DE10225020A1 - Circuit arrangement for converting direct to alternating current has power compensation so power or current fed to inverter in one direct voltage branch is equal to that drawn from other branch - Google Patents
Circuit arrangement for converting direct to alternating current has power compensation so power or current fed to inverter in one direct voltage branch is equal to that drawn from other branchInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Wechselstrom für ein Stromnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11 und des Anspruches 14 mit wenigstens zwei Gleichspannungsquellen, z. B. Fotovoltaik-Generatoren 11. Die Erfindung betrifft auch eine Solaranlage nach Anspruch 10. The invention relates to a circuit arrangement for converting direct current into alternating current according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for generating alternating current for a power network according to the preamble of claim 11 and claim 14 with at least two DC voltage sources, for. B. photovoltaic generators 11 . The invention also relates to a solar system according to claim 10.
Zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie sind Fotovoltaik- Generatoren bekannt. Derartige Generatoren weisen eine Vielzahl von parallel- und/oder in Reihe geschalteten Solarzellen aus Halbleitermaterial auf. To generate electrical energy from solar energy, photovoltaic Generators known. Such generators have a variety of parallel and / or series-connected solar cells made of semiconductor material on.
Von erheblichem Nachteil bei der klassischen/einfachen Reihenschaltung von mehreren Teilgeneratoren ist, dass zwangsläufig durch beide Generatoren der gleiche Strom fließt. Wenn lediglich auf einen von zwei in Reihe geschalteten Generatoren ein Schatten fällt bzw. dieser stark abgedunkelt wird, dann bricht die gesamte Leistung der Solaranlage aufgrund der Solarzellen-Kennlinie zusammen, weil sich nur Betriebspunkte gleicher Ströme einstellen können. A considerable disadvantage with the classic / simple series connection of multiple subgenerators is that inevitably through both Generators the same current flows. If only on one of two in Series switched generators a shadow falls or this strong is darkened, then the entire performance of the solar system breaks due to the solar cell characteristic, because there are only operating points can set the same currents.
Zur Einspeisung der Gleichspannungsleistung des Solargenerators in das elektrische Versorgungsnetz sind Wechselrichter mit Halbleiter- Schaltelementen und mit einem Transformator, aber auch transformatorlose Wechselrichter bekannt. For feeding the DC voltage output of the solar generator into the electrical supply network are inverters with semiconductor Switching elements and with a transformer, but also transformerless Known inverter.
Transformatorlose Wechselrichter weisen einen höheren Wirkungsgrad auf, als Wechselrichter mit Transformatoren. Die nachfolgende Ausführungen beziehen sich primär auf trafolose Wechselrichter, sind aber prinzipiell auch auf Wechselrichter mit Transformator anwendbar. Transformerless inverters are more efficient, as an inverter with transformers. The following explanations relate primarily to transformerless inverters, but are in principle also applicable to inverters with transformer.
Bekannt ist, zwei in Reihe geschaltete, leistungsidentische Fotovoltaik- Generatoren an einem transformatorlosen Wechselrichter in Halbbrückenschaltung anzuschließen. Aus Sicherheitsgründen, das heißt zur Vermeidung unzulässig hoher Generatorspannungen und zur Vermeidung von parasitären, kapazitiven Ableitströmen des Generators gegen Erdpotenzial, ist eine Erdung des Generator-Mittelpunktes vorhanden. Diese Schaltung hat den Nachteil, dass, wenn nur einer der Fotovoltaik- Generatoren abgeschattet wird, z. B. durch einen Baum, sich dann in dem erzeugten Wechselstrom eine Unsymmetrie einstellt. Dies ist dadurch zu erklären, dass z. B. die positiven Halbwellen eine höhere Amplitude als die negativen Halbwellen aufweisen, weil jedem Generator eine Halbwelle zugeordnet ist. Höchst unerwünscht ist, dass in diesem Fall ein Gleichstrom in das Wechselstrom-Netz eingespeist wird, was nicht nur zu Energie- Verlusten, sondern sogar zu Beschädigungen an Geräten führen kann. Um eine derartige Gleichstromeinkopplung zu vermeiden, ist es bekannt, zwei Fotovoltaik-Generatoren erdungslos durch einen Wechselrichter in Halbbrückenschaltung zu betreiben, wodurch allerdings die Schutzfunktion verloren geht. Eine derartige Schaltung hat einerseits den Nachteil, dass bei Abschattung von einer der Fotovoltaik-Generatoren die Gesamtleistung der Anlage aufgrund der Solarzellen-Kennlinie gesenkt wird und andererseits, dass die Errichtung einer solchen Anlage wegen Überschreitung der maximal zulässigen Betriebsspannung der Solarmodule nicht zulässig ist. It is known that two series-identical, performance-identical photovoltaic Generators on a transformerless inverter in To connect half-bridge circuit. For security reasons, that is to say Avoiding impermissibly high generator voltages and avoiding them against parasitic, capacitive leakage currents of the generator Earth potential, the