DE102018102767A1

DE102018102767A1 - Verfahren zur ermittlung einer eigenschaft zumindest eines pv-moduls mittels einer unidirektional zu dem pv-modul gerichteten kommunikation und pv-anlage mit dem verfahren

Info

Publication number: DE102018102767A1
Application number: DE102018102767.2A
Authority: DE
Inventors: Sven Bremicker; Edwin Kiel
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Eigenschaft zumindest eines über eine Aktivierungseinheit (6) an einen PV-String (3a, 3b) einer PV-Anlage (1) angeschlossenen PV-Moduls (5), wobei die Ermittlung der Eigenschaft über eine dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b) und mittels einer unidirektionalen Kommunikation von einer generatorfernen Sendeeinheit (12a, 12b) zu einer dem PV-Modul (5) zugeordneten Empfangseinheit (7) erfolgt. Das Verfahren umfasst die Schritte:- Detektion einer elektrischen Referenzgröße des PV-Strings (3a, 3b) während eines ersten Aktivierungszustandes des PV-Moduls (5) durch die dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b),- Senden eines Befehls durch die Sendeeinheit (12a, 12b) zur selektiven Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls (5),- selektive Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls (5) von dem ersten in einen zweiten Aktivierungszustand durch die Aktivierungseinheit (6) in Reaktion auf den Befehl,- Detektion einer elektrischen Größe des PV-Strings (3a, 3b) im zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) durch die dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b),- Vergleich der elektrischen Größe mit der elektrischen Referenzgröße des PV-Strings (3a, 3b) und- Ermittlung der Eigenschaft des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls (5) auf Basis des Vergleiches.Die Erfindung betrifft zudem eine PV-Anlage (1) mit einem derartigen Verfahren.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung einer Eigenschaft zumindest eines in einem PV-String angeordneten PV-Moduls über eine dem PV-String zugeordnete Sensoreinheit. Dabei wird die Eigenschaft über eine unidirektionale Kommunikation von einer generatorfernen Sendeeinheit zu einer generatornahen, dem PV-Modul zugeordneten Empfangseinheit ermittelt. Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Photovoltaik (PV) - Anlage mit einem derartigen Verfahren.
Unter einer Eigenschaft des PV-Moduls ist einerseits eine elektrische Eigenschaft, beispielsweise eine Spannung, ein Strom oder eine elektrische Leistung des PV-Moduls zu verstehen. Andererseits kann die Eigenschaft jedoch auch physikalischer Natur sein, und beispielsweise eine Information zu einer Anordnung des PV-Moduls innerhalb des PV-Strings oder innerhalb einem den PV-String beinhaltenden PV Generator umfassen. Auch ein Zustand des PV-Moduls oder von Komponenten desselben sind eine Eigenschaft im Sinne dieser Beschreibung.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, einzelne - gegebenenfalls auch alle - PV-Module eines PV-Strings, über einen DC/DC - Wandler mit benachbarten PV-Modulen des PV String zu verbinden. Über den DC/DC-Wandler ist es möglich, das dem DC/DC-Wandler zugeordnete PV-Modul unabhängig von einem in dem PV-String fließenden Strom in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung (MPP) zu betreiben. Über eine in dem DC/DC-Wandler angeordnete Sensorik können Strom- und Spannungswerte des PV-Moduls detektiert und mittels einer geeigneten Kommunikation an eine zentrale Steuereinheit der PV-Anlage gesendet werden. Auf diese Weise kann die Funktion einzelner PV-Module eines PV-Generators im Betrieb der PV-Anlage überwacht und schnell auf eventuelle Funktionsbeeinträchtigungen reagiert werden.
Bei herkömmlichen PV-Anlagen ist für eine derartige Überwachung eine bidirektionale Kommunikation vorgesehen. Dabei ist jede Kommunikationseinheit ausgelegt, sowohl als Sendeeinheit, als auch als Empfangseinheit zu operieren. Konkret ist eine dem PV-Modul zugeordnete Kommunikationseinheit in einem Empfangsmodus in der Lage, Befehle von einer zentralen Steuerung der PV-Anlage zur Bestimmung von Messdaten an dem PV-Modul zu empfangen. In einem Sendemodus ist die Kommunikationseinheit dann in der Lage, die erfassten Messdaten an die zentrale Steuerung der PV-Anlage zu senden. Eine Sensorik zur Erfassung von Strom- als auch Spannungswerten ist bei herkömmlichen PV-Anlagen in jedem der DC/DC-Wandler vorzuhalten. Die bidirektionale Kommunikation, wie auch das multiple Vorhalten entsprechender Sensorik, stellt jedoch einen hohen Aufwand dar, weswegen auf die Möglichkeit der Überwachung einzelner PV-Module aus Kostengründen oftmals verzichtet wird. Aus diesem Grund ist ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Überwachung einzelner PV-Module wünschenswert.
Aus der WO 2008 077473 A2 ist eine Photovoltaik-Anlage bekannt, bei der jedem PV-Modul ausgangsseitig ein Schaltelement zugeordnet ist. Das Schaltelement ist von einem Freigabesignal derart schaltbar, dass bei fehlendem Freigabesignal das zugeordnete PV-Modul spannungslos ist und bei vorhandenem Freigabesignal aktiviert ist.
Die WO 2010 078303 A2 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung für eine Photovoltaik-Anlage mit einer oder mehrerer Abschalteinheiten, von denen jede die elektrische Leistungsabgabe von einem zugeordneten Modul sperren kann. Ein Freigabesignalgenerator, überträgt ein Signal an die Abschalteinheiten, um eine Leistungsabgabe zu ermöglichen. Bei Abwesenheit des Freigabesignals wird eine Leistungsabgabe des zugeordneten Moduls gesperrt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem eine Eigenschaft zumindest eines PV-Moduls einer PV-Anlage auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise ermittelt werden kann. Dabei soll das Verfahren lediglich eine unidirektionale Kommunikation von einer generatorfernen Sendeeinheit zu einer generatornahen Empfangseinheit erfordern. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine PV-Anlage mit einem derartigen Verfahren aufzuzeigen.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 15 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gerichtet. Der Patentanspruch 16 beschreibt eine Photovoltaik (PV) - Anlage mit einem derartigen Verfahren. Die Patentansprüche 17 bis 18 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der PV-Anlage gerichtet.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung einer Eigenschaft zumindest eines PV-Moduls ist das zumindest eine PV-Modul über eine Aktivierungseinheit an einen PV-String einer PV-Anlage angeschlossen. Die Ermittlung der Eigenschaft des zumindest einen PV-Moduls erfolgt über eine dem PV-String zugeordnete Sensoreinheit und mittels einer unidirektionalen Kommunikation von einer generatorfernen Sendeeinheit zu einer dem PV-Modul zugeordneten Empfangseinheit. Dabei umfasst das Verfahren die Schritte:

- Detektion einer elektrischen Referenzgröße des PV-Strings während eines ersten Aktivierungszustandes des PV-Moduls durch die dem PV-String zugeordnete Sensoreinheit,
- Senden eines Befehls durch die Sendeeinheit zur selektiven Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls,
- selektive Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls von dem ersten in einen zweiten Aktivierungszustand durch die Aktivierungseinheit in Reaktion auf den Befehl,
- Detektion einer elektrischen Größe des PV-Strings im zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls durch die dem PV-String zugeordnete Sensoreinheit,
- Vergleich der elektrischen Größe mit der elektrischen Referenzgröße des PV-Strings und
- Ermittlung der Eigenschaft des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls auf Basis des Vergleiches.

