DE102018108462B4 - Method for operating a photovoltaic inverter, inverter and installation with such an inverter - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Betrieb eines Photovoltaik (PV) - Wechselrichters (5), an dessen DC-Eingang (5.3) ein PV-Generator (2) angeschlossen ist, der eine Reihenschaltung von PV-Modulen (3) umfasst, und dessen AC-Ausgang (5.4) zur Einspeisung elektrischer Leistung mit einem Energieversorgungsnetz (7) verbunden ist. Dabei beinhaltet das Verfahren die Schritte:
- Bestimmen einer ersten elektrischen Leistung P1 in einem aktuellen Arbeitspunkt A1 des PV-Generators (2) bei einer ersten Generatorspannung U1, und einer zweiten elektrischen Leistung P2 in einem zweiten Arbeitspunkt A2 des PV-Generators (2) bei einer zweiten Generatorspannung U2, die sich von der ersten Generatorspannung U1 gemäß U2 = U1+ΔU um eine Tracking-Schrittweite ΔU unterscheidet,
- Prüfen, ob ein Leistungsplateau (LP) einer P-U-Kennlinie (31) des PV-Generators (2) vorliegt umfassend einen Vergleich der ersten P1 mit der zweiten elektrischen Leistung P2,
- Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1, A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators (2), der eine größere elektrische Leistung P1, P2 aufweist, wenn gemäß der Prüfung kein Leistungsplateau (LP) vorliegt, und andernfalls Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1, A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators (2), der einen unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des Wechselrichters (5) und/oder dessen Komponenten aufweist, und
- Betreiben des PV - Generators (2) in dem neuen Arbeitspunkt Aneu als aktueller Arbeitspunkt A1.

Figure DE102018108462B4_0000
A method is described for operating a photovoltaic (PV) inverter (5), to whose DC input (5.3) a PV generator (2) is connected, which comprises a series connection of PV modules (3), and whose AC Output (5.4) for feeding electrical power to a power grid (7) is connected. The procedure includes the steps:
Determining a first electrical power P 1 at a current operating point A 1 of the PV generator (2) at a first generator voltage U 1 , and a second electrical power P 2 at a second operating point A 2 of the PV generator (2) at a second generator voltage U 2 , which differs from the first generator voltage U 1 according to U 2 = U 1 + ΔU by a tracking increment ΔU,
Checking whether a power plateau (LP) of a PU characteristic curve (31) of the PV generator (2) is present, comprising a comparison of the first P 1 with the second electrical power P 2 ,
- Selection of those operating point A 1 , A 2 as a new operating point A new of the PV generator (2), which has a greater electrical power P 1 , P 2 , if according to the test no power plateau (LP) is present, and otherwise selecting that operating point A 1 , A 2 as a new operating point A new of the PV generator (2), which has a view from a gentler point of operation of the inverter (5) and / or its components, and
- Operating the PV generator (2) in the new operating point Aneu as the current operating point A 1 .
Figure DE102018108462B4_0000

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betrieb eines Photovoltaik (PV)-Wechselrichters, einen PV-Wechselrichter ausgelegt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine PV-Anlage mit einem derartigen PV-Wechselrichter.The invention relates to methods for operating a photovoltaic (PV) inverter, a PV inverter designed to carry out the method according to the invention and a PV system with such a PV inverter.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Herkömmliche MPP-Tracking Verfahren verfolgen das Ziel, einen PV-Generator in einem Arbeitspunkt maximaler Leistung (MPP = Maximum Power Point) zu betreiben. Der Arbeitspunkt maximaler Leistung ist jedoch nicht notwendigerweise gleichzeitig auch ein Arbeitspunkt, bei dem der PV-Wechselrichter und/oder dessen Komponenten schonend betrieben werden. Konkret kann es beispielsweise sein, dass bei dem MPP-Arbeitspunkt des PV-Generators beispielsweise eine erhöhte Verlustleistung des PV-Wechselrichters, ein geringerer Wirkungsgrad des PV-Wechselrichters und/oder eine hinsichtlich einer Generatorspannung am MPP Arbeitspunkt erhöhte Beanspruchung von Halbleiterschaltern des PV-Wechselrichters vorliegen. Der nicht schonende Betrieb des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder weiteren Komponenten der PV-Anlage kann mittelfristig zu einer erhöhten Ausfallrate führen. Es ist daher wünschenswert, dass ein Tracking-Verfahren nicht nur auf die Maximierung der dem PV-Generator entnommenen Leistung zielt, sondern auch berücksichtigt, den PV-Wechselrichter und/oder dessen Komponenten und/oder andere Komponenten der PV-Anlage schonend zu betreiben. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn eine P-U-Kennlinie des PV-Generators ein Leistungsplateau aufweist, bei dem über einen ausgedehnten Bereich der Generatorspannung keine, zumindest jedoch keine nennenswerte Leistungsänderung vorhanden ist. Derartige Leistungsplateaus können beispielsweise durch Verwendung von PV-Modulen zugeordneten DC/DC-Wandler (sogenannten Power Optimizern) auftreten.Conventional MPP tracking methods pursue the goal of operating a PV generator at a maximum power point (MPP). However, the operating point of maximum power is not necessarily also an operating point at which the PV inverter and / or its components are operated gently. Specifically, it may be, for example, that at the MPP operating point of the PV generator, for example, an increased power dissipation of the PV inverter, a lower efficiency of the PV inverter and / or with respect to a generator voltage at the MPP operating point increased stress of semiconductor switches of the PV inverter available. The non-gentle operation of the PV inverter, its components and / or other components of the PV system can lead to an increased failure rate in the medium term. It is therefore desirable that a tracking method not only aim at maximizing the power drawn from the PV array, but also taking into account the operation of the PV inverter and / or its components and / or other components of the PV system. This is particularly relevant if a P-U characteristic of the PV generator has a power plateau in which there is no power change, but at least no significant change, over an extended range of the generator voltage. Such power plateaus can occur, for example, by using DC / DC converters (so-called power optimizers) assigned to PV modules.

Die Schrift US 2008 / 0 150 366 A1 offenbart eine PV-Anlage mit einer Reihenschaltung von PV-Modulen, wobei jedem PV-Modul der Reihenschaltung ein DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer zugeordnet ist. Dabei ist der Leistungsoptimierer ausgelegt, das ihm zugeordnete PV-Modul in seinem jeweiligen MPP Arbeitspunkt maximaler Leistung zu betreiben. Die Reihenschaltung ist an einen DC-Eingang eines Wechselrichters angeschlossen. Dabei ist der Wechselrichter eingerichtet, die Spannung an seinem DC-Eingang auf einem konstanten Wert zu halten, der einer für die Komponenten des Wechselrichters zulässigen Arbeitsspannung entspricht. Da jedes PV-Modul einen Leistungsoptimierer aufweist, ist hier stets von einem Leistungsplateau in der P-U-Kennlinie des PV-Generators auszugehen. Dem stets vorhandenen Leistungsplateau wird mit einer geeignet gewählten, aber zeitlich konstanten Generatorspannung an dem DC-Eingang des Wechselrichters begegnet.The font US 2008/0 150 366 A1 discloses a PV system with a series circuit of PV modules, wherein each PV module of the series circuit is associated with a DC / DC converter as a power optimizer. The power optimizer is designed to operate the PV module assigned to it in its respective MPP operating point of maximum power. The series connection is connected to a DC input of an inverter. In this case, the inverter is set up to maintain the voltage at its DC input at a constant value, which corresponds to a permissible working voltage for the components of the inverter. Since each PV module has a power optimizer, it is always assumed that there is a power plateau in the PU characteristic of the PV generator. The ever-present power plateau is countered with a suitably selected but temporally constant generator voltage at the DC input of the inverter.

In dem Artikel RONCERO-CLEMENTE, C., et al.: Comparison of three MPPT algorithms for three-level neutral-point-clamped qz-source inverter. In: 2013 International Conference-Workshop Compatibility And Power Electronics, 2013, S. 80-85, werden drei herkömmliche Algorithmen zur Verfolgung eines Punktes maximaler Leistung mittels Simulationen miteinander verglichen. Die Algorithmen basieren auf einer dP/dV-Rückführung, einer Störung und nachfolgenden Beobachtung, sowie einer steigenden Konduktanz. Jeder der Algorithmen ist für einen 3L-NPC quasi-Z-Source Inverter mit einem Shoot-Through-Tastgrad als Regelgröße geeignet.In the article RONCERO-CLEMENTE, C., et al .: Comparison of three MPPT algorithms for three-level neutral-point-clamped qz-source inverters. In: 2013 International Conference Workshop Compatibility and Power Electronics, 2013, pp. 80-85, three conventional algorithms for tracking a point of maximum performance are compared by means of simulations. The algorithms are based on a dP / dV feedback, a disturbance and subsequent observation, as well as a rising conductance. Each of the algorithms is suitable for a 3L NPC quasi-Z source inverter with a shoot-through duty cycle as a controlled variable.

In dem Artikel HOU, C.-L., et al: Application of adaptive algorithm of solar cell battery charger. In: 2004 IEEE International Conference on Electric Utility Deregulation, Restructuring and Power Technologies. Proceedings, 2004, S. 810-813, wird ein adaptiver Algorithmus für ein Maximum-Power-Point-Tracking (MPPT) offenbart. Bei dem adaptiven Algorithmus wird eine Tracking-Schrittweite abhängig von der Entfernung zum Maximum Power Point (MPP) geändert. Durch den adaptiven Algorithmus kann während des MPPT eine Suchgeschwindigkeit beschleunigt und eine Tracking-Präzision verbessert werden.In the article HOU, C.L., et al: Application of adaptive algorithm of solar cell battery charger. In: 2004 IEEE International Conference on Electric Utility Deregulation, Restructuring and Power Technologies. Proceedings, 2004, pp. 810-813, an adaptive algorithm for maximum power point tracking (MPPT) is disclosed. In the adaptive algorithm, a tracking increment is changed depending on the distance to the maximum power point (MPP). The adaptive algorithm can speed up search speed and improve tracking precision during MPPT.

Alleiniges Ziel der in den Artikeln beschriebenen MPP-Tracking Verfahren ist stets, die einem PV-Generator entnommene Leistung zu maximieren.The sole purpose of the MPP tracking procedures described in the articles is always to maximize the power taken from a PV generator.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines PV-Wechselrichters aufzuzeigen, bei dem sowohl eine Maximierung einer dem PV-Generator entnommenen Leistung, als auch gleichzeitig ein schonender Betrieb des PV-Wechselrichters und/oder dessen Komponenten berücksichtigt wird. Insbesondere soll das Verfahren ein Vorliegen eines Leistungsplateaus einer P-U-Kennlinie eines an den PV-Wechselrichter angeschlossenen PV-Generators in einem laufenden Betrieb des PV-Wechselrichters erkennen und im Falle eines Leistungsplateaus einen schonenden Betrieb des PV-Wechselrichters und/oder dessen Komponenten ermöglichen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen PV-Wechselrichter mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie auch eine PV-Anlage mit einem derartigen PV-Wechselrichter aufzuzeigen.The invention has for its object to provide a method for operating a PV inverter, in which both a maximization of the PV generator taken power, as well as a gentle operation of the PV inverter and / or its components is taken into account. In particular, the method is intended to detect the presence of a power plateau of a P-U characteristic of a PV generator connected to the PV inverter during ongoing operation of the PV inverter and, in the case of a power plateau, to allow gentle operation of the PV inverter and / or its components. The invention is further based on the object to show a PV inverter with a method according to the invention, as well as a PV system with such a PV inverter.