generator center is grounded. This Circuitry has the disadvantage that if only one of the photovoltaic Generators is shadowed, e.g. B. through a tree, then in the generated alternating current sets an asymmetry. This is too explain that e.g. B. the positive half-waves have a higher amplitude than that have negative half-waves because each generator has a half-wave assigned. It is highly undesirable that in this case a direct current is fed into the AC network, which is not only for energy Losses, but can even damage equipment. Around To avoid such a direct current coupling, it is known to two Photovoltaic generators ungrounded by an inverter in Half-bridge circuit to operate, which, however, the protective function get lost. On the one hand, such a circuit has the disadvantage that at Shadowing one of the photovoltaic generators the total output of the System is lowered due to the solar cell characteristic and on the other hand, that the construction of such a facility due to exceeding the maximum permissible operating voltage of the solar modules is not permissible.
Auch bekannt ist, die Leistung eines nicht abgeschatteten Fotovoltaik- Generators auf das Niveau eines abgeschatteten Fotovoltaik-Generators herunter zu regeln, wobei in einem solchen Fall Leistung verschenkt wird. It is also known the performance of an unshaded photovoltaic Generator to the level of a shaded photovoltaic generator to settle down, in which case performance is wasted.
Um diese Nachteile zu beseitigen, ist es bekannt, eine Reihenschaltung der Fotovoltaik-Generatoren durch eine Parallelschaltung zu ersetzen (z. B. sogenannte "Multistring-Schaltung"). Hierbei ist den Fotovoltaik-Generatoren jeweils ein DC-Steller zugeordnet, wobei beide Generatoren an ihrem optimalen Betriebspunkt gemäß der Solarzellen-Kennlinie betrieben werden können. Nachteilig bei dieser Schaltung ist, dass Verluste durch beide DC- Steller auch dann entstehen, wenn keiner der Generatoren abgeschattet ist, was der Normalfall ist, wodurch der Wirkungsgrad gegenüber einer Optimallösung gesenkt ist. Außerdem müssen die DC-Steller für die maximale Generatorleistung ausgelegt sein und sind entsprechend teuer. To eliminate these disadvantages, it is known to connect the series Replacing photovoltaic generators with a parallel connection (e.g. so-called "multistring circuit"). Here is the photovoltaic generator each assigned a DC actuator, with both generators on their optimal operating point according to the solar cell characteristic can. The disadvantage of this circuit is that losses from both DC Actuators also arise when none of the generators is shadowed, which is the normal case, which makes the efficiency compared to a Optimal solution is lowered. In addition, the DC converter for the maximum generator power can be designed and are accordingly expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des jeweils unabhängigen Anspruches zu schaffen bzw. zu finden, bei der bzw. bei denen die Sonnenenergieerzeugung bezüglich Netz- und Wirtschaftlichkeitsanforderungen - gegenüber dem Stand der Technik - verbessert und insbesondere der Wirkungsgrad und der Energieertrag erhöht wird. The object of the invention is a circuit arrangement and a Method according to the preamble of the respective independent claim create or find, at which the Solar energy generation with regard to grid and economic requirements - compared to the prior art - improved and in particular the Efficiency and the energy yield is increased.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind. The object of the invention is characterized by the features of the independent Claims solved, while advantageous in the subclaims Developments of the invention are characterized.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird eine Gleichstromkomponente im Netzstrom verhindert. Dies wird dadurch erreicht, dass die zu- und abgehenden Ströme zu und von dem Wechselrichter gleich sind. Damit eine Reihenschaltung auch bei Verwendung beispielsweise von Fotovoltaikgeneratoren möglich ist, ohne dass dies zu ungünstigen Betriebspunkten bezüglich der Solarzellen-Kennlinie führt, sind erfindungsgemäß Mittel zur Leistungskompensation vorgesehen. Hierdurch wird die Energieausnutzung der von dem Fotovoltaik-Generator zur Verfügung gestellten Energie erhöht. In vorteilhafter Weise können eine Erdungsleitung und/oder ein transformatorloser Wechselrichter angeschlossen werden, ohne dass die vorteilhafte Gleichstrom- Sperrfunktion beeinträchtigt wird. Due to the circuit arrangement according to the invention DC component in the mains power prevented. This is achieved in that the incoming and outgoing currents to and from the inverter are the same. So that a series connection even when using, for example Photovoltaic generators is possible without this being unfavorable Operating points with respect to the solar cell characteristic leads According to the invention, means for power compensation are provided. hereby the energy utilization of the from the photovoltaic generator Provided energy increased. Advantageously, a Earthing line and / or a transformerless inverter can be connected without the advantageous direct current Locking function is impaired.