Über die Aktivierungseinheit kann das der Aktivierungseinheit zugeordnete PV-Modul in zwei unterschiedlichen Aktivierungszuständen betrieben werden. Während beispielsweise in einem Aktivierungszustand eine Leistungsentnahme aus dem zugeordneten PV Modul ermöglicht wird, wird diese in dem anderen Aktivierungszustand unterdrückt. Bei dem eine Leistungsentnahme unterdrückenden Aktivierungszustand kann das zugeordnete PV-Modul einen kurzgeschlossenen Zustand und/oder einen von dem PV-String einpolig oder zweipolig getrennten Zustand aufweisen. Die Aktivierungseinheit ist ausgelegt, auch dann, wenn die Leistungsentnahme aus dem PV-Modul unterdrückt wird, einen in dem PV-String fließenden Strom aufrecht zu erhalten und insbesondere an dem entsprechenden PV-Modul vorbeizuleiten. Hierzu weist die Aktivierungseinheit einen Bypass, beispielsweise eine Diode oder einen Halbleiterschalter, parallel zu Ausgangsanschlüssen der Aktivierungseinheit auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann selektiv ein einzelnes PV-Modul eines PV-Strings oder es können selektiv mehrere PV-Module eines PV-Strings ihren Aktivierungszustand ändern. Selektiv bedeutet dabei, dass die Änderung des Aktivierungszustandes nur auf eine vordefinierte Teilmenge aus der Gesamtmenge, nicht aber stets auf die Gesamtmenge der aktivierbaren PV-Module wirkt. Hierbei wird die jeweilige Aktivierungseinheit (werden die jeweiligen Aktivierungseinheiten) über die unidirektional erfolgende Kommunikation von der generatorfernen Sendeeinheit zur generatornahen Empfangseinheit (zu den generatornahen Empfangseinheiten) veranlasst, den Aktivierungszustand des ihr zugeordneten PV-Moduls (der ihr zugeordneten PV-Module) zu ändern. Die Änderung des Aktivierungszustandes verändert gleichzeitig elektrische Parameter des dem PV-Modul zugeordneten PV-Strings. Konkret wird ein elektrischer Parameter von einer Referenzgröße des PV-Strings, bei der das zumindest eine PV-Modul in einem ersten Aktivierungszustand vorliegt, hin zu einer elektrischen Größe des PV-Strings, bei der das entsprechende PV-Modul in einem zweiten Aktivierungszustand vorliegt, geändert. Sowohl die Referenzgröße, als auch die elektrische Größe des PV-Strings werden über eine dem PV-String zugeordnete Sensoreinheit erfasst. Derartige dem PV-String zugeordnete Sensoreinheiten sind ausgelegt, beispielsweise einen Strom, eine Spannung, eine Leistung, einen Isolationswiderstand und/oder weitere elektrische Parameter des jeweiligen PV-Strings zu detektieren. Durch einen Vergleich der elektrischen Größe mit der ihr zugeordneten Referenzgröße des jeweiligen PV-Strings wird die Eigenschaft des zumindest einen PV-Moduls ermittelt.
Für die Ermittlung der Eigenschaft des zumindest einen PV-Moduls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist lediglich eine unidirektionale Kommunikation zwischen einer generatorfernen Sendeeinheit und zumindest einer, optional mehreren generatornahen Empfangseinheiten erforderlich. Dabei ist jede generatornahe Empfangseinheit einer entsprechenden Aktivierungseinheit, und darüber einem entsprechenden aktivierbaren PV-Modul des PV-Strings zugeordnet. Sowohl die Aktivierungseinheit, wie auch die ihr zugeordnete Empfangseinheit können dabei in einer Anschlussdose des PV-Moduls angeordnet sein. Es ist nicht notwendig, sämtliche generatornahen Empfangseinheiten auch zusätzlich für einen Sendebetrieb zu ertüchtigen, da das Verfahren ein Senden einer Information, beispielsweise von Messdaten, von einer generatornahen Kommunikationseinheit in Richtung einer generatorfernen Kommunikationseinheit gar nicht erfordert. Zusätzlich ist es nicht erforderlich, für jedes zu überwachende PV-Modul entsprechende Sensoren zur Bestimmung einer Modulspannung, eines Modulstroms oder einer Modulleistung vorzuhalten. Vielmehr wird bei dem Verfahren die dem PV-String zugeordnete Referenzgröße, als auch die ihr zugeordnete elektrische Größe über eine Sensoreinheit detektiert, die dem jeweiligen PV-String zugeordnet ist. Diese Sensoreinheit kann prinzipiell für alle aktivierbaren PV-Module des jeweiligen PV-Strings genutzt werden und ist daher kostenmäßig nur einmal zu berücksichtigen. Entsprechende Sensoreinheiten sind bei einer üblichen PV-Anlage, beispielsweise in einer Stringsammelbox oder in einem Wechselrichter der PV-Anlage, meist ohnehin vorhanden und üblicherweise generatorfern angeordnet. Sie erzeugen daher keine zusätzlichen Kosten, weswegen eine Überwachung einzelner PV-Module eines PV-Strings durch das erfindungsgemäße Verfahren auch extrem kostengünstig realisierbar ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird in dem ersten Aktivierungszustand des PV-Moduls ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul zu einem an den PV-String angeschlossenen Wechselrichter, oder allgemein eine Leistungsentnahme des PV-Moduls, verhindert. Dementsprechend wird in dem zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul zu dem Wechselrichter, oder allgemein eine Leistungsentnahme des PV-Moduls, ermöglicht. Hierbei entspricht die Änderung von dem ersten Aktivierungszustand in den zweiten Aktivierungszustand einer Aktivierung des entsprechenden PV-Moduls. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann die Änderung von dem ersten Aktivierungszustand in den zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls jedoch auch eine Deaktivierung des entsprechenden PV-Moduls bewirken. In diesem Fall wird in dem ersten Aktivierungszustand des PV-Moduls ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul zu einem an den PV-String angeschlossenen Wechselrichter, oder allgemein eine Leistungsentnahme des entsprechenden PV-Moduls, ermöglicht. Demgegenüber wird in dem zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul zu dem Wechselrichter, oder allgemein eine Leistungsentnahme des entsprechenden PV-Moduls, verhindert.