LÖSUNG SOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines PV -Wechselrichters mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 7 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gerichtet. Der Patentanspruch 8 zielt auf einen PV - Wechselrichter zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahren. Die Patentansprüche 9 bis 11 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen des PV-Wechselrichters. Der Patentanspruch 12 ist auf eine PV - Anlage mit einem erfindungsgemäßen PV-Wechselrichter gerichtet. Die Ansprüche 13 und 14 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der PV - Anlage.The object of the invention is achieved by a method for operating a PV inverter with the features of independent claim 1. The dependent claims 2 to 7 are directed to preferred embodiments of the method. Claim 8 is directed to a PV inverter for carrying out a method according to the invention. The claims 9 to 11 relate to advantageous embodiments of the PV inverter. Claim 12 is directed to a PV system with a PV inverter according to the invention. Claims 13 and 14 relate to advantageous embodiments of the PV system.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines PV - Wechselrichters, an dessen DC-Eingang ein PV-Generator angeschlossen ist, der eine Reihenschaltung von PV-Modulen umfasst, und dessen AC-Ausgang zur Einspeisung elektrischer Leistung mit einem Energieversorgungsnetz verbunden ist weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • - Bestimmen einer ersten elektrischen Leistung P1 in einem aktuellen Arbeitspunkt A1 des PV-Generators bei einer ersten Generatorspannung U1 , und Bestimmen einer zweiten elektrischen Leistung P2 in einem zweiten Arbeitspunkt A2 des PV-Generators bei einer zweiten Generatorspannung U2 , die sich von der ersten Generatorspannung U1 gemäß U2 = U1+ΔU um eine Tracking-Schrittweite ΔU unterscheidet,
  • - Prüfen, ob ein Leistungsplateau einer P-U-Kennlinie des PV-Generators vorliegt umfassend einen Vergleich der ersten P1 mit der zweiten elektrischen Leistung P2 ,
  • - Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1 , A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators, der eine größere elektrische Leistung P1 , P2 aufweist, wenn gemäß der Prüfung kein Leistungsplateau vorliegt, und andernfalls Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1 , A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators, der einen unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des Wechselrichters und/oder dessen Komponenten aufweist, und
  • - Betreiben des PV - Generators in dem neuen Arbeitspunkt Aneu als aktueller Arbeitspunkt A1 .
A method according to the invention for operating a PV inverter, to the DC input of which a PV generator is connected, which comprises a series connection of PV modules, and whose AC output is connected to a power supply network for supplying electrical power, comprises the following method steps :
  • - Determining a first electrical power P 1 in a current operating point A 1 of the PV generator at a first generator voltage U 1 , and determining a second electrical power P 2 in a second working point A 2 of the PV generator at a second generator voltage U 2 that differ from the first generator voltage U 1 according to U 2 = U 1 + ΔU differs by a tracking step size ΔU,
  • Check whether there is a power plateau of a PU characteristic of the PV generator comprising a comparison of the first one P 1 with the second electric power P 2 .
  • - Choice of that operating point A 1 . A 2 as a new working point A new of the PV generator, which has greater electrical power P 1 . P 2 if, according to the examination, there is no performance plateau and, if so, if that work point is chosen A 1 . A 2 as a new working point A new the PV generator, which has a view from a more gentle operation of the inverter and / or its components, and
  • - Operating the PV generator in the new operating point Aneu as the current operating point A 1 ,

Das erfindungsgemäße Verfahren zielt somit insbesondere auf ein Verfahren zum Nachführen eines dem PV-Generator zugeordneten Arbeitspunktes in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen, z.B. Einstrahlungsänderungen, die eine Auswirkung auf eine Form einer P-U-Kennlinie des PV-Generators aufweisen. Das Verfahren ändert dabei in Abhängigkeit der Form der P-U-Kennlinie eine Zielrichtung bei der Nachführung des Arbeitspunktes. Insbesondere wird dann, wenn kein Leistungsplateau in der P-U-Kennlinie zu erkennen ist, der Arbeitspunkt des PV-Generators mit dem Ziel einer Vergrößerung der dem PV-Generator entnommenen Leistung verändert. Ist hingegen ein Leistungsplateau in der P-U-Kennlinie zu identifizieren, so wird der Arbeitspunkt des PV-Generators derart nachgeführt, dass damit ein schonenderer Betrieb des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten oder weiterer Komponenten der PV-Anlage verbunden ist. Dabei prüft das Verfahren im laufenden Betrieb des PV-Wechselrichters selbstständig die Form der P-U-Kennlinie und passt die jeweilige Zielrichtung bei der Nachführung des Arbeitspunktes den aktuell vorliegenden Rahmenbedingungen an. Zu diesem Zweck bestimmt das Verfahren ähnlich einem herkömmlichen MPP-Tracking-Verfahren eine erste elektrische Leistung P1 an einem aktuellen Arbeitspunkt A1 und eine zweite elektrische Leistung P2 an einem zweiten Arbeitspunkt A2 des PV Generators. Dabei ist die dem aktuellen Arbeitspunkt A1 zugeordnete erste Generatorspannung U1 unterschiedlich zu der dem zweiten Arbeitspunkt A2 zugeordneten zweiten Generatorspannung U2 . Abweichend zu dem herkömmlichen MPP-Tracking-Verfahren wird nun jedoch über einen Vergleich der ersten P1 mit der zweiten Leistung P2 zunächst geprüft, ob ein Leistungsplateau der P-U-Kennlinie vorliegt. Mit einem Leistungsplateau ist dabei ein hinsichtlich der Leistung abgeflachter Bereich der P-U-Kennlinie gemeint, also ein Bereich der Generatorspannung U, in dem sich die dem PV-Generator entnommene Leistung nicht, zumindest nicht signifikant ändert. Nur wenn die Prüfung ergibt, dass kein Leistungsplateau der P-U-Kennlinie vorliegt, wird derjenige der beiden Arbeitspunkte A1 , A2 als neuer Arbeitspunkt Aneu gewählt, der eine größere Leistung P1 , P2 aufweist. Nur dann entscheidet also das Verfahren, den neuen Arbeitspunkt Aneu unter Berücksichtigung einer Vergrößerung der Leistung zu wählen. Erkennt die Prüfung hingegen ein Leistungsplateau der P-U-Kennlinie, so verfolgt das Verfahren nicht mehr das Ziel, eine dem PV-Generator entnommene Leistung zu vergrößern. Eine Vergrößerung der Leistung wäre aufgrund des Leistungsplateaus ohnehin nur bedingt bzw. geringfügig möglich. Vielmehr wird daher entschieden, den neuen Arbeitspunkt Aneu aus den beiden Arbeitspunkten A1 und A2 mit dem Ziel auszuwählen, den PV-Wechselrichter, dessen Komponenten und/oder weitere Komponenten einer den PV Wechselrichter beinhaltenden PV - Anlage schonender zu betreiben.The method according to the invention thus aims in particular at a method for tracking an operating point associated with the PV generator as a function of external conditions, for example radiation changes, which have an effect on a shape of a PU characteristic of the PV generator. The method changes depending on the shape of the PU characteristic a target direction in the tracking of the operating point. In particular, when no power plateau can be recognized in the PU characteristic, the operating point of the PV generator is changed with the aim of increasing the power taken from the PV generator. If, on the other hand, a power plateau is to be identified in the PU characteristic curve, then the operating point of the PV generator is tracked so that a more gentle operation of the PV inverter, its components or other components of the PV system is connected. During operation of the PV inverter, the method independently checks the shape of the PU characteristic curve and adapts the respective target direction when tracking the operating point to the currently prevailing basic conditions. For this purpose, the method determines a first electric power similar to a conventional MPP tracking method P 1 at a current operating point A 1 and a second electric power P 2 at a second operating point A 2 of the PV generator. It is the current working point A 1 assigned first generator voltage U 1 different from the second operating point A 2 associated second generator voltage U 2 , Unlike the conventional MPP tracking method, however, a comparison of the first P 1 with the second performance P 2 First checked whether there is a performance plateau of the PU characteristic. In this context, a power plateau means a region of the PU characteristic which is flattened with regard to the power, that is to say a region of the generator voltage U in which the power taken from the PV generator does not change, at least not significantly. Only if the test reveals that there is no performance plateau of the PU characteristic is that of the two operating points A 1 . A 2 chosen as a new working point Aneu, who has a greater performance P 1 . P 2 having. Only then does the method decide to select the new operating point Aneu taking into account an increase in power. On the other hand, if the test detects a performance plateau of the PU characteristic, the method no longer pursues the goal of increasing the power taken from the PV generator. An increase in performance would be due to the power plateau anyway only conditionally or slightly possible. Rather, therefore, the new operating point is decided A new from the two working points A 1 and A 2 with the aim to operate the PV inverter, its components and / or other components of a PV system containing the PV inverter more gently.

Je nach Form der P-U-Kennlinie wird daher im laufenden Betrieb des PV-Wechselrichters über ein Ziel bei der Wahl des neuen Arbeitspunktes Aneu entschieden. Konkret erfolgt die Wahl des neuen Arbeitspunktes Aneu entweder mit dem Ziel, eine dem PV-Generator entnommene Leistung zu vergrößern, oder aber mit dem Ziel, einen unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters zu ermöglichen. Schließlich wird der PV-Generator in dem gewählten neuen Arbeitspunkt Aneu betrieben. Das letztgenannte Ziel wird insbesondere dann verfolgt, wenn kein nennenswerter Leistungszuwachs zu erwarten ist, der einen Betrieb des PV Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder weiteren Komponenten der PV-Anlage bei höherer Beanspruchung - also weniger schonenderen Bedingungen - rechtfertigt. Mit anderen Worten verfolgt das erfindungsgemäße Verfahren nur dann das Ziel, eine dem PV-Generator entnommene Leistung zu vergrößern, wenn ein mit der Wahl des neuen Arbeitspunktes Aneu verbundener Leistungszuwachs eine an dem neuen Arbeitspunkt Aneu eventuell vorhandene höhere Beanspruchung des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder weiteren Komponenten der PV-Anlage rechtfertigt. Zusammenfassend berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren als Ziel(e) sowohl eine Leistungsmaximierung, als auch gleichzeitig einen schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters. Über das präferierte der beiden Ziele wird dabei in Abhängigkeit der vorliegenden P-U-Kennlinie entschieden. Da beide Ziele prinzipiell berücksichtigt werden, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Tracking-Verfahren eine Nachführung des MPP zusammen mit einem insgesamt schonenderen Betrieb und daher eine im Mittel längere Lebensdauer des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder weiteren Komponenten der PV-Anlage.Depending on the shape of the PU characteristic curve, it is therefore decided during operation of the PV inverter to set a target when selecting the new operating point Aneu. Specifically, the choice of the new operating point Aneu either with the goal, a the PV array generator, or with the aim of enabling a more gentle operation of the PV inverter. Finally, the PV generator is operated at the selected new operating point Aneu. The latter objective is pursued in particular if no appreciable increase in power is to be expected which justifies operation of the PV inverter, its components and / or other components of the PV system under higher load conditions - ie less gentle conditions. In other words, the method according to the invention only pursues the goal of increasing a power taken from the PV generator if a power increase associated with the selection of the new operating point Aneu is achieved at the new operating point A new possibly higher load of the PV inverter whose components and / or other components justify the PV system. In summary, the method according to the invention takes into account as target (e) both a maximization of performance and at the same time a gentler operation of the PV inverter. The preferred one of the two targets is decided depending on the existing PU characteristic. Since both objectives are taken into account in principle, the method according to the invention allows a tracking of the MPP together with a generally more gentle operation and therefore a longer average life of the PV inverter, its components and / or other components of the PV system in comparison with conventional tracking methods. Investment.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Verfahrensschritte wiederholt, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt. Dabei wird über die Wiederholung der Verfahrensschritte der PV-Generator innerhalb eines vorgegebenen Spannungsfensters an einer Mehrzahl von Arbeitspunkten Ai mit i>2 mit unterschiedlichen Generatorspannungen Ui betrieben. Auf diese Weise wird einer Änderung der P-U-Kennlinie aufgrund von Wetteränderungen, beispielsweise aufgrund von Einstrahlungs- und/oder Temperaturänderungen Rechnung getragen. Bei einem Wechsel vom ersten Arbeitspunkt A1 zum zweiten Arbeitspunkt A2 kann eine Tracking-Richtung eines vorangegangenen Durchlaufs der Verfahrensschritte beibehalten werden, wenn beim vorangegangenen Durchlauf der zweite Arbeitspunkt A2 als neuer Arbeitspunkt Aneu gewählt wurde, und ansonsten umgekehrt werden. Die Tracking-Richtung wird über ein Vorzeichen der Tracking-Schrittweite ΔU charakterisiert. In one embodiment of the method, the method steps are repeated, in particular carried out repeatedly at regular time intervals. In this case, the repetition of the method steps of the PV generator within a predetermined voltage window at a plurality of operating points A i with i> 2 with different generator voltages U i operated. In this way, a change in the PU characteristic due to weather changes, for example due to radiation and / or temperature changes account. When changing from the first operating point A 1 to the second operating point A 2 For example, a tracking direction of a previous run of the method steps can be maintained if, during the preceding pass, the second operating point A 2 was chosen as the new working point Aneu, and vice versa. The tracking direction is characterized by a sign of the tracking increment .DELTA.U.

