprising two field-effect transistors, preferably MOSFETs (52). Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (38), die Steuereinrichtung (42) und die mit der Steuereinrichtung (42) verbundene Sensoreinrichtung (46, 48) zum Messen der Strangspannung des zumindest einen zugehörigen Photovoltaik-Stranges (10) in einem gemeinsamen Schalteinrichtungsgehäuse beherbergt.Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the switching device (38), the control device (42) and the sensor device (46, 48) connected to the control device (42) for measuring the strand tension of the at least one associated photovoltaic strand (10) housed in a common switch housing. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (42) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die mit der Sensoreinrichtung (46, 48) gemessene zumindest eine elektrische Kenngröße den zugehörigen Photovoltaik-Strang (10) an den Stromabnehmer elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt, wobei die Sensoreinrichtung insbesondere umfasst: einen Eingangsspannungssensor (46), welcher die strangseitige Eingangsspannung (U1) an der Schalteinrichtung (38) misst und/oder einen Ausgangsspannungssensor (48), welcher die stromabnehmerseitige Ausgangsspannung (U2) an der Schalteinrichtung (38) misst, und wobei die Steuereinrichtung (42) dazu ausgebildet ist, in Ansprechen auf die gemessene strangseitige Eingangsspannung (U1) und/oder auf die gemessene stromabnehmerseitige Ausgangsspannung (U2) den zugehörigen Photovoltaik-Strang (10) an den zentralen Sammelpunkt (22a,b) elektrisch anzuschalten, wenn eine Benutzerfreigabe vorliegt.Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the control device (42) is designed to electrically connect the associated photovoltaic line (10) to the current collector in response to the at least one electrical parameter measured by the sensor device (46, 48), in particular when the sensor device is present comprising: an input voltage sensor (46) measuring the line side input voltage (U1) on the switching device (38) and / or an output voltage sensor (48) measuring the output side voltage (U2) on the switching device (38), and wherein the control means (42) is adapted to electrically connect the associated photovoltaic string (10) to the central collection point (22a, b) in response to the measured line side input voltage (U1) and / or the measured current collector side output voltage (U2) User release exists. Photovoltaik-Anlage (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwert eine Schwellenspannung für die Strangspannung des zumindest einen Photovoltaik-Stranges (10) ist, und wobei die Schwellenspannung größer oder gleich 300 V, vorzugsweise größer oder gleich 600 V, vorzugsweise größer oder gleich 800 V, vorzugsweise 1250 V +/- 30% beträgt.Photovoltaic system (1) according to one of the preceding claims, wherein the threshold value is a threshold voltage for the strand voltage of the at least one photovoltaic string (10), and wherein the threshold voltage is greater than or equal to 300 V, preferably greater than or equal to 600 V, preferably greater than or equal to 800 V, preferably 1250 V +/- 30%. Schutzschaltung ausgebildet für den Gleichstromteil einer Photovoltaik-Anlage (1), insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, zum Abschalten eines Teils der Photovoltaik-Anlage oder von zumindest einem Photovoltaik-Strang (10) der Photovoltaik-Anlage von einem Stromabnehmer (26), wobei die Schutzschaltung eine Sensoreinrichtung (46, 48) zum Messen einer elektrischen Kenngröße des Photovoltaik-Stranges (10), insbesondere der Strangspannung (U1), eine Schalteinrichtung (38), welche in die Strangleitung eingebaut ist, um zumindest einen Teil der Photovoltaik-Anlage (1) oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang mit der Schalteinrichtung (38) von einem Stromabnehmer an- und abzuschalten sowie eine Steuereinrichtung (42), welche ausgebildet ist, die elektrische Kenngröße mit einem vordefinierten Schwellenwert, insbesondere einer Schwellenspannung, zu vergleichen und in Ansprechen auf den Vergleich ein Signal an die Schalteinrichtung (38) auszugeben, so dass mit der Schalteinrichtung (38) der zumindest eine Teil der Photovoltaik-Anlage oder der zumindest eine Photovoltaik-Strang von dem Stromabnehmer abgeschaltet werden kann, umfasst.Protection circuit formed for the DC part of a photovoltaic system (1), in particular according to one of the preceding claims, for switching off a part of the photovoltaic system or at least one photovoltaic string (10) of the photovoltaic system from a current collector (26), wherein the protection circuit comprises a sensor device (46, 48) for measuring an electrical parameter of the photovoltaic string (10), in particular the string voltage (U1), a switching device (38) which is installed in the string line, at least part of the photovoltaic system (1) or the