DE102020109580B4

DE102020109580B4 - Verfahren zur überwachung einer energieerzeugungsanlage und/oder zur lokalisierung von komponenten der energieerzeugungsanlage

Info

Publication number: DE102020109580B4
Application number: DE102020109580.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Groene
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: DE102020109580A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung einer Energieerzeugungsanlage (1), insbesondere einer Photovoltaikanlage, und/oder zur Lokalisierung von Komponenten (2) der Energieerzeugungsanlage(1), wobei die Energieerzeugungsanlage (1) eine Mehrzahl von Teilgeneratoren (2a), insbesondere von Photovoltaik-Generatoren, und eine Mehrzahl von dezentralen elektrischen Komponenten (2), insbesondere von Wechselrichtern, umfasst, wobei die Komponenten (2) jeweils einer Untermenge der Teilgeneratoren (2a) zugeordnet sind und jeweils einen Schallwandler (3) aufweisen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:- Korrelieren der Messwerte der Schallwandler (3),- Ermitteln eines im Zeitverlauf der Messwerte liegenden gemeinsamen akustischen Ereignisses (4),- Ermitteln von relativen Laufzeiten zwischen dem Ort des akustischen Ereignisses (4) und den einzelnen Schallwandlern (3),- Ermitteln von relativen Positionen der Schallwandler (3).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Photovoltaikanlage, und zur Lokalisierung von Komponenten der Energieerzeugungsanlage. Die Erfindung betrifft weiter eine Auswerteeinrichtung für eine Energieerzeugungsanlage.
STAND DER TECHNIK
Eine Energieerzeugungsanlage, insbesondere eine Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage), mit einer Vielzahl an Photovoltaik-Modulen (PV-Modulen), die stringweise mit einer Mehrzahl an Wechselrichtern verbunden sind, kann eine Vielzahl an dezentralen elektrischen Komponenten umfassen, die über eine große Fläche verteilt sind. Eine Gruppe von PV-Modulen, die stringweise gruppiert ist und mit einem Wechselrichter verbunden ist, wird auch Photovoltaik -Modulgruppe (PV-Modulgruppe) oder Photovoltaik-Generator (PV-Generator) genannt. Im Rahmen des Betriebs und der Wartung einer solchen Energieerzeugungsanlage ist es hilfreich, die Positionen der dezentralen elektrischen Komponenten zu kennen. Wenn beispielsweise einer der Wechselrichter eine Fehlermeldung erzeugt und einen manuellen Eingriff, beispielsweise eine Reparatur oder einen Austausch erfordert, muss dieser Wechselrichter zur Fehlerbehebung zunächst physisch-örtlich lokalisiert werden. In der Regel sind die konkreten Positionen der dezentralen Komponenten jedoch unbekannt. Selbst wenn ein Lageplan der Energieerzeugungsanlage existiert und die dezentralen Komponenten kommunikationstechnisch erreichbar sind, ist nicht sichergestellt, dass in dem Lageplan zu den verzeichneten dezentralen Komponenten auch ihre jeweilige elektronische Identifikation benannt ist, d.h. beispielsweise eine Kommunikationsadresse oder eine Seriennummer, um eine Zuordnung der elektronischen Identifikation zu einer physischen Position der Komponente zu ermöglichen. Im Zweifel muss eine solche Zuordnung zunächst manuell hergestellt werden, insbesondere indem die elektronische Identifikation manuell auf dem Plan notiert wird, und zwar genau dort, wo die physische Position der Komponente lokalisiert ist. Dies stellt insbesondere bei sehr großen Energieerzeugungsanlage im Megawatt-Bereich mit Dutzenden bis Hunderten von dezentralen Komponenten einen erheblichen Aufwand dar und ist fehleranfällig.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, um einen Lageplan einer Energieerzeugungsanlage zu erstellen und hinsichtlich einer elektronischen Identifikation der dezentralen Komponenten zu vervollständigen.