Das Beibehalten einer vorherigen Tracking-Richtung unter den o. g. Rahmenbedingungen ist sinnvoll, da so eine Bewegung des Arbeitspunktes in eine vorgegebene Richtung sukzessive fortgeführt werden kann.Keeping a previous tracking direction below the o. G. Framework conditions make sense, since such a movement of the operating point in a given direction can be continued successively.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens mit wiederholt durchgeführten Verfahrensschritten an einer Mehrzahl von Arbeitspunkten erfolgt die Prüfung auf ein Leistungsplateau der P-U-Kennlinie zumindest unter Berücksichtigung eines der folgenden Kriterien K1 , K2 :

  • K1 ) Gemäß dem ersten Kriterium wird auf die Existenz eines Leistungsplateaus geschlossen, wenn ein Betrag einer spannungsbezogenen Leistungsänderung |ΔP/ΔU|=|(Pk-Pi)/(Uk-Ui)| für die Mehrzahl von Arbeitspunkten Ai , Ak mit unterschiedlichen Generatorspannungen Uk , Ui innerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters einen vorgegebenen Schwellwert S > 0 unterschreitet. Optional kann gefordert werden, dass der Betrag der spannungsbezogenen Leistungsänderung |ΔP/ΔU|=|(Pk-Pi)/(Uk-Ui)| für alle Arbeitspunkte Ai, Ak mit unterschiedlichen Generatorspannungen Uk, Ui innerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters den vorgegebenen Schwellwert S unterschreitet.
  • K2 ) Gemäß dem zweiten Kriterium wird auf die Existenz eines Leistungsplateaus geschlossen, wenn die Mehrzahl der Arbeitspunkte Ai innerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters jeweils Leistungswerte Pi (Ui ) aufweisen, die innerhalb eines vorgegebenen Leistungsfensters ΔP liegen. Optional kann verschärft gefordert werden, dass ein Leistungsplateau erst dann vorliegt, wenn alle Arbeitspunkte Ai innerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters jeweils Leistungswerte Pi (Ui ) aufweisen, die innerhalb eines vorgegebenen Leistungsfensters ΔP liegen. Bei beiden Kriterien K1 , K2 wird über das vorgegebene Spannungsfenster eingestellt, welche Spannungsausdehnung ein innerhalb des Leistungsfensters ΔP liegender Bereich der P-U-Kennlinie aufweisen muss, damit die Prüfung ihn als Leistungsplateau interpretiert. Vorteilhafterweise weist das Spannungsfenster eine Breite von mindestens 20 V oder 2% einer Leerlauf-Spannung des PV-Generators, bevorzugt von mindestens 40 V oder 4% einer Leerlauf-Spannung des PV-Generators und, besonders bevorzugt von mindestens 60 V oder 6% einer Leerlauf-Spannung des PV-Generators auf. Das vorgegebene Leistungsfenster ΔP weist vorteilhafterweise eine Breite von maximal 75 W oder 1,5% einer Nennleistung des PV-Generators, bevorzugt von maximal 50 W oder 1,0% einer Nennleistung des PV-Generators und besonders bevorzugt von maximal 30 W oder 0,6% einer Nennleistung des PV-Generators auf.
In a further embodiment of the method with repeatedly performed method steps at a plurality of operating points, the test is performed on a power plateau of the PU characteristic, at least taking into account one of the following criteria K 1 . K 2 :
  • K 1 According to the first criterion, the existence of a power plateau is inferred when an amount of a voltage-related power change | ΔP / ΔU | = | (P k -P i ) / (U k -U i ) | for the majority of work points A i . A k with different generator voltages U k . U i falls below a predetermined threshold S> 0 within the specified voltage window. Optionally, it may be required that the amount of the voltage-related power change | ΔP / ΔU | = | (P k -P i ) / (U k -U i ) | for all operating points A i , A k with different generator voltages U k , U i falls below the predetermined threshold S within the predetermined voltage window.
  • K 2 According to the second criterion, the existence of a power plateau is concluded when the plurality of operating points A i within the given voltage window each power values P i ( U i ) which are within a predetermined power window ΔP. Optionally, it may be more stringent that a performance plateau is only available if all operating points A i within the given voltage window each power values P i ( U i ) which are within a predetermined power window ΔP. For both criteria K 1 . K 2 is set over the predetermined voltage window, which voltage extension must have a lying within the power window .DELTA.P range of the PU characteristic, so that the test interprets him as a power plateau. Advantageously, the voltage window has a width of at least 20 V or 2% of an open circuit voltage of the PV generator, preferably of at least 40 V or 4% of an open circuit voltage of the PV generator and, more preferably, of at least 60 V or 6% Open circuit voltage of the PV generator. The predetermined power window ΔP advantageously has a maximum width of 75 W or 1.5% of a nominal power of the PV generator, preferably of at most 50 W or 1.0% of a rated power of the PV generator and particularly preferably of a maximum of 30 W or 0, 6% of a rated power of the PV generator.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens berücksichtigt der unter einem Gesichtspunkt schonendere Betrieb des PV-Wechselrichters und/oder dessen Komponenten zumindest eine der folgenden Randbedingungen:

  • - eine Abnahme einer Generatorspannung U innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereiches,
  • - eine Abnahme eines Generatorstromes I innerhalb eines vorgegebenen Strombereiches,
  • - eine Zunahme eines Wirkungsgrades des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage,
  • - eine Abnahme einer Verlustleistung des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage, und
  • - eine Abnahme der Beanspruchung beziehungsweise eine Maximierung der Lebensdauer des PV-Wechselrichters, dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage.
Für jede der Randbedingungen lässt sich eine Generatorspannung U als Zielwert festlegen. Für den Fall, dass ein Leistungsplateau identifiziert wird, wird der neue Arbeitspunkt Aneu so gewählt, dass mit dem neuen Arbeitspunkt Aneu eine sukzessive Annäherung an den Zielwert der Generatorspannung U - gegebenenfalls sogar dessen Erreichen - verbunden ist. Dabei kann die dem Zielwert entsprechende Generatorspannung U, die dem unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters zugeordnet ist, oder die einen Sollwert darstellt, bei der der Wechselrichter und/oder dessen Komponenten besonders schonend betrieben werden, fest vorgegeben sein. Alternativ dazu kann der Zielwert der Generatorspannung U jedoch auch erst im laufenden Betrieb des PV-Wechselrichters ermittelt werden.In a further embodiment of the method, the operation of the PV inverter and / or its components, which is gentler from a viewpoint, takes into account at least one of the following boundary conditions:
  • - a decrease of a generator voltage U within a predetermined voltage range,
  • a decrease of a generator current I within a predetermined current range,
  • an increase in the efficiency of the PV inverter, its components and / or other components of the PV system,
  • - A decrease in the power loss of the PV inverter, its components and / or other components of the PV system, and
  • - A decrease in the load or maximize the life of the PV inverter, its components and / or other components of the PV system.
For each of the boundary conditions, a generator voltage U can be set as the target value. In the event that a performance plateau is identified, the new operating point Aneu is chosen so that with the new operating point A new a successive approximation to the target value of the generator voltage U - possibly even reaching it - is connected. In this case, the generator voltage corresponding to the target value U, which is assigned to the gentler from a viewpoint operation of the PV inverter, or which represents a target value at which the inverter and / or its components are operated particularly gently, be fixed. Alternatively, however, the target value of the generator voltage U can also be determined only during ongoing operation of the PV inverter.