Um selektiv einzelne PV-Module aktivieren bzw. deaktivieren zu können, ist eine Kennung der jeweiligen aktivierbaren PV-Module erforderlich. Dabei kann die Kennung einerseits über modulspezifische Kommunikationsparameter erfolgen. So kann beispielsweise eine auf Funk basierende Kommunikation unterschiedliche Funkfrequenzen für die Kommunikation mit verschiedenen aktivierbaren PV-Modulen aufweisen. Ein ähnliches Verfahren lässt sich so auch für eine Power-Line-Kommunikation verwenden, bei der Power-Line-Signale, die auf die Gleichspannungsleitungen der PV-Anlage aufmoduliert werden, unterschiedliche Frequenzen für verschiedene zu aktivierende PV-Module aufweisen. Entsprechende Kennungen sind jedoch meist mit zusätzlichem Hardware-Aufwand, und daher erhöhten Kostenaufwand verbunden. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet der Befehl selbst eine Kennung des zumindest einen PV-Moduls, wobei selektiv das der Kennung zugeordnete PV-Modul einer Mehrzahl von aktivierbaren PV-Modulen der PV-Anlage in Reaktion auf den Befehl seinen Aktivierungszustand ändert. Dabei wird die Kennung des jeweiligen PV-Moduls als Code in dem Befehl, beispielsweise in einer Präambel des Befehls, übermittelt. Beispielsweise kann die Kennung zur selektiven Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls auf Basis einer Seriennummer des jeweiligen PV-Moduls erzeugt werden oder dieser entsprechen. Hierfür ist lediglich ein Software-Aufwand, jedoch kein Hardware-Aufwand vorzusehen, weswegen diese Variante relativ einfach und kostengünstig realisierbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens befinden sich in einem Ausgangszustand, bei dem die Detektion der Referenzgröße erfolgt, alle aktivierbaren PV-Module des PV-Strings in ihrem ersten Aktivierungszustand. Die selektive Änderung des Aktivierungszustandes wird nun nacheinander für mehrere, optional alle aktivierbaren PV-Module des PV-Strings durchgeführt, so dass in jedem von mehreren Folgezuständen jeweils eines der aktivierbaren PV-Module in dem zweiten Aktivierungszustand vorliegt, während die restlichen PV-Module des PV-Strings in dem ersten Aktivierungszustand vorliegen. Dabei wird die elektrische Größe des PV-Strings für mehrere - optional jeden - der Folgezustände über die dem PV-String zugeordnete Sensoreinheit detektiert. Es ergeben sich somit mehrere elektrische Größen, die mit der detektierten Referenzgröße verglichen werden können und mittels derer die Eigenschaft desjenigen PV-Moduls ermittelt werden kann, das in dem jeweiligen Folgezustand in dem zweiten Aktivierungszustand vorliegt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die elektrische Referenzgröße, wie auch die der Referenzgröße zugeordnete elektrische Größe einen Strom I, eine Spannung U und/oder eine Kombination aus Strom I und Spannung U, beispielsweise eine Leistung P des PV-Strings. In einer Ausführungsform, bei der die elektrische Größe und die elektrische Referenzgröße jeweils eine Spannung U, insbesondere eine Leerlaufspannung des PV-Strings umfassen, kann die ermittelte Eigenschaft eine Zuordnung des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls zu dem entsprechenden PV-String beinhalten. In diesem Fall ändert sich die Spannung U desjenigen PV-Strings, in dem das PV-Modul angeordnet ist, quasi synchron mit der Änderung des Aktivierungszustandes des PV-Moduls. Eine Information über die Zuordnung eines bestimmten PV-Moduls zu einem PV-String ist insbesondere dann von Interesse, wenn die PV-Anlage eine Mehrzahl von unabhängig betreibbaren PV-Strings aufweist. Jeder der mehreren PV-Strings kann jeweils an einen unterschiedlichen von mehreren DC-Eingängen eines sogenannten Multi-String-Wechselrichters angeschlossen sein.
Zusätzlich zu der Zuordnung einzelner PV-Module zu einem von mehreren PV-Strings ist oftmals auch eine Information darüber wünschenswert, an welcher Stelle ein bestimmtes PV-Modul relativ zu anderen PV-Modulen innerhalb des PV-Strings angeordnet ist. Auch diese Eigenschaft wird in einer Ausführungsform des Verfahrens ermittelt. In dieser Ausführungsform umfassen die elektrische Größe und die elektrische Referenzgröße jeweils einen Isolationswiderstand (R_a, R_b, R_a,ref, R_b,ref) und einen dem jeweiligen Isolationswiderstand zugeordneten Spannungswert U(R_a), U(R_b), U(R_a,ref), U(R_b,ref) des PV-Strings. Beide Parameter werden üblicherweise bei einer Isolationswiderstandsmessung an einem bestimmten PV-String ermittelt. Während der Isolationswiderstand (R_a, R_b, R_a,ref, R_b,ref) einen Effektivwert für den insgesamt an dem String vorhandenen Isolationswiderstand darstellt, gibt der Spannungswert an, auf welchem Spannungsniveau ein Leitfähigkeitsschwerpunkt des entsprechenden Isolationswiderstandes (R_a, R_b, R_a,ref, R_b,ref) angeordnet ist. Aus dem Vergleich der Spannungsniveaus, die den Leitfähigkeitsschwerpunkt während der Detektion der Referenzgröße einerseits und den Leitfähigkeitsschwerpunkt während der Detektion der elektrischen Größe andererseits kennzeichnen, kann als Eigenschaft eine Anordnung des zumindest einen PV-Moduls innerhalb des entsprechenden PV-Strings ermittelt werden. In diesem Fall beinhaltet die ermittelte Eigenschaft eine Information darüber, wie ein bestimmtes PV-Modul relativ zu anderen PV-Modulen innerhalb des PV-Strings angeordnet ist. Werden beispielsweise mehrere PV-Module eines PV-Strings jeweils einzeln nacheinander aktiviert und wird in jedem der hierbei angenommenen Folgezustände eine Isolationswiderstandsmessung durchgeführt, so kann ein Verschaltungsplan der PV-Module innerhalb eines einzelnen PV-Strings bestimmt werden. In Verbindung mit einer Information über die Zuordnung der einzelnen PV-Module zu jeweils einem von mehreren PV-Strings kann so automatisiert ein Verschaltungsplan eines PV-Generators bzw. einer PV-Anlage erstellt werden. Die automatisierte Erstellung ist im Vergleich zu einer manuellen Erstellung extrem einfach durchführbar und Bedienerfehler sind weitestgehend reduziert.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die ermittelte Eigenschaft des PV-Moduls eine elektrische Leistung, die dem zumindest einen aktivierbaren PV-Modul zugeordnet ist. Vorteilhafterweise wird der PV-String bei der Detektion der elektrischen Referenzgröße im ersten Aktvierungszustand des PV-Moduls einerseits, und bei der Detektion der elektrischen Größe im zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls andererseits in seinem jeweiligen Maximum-Power-Point (MPP) betrieben. Dabei kann eine Nachführung des MPPs beispielsweise über einen an den PV-String angeschlossenen Wechselrichter erfolgen. Je nachdem, ob die Aktivierungseinheit als DC/DC-Wandler mit einem eigenen MPP-Tracking für das ihr zugeordnete PV-Modul ausgeführt ist, entspricht die dem PV-Modul zugeordnete elektrische Leistung auch einer dem PV-Modul entnommenen Leistung. Im Allgemeinen entspricht sie jedoch einer Leistung, die das PV-Modul zur Leistung des PV-Strings beiträgt. Diese kann sogar negativ, sein, wenn das betreffende PV-Modul stark verschattet ist und somit eine Leistung des gesamten PV-Strings negativ beeinflusst wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfassen die elektrische Größe und die elektrische Referenzgröße jeweils einen Kennlinien-Sweep einer Strom-Spannungs (I-U) - Kennlinie oder einer Leistungs-Spannungs (P-U) - Kennlinie des PV-Strings, wobei die Eigenschaft des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls aus der Strom-Spannungs (I-U) - Kennlinie oder der Leistungs-Spannungs (P-U) - Kennlinie des PV-Strings (3a, 3b) ermittelt wird. Dabei kann die ermittelte Eigenschaft insbesondere eine Strom-Spannungs (I-U) - Kennlinie oder eine Leistungs-Spannungs (P-U) - Kennlinie des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls beinhalten.