Aus der DE 20 2010 014 744 U1 ist eine PV-Anlage bekannt, bei der ein Gerätecode einer Komponente über eine Eingabevorrichtung der PV-Anlage vorgegeben und an die entsprechend durch den Gerätecode identifizierten Komponente gesendet wird, wobei die derart angesprochene Komponente eine Signalvorrichtung aufweist, die bei Empfang des Gerätecodes aktiviert wird, so dass die Zuordnung zwischen dem Gerätecode als elektronische Identifikation und der konkreten Komponente der PV-Anlage mit aktivierter Signalvorrichtung ermöglicht wird.
Aus der DE 10 2010 034 670 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung einer PV-Anlage bekannt, bei dem ein Ortsplan mit den Positionen von zu überwachenden Komponenten der PV-Anlage erstellt wird, wobei Gerätecodes dieser zu überwachenden Komponenten visuell an den Komponenten selbst abgelesen und manuell in den Ortsplan eingetragen werden, so dass der Ortsplan im Folgenden in digitaler Form zur ortsgetreuen Visualisierung von elektronisch anhand der Gerätecodes ausgelesenen Betriebsdaten verwendet wird.
Aus der DE 10 2010 037 582 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer räumlichen Anordnung von PV-Modulgruppen einer PV-Anlage bekannt, bei dem an unterschiedlichen PV-Modulgruppen der Zeitverlauf der Einstrahlung gemessen und daraus Zeitverschiebungen von Einstrahlungsänderungen, insbesondere von Verschattungszeitpunkten zueinander ermittelt werden, so dass aus den Zeitverschiebungen die relative räumliche Anordnung der unterschiedlichen PV-Modulgruppen zueinander bestimmt werden.
Aus der DE 10 2009 029 934 A1 ist eine PV-Anlage mit einer Vielzahl an PV-Modulen bekannt, bei der die PV-Module funkbasierte Kommunikations-Schnittstellen aufweisen, die zu einem Funk-Netzwerk zusammengeschaltet werden, wobei das Funk-Netzwerk Mittel zur Entfernungsmessung zwischen den PV-Modulen als Netzknoten aufweist, so dass aus den ermittelten Entfernungsdaten eine Positionskarte der PV-Module erstellt wird.
Aus der DE 10 2008 039 205 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung einzelner PV-Module einer PV-Anlage bekannt, bei dem Informationen von den PV-Modulen mittels Wellen an eine Zentrale übertragen werden, insbesondere mittels Infrarotlicht, Ultraschall oder Oberwellen auf den Energieübertragungsleitungen der PV-Anlage.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem die Überwachung einer Energieerzeugungsanlage vereinfacht werden kann.
LÖSUNG
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Auswerteeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Verfahren zur Überwachung einer Energieerzeugungsanlage, insbesondere einer Photovoltaikanlage, und/oder zur Lokalisierung von Komponenten der Energieerzeugungsanlage, umfasst die Energieerzeugungsanlage eine Mehrzahl von Teilgeneratoren, insbesondere von Photovoltaik-Generatoren, und eine Mehrzahl von dezentralen elektrischen Komponenten, insbesondere von Wechselrichtern. Die Komponenten sind jeweils einer Untermenge der Teilgeneratoren zugeordnet und weisen jeweils zumindest einen Schallwandler auf. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Korrelieren der Messwerte der Schallwandler,
- Ermitteln eines im Zeitverlauf der Messwerte liegenden gemeinsamen akustischen Ereignisses,
- Ermitteln von relativen Laufzeiten zwischen dem Ort des akustischen Ereignisses und den einzelnen Schallwandlern,
- Ermitteln von relativen Positionen der Schallwandler.

Optional kann auch der Ort des akustischen Ereignisses ermittelt werden.