Es ist bekannt, dass ein einem PV-Modul zugeordneter DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer eine Ausbildung eines Leistungsplateaus in einem Bereich der P-U-Kennlinie begünstigt. Üblicherweise ist das Leistungsplateau umso stärker ausgebildet, je mehr DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer einzelner PV-Module in dem PV-Generator vorhanden sind. Wünschenswert ist daher, für den Fall, dass ein Leistungsplateau innerhalb der P-U-Kennlinie identifiziert wird, gegen zu prüfen, ob auch DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer in dem PV-Generator vorhanden sind, die das identifizierte Leistungsplateau erzeugen. In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt dann, wenn gemäß der Prüfung ein Leistungsplateau vorliegt, zusätzlich eine Plausibilisierung des Leistungsplateaus mittels einer relativ zu einer voreingestellten Tracking-Geschwindigkeit des PV-Wechselrichters veränderten Tracking-Geschwindigkeit. Insbesondere erfolgt die Plausibilisierung mittels eines Kennlinien-Sweeps über einen Bereich der Generatorspannung U. Dabei wird eine über den Kennlinien-Sweep ermittelte P-U-Kennlinie mit der P-U-Kennlinie verglichen, die sich auf Basis diskreter Änderungen der Generatorspannung U unter Berücksichtigung der (voreingestellten) Tracking-Schrittweite ΔU und unter Verwendung der voreingestellten Tracking-Geschwindigkeit ergibt. In Abhängigkeit des Vergleiches wird dann auf eine Existenz eines einem PV-Modul zugeordneten DC/DC-Wandlers als Leistungsoptimierer innerhalb des PV-Generators geschlossen. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass ein DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer stets eine gewisse Reaktionszeit benötigt, um auf eine Regelabweichung, z.B. eine Änderung der Generatorspannung U, zu reagieren. Erfolgt die Regelabweichung schneller als die Reaktionszeit des Leistungsoptimierers, so kann sich ein neuer Gleichgewichtszustand des Leistungsoptimierers nicht einstellen. Als Ergebnis beobachtet man eine von der Tracking-Geschwindigkeit abhängige P-U-Kennlinie. Ein Kennlinien-Sweep im Sinne der Erfindung weist eine hohe zeitliche Änderungsrate dU/dt der Generatorspannung U auf und entspricht damit einer hohen Tracking-Geschwindigkeit, bei der der Leistungsoptimierer nicht, oder nur bedingt auf eine sich ändernde Generatorspannung U reagieren kann. Die Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1 , A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators, der den unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters und/oder dessen Komponenten aufweist, erfolgt nur dann, wenn auf die Existenz eines dem PV-Modul zugeordneten DC/DC-Wandlers als Leistungsoptimierer geschlossen wird. Oftmals ist nur dann von einem Leistungsplateau LP auszugehen, das über einen längeren Zeitraum existiert, der ein Einleiten eines schonenderen Betriebes des PV-Wechselrichters rechtfertigt.It is known that a DC / DC converter assigned to a PV module, as a power optimizer, promotes formation of a power plateau in a region of the PU characteristic. Usually, the more DC / DC converters are present as power optimizers of individual PV modules in the PV generator, the more the power plateau is formed. It is therefore desirable, in the event that a power plateau is identified within the PU characteristic, to test whether DC / DC converters are also present as power optimizers in the PV generator that generate the identified power plateau. In one embodiment of the method, if a power plateau is present according to the test, a plausibility check of the power plateau additionally takes place by means of a tracking speed which is changed relative to a preset tracking speed of the PV inverter. In particular, the plausibility check is carried out by means of a characteristic sweep over a range of the generator voltage U , A PU characteristic determined via the characteristic sweep is compared with the PU characteristic, which is based on discrete changes in the generator voltage U taking into account the (pre-set) tracking increment .DELTA.U and using the preset tracking speed. Depending on the comparison, an existence of a DC / DC converter assigned to a PV module is then concluded as a power optimizer within the PV generator. In this case, the effect is exploited that a DC / DC converter as a power optimizer always requires a certain reaction time to respond to a control deviation, such as a change in the generator voltage U. If the control deviation occurs faster than the response time of the power optimizer, a new equilibrium state of the power optimizer can not be established. As a result, one observes a tracking-dependent PU characteristic. A characteristic sweep within the meaning of the invention has a high rate of change dU / dt of the generator voltage U on and thus corresponds to a high tracking speed at which the power optimizer is not, or only conditionally to a changing generator voltage U can react. The choice of the operating point A 1 . A 2 The new operating point Aneu of the PV generator, which has the operation of the PV inverter and / or its components which is gentler from a viewpoint, takes place only if the existence of a DC / DC converter assigned to the PV module is concluded as a power optimizer , Often only from a power plateau LP which exists over a longer period of time, justifying the initiation of a gentler operation of the PV inverter.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt dann, wenn gemäß der Prüfung ein Leistungsplateau vorliegt, eine Vergrößerung der Tracking-Schrittweite ΔU. Die Vergrößerung kann um mehr als das 3-fache, mehr als das 6-fache, insbesondere mehr als das 9-fache der ursprünglichen Tracking-Schrittweite ΔU betragen. Mit der vergrößerten Tracking-Schrittweite ΔU' kann rasch eine Ausdehnung des dem Leistungsplateau zugeordneten Spannungsbereiches, insbesondere dessen obere Umax und/oder untere Spannungsgrenze Umin abgeschätzt bzw. ermittelt werden. Die Abschätzung erfolgt deutlich schneller, als dies unter Verwendung der voreingestellten Tracking-Schrittweite ΔU - mit einem üblicherweise eher geringem Spannungswert - möglich wäre. Zusätzlich zu dem vorgenannten Zweck führt die Vergrößerung der voreingestellten Tracking-Schrittweite ΔU auch zu einer besseren Auflösung bei dem Vergleich der ersten P1 mit der zweiten elektrischen Leistung P2 . So kann bei großen Änderungen zwischen der ersten P1 und der zweiten elektrischen Leistung P2 eine relativ zur voreingestellten Tracking-Schrittweite ΔU kleinere Tracking-Schrittweite ΔU' und bei kleinen Änderungen eine relativ zur voreingestellten Tracking-Schrittweite ΔU größere Tracking-Schrittweite ΔU' gewählt werden. Prinzipiell muss die vergrößerte Tracking-Schrittweite ΔU' nicht ständig als vergrößerte Tracking-Schrittweite ΔU' vorliegen. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die vergrößerte Tracking-Schrittweite ΔU' nur über einen begrenzten Zeitraum vorliegt, und in einem sich anschließenden Zeitraum wieder auf die ursprüngliche bzw. voreingestellte Tracking-Schrittweite ΔU zurückgesetzt wird, gegebenenfalls sogar relativ dazu verkleinert wird.In a further embodiment of the method, if, according to the test, a power plateau is present, the tracking step size ΔU is increased. The magnification may be more than 3 times, more than 6 times, in particular more than 9 times the original tracking increment .DELTA.U. With the increased tracking step size .DELTA.U ', an expansion of the voltage range assigned to the power plateau, in particular its upper Umax and / or lower voltage limit Umin, can be estimated or determined rapidly. The estimation is much faster than would be possible using the preset tracking increment .DELTA.U - with a usually rather low voltage value. In addition to the above purpose, increasing the preset tracking pitch ΔU also results in better resolution in the comparison of the first one P 1 with the second electric power P 2 , So can be great changes between the first P 1 and the second electric power P 2 a smaller tracking increment .DELTA.U 'relative to the preset tracking increment .DELTA.U, and a larger tracking increment .DELTA.U' relative to the preset tracking increment .DELTA.U for small changes. In principle, the enlarged tracking Step size .DELTA.U 'not constantly available as an enlarged tracking step size .DELTA.U'. Rather, it is sufficient if the increased tracking increment .DELTA.U 'is present only over a limited period of time, and is reset in a subsequent period back to the original or preset tracking step size .DELTA.U, possibly even reduced relative thereto.

Ein erfindungsgemäßer PV - Wechselrichter, der das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, beinhaltet

  • - einen DC-Eingang zum Anschluss eines PV-Generators, der eine Reihenschaltung von PV-Modulen umfasst,
  • - einen AC-Ausgang zum Anschluss des PV-Wechselrichters an ein Energieversorgungsnetz,
  • - einen DC/AC-Wandler zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom,
  • - ein Messgerät zur Bestimmung einer dem PV-Generator entnommenen Leistung P, und
  • - eine Steuerung. Dabei ist die Steuerung in Verbindung mit dem Messgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Es ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile.
A PV inverter according to the invention which carries out the method according to the invention comprises
  • a DC input for connection of a PV generator comprising a series connection of PV modules,
  • an AC output for connection of the PV inverter to a power supply network,
  • a DC / AC converter for converting direct current into alternating current,
  • a measuring device for determining a power P, taken from the PV generator, and
  • - a controller. The control is designed in conjunction with the measuring device for carrying out the method according to the invention. This results in the advantages already explained in connection with the method according to the invention.

In einer Ausführungsform des PV - Wechselrichters ist der PV-Wechselrichter als einstufiger PV-Wechselrichter ausgebildet und ausgelegt, eine Generatorspannung U des PV-Generators, z.B. über eine entsprechende Ansteuerung des DC/AC Wandlers, zu variieren. In einer alternativen Ausführungsform ist der PV-Wechselrichter als mehrstufiger, insbesondere als zweistufiger PV-Wechselrichter mit einem dem DC/AC-Wandler vorgeschalteten DC/DC-Wandler ausgebildet. Dabei ist der zweistufige PV-Wechselrichter ausgelegt, eine Generatorspannung U des PV-Generators über eine entsprechende Ansteuerung des DC/DC - Wandlers zu variieren. Unabhängig davon, ob es sich um einen einstufigen oder einen mehrstufigen PV-Wechselrichter handelt, kann der PV-Wechselrichter als einphasiger oder mehrphasiger, insbesondere dreiphasiger PV-Wechselrichter ausgebildet sein.In one embodiment of the PV inverter, the PV inverter is designed as a single-stage PV inverter and is designed to generate a generator voltage U of the PV generator, e.g. via a corresponding control of the DC / AC converter, to vary. In an alternative embodiment, the PV inverter is designed as a multi-stage, in particular as a two-stage PV inverter with a DC / DC converter upstream of the DC / AC converter. In this case, the two-stage PV inverter is designed to vary a generator voltage U of the PV generator via a corresponding control of the DC / DC converter. Regardless of whether it is a single-stage or multi-stage PV inverter, the PV inverter can be designed as a single-phase or multi-phase, in particular three-phase PV inverter.

Eine erfindungsgemäße PV - Anlage umfasst

  • - einen PV-Generator mit einer Reihenschaltung von PV-Modulen, und
  • - einen eingangsseitig mit dem PV-Generator und ausgangsseitig mit einem Energieversorgungsnetz verbundenen erfindungsgemäßen PV - Wechselrichter. Bei dem PV-Generator kann es sich insbesondere um einen PV-String mit einer Reihenschaltung von PV-Modulen handeln. Alternativ dazu kann der PV-Generator jedoch auch eine Parallelschaltung mehrerer PV-Strings aufweisen, wobei jeder PV-String eine Reihenschaltung von PV-Modulen umfasst. Auch hier ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile.
A PV system according to the invention comprises
  • - a PV generator with a series connection of PV modules, and
  • - An input side of the PV generator and the output side connected to a power grid according to the invention PV inverter. In particular, the PV generator can be a PV string with a series connection of PV modules. Alternatively, however, the PV generator may also comprise a parallel connection of multiple PV strings, each PV string comprising a series connection of PV modules. Here too, the advantages already explained in connection with the method according to the invention result.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen PV-Anlage weist der PV-Generator zumindest ein PV-Modul mit einem dem PV-Modul zugeordneten DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer auf. In einer weiteren Ausführungsform der PV-Anlage weisen mehrere PV-Module, optional alle PV-Module des PV-Generators, einen dem jeweiligen PV-Modul zugeordneten DC/DC-Wandler als Leistungsoptimierer auf.According to one embodiment of the PV system according to the invention, the PV generator has at least one PV module with a DC / DC converter assigned to the PV module as a power optimizer. In a further embodiment of the PV system, a plurality of PV modules, optionally all PV modules of the PV generator, have a DC / DC converter assigned to the respective PV module as a power optimizer.