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Kennung für ein aktivierbares PV-Modul, das aktuell noch keine Kennung aufweist, automatisch von der PV-Anlage vergeben. Hier wird für jedes aktivierbare PV-Modul, das noch keine Kennung aufweist, in Reaktion auf ein Anfragesignal der Sendeeinheit ein Prozess gestartet, seinen Aktivierungszustand nach Ablauf einer Zufallszeit zu ändern. Die Änderung des Aktivierungszustandes der aktivierbaren PV-Module wird über eine Änderung der elektrischen Größe des PV-Strings, insbesondere seiner Spannung U_a, U_b oder seiner Leerlaufspannung U_0a,, U_0b überwacht. Nachdem nun eine erste Änderung der elektrischen Größe erfolgte und detektiert wurde, wird der Prozess zur Änderung des Aktivierungszustandes für die restlichen PV-Module abgebrochen. Zusätzlich wird ein innerhalb der PV-Anlage, beispielsweise in deren zentraler Steuerung, hinterlegter Code von der Sendeeinheit übermittelt. Obwohl die Übermittlung prinzipiell alle aktivierbaren PV-Module erreicht bzw. erreichen kann, wird der von der Sendeeinheit übermittelte Code jedoch ausschließlich von demjenigen PV-Modul, welches als erstes - übrigens auch als einziges - seinen Aktivierungszustand geändert hat, akzeptiert und zukünftig als Kennung desjenigen PV-Moduls verwendet. In einer vorteilhaften Variante wird nach erfolgter Zuweisung der Kennung eine Verifizierung der Kennung durchgeführt. Bei der Verifizierung wird selektiv das PV-Modul, dessen Kennung zuletzt vergeben wurde, durch die Sendeeinheit zur erneuten Änderung seines Aktivierungszustandes aufgefordert. Die erneute Änderung des Aktivierungszustandes der PV-Module wird über eine Änderung der elektrischen Größe des PV-Strings, insbesondere seiner Leerlaufspannung U_0a„ U_0b überwacht, wodurch die korrekte Vergabe der Kennung detektiert wird. Sofern die PV-Anlage mehrere aktivierbare PV-Module aufweist, denen noch keine Kennung zugeordnet wurde, kann eine automatische Vergabe der Kennung durch die PV-Anlage so oft wiederholt werden, bis jedem aktivierbaren PV-Modul des PV-Generators, also jedem PV-Modul dem eine Aktivierungseinheit zugeordnet ist, eine eindeutige Kennung zugeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Photovoltaik (PV) - Anlage umfasst

- einen eine Reihenschaltung mehrerer PV-Module aufweisenden PV-String, wobei zumindest eines der PV-Module über eine Aktivierungseinheit mit den restlichen PV-Modulen des PV-Strings verbunden ist,
- einen eingangsseitig an den PV-String und ausgangsseitig an ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Wechselrichter,
- eine generatorferne Sendeeinheit und eine generatornahe Empfangseinheit, die dem PV-Modul mit der Aktivierungseinheit zugeordnet ist, wobei die Sende- und die Empfangseinheit zur unidirektionalen Kommunikation von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit ausgelegt sind,
- eine Sensoreinheit zur Detektion einer elektrischen Referenzgröße und einer elektrischen Größe des PV-Strings. Die Photovoltaikanlage umfasst zudem eine Steuerungseinheit die, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Auswerteeinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.

Bei der Steuerungseinheit kann es sich um eine separate Steuerungseinheit der PV-Anlage handeln. Alternativ dazu kann die Steuerungseinheit jedoch auch in einer anderen Komponente der PV-Anlage, beispielsweise in dem Wechselrichter, integriert sein. Gleichfalls ist es möglich, dass die Steuerungseinheit durch eine ohnehin vorhandene weitere Steuerungseinheit innerhalb der PV-Anlage gebildet wird, sofern die weitere Steuerungseinheit noch ausreichend Kapazität zur Steuerung des Verfahrens aufweist. Gleiches gilt so auch für die lediglich optional vorhandene Auswerteeinheit. Diese ist beispielsweise dann erforderlich, wenn eine freie Kapazität der Steuereinheit nicht mehr ausreicht, die Auswertung der detektierten Größen zu übernehmen. Es ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der PV-Anlage ist die Sensoreinheit zur Detektion der elektrischen Referenzgröße und der elektrischen Größe des PV-Strings in dem Wechselrichter oder in einer mit dem Wechselrichter zumindest kommunikativ verbundenen Stringsammelbox angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der PV-Anlage weist die Aktivierungseinheit einen DC/DC-Wandler, beispielsweise einen Hochsetz- einen Tiefsetz- oder einen kombinierten Hoch-Tiefsetz-Steller auf. Dabei ist der DC/DC-Wandler ausgelegt, das ihm zugeordnete PV-Modul über ein lokal in dem DC/DC-Wandler ablaufendes MPP-Nachführverfahren in einem Maximum-Power-Point (MPP) zu betreiben.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen PV-Anlage;
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform, bei der als Eigenschaft eine MPP-Leistung der aktivierbaren PV-Module eines PV-Strings ermittelt wird;
3 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform, bei der als Eigenschaft eine Zuordnung der aktivierbaren PV-Module zu einem von mehreren PV-Strings ermittelt wird;

FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen PV-Anlage 1 mit einem zwei PV-Strings 3a, 3b aufweisenden PV-Generator 2 und einem Wechselrichter 10, dessen Ausgangsanschluss 17 mit einem Energieversorgungsnetz 4 verbunden ist. Jeder der PV-Strings 3a, 3b ist mit jeweils zwei Eingangsanschlüssen 11a.1, 11.a2 bzw. 11b.1, 11b.2 des Wechselrichters 10 verbunden. Die PV-Strings 3a, 3b sind über jeweils einen DC/DC-Wandler 14a, 14b parallel zueinander an einen DC-Zwischenkreis 15 des Wechselrichters 10 angeschlossen. Jeder der DC/DC-Wandler 14a, 14b ist ausgelegt, den ihm zugeordneten PV-String 3a, 3b unabhängig von dem jeweils anderen PV-String 3b, 3a in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung (MPP) zu betreiben und diesen Arbeitspunkt über ein geeignetes MPP Tracking nachzuführen. Der DC-Zwischenkreis 15 ist mit einem Eingang eines DC/AC-Wandlers 16 verbunden, der eine an dem DC-Zwischenkreis 15 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt. Ausgangsseitig ist der DC/AC-Wandler 16 über den Ausgangsanschluss 17 des Wechselrichters 10 zur Einspeisung elektrischer Leistung mit dem Energieversorgungsnetz 4 verbunden.