Die Komponenten der Energieerzeugungsanlage sind dabei beispielsweise Wechselrichter einer Photovoltaikanlage. Ein Wechselrichter ist jeweils einem PV-Generator zugeordnet, welcher eine Gruppe von PV-Modulen umfasst, die stringweise verbunden sind. Das Verfahren erlaubt es, den Ort eines solchen Wechselrichters automatisiert zu ermitteln und damit auch Kennungen, wie z. B. Identifikationsnummern des Wechselrichters und/oder elektronische Identifikationen der Wechselrichter dem geographischen Ort des Wechselrichters automatisiert zuzuordnen. Da Wechselrichter in der Regel Mikrophone aufweisen, ist kein zusätzlicher Aufwand für Hardware nötig.
Das Verfahren basiert wesentlich auf der Aufnahme und der Analyse von Schallwellen. Dazu verfügt die Komponente, die dezentral in der Energieerzeugungsanlage angeordnet ist und insbesondere ein Wechselrichter ist, über ein Mittel zur Erfassung akustischer Signale, insbesondere einen Schallwandler, z.B. ein Mikrophon, wie in DE19954628A1 beschrieben. Die damit erfassten akustischen Signale werden auf geeignete Weise aufgezeichnet und ggfs. unter Zuhilfenahme von Daten aus weiteren Messwerterfasser, wie z. B. aus weiteren, Schallwandler, Kameras, Seismographen, die nicht zwingend einzelnen Komponenten zugeordnet sind, durch Korrelation analysiert.
Die Messwerte der Schallwandler können von Steuereinrichtungen der jeweiligen Komponenten verarbeitet, z. B. analysiert und/oder aufgezeichnet werden, und über geeignete Kommunikationsverbindungen an eine zentrale Auswerteeinrichtung übermittelt werden, insbesondere zur weiteren zentralen Datenanalyse. Zentrale Auswerteeinrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Auswerteeinrichtung die Messwerte von mehreren Schallwandlern empfängt. Es ist dabei auch denkbar, dass eine Energieerzeugungsanlage mehr als eine zentrale Auswerteeinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtungen der Komponenten können die aufgenommenen Messwerte auf verschiedene Weise vorverarbeiten, zum Beispiel zwischenspeichern, komprimieren oder codieren.
Eine zentrale Auswerteeinrichtung kann Bestandteil der Energieerzeugungsanlage sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die zentrale Auswerteeinrichtung zentral übergreifend für mehrere Energieerzeugungsanlagen ausgelegt ist und sich in räumlicher Nähe dieser Energieerzeugungsanlagen befindet. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, bei denen die zentrale Auswerteeinrichtung räumlich getrennt von der Energieerzeugungsanlage, insbesondere virtuell in einem Datennetzwerk wie einer Cloud, angeordnet ist
Die Messwerte können drahtlos oder drahtgebunden über Datenleitungen von den Komponenten an die zentrale Auswerteeinrichtung übermittelt werden. Vorteilhafterweise werden hierfür in der Energieerzeugungsanlage bereits vorhandene Kommunikationsstrukturen genutzt.
Das gemeinsame akustische Ereignis und/oder dessen Ort kann - bevorzugt in der zentralen Auswerteeinrichtung - aus den Messwerten ermittelt werden. Es kann ein weiterer Schallwandler vorgesehen sein, der sich bevorzugt an der zentralen Auswerteeinrichtung befindet. Der weitere Schallwandler ist eingerichtet, Messwerte zu erfassen, die dann korreliert werden, um ein akustisches Ereignis zu ermitteln. Diese Korrelation kann z. B. mit den Messwerten der Schallwandler der Komponenten oder Mustersignaturen von bekannten Ereignissen erfolgen. Hierdurch ist es möglich, das akustische Ereignis und/oder dessen Ort noch genauer und zuverlässiger zu ermitteln.