Figurenlistelist of figures

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 Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit der PV - Anlage aus 1 durchgeführt werden kann;
  • 3a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer P-U-Kennlinie ohne Leistungsplateau; und
  • 3b zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer P-U-Kennlinie mit einem Leistungsplateau
In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
  • 1 shows an embodiment of a PV system according to the invention;
  • 2 FIG. 2 shows a flowchart of an embodiment of the method according to the invention that is compatible with the PV system 1 can be carried out;
  • 3a shows a schematic representation of the inventive method using the example of a PU characteristic without power plateau; and
  • 3b shows a schematic representation of the method according to the invention using the example of a PU characteristic with a power plateau

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen PV-Anlage 1 mit einem PV-Generator 2 und einem PV-Wechselrichter 5, dessen DC-Eingang 5.3 mit dem PV-Generator 2 verbunden ist. Der PV-Generator 2 umfasst einen PV-String mit einer Reihenschaltung von PV-Modulen 3. Eines der PV-Module 3 weist einen dem PV-Modul 3 zugeordneten DC/DC-Wandler 4 als Leistungsoptimierer auf, der mit seinem Eingang 4.1 mit dem entsprechenden PV-Modul 3 und mit seinem Ausgang 4.2 mit den restlichen PV-Modulen 3 der Reihenschaltung verbunden ist. Der PV-Wechselrichter 5 ist exemplarisch als zweistufiger PV-Wechselrichter mit einem DC/DC-Wandler 5.2 und einem daran angeschlossenen DC/AC-Wandler 5.1 ausgebildet. Ein AC-Ausgang 5.4 des PV-Wechselrichters 5 ist zur Einspeisung von elektrischer Leistung an ein Energieversorgungsnetz 7 angeschlossen. Der PV-Wechselrichter 5 umfasst ein Messgerät 6 zur Bestimmung von elektrischen Parametern des PV-Generators 2, beispielsweise einer Generatorspannung U, eines Generatorstroms I und/oder einer Leistung P des PV-Generators 2. Der PV-Wechselrichter 5 wird über eine Steuereinheit 8, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist, gesteuert. Die Steuereinheit 8 ist zum Empfang von Messdaten mit dem Messgerätes 6 verbunden. Die Steuereinheit 8 kann als separate Steuereinheit 8 der PV-Anlage 1 vorliegen. Alternativ dazu kann sie jedoch auch in dem PV-Wechselrichter 5 angeordnet sein, und dort optional als Teil einer ohnehin in dem PV-Wechselrichter 5 vorhandenen Steuerung ausgebildet sein. Die Steuerung 8 kann zu Steuerungs- und/oder Kommunikationszwecken mit dem als Leistungsoptimierer operierenden DC/DC-Wandlers 4 verbunden sein, was durch die gestrichelte Linie in 1 dargestellt ist. Eine entsprechende Verbindung zwischen Steuereinheit 8 und dem DC/DC-Wandler 4 als Leistungsoptimierer ist jedoch nicht zwingend. 1 shows an embodiment of the PV system according to the invention 1 with a PV generator 2 and a PV inverter 5 whose DC input 5.3 with the PV generator 2 connected is. The PV generator 2 includes a PV string with a series connection of PV modules 3 , One of the PV modules 3 has a PV module 3 assigned DC / DC converter 4 as a power optimizer, with its input 4.1 with the corresponding PV module 3 and with his exit 4.2 with the remaining PV modules 3 the series circuit is connected. The PV inverter 5 is an example as a two-stage PV inverter with a DC / DC converter 5.2 and a connected DC / AC converter 5.1 educated. An AC output 5.4 of the PV inverter 5 is for feeding electrical power to a power grid 7 connected. The PV inverter 5 includes a meter 6 for determining electrical parameters of the PV generator 2 . for example, a generator voltage U , a generator current I and / or a power P of the PV generator 2 , The PV inverter 5 is via a control unit 8th , which is designed for carrying out the method according to the invention, controlled. The control unit 8th is for receiving measurement data with the measuring device 6 connected. The control unit 8th can as a separate control unit 8th the PV system 1 available. Alternatively, however, it may also be in the PV inverter 5 be arranged, and there optionally as part of a anyway in the PV inverter 5 be formed existing controller. The control 8th may for control and / or communication purposes with the operating as a power optimizer DC / DC converter 4 be connected, which is indicated by the dashed line in 1 is shown. A corresponding connection between the control unit 8th and the DC / DC converter 4 as a power optimizer is not mandatory.

Der PV-Wechselrichter 5 ist in 1 durch die drei illustrierten Querstriche in der Verbindungsleitung zwischen dem AC-Ausgang 5.4 und dem Energieversorgungsnetz 7 exemplarisch als dreiphasiger PV-Wechselrichter 5 dargestellt. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass der PV-Wechselrichter 5 einen AC-Ausgang 5.4 mit einer anderen Phasenanzahl aufweist. Beispielsweise kann der PV-Wechselrichter 5 einphasig ausgebildet sein. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und für die erfindungsgemäße PV-Anlage 1 ist es prinzipiell unerheblich, welche Ursache ein Leistungsplateau LP innerhalb der P-U-Kennlinie hat. Daher ist es auch nicht zwingend erforderlich, dass die PV-Anlage 1 überhaupt ein PV-Modul 3 mit einem dem PV-Modul 3 zugeordneten DC/DC-Wandler 4 als Leistungsoptimierer aufweist. Alternativ können anstelle des in 1 illustrierten einzelnen PV-Moduls 3 auch mehrere, optional alle PV-Module 3 des PV-Generators 2 einen DC/DC-Wandler 4 als Leistungsoptimierer aufweisen.The PV inverter 5 is in 1 through the three illustrated cross lines in the connecting line between the AC output 5.4 and the power grid 7 exemplary as a three-phase PV inverter 5 shown. Alternatively, however, it is also possible that the PV inverter 5 an AC output 5.4 having a different number of phases. For example, the PV inverter 5 be formed single phase. For carrying out the method according to the invention and for the PV system according to the invention 1 It is basically irrelevant which cause a Leistungsplateau LP within the PU characteristic. Therefore, it is also not mandatory that the PV system 1 even a PV module 3 with a the PV module 3 assigned DC / DC converter 4 as a power optimizer. Alternatively, instead of the in 1 illustrated single PV module 3 also several, optionally all PV modules 3 of the PV generator 2 a DC / DC converter 4 as a power optimizer.

In 2 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ausgangspunkt ist eine Situation, bei der der PV-Generator 2 der PV-Anlage 1 in einem aktuellen Arbeitspunkt A1 mit einer ersten Generatorspannung U1 und einem ersten Generatorstrom I1 betrieben wird. In einem ersten Schritt S1 wird eine dem PV-Generator 2 in dem aktuellen Arbeitspunkt A1 entnommene erste Leistung P1 bestimmt. In einem darauffolgenden zweiten Schritt S2 wechselt der PV-Generator 2 von dem aktuellen Arbeitspunkt A1 in einen zweiten Arbeitspunkt A2 , der durch eine zweite Generatorspannung U2 und einen zweiten Generatorstrom I2 gekennzeichnet ist. In einem dritten Schritt S3 wird eine dem zweiten Arbeitspunkt A2 zugeordnete zweite Leistung P2 bestimmt. In einem darauffolgenden vierten Schritt S4 wird durch einen Vergleich der ersten P1 mit der zweiten Leistung P2 , gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung weiterer zuvor bestimmter Leistungen Pi (mit i>2) von vorangegangenen Arbeitspunkte Ai (mit i>2), überprüft, ob von einem Leistungsplateau LP innerhalb der P-U-Kennlinie des PV Generators 2 auszugehen ist. Für den Fall, dass gemäß der Prüfung kein Leistungsplateau LP der P-U-Kennlinie vorliegt, wechselt das Verfahren zu einem fünften Schritt S5, bei dem der neue Arbeitspunkt Aneu gewählt wird. Dabei entspricht der neue Arbeitspunkt Aneu demjenigen Arbeitspunkt A1 , A2 dessen Leistung P1 , P2 gegenüber dem jeweils anderen einen größeren Wert aufweist. In einem sechsten Schritt S6 wird der PV-Generator 2 mit dem neuen Arbeitspunkt Aneu als aktueller Arbeitspunkt A1 betrieben und das Verfahren verzweigt zurück auf den ersten Schritt S1, bei dem erneut in dem aktuellen Arbeitspunkt A1 die diesem Arbeitspunkt A1 zugeordnete erste Leistung P1 bestimmt wird.In 2 a flow chart of an embodiment of the method according to the invention is shown. Starting point is a situation where the PV generator 2 the PV system 1 in a current operating point A 1 with a first generator voltage U 1 and a first generator current I 1 is operated. In a first step S1 becomes a PV generator 2 in the current operating point A 1 taken first performance P 1 certainly. In a subsequent second step S2 the PV generator changes 2 from the current operating point A 1 in a second operating point A 2 by a second generator voltage U 2 and a second generator current I 2 is marked. In a third step S3 becomes a second working point A 2 associated second service P 2 certainly. In a subsequent fourth step S4 is by comparing the first P 1 with the second performance P 2 , If appropriate, taking into account further previously determined services P i (with i> 2) from previous operating points Ai (with i> 2), checks whether from a performance plateau LP within the PU characteristic of the PV generator 2 is to go out. In the event that according to the examination no Leistungsplateau LP If the PU characteristic is present, the method changes to a fifth step S5 in which the new operating point Aneu is selected. The new operating point corresponds to this A new the working point A 1 . A 2 its performance P 1 . P 2 has a greater value relative to the other. In a sixth step S6 becomes the PV generator 2 with the new operating point Aneu as the current operating point A 1 operated and the process branches back to the first step S1 in which again in the current operating point A 1 the this working point A 1 assigned first performance P 1 is determined.