Jeder der PV-Strings 3a, 3b, von denen in 1 nur einer detailliert dargestellt ist, umfasst eine Reihenschaltung von mehreren (hier exemplarisch vier) PV-Modulen 5. Jedem der PV-Module 5 ist eine Aktivierungseinheit 6 zugeordnet, die ausgelegt ist, das ihr zugeordnete PV-Modul 5 in zwei verschiedenen Aktivierungszuständen zu betreiben. Hierzu beinhaltet die Aktivierungseinheit 6 schematisch dargestellte Schalter, die von einer Steuerung 8 der Aktivierungseinheit 6 angesteuert werden. Während in einem Aktivierungszustand eine Leistungsentnahme aus dem PV-Modul 5 unterdrückt wird, kann diese in dem jeweils anderen Aktivierungszustand erfolgen. Die Aktivierungseinheit 6 kann als DC/DC-Wandler eingerichtet sein und über ein separates MPP-Tracking verfügen, mit dem ein Arbeitspunkt des ihr zugeordneten PV-Moduls 5 einem MPP Arbeitspunkt nachgeführt wird. Die Ausführung der Aktivierungseinheit 6 als DC/DC-Wandler ist jedoch nicht zwingend und kann, beispielsweise aus Kostengründen entfallen, sofern weiterhin gewährleistet ist, dass über die Aktivierungseinheit 6 die zwei verschiedenen Aktivierungszustände des PV-Moduls 5 herbeigeführt werden können.
Jedem PV-Modul 5 ist weiterhin eine generatornahe Empfangseinheit 7 - hier exemplarisch eine für eine Power-Line Kommunikation PLC ausgelegte Empfangseinheit - zugeordnet. Zum Schutz vor Witterungseinflüssen ist die Empfangseinheit 7 zusammen mit der Aktivierungseinheit 6 in einer Anschlussdose 9 des PV-Moduls 5 angeordnet. Die Empfangseinheit 7 ist ausgelegt, ein von einer generatorfernen Sendeeinheit 12a, 12b der PV-Anlage 1 gesendetes Power-Line Signal, beispielsweise einen Befehl zur selektiven Änderung des Aktivierungszustandes eines bestimmten PV-Moduls 5, zu empfangen. Zur Umsetzung des Befehls ist die Empfangseinheit 7 mit der Aktivierungseinheit 6 verbunden. Von den Sendeeinheiten 12a, 12b - hier ebenfalls exemplarisch als für Power-Line Kommunikation (PLC) ausgelegte Sendeeinheiten dargestellt - ist jedem PV-String 3a, 3b jeweils eine Sendeeinheit 12a, 12b zugeordnet. Dabei sind die Sendeeinheiten 12a, 12b in einem Gehäuse des Wechselrichters 10 angeordnet. Die Sendeeinheiten 12a, 12b und die Empfangseinheiten 7 sind ausschließlich für eine unidirektionale Kommunikation von den Sendeeinheiten 12a, 12b zu den Empfangseinheiten 7 ausgelegt. Eine Kommunikation in umgekehrter Richtung, also von den Empfangseinheiten 7 zu den Sendeeinheiten 12a, 12b, ist nicht möglich.
Eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der PV-Anlage 1 wird über eine Steuerungseinheit 18 in Verbindung mit einer Auswerteeinheit 19 gesteuert. Hierzu ist die Steuereinheit 18 mit den Sendeeinheiten 12a, 12b verbunden und ausgelegt, eine selektive Änderung des Aktivierungszustandes eines bestimmten PV-Moduls 5 oder mehrerer bestimmter PV-Module 5 des PV-Generators 2 zu initiieren. Nach erfolgter Änderung des Aktivierungszustandes (der Aktivierungszustände) - und gegebenenfalls nach Abwarten, bis sich elektrische Parameter der PV-Strings 3a, 3b stabilisiert haben - werden die elektrischen Größen der PV-Strings 3a, 3b detektiert. Hierzu weist die PV-Anlage 1 für jeden PV-String 3a, 3b jeweils eine Sensoreinheit 13a, 13b - hier exemplarisch innerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters 10 angeordnet - auf. Die detektierten elektrischen Referenzgrößen bzw. elektrischen Größen des PV-Strings 3a, 3b können beispielsweise einen Strom I, eine Spannung U, eine Leistung P, einen Isolationswiderstand R_a, R_b, R_a,ref, R_b,ref des PV-Strings 3a, 3b und/oder einen dem jeweiligen Isolationswiderstand zugeordneten Spannungswert U(R_a), U(R_b), U(R_a,ref), U(R_b,ref) beinhalten. Die Auswerteeinheit 19 ist eingerichtet, die elektrische Größen mit den elektrischen Referenzgrößen zu vergleichen und auf Basis des Vergleiches die Eigenschaft des zumindest einen PV-Moduls 5 zu ermitteln.