Das gemeinsame akustische Ereignis kann als künstliches Ereignis gezielt, insbesondere unter vorheriger Aktivierung des Verfahrens, erzeugt werden. Hierunter kann beispielsweise die manuelle Aktivierung des Verfahrens und die Erzeugung eines Knalls vor Ort fallen. Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise nach erfolgter Installation der Energieerzeugungsanlage die Orte der verbauten Komponenten gezielt ermittelt werden können. Die gezielte Erzeugung des akustischen Ereignisse kann auch aus der Ferne, z. B. durch Auslösen eines geräuschentwickelnden Mechanismus an der Energieerzeugungsanlage nach vorheriger Fern-Aktivierung des Verfahrens erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass die Ermittlung des Ortes der Komponenten auch aus der Ferne gestartet werden kann. Insbesondere wenn die ermittelten Positionen der Schallwandler in Verbindung mit einer elektronischen Identifikation der zugehörigen Komponenten gespeichert werden, kann so automatisiert ein räumliches Abbild der Energieerzeugungsanlage mit eindeutiger Zuordnung der Komponenten erstellt und gespeichert oder aktualisiert und gespeichert werden.
Das Korrelieren der Messwerte kann in den Steuereinrichtungen der Komponenten und/oder in der zentralen Auswerteeinrichtung ausgeführt werden. In der zentralen Auswerteeinrichtung ist die Korrelation der Messwerte von mehreren Schallwandlern oder sogar allen Schallwandlern untereinander sowie mit Mustersignaturen von akustischen Ereignissen möglich. Sofern in einer Steuereinrichtung einer Komponente die Messwerte von nur einem Schallwandler vorliegen, können diese Messwerte beispielsweise mit Mustersignaturen von relevanten akustischen Ereignissen korreliert werden.
Es kann ein Alarmsignal erzeugt werden, wenn Messwerte einen vorgebbaren Korrelationsgrad mit der Mustersignatur überschreiten. Dies bedeutet, dass das Alarmsignal erzeugt wird, wenn ein akustisches Ereignis erkannt wird. Hierfür können spezielle akustische Ereignisse, insbesondere unerwünschte akustische Ereignisse, mit einer Mustersignatur hinterlegt werden, so dass sie dann durch das Verfahren identifiziert werden können. Solche akustischen Ereignisse können beispielsweise Geräuschentwicklungen in oder bei der PV-Anlage sein, die auf eine Fehlfunktion oder einen unbefugten Eingriff in die Energieerzeugungsanlage hindeuten.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Warnsignal erzeugt werden, wenn für die Messwerte eines Schallwandlers keine Übereinstimmung mit der Mustersignatur ermittelt werden kann. Dies bedeutet, dass ein bestimmtes akustisches Ereignis nicht detektiert wurde. Dies kann beispielsweise nach einem gezielt erzeugten akustischen Ereignis auf eine Fehlfunktion eines oder mehrerer Schallwandler oder deren Komponenten hinweisen. Andererseits kann das Ausbleiben der Detektion eines akustischen Ereignisses auch auf das Ausbleiben des akustischen Ereignisses selbst hindeuten. Dies kann die Generierung des Warnsignals rechtfertigen, falls das akustische Ereignis ein akustisches Ereignis ist, das auf einen regelkonformen Betrieb der PV-Anlage hindeutet, zum Beispiel regelmäßig erzeugte Geräusche der Wechselrichter oder regelmäßig erwartete Steuersignale.
Sowohl das Alarmsignal als auch das Warnsignal können optional akustisch, optisch und/oder über Datenverbindung ausgegeben werden. Bei der Ausgabe über Datenverbindung ist z. B. die Ausgabe räumlich getrennt in einer Leitstelle o. ä. denkbar.
Eine Auswerteeinrichtung für eine Energieerzeugungsanlage ist dazu eingerichtet, die folgenden Schritte auszuführen:

- Empfangen von Messwerten von einer Mehrzahl von Schallwandlern, wobei die Schallwandler elektrischen Komponenten, insbesondere Wechselrichtern, der Energieerzeugungsanlage zugeordnet sind,
- Korrelieren der Messwerte der Schallwandler,
- Ermitteln eines im Zeitverlauf der Messwerte liegenden gemeinsamen akustischen Ereignisses,
- Ermitteln von relativen Laufzeiten zwischen dem Ort des akustischen Ereignisses und den einzelnen Schallwandlern,
- Ermitteln von relativen Positionen der Schallwandler zueinander.