Für den Fall, dass gemäß der Prüfung in dem vierten Schritt S4 von einem Leistungsplateau der P-U-Kennlinie auszugehen ist, verzweigt das Verfahren in einen optionalen siebten Schritt S7, bei dem eine Plausibilisierung des Leistungsplateaus erfolgt. Dabei kann die Plausibilisierung überprüfen, ob der PV-Generator 2 PV-Module 3 aufweist, denen ein DC/DC-Wandler 4 als Leistungsoptimierer zugeordnet ist. Wie voranstehend erläutert, kann die Plausibilisierung über einen Kennlinien-Sweep zumindest eines Bereiches der P-U-Kennlinie mit relativ zur voreingestellten Tracking-Geschwindigkeit erhöhter Änderungsrate dU/dt der Generatorspannung U erfolgen. In einem optionalen achten Schritt S8 wird überprüft, ob die durchgeführte Plausibilisierung eine Existenz von DC/DC-Wandlern 4 als Leistungsoptimierer innerhalb des PV-Generators 2 bestätigt. Ist dies nicht der Fall, so kann davon ausgegangen werden, dass das im vierten Schritt S4 identifizierte Leistungsplateau LP einer während des Verfahrens erfolgten Einstrahlungsänderung zuzuordnen ist und real nicht, zumindest jedoch nicht über einen längeren Zeitraum vorliegt. In diesem Fall ist es sinnvoll, mit einer auf eine Leistungsmaximierung gerichteten Auswahl des neuen Arbeitspunktes Aneu fortzufahren und das Verfahren verzweigt zum fünften Schritt S5. Ist hingegen aufgrund der Plausibilisierung im achten Schritt S8 von einer Existenz von DC/DC-Wandlern 4 als Leistungsoptimierer innerhalb des PV-Generators 2 auszugehen, so schließt sich ein neunter Schritt S9 an, bei dem die Auswahl des neuen Arbeitspunktes Aneu aus dem aktuellen A1 und dem zweiten Arbeitspunkt A2 basierend auf einem unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters 5 dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage ausgewählt wird. Ziel ist es dabei, die Generatorspannung U einem vorgegebenen oder während des Verfahrens ermittelten Zielwert anzunähern, der den schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters 5 kennzeichnet. Beispielsweise kann damit eine Verringerung der Generatorspannung U verbunden sein, um Brückenschalter des PV-Wechselrichters 5 weniger stark zu beanspruchen. Alternativ kann der neue Arbeitspunkt Aneu so gewählt werden, dass mit der Auswahl eine Abnahme des Generatorstroms I verbunden ist, beispielsweise um eine Strombelastung von Komponenten des PV-Wechselrichters 5 zu reduzieren. Weiterhin kann die Auswahl des neuen Arbeitspunktes Aneu unter Berücksichtigung einer verringerten Verlustleistung Ploss oder einer Vergrößerung der Lebensdauer Tleb des PV-Wechselrichters 5 und/oder dessen Komponenten gewählt werden. In einem darauffolgenden zehnten Schritt S10 wird der PV-Generator 2 in dem neuen Arbeitspunkt Aneu als aktueller Arbeitspunkt A1 betrieben und das Verfahren verzweigt zurück zum ersten Schritt S1, bei dem wiederholt die erste Leistung P1 bestimmt wird, die dem PV-Generator 2 im (nun geänderten) aktuellen Arbeitspunkt A1 entnommen wird.In the event that according to the test in the fourth step S4 from a performance plateau of the PU characteristic, the process branches to an optional seventh step S7 , in which a plausibility check of the power plateau takes place. The plausibility check can check if the PV generator 2 PV modules 3 comprising a DC / DC converter 4 is assigned as a power optimizer. As explained above, the plausibility check can take place via a characteristic sweep of at least one region of the PU characteristic curve with an increased rate of change dU / dt of the generator voltage U relative to the preset tracking speed. In an optional eighth step S8 It checks whether the plausibility check carried out is an existence of DC / DC converters 4 as a power optimizer within the PV generator 2 approved. If this is not the case, it can be assumed that in the fourth step S4 identified performance plateau LP attributable to a radiation change made during the process and is not real, or at least not present over a longer period of time. In this case, it makes sense to continue with a selection of the new operating point Aneu aimed at maximizing the performance, and the method branches off to the fifth step S5 , On the other hand, it is in the eighth step due to the plausibility check S8 from an existence of DC / DC converters 4 as a power optimizer within the PV generator 2 to go out, then closes a ninth step S9 at which the selection of the new operating point A new from the current one A 1 and the second operating point A 2 based on a more gentle operation of the PV inverter 5 whose components and / or other components of the PV system are selected. The goal here is the generator voltage U to approximate a predetermined or determined during the process target value, the gentler operation of the PV inverter 5 features. For example, this can reduce the generator voltage U be connected to bridge switch of the PV inverter 5 less demanding. Alternatively, the new operating point Aneu can be chosen so that with the selection of a decrease in the generator current I For example, a current load of components of the PV inverter 5 to reduce. Furthermore, the selection of the new operating point Aneu, taking into account a reduced power loss P loss or an increase in the lifetime T live of the PV inverter 5 and / or its components are selected. In a subsequent tenth step S10 becomes the PV generator 2 in the new working point Aneu as current working point A 1 operated and the process branches back to the first step S1 in which repeatedly the first performance P 1 it is determined that the PV generator 2 in the (now changed) current operating point A 1 is removed.

Die Plausibilisierung im siebten Schritt S7 und deren Überprüfung im achten Schritt S8 sind optionale Schritte, die nicht zwingend erfolgen müssen. Dies ist in 1 durch eine gestrichelte Darstellung der den Verfahrensschritten S7, S8 zugeordneten Diagramm-Elemente illustriert. In einer Ausführungsform des Verfahrens, bei der eine Plausibilisierung nicht erfolgt, verzweigt der vierte Schritt S4 entweder zum fünften Schritt S5 oder direkt zum neunten Schritt S9. Alternativ oder kumulativ zu der Plausibilisierung im siebten S7 und achten Schritt S8 kann zwischen dem vierten S4 und dem neunten Schritt S9 eine Ausdehnung des Leistungsplateaus LP über eine Erhöhung der voreingestellten Tracking-Schrittweite ΔU ermittelt werden (in 2 nicht dargestellt). Der erste Arbeitspunkt A1 kann dann an einem Ende des Leistungsplateaus LP platziert ist. Es ist auch möglich, dass beide Arbeitspunkte A1 und A2 dann an den Enden des Leistungsplateaus LP platziert sind.The plausibility check in the seventh step S7 and their review in the eighth step S8 are optional steps that do not necessarily have to be done. This is in 1 by a dashed representation of the process steps S7 . S8 illustrated diagram elements illustrated. In an embodiment of the method in which a plausibility check does not occur, the fourth step branches S4 either to the fifth step S5 or directly to the ninth step S9 , Alternatively or cumulatively to the plausibility check in the seventh S7 and eighth step S8 can be between the fourth S4 and the ninth step S9 an extension of the power plateau LP be ascertained by an increase in the preset tracking increment .DELTA.U (in 2 not shown). The first working point A 1 can then be at one end of the power plateau LP is placed. It is also possible that both working points A 1 and A 2 then at the ends of the power plateau LP are placed.

3a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer P-U-Kennlinie 31, die kein Leistungsplateau LP, stattdessen aber einen MPP Arbeitspunkt AMPP maximaler Leistung PMPP bei einer Generatorspannung UMPP aufweist. Eine derartige P-U-Kennlinie 31 liegt beispielsweise dann vor, wenn der PV-Generator 2 der PV-Anlage 1 eine homogene Einstrahlung über jedes seiner PV-Module 3 erfährt, und lediglich maximal eines oder wenige PV-Module 3 einen DC/DC-Wandler 4 als Leistungsoptimierer aufweisen. Ausgangspunkt ist ein aktueller Arbeitspunkt A1 des PV-Generators 2 bei einer ersten Generatorspannung U1 und einer ersten Leistung P1 . Nach Bestimmung der ersten Leistung P1 im aktuellen Arbeitspunkt A1 wechselt der PV-Generator 2 in einen zweiten Arbeitspunkt A2 , bei dem nun eine dem zweiten Arbeitspunkt A2 zugeordnete zweite Leistung P2 bestimmt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren prüft mittels eines Vergleichs der ersten P1 und der zweiten Leistung P2 - gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung weiterer Leistungswerte Pi vorangegangener Arbeitspunkten Ai - ob die P-U-Kennlinie 31 ein Leistungsplateau LP aufweist. Die Prüfung kommt hier zu dem Ergebnis, dass kein Leistungsplateau in der P-U-Kennlinie 31 identifiziert wird. Folglich wird die Auswahl des neuen Arbeitspunktes Aneu mit dem Ziel einer Vergrößerung der dem PV-Generator 2 entnommenen elektrischen Leistung P getroffen und es wird der zweite Arbeitspunkt A2 als neuer Arbeitspunkt Aneu ausgewählt. Der PV-Generator 2 wird somit in dem neuen Arbeitspunkt Aneu betrieben, der zukünftig den aktuellen Arbeitspunkt A1 des PV-Generators darstellt. Die Verfahrensschritte werden nun mit dem (gerade geänderten) aktuellen Arbeitspunkt A1 wiederholt durchlaufen. Dabei wird eine Tracking-Richtung des vorherigen Durchlaufs beibehalten, da im letzten Durchgang der zweite Arbeitspunkt A2 als neuer Arbeitspunt Aneu ausgewählt wurde. Entsprechend resultiert im wiederholten Durchlauf nun ein (neuer) zweiter Arbeitspunkt mit weiter verringerter Generatorspannung U<U2 . Auch in dem wiederholten Durchlauf erkennt das Verfahren, dass die P-U-Kennlinie 31 kein Leistungsplateau LP aufweist und wird die Auswahl des neuen Arbeitspunktes unter Berücksichtigung einer Leistungsmaximierung treffen. Folglich wird sich der Arbeitspunkt Ai des PV-Generators 2 sukzessive in Richtung des MPP Arbeitspunktes AMPP mit maximaler Leistung PMPP annähern, wie dies auch bei herkömmlichen MPP-Tracking-Verfahren der Fall ist. 3a shows a schematic representation of the method according to the invention using the example of a PU characteristic 31, the no Leistungsplateau LP but instead an MPP operating point A MPP maximum power P MPP at a generator voltage U MPP having. Such a PU characteristic curve 31 is present, for example, when the PV generator 2 the PV system 1 homogeneous radiation through each of its PV modules 3 learns, and only a maximum of one or a few PV modules 3 a DC / DC converter 4 as a power optimizer. The starting point is a current working point A 1 of the PV generator 2 at a first generator voltage U 1 and a first performance P 1 , After determination of the first performance P 1 in the current operating point A 1 the PV generator changes 2 in a second operating point A 2 , in which now one the second operating point A 2 associated second service P 2 is determined. The method according to the invention checks by means of a comparison of the first P 1 and the second performance P 2 - If appropriate, taking into account further power values P i previous operating points A i - if the PU characteristic 31 is a Leistungsplateau LP having. The test comes to the result that no performance plateau in the PU characteristic 31 is identified. Consequently, the selection of the new operating point Aneu with the aim of enlarging the PV generator 2 taken from electrical power P and it becomes the second operating point A 2 selected as the new operating point Aneu. The PV generator 2 is thus operated in the new operating point Aneu, the future operating point A 1 of the PV generator represents. The process steps are now with the (just changed) current operating point A 1 go through repeatedly. In this case, a tracking direction of the previous pass is maintained, as in the last pass the second operating point A 2 as a new workspot A new was selected. Correspondingly, in the repeated pass, a (new) second operating point with further reduced generator voltage U < U 2 , Even in the repeated pass, the method recognizes that the PU characteristic 31 has no power plateau LP and will make the selection of the new operating point taking into account a power maximization. As a result, the operating point A i of the PV generator becomes 2 successively in the direction of the MPP operating point A MPP with maximum power P MPP approach, as is the case with conventional MPP tracking methods.

3b zeigt den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahren am Beispiel einer P-U-Kennlinie 32, die im Gegensatz zur P-U-Kennlinie 31 aus 3a nun jedoch ein Leistungsplateau LP aufweist. Ein derartiges Leistungsplateau LP kann sich bei einer (Teil-)Verschattung des PV-Generators 2 der PV-Anlage 1 aus 1 aufgrund der als Leistungsoptimierer operierenden DC/DC-Wandler 4 an den PV-Modulen 3 ausprägen. Das Leistungsplateau ist in 3b besonders stark ausgeprägt, z.B. weil jedem PV-Modul 3 des PV-Generators 2 ein entsprechender DC/DC-Wandler 4 zugeordnet ist. Auch eine Verwendung unterschiedlicher Typen von PV-Modulen 3 innerhalb des PV-Generators 2 kann jedoch eine Ausprägung eines Leistungsplateaus LP innerhalb der P-U-Kennlinie 32 hervorrufen bzw. ein bestehendes Leistungsplateau LP verstärken. Das Leistungsplateau LP der P-U-Kennlinie 32 erstreckt sich zwischen einer minimalen Umin und einer maximalen Spannungsgrenze Umax der Generatorspannung U angeordnet. 3b shows the schematic sequence of the inventive method using the example of a PU characteristic 32, in contrast to the PU characteristic 31 from 3a but now a performance plateau LP having. Such a performance plateau LP can occur during (partial) shading of the PV generator 2 the PV system 1 out 1 due to the DC / DC converters operating as power optimizers 4 on the PV modules 3 mint. The performance plateau is in 3b particularly pronounced, eg because every PV module 3 of the PV generator 2 a corresponding DC / DC converter 4 assigned. Also a use of different types of PV modules 3 within the PV generator 2 However, this can be an expression of a performance plateau LP within the PU characteristic 32 or an existing performance plateau LP strengthen. The performance plateau LP the PU characteristic 32 extends between a minimum Umin and a maximum voltage limit Umax of the generator voltage U arranged.