Der Wechselrichter 10 der in 1 exemplarisch dargestellten PV-Anlage 1 weist einen Ausgangsanschluss 17 auf, der über drei Phasen an das Energieversorgungsnetz 4 angeschlossen ist. Alternativ dazu ist es erfindungsgemäß jedoch auch möglich, dass der Wechselrichter 10 einen Ausgangsanschluss 17 mit einer anderen Anzahl an Phasen, beispielsweise mit lediglich einer Phase, umfasst, über den die PV-Anlage 1 an das Energieversorgungsnetz 4 angeschlossen ist. Die in 1 dargestellten Sendeeinheiten 12a, 12b sind für eine Power-Line Kommunikation ausgelegt und jeweils separat an einen der PV-Strings 3a, 3b angeschlossen. An Stelle der separat ausgeführten Sendeeinheiten 12a, 12b ist es alternativ jedoch auch möglich, lediglich eine PV-Sendeeinheit (nicht dargestellt) zu verwenden, die an zumindest einer gemeinsam genutzten Leitung der PV-Strings 3a, 3b angeschlossen ist, sofern damit eine unidirektionale Kommunikation in jeden der PV-Strings 3a, 3b mit ausreichender Signalstärke gewährleistet ist. Alternativ zu einer Power-Line-Kommunikation können die Sendeeinheiten 12a, 12b und die Empfangseinheiten 7 auch für eine andere Art der unidirektionalen Kommunikation, beispielsweise für eine auf Funk basierte Kommunikation, eingerichtet sein.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform, welches von der in 1 dargestellten PV-Anlage 1 durchführbar ist. In der ersten Ausführungsform des Verfahrens wird als Eigenschaft eine Leistung für jedes aktivierbare PV-Moduls 5 eines bestimmten - hier PV-String 3a - der PV-Strings 3a, 3b ermittelt. Dabei wird hier, wie auch in den folgenden 3 und 4 exemplarisch angenommen, dass die Aktivierungseinheiten 6 der PV-Anlage 1 gemäß 1 lediglich zur Änderung des Aktivierungszustandes der ihnen zugeordneten PV-Module 5, nicht aber als DC/DC-Wandler ausgelegt sind.
Das Verfahren startet in einem ersten Schritt S1 mit einer Initialisierung einer Laufvariable i, die eine eindeutige Kennung jedes einzelnen der aktivierbaren PV-Module 5 des Strings 3a erlaubt. Im nächsten Schritt S2 werden alle (im Sinne von alle aktivierbaren) PV-Module 5 des PV-Strings 3a über die Steuereinheit 19 aktiviert, wodurch eine Leistungsentnahme aus jedem der aktivierbaren PV-Module 5 innerhalb des PV-Strings 3a ermöglicht ist. Daneben können noch weitere PV-Module 5 innerhalb des PV-Strings 3a angeordnet sein, denen keine Aktivierungseinheit 6 zugeordnet ist und die daher nicht aktivierbar sind. Diese PV-Module 5 befinden sich stets in einem Zustand, der eine Leistungsentnahme ermöglicht, da diese nicht selektiv unterdrückt werden kann. Über ein parallel laufendes MPP - Tracking, welches über den Wechselrichter 10 erfolgt, wird ein Arbeitspunkt des PV-Strings 3a einem MPP Arbeitspunkt nachgeführt, woraus eine maximale Leistungsentnahme aus dem PV-String 3a resultiert. In einem nächsten Schritt S3 wird über die Sensoreinheit 13a eine MPP-Leistung des PV-Strings 3a als elektrische Referenzgröße bestimmt und der Auswerteeinheit 19 übergeben. Nun wird in einem Schritt S4 selektiv das der Kennung i zugeordnete PV-Modul über seine zugeordnete Aktivierungseinheit 6 in den deaktivierten Aktivierungszustand versetzt. Das parallel ablaufende MPP-Tracking des Wechselrichters 10 führt dazu, dass der PV-String 3a auch bei geänderten Aktivierungszuständen seiner PV-Module 5 in seinem entsprechenden MPP betrieben wird. In einem Schritt S5 wird erneut eine MPP-Leistung P_a,MPP des PV-Strings 3a als elektrische Größe über die Sensoreinheit 13a bestimmt und der Auswerteeinheit 19 übergeben. Die Auswerteeinheit 19 ermittelt in einem Schritt S6 über einen Vergleich der elektrischen Größe mit der elektrischen Referenzgröße gemäß P_a (i) = P_a,MPP,Ref - P_a,MPP eine dem PV-Modul 5 mit der Kennung i zugeordnete elektrische Leistung als Eigenschaft des PV-Moduls 5. In einem Schritt S7 werden dann das zuletzt deaktivierte PV-Modul 5 der Kennung i wieder aktiviert, so dass wieder alle PV-Module 5 des PV-Strings 3a in ihrem aktivierten Zustand vorliegen. In einem Schritt S8 wird überprüft, ob bereits für alle aktivierbaren PV-Module 5 des PV-Strings 3a eine Eigenschaft ermittelt wurde (i<n). Ist dies nicht der Fall, so wird in dem Schritt S9 die Laufvariable i Inkrementiert und das Verfahren springt zurück zu dem Schritt S4, bei dem nun das der inkrementierten Laufvariable zugeordnete PV-Modul 5 deaktiviert wird. Ist hingegen die für jedes aktivierbare PV-Modul 5 des PV-Strings 3a eine Leistung Pa (i) als Eigenschaft ermittelt worden, so wird das Verfahren in einem Schritt S10 beendet.
In dem oben dargestellten Fall entspricht die Leistung des PV-Moduls 5 einem Leistungsbeitrag des PV-Moduls 5 innerhalb des PV-Strings 3a. Dieser kann auch negativ sein, wenn das betreffende PV-Modul 5 verschattetet ist und die Leistung des PV-Strings 3a negativ beeinflusst. In einer alternativen Variante des Verfahrens lässt sich jedoch auch eine MPP-Leistung aller aktivierbaren PV-Module 5 des Strings 3a ermitteln. In dieser Variante werden in den Schritten S2, S4 und S7 eine Aktivierung durch eine Deaktivierung des PV-Moduls 5 bzw. der entsprechenden PV-Module 5 und umgekehrt zu ersetzen. In dieser Variante liegen in den Schritten S4 - S6 lediglich 1 das PV-Modul der Kennung i in seinem aktivierten Zustand vorliegt, während in den Schritten S2 und S7 alle aktivierbaren PV-Module 5 des PV-Strings 3a deaktiviert vorliegen.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform illustriert. Bei der Ausführungsform wird als Eigenschaft des PV-Moduls 5 eine Zuordnung aller aktivierbaren PV-Module 5 zu einem von mehreren PV-Strings 3a, 3b einerseits, sowie eine Anordnung der aktivierbaren PV-Module 5 innerhalb ihres jeweiligen PV-Strings 3a, 3b andererseits ermittelt. Das Verfahren wird exemplarisch anhand der PV-Anlage 1 gemäß 1 erläutert.