Die Auswerteeinrichtung ist optional dazu eingerichtet, den Ort des akustischen Ereignisses zu ermitteln.
Bevorzugt weist die Auswerteeinrichtung einen weiteren Schallwandler auf, wobei die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, Messwerte des weiteren Schallwandlers zur Ermittlung des akustischen Ereignisses zu verwenden. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Ermittlung weiter verbessert werden. Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung Bestandteil einer Photovoltaikanlage.
In weiteren Ausgestaltungen sind synergistische Zusatzfunktionen denkbar, die durch das Verfahren und eine Auswerteeinheit realisierbar sind. Es ist vorstellbar, den Korrelator, der die Messwerte der Schallwandler korreliert, lernend auszugestalten. Das Lernen kann dabei offline, d. h. durch eine nachträgliche Überprüfung der Ergebnisse oder online, d. h. während des Betriebs als selbstlernender Korrelator, ausgestaltet sein. Ebenso kann sowohl in den Schallwandlern der Komponenten also auch in der Auswerteeinrichtung eine aktive Geräuschunterdrückung, engl. Active Noise Cancellation (ANC), vorgesehen sein.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 zeigt schematisch eine Photovoltaikanlage,
2 zeigt schematisch ein akustisches Ereignis und dessen Schallwellen.

FIGURENBESCHREIBUNG
1 zeigt einen Ausschnitt einer Energieerzeugungsanlage am Beispiel einer PV-Anlage 1, die als Freiflächenanlage aufgebaut ist und eine Fläche von mehreren Tausend Quadratmetern einnehmen kann. Die PV-Anlage 1 umfasst eine Vielzahl an PV-Modulen 11, die stringweise in Reihe geschaltete PV-Generatoren 2a, sog. Teilgeneratoren, bilden. Die elektrische Leistung der PV-Generatoren 2a wird durch Komponenten der Energieerzeugungsanlage, die Wechselrichter 2, verarbeitet und ggf. in ein Netz (nicht dargestellt) eingespeist. Den Wechselrichtern 2 ist jeweils ein Mikrophon 3 zur Erfassung von Schallwellen aus der Umgebung der Wechselrichter 2 zugeordnet. Die Mikrophone 3 können in oder an den Wechselrichtern 2 oder in deren näherer Umgebung, insbesondere in erhöhter Position angeordnet sein.
Ein akustisches Ereignis 4 mit hoher Schallintensität, also ein lautes Geräusch in räumlicher Nähe der PV-Anlage 1, erzeugt Schallwellen 4a (siehe auch 2), die grundsätzlich von den Mikrophonen 3 aller Wechselrichter 2 aufgenommen werden. Unter der Annahme der Abwesenheit von signifikanten Hindernissen, die insbesondere bei Freiflächenanlagen in der Regel erfüllt ist, breiten sich die Schallwellen 4a ausgehend von dem akustischen Ereignis 4 als Schallquelle kreisförmig und mit konstanter Geschwindigkeit aus. Daher erreichen die Schallwellen 4a die einzelnen Wechselrichter 2, bzw. deren Mikrophone, zu unterschiedlichen Zeiten bzw. phasenverschoben.
Die Wechselrichter 2 erfassen diese Schallwellen 4a mittels ihrer Mikrophone 3 und übermitteln die erfassten Daten über Datenleitungen 6 an die zentrale Auswerteeinrichtung 5. Die übermittelten Daten können verschiedene Granularitäten aufweisen, d.h. kontinuierlich oder blockweise übertragen werden, sowie mit hoher Auflösung vorliegen oder in den Wechselrichtern 2 vorverarbeitet werden. Der konkrete Zeitpunkt, an dem das akustische Ereignis 4 stattfindet, kann vorbekannt sein, so dass die Wechselrichter 2 zu gegebener Zeit hochauflösende Messungen starten und nach Abklingen der Schallwellen 4a dieses akustischen Ereignisses 4 entsprechende Datenpakete an die zentrale Auswerteeinrichtung 5 senden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das akustische Ereignis 4 von den Wechselrichtern 2 selbst erkannt werden, indem ein an sich bekanntes Erkennungsverfahrens verwendet wird, welches z.B. eine Schwellwertbildung des Mikrophon-Signals im Zeitraum oder im Frequenzraum umfasst.