Ausgangspunkt der Beschreibung der 3b ist wieder ein aktueller Arbeitspunkt A1 des PV-Generators 2 bei einer ersten Generatorspannung U1 . Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die dem aktuellen Arbeitspunkt A1 zugeordnete erste Leistung P1 bestimmt, bevor der PV-Generator 2 in den zweiten Arbeitspunkt A2 versetzt wird, an dem wiederum die dem zweiten Arbeitspunkt A2 zugeordnete zweite Leistung P2 bestimmt wird. Im in 3b dargestellten Fall entspricht die zweite Leistung P2 in etwa der ersten Leistung P1 , d.h. P2(U2 ) ≈ P1(U1 ). Daher kommt ein Vergleich der ersten P1 mit der zweiten Leistung P2 - gegebenenfalls auch unter Berücksichtigung weiterer Leistungswerte Pi zurückliegender Arbeitspunkte Ai -nun zu dem Ergebnis, dass die P-U-Kennlinie 32 ein Leistungsplateau LP aufweist. Entsprechend wird ein neuer Arbeitspunkt Aneu nicht aufgrund einer Leistungsmaximierung, sondern mit dem Ziel gewählt, den PV-Wechselrichter 5, dessen Komponenten und/oder andere Komponenten der PV-Anlage 1 unter zumindest einem Gesichtspunkt schonender zu betreiben. Exemplarisch sei hier der Gesichtspunkt dargestellt, Halbleiterschalter des Wechselrichters 5 weniger hohen Spannungen auszusetzen und diese somit weniger stark zu beanspruchen. Ziel des Verfahrens ist daher in 3b, die Generatorspannung U zu minimieren und einem vordefinierten Zielwert anzunähern. Im vorliegenden Beispiel kann als Zielwert eine Generatorspannung U von nahezu 0V vorgegeben werden, da es vorliegend ja darum geht, die Spannungsbelastung der Halbleiterschalter möglichst zu minimieren. Folglich wird als neuer Arbeitspunkt Aneu der zweite Arbeitspunkt A2 ausgewählt, da dessen Generatorspannung U2 näher an dem Zielwert der Generatorspannung U=0V liegt. Der PV-Generator 2 wird in dem neuen Arbeitspunkt Aneu betrieben, der fortan (zumindest für den nächsten Durchlauf der Verfahrensschritte) den aktuellen Arbeitspunkt A1 darstellt.Starting point of the description of the 3b is again a current working point A 1 of the PV generator 2 at a first generator voltage U 1 , According to the method according to the invention becomes the current operating point A 1 assigned first performance P 1 determined before the PV generator 2 in the second working point A 2 is offset, in turn, the second operating point A 2 associated second service P 2 is determined. Im in 3b the case shown represents the second power P 2 in about the first performance P 1 ie P 2 ( U 2 ) ≈ P 1 ( U 1 ). Therefore comes a comparison of the first P 1 with the second performance P 2 - if necessary, taking into account further performance values P i past working points A i -now to the result that the PU characteristic 32 a performance plateau LP having. Accordingly, a new operating point, Aneu, is chosen not for the purpose of maximizing the power, but for the target, the PV inverter 5 , its components and / or other components of the PV system 1 operate more gently under at least one aspect. As an example, the point of view, semiconductor switch of the inverter 5 less high voltages suspend and thus less stress. The aim of the procedure is therefore in 3b to minimize the generator voltage U and approximate a predefined target value. In the present example, the target value can be a generator voltage U be given by almost 0V, since it is indeed a question of minimizing the voltage stress of the semiconductor switches as possible. Consequently, as a new working point A new the second working point A 2 selected because of its generator voltage U 2 closer to the target value of the generator voltage U = 0V. The PV generator 2 is operated in the new operating point Aneu, which henceforth (at least for the next run of the method steps) the current operating point A 1 represents.

In dem wiederholten Durchlauf der Verfahrensschritte wird eine Tracking-Richtung des vorangegangenen Durchlaufs aufgrund der Wahl des neuen Arbeitspunktes Aneu im letzten Durchlauf beibehalten. Folglich weist ein zweiter Arbeitspunkt A2 in dem wiederholten Durchlauf der Verfahrensschritte eine relativ zur zweiten Generatorspannung U2 des vorherigen Durchlaufs weiter verringerte Generatorspannung U auf. Auch im wiederholten Durchlauf liefert der Vergleich der Leistungen, dass das Leistungsplateau LP weiterhin existiert. Als Resultat nähert sich die Generatorspannung U im Laufe des Verfahrens sukzessive dem Zielwert der Generatorspannung U=0V, solange, bis die Generatorspannung U die minimale Spannungsgrenze Umin des Leistungsplateaus LP erreicht. Eine weitere Verringerung der Generatorspannung U hätte nun eine Verringerung der dem Generator entnommenen Leistung P zur Folge. Das Verfahren detektiert die Leistungsänderung beim Unterschreiten des minimalen Spannungsgrenze Umin des Leistungsplateaus LP, die nun außerhalb des vorgegebenen Leistungsfensters ΔP liegt. Entsprechend wird vermieden, die Generatorspannung U weiter zu verringern und der nächste Tracking Schritt wird in entgegengesetzter Tracking-Richtung (hier: Vergrößerung der Generatorspannung U) durchgeführt. Im Ergebnis bewegt sich die Generatorspannung U auch in den nachfolgenden Schritten mittels eines aufeinanderfolgenden Wechsels zwischen einer Vergrößerung und einer Verkleinerung der Generatorspannung U in unmittelbarer Nähe der minimalen Spannungsgrenze Umin des Leistungsplateaus LP.In the repeated passage of the method steps becomes a tracking direction of the previous pass due to the choice of the new operating point A new maintained in the last pass. Consequently, a second operating point A 2 in the repeated passage of the method steps one relative to the second generator voltage U 2 the previous pass further reduced generator voltage U on. Also in the repeated run the comparison of the achievements delivers that the Leistungsplateau LP still exists. As a result, in the course of the process, the generator voltage U gradually approaches the target value of the generator voltage U = 0V until the generator voltage U reaches the minimum voltage limit Umin of the power plateau LP reached. Another reduction in generator voltage U would now have a reduction in the power taken from the generator P result. The method detects the power change when falling below the minimum voltage limit Umin the power plateau LP , which is now outside the predetermined power window .DELTA.P. Accordingly, the generator voltage is avoided U continue to decrease and the next tracking step will be in opposite tracking direction (here: increase the generator voltage U ) carried out. As a result, the generator voltage moves U also in the subsequent steps by means of a successive change between an enlargement and a reduction of the generator voltage U in the immediate vicinity of the minimum voltage limit Umin of the power plateau LP ,

Fällt nun das Leistungsplateau LP z.B. aufgrund einer Änderung der Einstrahlungsbedingungen weg, so ändert sich die P-U-Kennlinie 32 und nimmt eine zur P-U-Kennlinie 31 aus 3a ähnliche Form an. Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt nun selbstständig den Wegfall des Leistungsplateaus LP innerhalb der P-U-Kennlinie 32 und reagiert darauf mit einem herkömmlichen MPP-Tracking-Verfahren, welches den neuen Arbeitspunkt Aneu auf Basis einer Vergrößerung der dem PV-Generator 2 entnommenen Leistung P auswählt. Hierfür ist kein Eingriff eines Betreibers der PV-Anlage 1 erforderlich. Vielmehr reagiert das Verfahren auf die jeweils aktuell vorliegende Form der P-U-Kennlinie 32 und passt eine Zielrichtung bei Auswahl des neuen Arbeitspunktes Aneu - i. e. leistungsorientierter oder schonenderer Betrieb des Wechselrichters 5 und/oder dessen Komponenten - automatisch an.Now falls the performance plateau LP For example, due to a change in the irradiation conditions away, the PU characteristic 32 changes and decreases one to the PU characteristic 31 from 3a similar form. The inventive method now recognizes automatically the elimination of the power plateau LP within the PU characteristic 32 and responds with a conventional MPP tracking method, which is the new operating point A new based on an enlargement of the PV generator 2 taken power P selects. This is not an intervention of an operator of the PV system 1 required. Rather, the method reacts to the currently present form of the PU characteristic 32 and fits a target direction when selecting the new operating point A new - The performance-oriented or more gentle operation of the inverter 5 and / or its components - automatically.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
PV-AnlagePV system
22
PV-GeneratorPV generator
33
PV-ModulPV module
44
DC/DC-WandlerDC / DC converter
4.14.1
Eingangentrance
4.24.2
Ausgangoutput
55
PV-WechselrichterPV inverters
5.15.1
DC/AC-WandlerDC / AC converter
5.25.2
DC/DC-WandlerDC / DC converter
5.35.3
DC-EingangDC input
5.45.4
AC-AusgangAC output
66
Messgerätgauge
77
Energieversorgungsnetz (EVN)Energy supply network (EVN)
88th
Steuerungcontrol
3131
P-U-KennlinieP-U characteristic
3232
P-U-KennlinieP-U characteristic
S1-S10S1-S10
Verfahrensschritt step
U1, U2 U 1 , U 2
Generatorspannunggenerator voltage
Umin, Umax U min , U max
Spannungsgrenzevoltage limit
A1, A2 A 1 , A 2
Arbeitspunktworking
AZiel A goal
Arbeitspunktworking
AMPP A MPP
MPP ArbeitspunktMPP operating point
PMPP P MPP
MPP LeistungMPP performance
UMPP U MPP
MPP SpannungMPP voltage
LPLP
Leistungsplateauperformance plateau

Claims (14)