Das Verfahren startet in einem Schritt S20 mit einer Initialisierung einer Laufvariable i, die eine eindeutige Kennung jedes der aktivierbaren PV-Module 5 des PV-Generators 2 der PV-Anlage 1 ermöglicht. In einem Schritt S21 werden alle aktivierbaren PV-Module 5 des PV-Generators 2 über ihre Aktvierungseinheit 6 aktiviert. Hierzu wird - initiiert von der Steuereinheit 18 - ein Befehl von den Sendeeinheiten 12a, 12b in Richtung der generatornahen Empfangseinheiten 7 gesendet. Nachdem alle (im Sinne von alle aktvierbaren) PV-Module 5 aktiviert wurden, werden in einem Schritt S22 die Leerlaufspannungen U_0a,Ref, U_0b,Ref, die Isolationswiderstände R_a,ref, R_b,ref und den Isolationswiderständen zugeordnete Spannungswerte U(R_a,ref), U(R_b,ref) als Referenzgröße für jeden der PV-Strings 3a, 3b bestimmt und der Auswerteeinheit 19 übergeben. Im nächsten Schritt S24 wird das der Kennung i zugeordnete PV-Modul 5 über seine entsprechende Aktivierungseinheit deaktiviert. Danach werden in einem Schritt S24 erneut die Leerlaufspannungen U_0a„ U_0b, die Isolationswiderstände R_a, R_b und die den Isolationswiderständen zugeordneten Spannungswerte U(R_a), U(R_b) als elektrische Größen für jeden der Strings 3a, 3b über die Sensoreinheiten 12a, 12b bestimmt und der Auswerteeinheit 19 übergeben. Die Auswerteeinheit 19 vergleicht die Leerlaufspannungen U_0a, U_0b mit den ihnen zugeordneten Referenzgrößen U_0a,Ref, U_0b,Ref und ordnet, je nachdem, wessen Leerlaufspannung U_0a, U_0b sich im Vergleich zur Referenzgröße U_0a,Ref, U_0b,Ref bei der Deaktivierung des PV-Moduls 5 geändert hat, das PV-Modul 5 mit der Kennung i dem entsprechenden PV-String 3a, 3b zu. In einem Schritt S26 werden die den Isolationswiderständen zugeordneten Spannungswerte U(R_a), U(R_b) mit ihren entsprechenden Referenzgrößen U(R_a,Ref), U(R_b,Ref) verglichen. Dabei wird über die Auswerteeinheit 19 je nachdem, welchem PV-String 3a, 3b das gerade deaktivierte PV-Modul 5 zugeordnet wurde, die Spannungsdifferenz ΔU_a(i)= U(R_a) - U(R_a,Ref) bzw. die Spannungsdifferenz ΔU_b(i)= U(R_b) - U(R_b,Ref) gebildet und gespeichert. Die Spannungsdifferenz ΔU_a(i), ΔU_b(i) ist ein Maß dafür, wie das deaktivierte PV-Modul 5 relativ zu den anderen PV-Modulen 5 innerhalb seines PV-Strings 3a, 3b angeordnet ist. Konkret steigt die Spannungsdifferenz ΔU_a(i), ΔU_b(i) bei einer Deaktivierung eines PV-Modul 5, je näher sich das PV-Modul 5 am positiven Pol des PV-Strings befindet. Dementsprechend sinkt die Spannungsdifferenz ΔU_a(i), ΔU_b(i) bei einer Deaktivierung eines PV-Moduls 5, je näher sich das PV-Modul 5 am negativen Pol des PV-Strings 3a, 3b befindet. In einem Schritt S27 wird das zuletzt deaktivierte PV-Modul 5 mit der Kennung i über die entsprechende Aktvierungseinheit 6 wieder aktiviert. In einem Schritt S28 wird überprüft, ob alle aktvierbaren PV-Module 5 des PV-Generators 2 bereits einmal deaktviert wurden (i<n). Ist dies nicht der Fall, wird die Laufvariable i in einem Schritt S29 inkrementiert und das Verfahren springt zu dem Schritt S23, bei dem nun das der inkrementierten Laufvariable zugeordnete PV-Modul i deaktiviert wird. Sind hingegen im Schritt S28 alle aktivierbaren PV-Module 5 des PV-Generators 2 bereits einmal deaktiviert worden, d.h. haben sie bereits die Schritte S23 -S27 durchlaufen, so springt das Verfahren zu einem Schritt S30, bei dem die Auswerteeinheit 19 eine Planerstellung der PV-Anlage durchführt, bevor das Verfahren in einem Schritt S31 beendet wird.
Die Planerstellung liefert als Ergebnis eine Anordnung der aktivierbaren PV-Module 5 innerhalb des PV-Generators 2 der PV-Anlage 1. Damit wird jedem der aktivierbaren PV-Module 5 als ermittelte Eigenschaft eine Anordnung des entsprechenden PV-Moduls 5 innerhalb des PV-Generators 2 zugeordnet, die eine Zuordnung zu einem der PV-Strings 3a, 3b und eine Anordnung des PV-Moduls relativ zu anderen aktivierbaren PV-Modulen des jeweiligen PV-Strings 3a, 3b umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Photovoltaik (PV) - Anlage
2: PV - Generator
3a, 3b: PV - String
4: Energieversorgungsnetz
5: PV - Modul
6: Aktivierungseinheit
7: Empfangseinheit
8: Steuerung
9: Anschlussdose
10: Wechselrichter
11a.1, 11a.2: Eingangsanschluss
11b.1, 11b.2: Eingangsanschluss
12a, 12b: Sendeeinheit
13a, 13b: Sensoreinheit
14a, 14b: DC/DC-Wandler
15: DC-Zwischenkreis
16: DC/AC-Wandler
17: Ausgangsanschluss
18: Steuerung
19: Auswerteeinheit
S1 - S11: Verfahrensschritt
S20 - S30: Verfahrensschritt
S40 - S51: Verfahrensschritt

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

WO 2008077473 A2 [0005]
WO 2010078303 A2 [0006]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Eigenschaft zumindest eines über eine Aktivierungseinheit (6) an einen PV-String (3a, 3b) einer PV-Anlage (1) angeschlossenen PV-Moduls (5), wobei die Ermittlung der Eigenschaft über eine dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b) und mittels einer unidirektionalen Kommunikation von einer generatorfernen Sendeeinheit (12a, 12b) zu einer dem PV-Modul (5) zugeordneten Empfangseinheit (7) erfolgt, mit den Schritten: - Detektion einer elektrischen Referenzgröße des PV-Strings (3a, 3b) während eines ersten Aktivierungszustandes des PV-Moduls (5) durch die dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b), - Senden eines Befehls durch die Sendeeinheit (12a, 12b) zur selektiven Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls (5), - selektive Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls (5) von dem ersten in einen zweiten Aktivierungszustand durch die Aktivierungseinheit (6) in Reaktion auf den Befehl, - Detektion einer elektrischen Größe des PV-Strings (3a, 3b) im zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) durch die dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b), - Vergleich der elektrischen Größe mit der elektrischen Referenzgröße des PV-Strings (3a, 3b) und - Ermittlung der Eigenschaft des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls (5) auf Basis des Vergleiches.