at least one photovoltaic string with the switching device (38) by a pantograph on and off and a control device (42), which is designed to compare the electrical characteristic with a predefined threshold, in particular a threshold voltage, and in Response to the comparison to output a signal to the switching device (38), so that with the scarf teinrichtung (38) of the at least one part of the photovoltaic system or the at least one photovoltaic string can be switched off by the current collector comprises. Verfahren zum selbständigen Abschalten zumindest eines Teils einer Photovoltaik-Anlage (1) oder zumindest eines Photovoltaik-Strangs (10) einer Photovoltaik-Anlage (1) insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Photovoltaik-Strang durch Photovoltaik-Module (12) gebildet wird, welche mittels einer Strangleitung seriell miteinander verschaltet sind und so eine Strangspannung (U1) erzeugen, umfassend folgende Schritte: Festlegen eines Schwellenwertes, insbesondere einer Schwellenspannung, Messen einer in dem zumindest einen Photovoltaik-Strang erzeugten aktuellen elektrischen Kenngröße, insbesondere der Strangspannung, mit einer Sensoreinrichtung (46), Vergleichen der aktuellen elektrischen Kenngröße mit dem Schwellenwert, bei Überschreiten des Schwellenwertes durch die aktuelle elektrische Kenngröße automatisches Abschalten des zumindest einen Photovoltaik-Stranges (10) oder des Teils der Photovoltaik-Anlage (1) von dem Stromabnehmer (26).Method for automatically switching off at least part of a photovoltaic system (1) or at least one photovoltaic line (10) of a photovoltaic system (1), in particular according to one of the preceding claims, wherein the at least one photovoltaic line is replaced by photovoltaic modules (12 ) is formed, which are connected in series with one another by means of a strand line and thus generate a strand voltage (U1), comprising the following steps: Defining a threshold value, in particular a threshold voltage, Measuring a current electrical parameter, in particular the string voltage, generated in the at least one photovoltaic string with a sensor device (46), Comparing the current electrical characteristic with the threshold, when the threshold is exceeded by the current electrical parameter automatic shutdown of the at least one photovoltaic string (10) or the part of the photovoltaic system (1) of the current collector (26). Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das automatische Abschalten des zumindest einen Photovoltaik-Stranges (10) oder des Teils der Photovoltaik-Anlage (1) von dem Stromabnehmer (26) ein Triggern (U ext. Start = Off) einer Schalteinrichtung (38) durch ein Triggersignal von einer Steuereinrichtung (42) umfasst.Method according to the preceding claim, wherein the automatic switching off of the at least one photovoltaic line (10) or of the part of the photovoltaic system (1) from the current collector (26) triggers (U ext. Start = off) a switching device (38). by a trigger signal from a control device (42). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der festgelegte Schwellenwert in einem Speicherbereich (43) einer Steuereinrichtung (42) abgelegt ist.Method according to one of Claims 11 or 12 , wherein the defined threshold value is stored in a memory area (43) of a control device (42). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner mit dem Schritt Triggern (U ext. Start = On) der Schalteinrichtung (38) des zumindest einen Photovoltaik-Strangs (10) durch ein Triggersignal, um den Teil der Photovoltaik-Anlage (1) oder den zumindest einen Photovoltaik-Strang (10) wieder an den Stromabnehmer (26) anzuschalten.Method according to one of Claims 11 to 13 , further comprising the step of triggering (U ext. start = On) the switching device (38) of the at least one photovoltaic string (10) by a trigger signal to the part of the photovoltaic system (1) or the at least one photovoltaic string ( 10) again to the pantograph (26) to turn on. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, zusätzlich mit dem Schritt Messen der Umgebungstemperatur oder der Modultemperatur mit der Sensoreinrichtung (49, 49a, 49b) und Berücksichtigen der gemessenen Umgebungstemperatur oder der Modultemperatur bei dem Vergleichen der aktuellen elektrischen Kenngröße mit dem Schwellenwert oder bei dem Wiederanschalten des Teils der Photovoltaik-Anlage oder des zumindest einen Photovoltaik-Strangs (10).Method according to one of Claims 11 to 14 additionally comprising the step of measuring the ambient temperature or the module temperature with the sensor means (49, 49a, 49b) and taking into account the measured ambient temperature or module temperature in comparing the current electrical characteristic with the threshold or when the part of the photovoltaic system or of the at least one photovoltaic string (10).
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