Verfahren zum Betrieb eines Photovoltaik (PV) - Wechselrichters (5), an dessen DC-Eingang (5.3) ein PV-Generator (2) angeschlossen ist, der eine Reihenschaltung von PV-Modulen (3) umfasst, und dessen AC-Ausgang (5.4) zur Einspeisung elektrischer Leistung mit einem Energieversorgungsnetz (7) verbunden ist, mit den Verfahrensschritten: - Bestimmen einer ersten elektrischen Leistung P1 in einem aktuellen Arbeitspunkt A1 des PV-Generators (2) bei einer ersten Generatorspannung U1, und Bestimmen einer zweiten elektrischen Leistung P2 in einem zweiten Arbeitspunkt A2 des PV-Generators (2) bei einer zweiten Generatorspannung U2, die sich von der ersten Generatorspannung U1 gemäß U2 = U1+ΔU um eine Tracking-Schrittweite ΔU unterscheidet, - Prüfen, ob ein Leistungsplateau (LP) einer P-U-Kennlinie (31) des PV-Generators (2) vorliegt umfassend einen Vergleich der ersten P1 mit der zweiten elektrischen Leistung P2, - Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1, A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators (2), der eine größere elektrische Leistung P1, P2 aufweist, wenn gemäß der Prüfung kein Leistungsplateau (LP) vorliegt, und andernfalls Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1, A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators (2), der einen unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des Wechselrichters (5) und/oder dessen Komponenten aufweist, und - Betreiben des PV - Generators (2) in dem neuen Arbeitspunkt Aneu als aktueller Arbeitspunkt A1.Method for operating a photovoltaic (PV) inverter (5), to whose DC input (5.3) a PV generator (2) is connected, which comprises a series connection of PV modules (3), and whose AC output ( 5.4) for feeding electrical power to a power grid (7) is connected to the method steps: - determining a first electrical power P 1 in a current operating point A 1 of the PV generator (2) at a first generator voltage U 1 , and determining a second electrical power P 2 in a second operating point A 2 of the PV generator (2) at a second generator voltage U 2 , which differs from the first generator voltage U 1 according to U 2 = U 1 + ΔU by a tracking step size ΔU, Check whether a power plateau (LP) of a PU characteristic curve (31) of the PV generator (2) is present, comprising a comparison of the first P 1 with the second electric power P 2 , - selection of that operating point A 1 , A 2 as a new working point t A new of the PV generator (2) having a greater electrical power P 1 , P 2 , when according to the test no power plateau (LP) is present, and otherwise selecting that operating point A 1 , A 2 as the new operating point A new of PV generator (2), which has a view of a gentler operation of the inverter (5) and / or its components, and - operating the PV generator (2) in the new operating point Aneu as the current operating point A 1 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte wiederholt, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt durchgeführt werden, wobei mittels der Wiederholung der Verfahrensschritte der PV-Generator (2) innerhalb eines vorgegebenen Spannungsfensters an einer Mehrzahl von Arbeitspunkten Ai mit i>2 mit unterschiedlichen Generatorspannungen Ui betrieben wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the method steps are repeatedly, in particular at regular intervals repeatedly performed, wherein by means of the repetition of the process steps of the PV generator (2) within a predetermined voltage window at a plurality of operating points A i with i> 2 with different generator voltages U i is operated. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung auf ein Leistungsplateau (LP) der P-U-Kennlinie zumindest eines der folgenden Kriterien umfasst: - ein Betrag der spannungsbezogenen Leistungsänderung |ΔP/ΔU|=|(Pk-Pi)/(Uk-Ui)| unterschreitet einen vorgegebenen Schwellwert S > 0 für die Mehrzahl von Arbeitspunkten Ai, Ak mit unterschiedlichen Generatorspannungen Uk, Ui innerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters, - die Mehrzahl von Arbeitspunkten Ai innerhalb des vorgegebenen Spannungsfensters, weisen Leistungswerte Pi(Ui) innerhalb eines vorgegebenen Leistungsfensters ΔP auf.Method according to Claim 2 , characterized in that the check on a power plateau (LP) of the PU characteristic comprises at least one of the following criteria: - an amount of the voltage-related power change | ΔP / ΔU | = | (P k -P i ) / (U k -U i ) | falls below a predetermined threshold S> 0 for the plurality of operating points A i , A k with different generator voltages U k , U i within the predetermined voltage window, - the plurality of operating points A i within the predetermined voltage window, have power values P i (U i ) within a given power window ΔP. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der unter einem Gesichtspunkt schonendere Betrieb des PV-Wechselrichters (5) und/oder dessen Komponenten zumindest eine der folgenden Randbedingungen berücksichtigt: - eine Abnahme einer Generatorspannung U innerhalb eines vordefinierten Spannungsbereiches - eine Abnahme eines Generatorstromes I innerhalb eines vorgegebenen Strombereiches - eine Zunahme eines Wirkungsgrades des PV-Wechselrichters (5), dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage (1), - eine Abnahme einer Verlustleistung Ploss des PV-Wechselrichters (5), dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage (1), - eine Abnahme der Beanspruchung beziehungsweise eine Maximierung der Lebensdauer Tleb des PV-Wechselrichters (5), dessen Komponenten und/oder anderen Komponenten der PV-Anlage (1).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operation of the PV inverter (5) and / or its components, which is gentler from a viewpoint, takes into account at least one of the following boundary conditions: - a decrease of a generator voltage U within a predefined voltage range - a decrease in a Generator current I within a predetermined current range - an increase in efficiency of the PV inverter (5), its components and / or other components of the PV system (1), - a decrease in power loss P loss of the PV inverter (5), whose Components and / or other components of the PV system (1), - a decrease in the load or a maximization of the service life T leb of the PV inverter (5), its components and / or other components of the PV system (1). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn gemäß der Prüfung ein Leistungsplateau (LP) vorliegt, zusätzlich eine Plausibilisierung mittels einer relativ zu einer voreingestellten Tracking-Geschwindigkeit des PV-Wechselrichters (5) veränderten Tracking-Geschwindigkeit, insbesondere mittels eines Kennlinien-Sweeps über einen Bereich der Generatorspannung U erfolgt, - wobei eine über den Kennlinien-Sweep ermittelte P-U-Kennlinie mit der P-U-Kennlinie (31, 32) verglichen wird, die sich auf Basis diskreter Änderungen der Generatorspannung U unter Berücksichtigung der Tracking-Schrittweite ΔU ergibt, und - wobei in Abhängigkeit des Vergleiches auf eine Existenz eines einem PV-Modul (3) zugeordneten DC/DC-Wandlers (4) als Leistungsoptimierer innerhalb des PV-Generators (2) geschlossen wird, und - wobei die Wahl desjenigen Arbeitspunktes A1, A2 als neuen Arbeitspunkt Aneu des PV-Generators (2), der den unter einem Gesichtspunkt schonenderen Betrieb des PV-Wechselrichters (5) und/oder dessen Komponenten aufweist, nur dann erfolgt, wenn auf die Existenz eines dem PV-Modul (3) zugeordneten DC/DC-Wandlers (4) als Leistungsoptimierer geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when, according to the test, a power plateau (LP) is present, additionally a plausibility check by means of a relative to a preset tracking speed of the PV inverter (5) changed tracking speed, in particular by means of a characteristic curve sweep over a range of the generator voltage U takes place, - wherein a determined over the characteristic sweep PU characteristic with the PU characteristic (31, 32) is compared, based on discrete changes in the generator voltage U, taking into account the tracking Step ΔU, and - depending on the comparison, an existence of a DC / DC converter (4) associated with a PV module (3) as a power optimizer within the PV generator (2) is concluded, and - wherein the choice of that operating point A 1 , A 2 as a new operating point A new of the PV generator (2), the scho from one point of view Nenderen operation of the PV inverter (5) and / or its components, only takes place when the existence of a the PV module (3) associated DC / DC converter (4) is closed as a power optimizer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn gemäß der Prüfung ein Leistungsplateau (LP) vorliegt, eine Vergrößerung der Tracking-Schrittweite ΔU um mehr als das 3-fache der ursprünglichen Tracking-Schrittweite ΔU erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when, according to the examination, a power plateau (LP) is present, an increase of the tracking increment .DELTA.U by more than 3 times the original tracking increment .DELTA.U takes place. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wechsel vom ersten A1 zum zweiten Arbeitspunkt A2 eine Tracking-Richtung eines vorangegangenen Durchlaufs der Verfahrensschritte beibehalten wird, wenn beim vorangegangenen Durchlauf der zweite Arbeitspunkt A2 als neuer Arbeitspunkt Aneu gewählt wurde, und ansonsten umgekehrt wird. Method according to one of the preceding Claims 2 to 6 , characterized in that in a change from the first A 1 to the second operating point A 2, a tracking direction of a previous pass of the method steps is maintained if the second operating point A 2 was selected as the new operating point Aneu in the previous pass, and otherwise vice versa. PV - Wechselrichter (5), der das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt, mit - einem DC-Eingang (5.3) zum Anschluss eines PV-Generators (2), der eine Reihenschaltung von PV-Modulen (3) umfasst, - einem AC-Ausgang (5.4) zum Anschluss des PV-Wechselrichters (5) an ein Energieversorgungsnetz (7), - einem DC/AC-Wandler (5.1) zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom, - einem Messgerät (6) zur Bestimmung einer dem PV-Generator (2) entnommenen Leistung P, und - einer Steuerung (8), die in Verbindung mit dem Messgerät (6) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelegt ist.PV inverter (5), which performs the procedure according to one of Claims 1 to 8th comprising, - a DC input (5.3) for connecting a PV generator (2) comprising a series connection of PV modules (3), - an AC output (5.4) for connecting the PV inverter (5) to a power supply network (7), - a DC / AC converter (5.1) for converting direct current into alternating current, - a measuring device (6) for determining a power P taken from the PV generator (2), and - a controller (8 ) used in conjunction with the measuring device (6) for carrying out the method according to one of Claims 1 to 8th is designed. PV - Wechselrichter (5) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Wechselrichter (5) als einstufiger PV-Wechselrichter (5) ausgebildet ist, und ausgelegt ist, eine Generatorspannung U des PV-Generators (2) zu variieren.PV inverter (5) after Claim 8 characterized in that the PV inverter (5) is designed as a single-stage PV inverter (5), and is designed to vary a generator voltage U of the PV generator (2). PV - Wechselrichter (5) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Wechselrichter (5) als zweistufiger PV-Wechselrichter (5) mit einem dem DC/AC-Wandler (5.1) vorgeschalteten DC/DC-Wandler (5.2) ausgebildet ist, wobei der PV-Wechselrichter (5) ausgelegt ist, eine Generatorspannung U des PV-Generators (2) über eine entsprechende Ansteuerung des DC/DC - Wandlers (5.2) zu variieren.PV inverter (5) after Claim 8 characterized in that the PV inverter (5) as a two-stage PV inverter (5) with a DC / AC converter (5.1) upstream DC / DC converter (5.2) is formed, wherein the PV inverter (5) is designed to vary a generator voltage U of the PV generator (2) via a corresponding control of the DC / DC converter (5.2). PV - Wechselrichter (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Wechselrichter (5) als einphasiger oder dreiphasiger PV-Wechselrichter (5) ausgebildet ist.PV inverter (5) after one of the Claims 8 to 10 characterized in that the PV inverter (5) is designed as a single-phase or three-phase PV inverter (5). PV - Anlage (1) umfassend - einen PV-Generator (2) mit einer Reihenschaltung von PV-Modulen (3), und - einen eingangsseitig mit dem PV-Generator (2) und ausgangsseitig mit einem Energieversorgungsnetz (7) verbunden PV - Wechselrichter (5) nach einem der Ansprüche 9 bis 12.PV system (1) comprising - a PV generator (2) with a series connection of PV modules (3), and - a PV inverter connected on the input side to the PV generator (2) and to a power supply network (7) on the output side (5) after one of Claims 9 to 12 , PV-Anlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der PV-Generator (2) zumindest ein PV-Modul (3) mit einem dem PV-Modul (3) zugeordneten DC/DC-Wandler (4) als Leistungsoptimierer aufweist.PV system (1) according to Claim 12 , Characterized in that the photovoltaic generator (2) comprises at least one PV module (3) with a PV module (3) associated with the DC / DC converter (4) as a performance optimizer. PV-Anlage (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere PV-Module (3) des PV-Generators (2) einen dem jeweiligen PV-Modul (3) zugeordneten DC/DC-Wandler (4) als Leistungsoptimierer aufweisen.PV system (1) according to Claim 13 , characterized in that a plurality of PV modules (3) of the PV generator (2) have a respective PV module (3) associated DC / DC converter (4) as a power optimizer.
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