Das gemeinsame akustische Ereignis 4 kann auch in der zentralen Auswerteeinrichtung 5 detektiert werden, beispielsweise durch Korrelation der Messwerte der Mikrophone 3. Die zentrale Auswerteeinrichtung 5 erkennt mittels an sich bekannter geeigneter Verfahren, welcher zeitliche Abstand zwischen dem Auftreten des Ereignisses 4 in den Messwertaufnahmen der einzelnen Wechselrichter 2 besteht, und bestimmt aus mehreren geeigneten Datenpaketen mittels geometrischer Modellierung und mathematischer Optimierung die Abstände der Wechselrichter 2 relativ zum Ort des akustischen Ereignisses 4. Dies entspricht den Positionen der Wechselrichter 2 relativ zu einer Referenzposition, beispielsweise relativ zum Ort der Schallquelle, also des akustischen Ereignisses 4, auf einem Kreisradius um den Ort des akustischen Ereignisses 4 bis auf Rotation genau.
In 2 sind schematisch der Ort des akustischen Ereignisses 4, die dort erzeugten Schallwellen 4a sowie zwei Wechselrichter 2 dargestellt.
Die Wechselrichter 2 befinden sich im Wesentlichen in einer zwei-dimensionalen Ebene, so dass die Berechnung der Positionen der Wechselrichter 2 in einem zwei-dimensionalen kartesischen Koordinatensystem durchgeführt werden kann. Eine Verallgemeinerung auf ein drei-dimensionales Koordinatensystem ist aber ohne weiteres möglich.
In einem x-y-Koordinatensystem befinden sich die Wechselrichter 2 an Positionen mit den Koordinaten (x_i, y_i) mit i=1... N. Das akustische Ereignis 4 findet an einer Position mit den Koordinaten (x_s, y_s) statt. Die Schallwellen 4a breiten sich mit der Schallgeschwindigkeit v_Schall aus. Zwischen Wechselrichtern 2 mit den Indizes i und j liegt der geometrische Abstand dist_i-j Die Schallwellen 4a an den Orten i und j sind um den zeitlichen Abstand Δt_i-j gegeneinander verzögert.
Aus geometrischen Überlegungen ergeben sich daraus folgende Gleichungen für die Abstände der Wechselrichter 2 mit den Indizes i bzw. j zur Position (x_s, y_s) des akustischen Ereignisses 4: ${(x_{i} - x_{S})}^{2} + {(y_{i} - y_{S})}^{2} = D i s t_{i - S}^{2} = ν_{S c h a l l}^{2} * Δ t_{i - S}^{2}$
${(x_{j} - x_{S})}^{2} + {(y_{j} - y_{S})}^{2} = D i s t_{j - S}^{2} = ν_{S c h a l l}^{2} * Δ t_{j - S}^{2}$
Eine Differenzbildung zwischen diesen beiden Gleichungen ergibt: $(Δ t_{i - S}^{2} - Δ t_{j - S}^{2}) = (x_{i}^{2} - x_{j}^{2} + y_{i}^{2} - y_{j}^{2} - 2 x_{i} x_{s} - 2 y_{i} y_{s} + 2 x_{j} s x_{s} + 2 y_{j} y_{s}) / ν_{S c h a l l}^{2}$
Dabei gilt: $(Δ t_{i - S}^{2} - Δ t_{j - S}^{2}) = Δ t_{i - j}^{2}$
Die Auswerteeinrichtung 5 ermittelt die zeitlichen Abstände Δt_i-j für alle i und j aus den Daten der Mikrophone 3 an den Koordinaten x_i, y_i, der Wechselrichter 2. Daraus stellt die Auswerteeinrichtung 5 für ein akustisches Ereignis 4 ein Gleichungssystem mit N² nichtlinearen Gleichungen auf. Bei einer Anzahl M verschiedener akustischer Ereignisse an verschiedenen Positionen und abzüglich einiger symmetriebedingter Redundanzen stehen sodann M*N*(N-1)/2 Gleichungen zur Verfügung, die die Koordinaten x_i, y_i, der N Wechselrichter 2 als 2*N Unbekannte umfassen. Dieses Gleichungssystem kann mit geeigneten nicht-linearen Lösungsverfahren, z.B. sogenanntem Simulated Annealing oder Hill-Climbing-Methoden gelöst werden, um die 2*N Unbekannten und somit die Koordinaten x_i, y_i der Wechselrichter 2 zu ermitteln.