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul (5) zu einem an den PV-String (3a, 3b) angeschlossenen Wechselrichter (10) verhindert wird, während in dem zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul (5) zu dem Wechselrichter (10) ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul (5) zu einem an den PV-String (3a, 3b) angeschlossenen Wechselrichter (10) ermöglicht wird, während in dem zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) ein Leistungsfluss von dem zumindest einen PV-Modul (5) zu dem Wechselrichter (10) verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehl eine Kennung des zumindest einen PV-Moduls (5) beinhaltet, wobei selektiv das der Kennung zugeordnete PV-Modul (5) einer Mehrzahl von aktivierbaren PV-Modulen (5) der PV-Anlage (1) in Reaktion auf den Befehl seinen Aktivierungszustand ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in einem Ausgangszustand, bei dem die Detektion der Referenzgröße erfolgt, alle aktivierbaren PV-Module (5) des PV-Strings (3a, 3b) in ihrem ersten Aktivierungszustand befinden, und - wobei die selektive Änderung des Aktivierungszustandes nacheinander für mehrere, optional alle aktivierbaren PV-Module (5) des PV-Strings (3a, 3b) durchgeführt wird, so dass in jedem von mehreren Folgezuständen jeweils eines der aktivierbaren PV-Module (5) in dem zweiten Aktivierungszustand vorliegt, während die restlichen PV-Module (5) des PV-Strings (3a, 3b) in dem ersten Aktivierungszustand vorliegen, und - wobei die elektrische Größe des PV-Strings (3a, 3b) für jeden der Folgezustände über die dem PV-String (3a, 3b) zugeordnete Sensoreinheit (13a, 13b) detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Referenzgröße und die elektrische Größe einen Strom I, eine Spannung U und/oder eine Leistung P des PV-Strings (3a, 3b) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe und die elektrische Referenzgröße jeweils eine Spannung U, insbesondere eine Leerlaufspannung des PV-Strings (3a, 3b) umfassen, wobei die ermittelte Eigenschaft eine Zuordnung des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls (5) zu dem entsprechenden PV-String (3a, 3b) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe und die elektrische Referenzgröße jeweils einen Isolationswiderstand (R_a, R_b, R_a,ref, R_b,ref) und einen dem Isolationswiderstand zugeordneten Spannungswert U(R_a), U(R_b), U(R_a,ref), U(R_b,ref) des PV-Strings (3a, 3b) umfassen, wobei der Spannungswert angibt, auf welchem Spannungsniveau ein Leitfähigkeitsschwerpunkt des Isolationswiderstandes (R_a, R_b, R_a,ref, R_b,ref) angeordnet ist, und wobei die ermittelte Eigenschaft eine Anordnung des zumindest einen PV-Moduls (5) innerhalb des entsprechenden PV-Strings (3a, 3b) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Eigenschaft des PV-Moduls (5) eine elektrische Leistung des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls (5) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Detektion der elektrischen Referenzgröße im ersten Aktvierungszustand des PV-Moduls (5), und bei der Detektion der elektrischen Größe im zweiten Aktivierungszustand des PV-Moduls (5) der PV-String (3a, 3b) in seinem jeweiligen Maximum-Power-Point (MPP) betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe und die elektrische Referenzgröße jeweils einen Kennlinien-Sweep einer Strom-Spannungs (I-U) - Kennlinie oder einer Leistungs-Spannungs (P-U) - Kennlinie des PV-Strings (3a, 3b) umfassen, und wobei die Eigenschaft des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls (5) aus der Strom-Spannungs (I-U) - Kennlinie oder der Leistungs-Spannungs (P-U) - Kennlinie des PV-Strings (3a, 3b) ermittelt wird, wobei insbesondere die ermittelte Eigenschaft eine Strom-Spannungs (I-U) - Kennlinie oder eine Leistungs-Spannungs (P-U) - Kennlinie des zumindest einen aktivierbaren PV-Moduls (5) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung zur selektiven Änderung des Aktivierungszustandes des zumindest einen PV-Moduls (5) auf Basis einer Seriennummer des jeweiligen PV-Moduls (5) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung für ein aktivierbares PV-Modul (5), das noch keine Kennung aufweist, automatisch von der PV-Anlage (1) vergeben wird, - wobei für jedes aktivierbare PV-Modul (5), das noch keine Kennung aufweist, in Reaktion auf ein Anfragesignal der Sendeeinheit (12a, 12b) ein Prozess gestartet wird, seinen Aktivierungszustand nach Ablauf einer Zufallszeit zu ändern, - wobei die Änderung des Aktivierungszustandes der aktivierbaren PV-Module (5) über eine Änderung der elektrischen Größe des PV-Strings (3a, 3b), insbesondere seiner Spannung U_a, U_b oder seiner Leerlaufspannung U_0a„ U_0b überwacht wird, und - wobei nach Detektion einer als erstes erfolgten Änderung der elektrischen Größe der Prozess zur Änderung des Aktivierungszustandes für die restlichen PV-Module (5) abgebrochen wird, und - wobei ein innerhalb der PV-Anlage (1) hinterlegter Code von der Sendeeinheit (12a, 12b) übermittelt wird, und - wobei der übermittelte Code von demjenigen PV-Modul (5), welches als erstes seinen Aktivierungszustand geändert hat, zukünftig als Kennung desjenigen PV-Moduls (5) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Vergabe der Kennung eine Verifizierung der Kennung dadurch erfolgt, dass selektiv das PV-Modul (5), dessen Kennung zuletzt vergeben wurde, durch die Sendeeinheit (12a, 12b) zur erneuten Änderung seines Aktivierungszustandes aufgefordert wird, und - wobei die erneute Änderung des Aktivierungszustandes der PV-Module (5) über eine Änderung der elektrischen Größe des PV-Strings (3a, 3b), insbesondere seiner Leerlaufspannung U_0a„ U_0b detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Vergabe der Kennung der PV-Anlage (1) so oft wiederholt wird, bis jedem PV-Modul (5) des PV-Generators (2), dem eine Aktivierungseinheit (6) zugeordnet ist, eine eindeutige Kennung zugeordnet ist.
Photovoltaik (PV) - Anlage (1) umfassend - einen eine Reihenschaltung mehrerer PV-Module (5) aufweisenden PV-String (3a, 3b), wobei zumindest eines der PV-Module (5) über eine Aktivierungseinheit (6) mit den restlichen PV-Modulen (5) des PV-Strings (3a, 3b) verbunden ist, - einen eingangsseitig an den PV-String (3a, 3b) und ausgangsseitig an ein Energieversorgungsnetz (4) angeschlossenen Wechselrichter (10), - eine generatorferne Sendeeinheit (12a, 12b) und eine generatornahe Empfangseinheit (7), die dem PV-Modul (5) mit der Aktivierungseinheit (6) zugeordnet ist, wobei die Sende- (12a, 12b) und die Empfangseinheit (7) zur unidirektionalen Kommunikation von der Sendeeinheit (12a, 12b) zur Empfangseinheit (7) ausgelegt sind, - eine Sensoreinheit (13a, 13b) zur Detektion einer elektrischen Referenzgröße und einer elektrischen Größe des PV-Strings (3a, 3b), und eine Steuerungseinheit (18), die, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Auswerteeinheit (19), zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgelegt ist.
PV-Anlage (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (13a, 13b) zur Detektion der elektrischen Referenzgröße und der elektrischen Größe des PV-Strings (3a, 3b) in dem Wechselrichter (10) angeordnet ist.
PV-Anlage (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungseinheit (6) einen DC/DC-Wandler aufweist, der ausgelegt ist, das ihr zugeordnete PV-Modul (5) in einem Maximum-Power-Point (MPP) zu betreiben.