Zusätzlich kann für ein oder jedes akustische Ereignis 4 die Position x_s, y_s der das Ereignis auslösenden Schallquelle ermittelt werden. Dabei kann es sich auch um eine sich bewegende Schallquelle handeln, beispielsweise einen Zug oder ein Flugzeug.
Da es sich bei den geschilderten mathematischen Zusammenhängen zwischen den Koordinaten x_i, y_i, der Wechselrichter 2 und den zeitlichen bzw. räumlichen Abständen um Kreisgleichungen handelt, können die Koordinatenn x_i, y_i, lediglich in einem Koordinatensystem bestimmt werden, dessen Rotation als Freiheitsgrad bestehen bleibt. Um zusätzlich die absoluten Positionen der Wechselrichter 2 zu bestimmen, können absolute Positionen einzelner Wechselrichter 2 anderweitig bestimmt werden, z.B. manuell, und in das oben genannte Gleichungssystem einfließen. Die Bestimmung von zwei linear unabhängigen Positionen reicht dabei bereits aus, um die Rotation des ansonsten bestimmten Koordinatensystems festzulegen.
Zusätzlich zur zeitlichen Verzögerung $Δ t_{i - j}^{2}$
kann das Verhältnis der Amplituden der Schallwellen 4a an den Koordinaten x_i, y_i, ausgewertet werden. Daraus steht der Auswerteeinrichtung 5 eine weitere Informationsquelle zur Verfügung, in der die relativen Positionen der Wechselrichter 2 repräsentiert sind und die insofern zur Stützung und Verifikation der Auswertung der zeitlichen Verzögerung dienen kann.
Die Geräusche, die zur Positionserkennung verwendet werden, können Umgebungsgeräusche innerhalb oder außerhalb der PV-Anlage 1 sein, beispielsweise Geräusche von Schaltvorgängen in der PV-Anlage 1 oder Wetterereignisse wie Gewitter oder passierende Fahrzeuge wie Flugzeuge oder Züge, oder auch Geräusche sein, die gezielt von Menschen erzeugt werden, um eine Positionsbestimmung zu ermöglichen, beispielsweise feuerwerksartige Explosionen.
Mittels Korrelation der Messwerte der Mikrophone und Vergleich mit zumindest einem bekannten akustischen Signal, beispielsweise mit einer Mustersignatur, ist es möglich, bestimmte Geräusche gezielt zu erkennen und ihre Position zu ermitteln. Die Korrelation kann eine Klassifizierung umfassen, beispielsweise eine Ähnlichkeitsanalyse der Fouriertransformation von Geräuschen. Dies können insbesondere Geräusche sein, die auf Schäden an der PV-Anlage 1 hindeuten, z. B. Scheppern von Bauteilen des Wechselrichters 2, insbesondere von Drosseln, verursacht durch starke Schwingungen mit Vielfachen der Netzfrequenz, oder Naturereignisse repräsentieren, z. B. Gewitterdonner, oder menschliche Ereignisse, wie z. B. das unbefugte Benutzen von Werkzeugen zum Durchschneiden eines Zauns,. Beim Erkennen von bestimmten Ereignissen kann dann z. B. ein Alarmsignal erzeugt werden, z. B. bei Geräuschen, die auf eine Fehlfunktion hindeuten. Es ist ebenfalls möglich, beim Ausbleiben von erwarteten Geräuschen, ein Warnsignal zu erzeugen.
Bezugszeichenliste

1: Photovoltaikanlage
2: Wechselrichter
2a: PV-Generator
3: Mikrophon
4: akustisches Ereignis
4a: Schallwellen
5: Auswerteeinrichtung
6: Datenleitung
7: Datenbank
8: weiterer Schallwandler
11: PV-Modul

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Energieerzeugungsanlage (1), insbesondere einer Photovoltaikanlage, und/oder zur Lokalisierung von Komponenten (2) der Energieerzeugungsanlage(1), wobei die Energieerzeugungsanlage (1) eine Mehrzahl von Teilgeneratoren (2a), insbesondere von Photovoltaik-Generatoren, und eine Mehrzahl von dezentralen elektrischen Komponenten (2), insbesondere von Wechselrichtern, umfasst, wobei die Komponenten (2) jeweils einer Untermenge der Teilgeneratoren (2a) zugeordnet sind und jeweils einen Schallwandler (3) aufweisen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Korrelieren der Messwerte der Schallwandler (3), - Ermitteln eines im Zeitverlauf der Messwerte liegenden gemeinsamen akustischen Ereignisses (4), - Ermitteln von relativen Laufzeiten zwischen dem Ort des akustischen Ereignisses (4) und den einzelnen Schallwandlern (3), - Ermitteln von relativen Positionen der Schallwandler (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Schallwandler (3) von Steuereinrichtungen der jeweiligen Komponenten (2) verarbeitet und an eine zentrale Auswerteeinrichtung (5) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte drahtlos oder drahtgebunden über Datenleitungen (6) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame akustische Ereignis (4) und/oder dessen Ort aus den Messwerten und/oder durch eine Messung eines weiteren Schallwandlers (8) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame akustische Ereignis (4) als künstliches Ereignis gezielt, insbesondere unter vorheriger Aktivierung des Verfahrens, erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Positionen der Schallwandler (3) in Verbindung mit einer elektronischen Identifikation der zugehörigen Komponenten (2) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrelieren der Messwerte in den Steuereinrichtungen der Komponenten (2) und/oder in der zentralen Auswerteeinrichtung (5) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrelieren der Messwerte einen Vergleich der Messwerte mit zumindest einer Mustersignatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn Messwerte einen vorgebbaren Korrelationsgrad mit der Mustersignatur überschreiten.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal erzeugt wird, wenn für die Messwerte eines Schallwandlers keine Übereinstimmung mit der Mustersignatur ermittelt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Alarmsignal oder das Warnsignal akustisch, optisch und/oder über Datenverbindung ausgegeben wird.
Auswerteeinrichtung (5) für eine Energieerzeugungsanlage (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, - Messwerte von einer Mehrzahl von Schallwandlern (3) zu empfangen, wobei die Schallwandler (3) elektrischen Komponenten (2), insbesondere Wechselrichtern, der Energieerzeugungsanlage (1) zugeordnet sind, - die Messwerte der Schallwandler (3) zu korrelieren, - ein im Zeitverlauf der Messwerte liegendes gemeinsames akustisches Ereignis (4) zu ermitteln, - Relative Laufzeiten zwischen dem Ort des akustischen Ereignisses (4) und den einzelnen Schallwandlern (3) zu ermitteln, - Relative Positionen der Schallwandler (3) zueinander zu ermitteln.
Auswerteeinrichtung (5) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen weiteren Schallwandler (8), wobei die Auswerteeinrichtung (5) eingerichtet ist, Messwerte des weiteren Schallwandlers (8) zur Ermittlung des akustischen Ereignisses zu verwenden.
Photovoltaikanlage (1) mit einer Auswerteeinrichtung (5) nach Anspruch 12 oder 13.