Die Schaltungsanordnung funktioniert in gleicher Weise gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wenn ein Gleichstromverbraucher mit einem Gleichstromerzeuger in Reihe geschaltet ist. Ein Gleichstromverbraucher kann hierbei eine Batterie sein, die durch einen Gleichstromerzeuger, z. B. eine Fotovoltaikanlage geladen wird. Insofern betrifft die Erfindung sowohl zwei in Reihe geschaltete Gleichstromgeneratoren, als auch einen Gleichstromgenerator in Reihe mit einem Gleichstromverbraucher. The circuit arrangement works in the same way according to the Preamble of claim 1 when a DC consumer with a DC generator is connected in series. A DC consumer can be a battery that is powered by a DC generator, e.g. B. a photovoltaic system is being charged. In this respect, the invention relates to both two DC generators connected in series, as well as one DC generator in series with a DC consumer.
Durch die Parallelschaltung einer Leistungskompensationseinrichtung zwischen Wechselrichter und Generator kann von dieser Leistung aus einem der Generatoren entnommen bzw. in einen Verbraucher eingespeist werden. Diese Leistung wird dann zusätzlich zur Leistung des anderen Generators dem Wechselrichter zugeführt werden. By connecting a power compensation device in parallel between the inverter and generator can be based on this power the generators are removed or fed into a consumer. This power then becomes in addition to the power of the other generator be fed to the inverter.
Eine effektive und kostengünstige Schaltungsanordnung, die bei Leistungsidentität der Generatoren bzw. Generator und Verbraucher völlig verlustlos ist, ergibt sich aus Anspruch 7. Insbesondere kann diese in günstiger Weise mit einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9 zusammenwirken. An effective and inexpensive circuit arrangement that at Performance identity of the generators or generator and consumers completely lossless is apparent from claim 7. In particular, this can be cheaper Way with a circuit arrangement according to claim 9 interact.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Wechselstrom gem. Anspruch 11 beruht auf der Erkenntnis, dass der Betriebspunkt eines nicht abgeschatteten und damit leistungsstärkeren - im Vergleich zu einem abgeschatteten - Fotovoltaik-Generators - bei Reihenschaltung zweier Fotovoltaik-Generatoren - deutlich verbessert werden kann, wenn eine Ausgleichsleistung des leistungsstärkeren Fotovoltaik-Generators zusätzlich zur Leistung des abgeschatteten Fotovoltaik-Generators fließen kann. Auch hier gilt, dass das Verfahren auch dann zur Anwendung kommt, wenn anstelle des einen Gleichstromgenerators ein Gleichstromverbraucher eingesetzt wird. The inventive method for generating alternating current acc. Claim 11 is based on the knowledge that the operating point is not one shadowed and therefore more powerful - compared to one shaded - photovoltaic generator - when two are connected in series Photovoltaic generators - can be significantly improved if one Compensation performance of the more powerful photovoltaic generator additionally can flow to the performance of the shaded photovoltaic generator. It is also the case here that the method is also used if instead of a direct current generator, a direct current consumer is used.
Dieser Effekt tritt erfindungsgemäß durch die Leistungskompensation wegen der - im Vergleich zu Nicht-Solar-Generatoren - ungewöhnlichen Leistungskennlinie der Solarzellen bei Fotovoltaik-Generatoren, insbesondere bei Reihenschaltung, auf, wobei eine Erdung bzw. Anschluss einer Leistungskompensation vorhanden sein kann. Durch Reihenschaltung wäre ohne Erdung nur ein gemeinsamer Stromfluß möglich. Dies würde die Fotovoltaik-Generatoren dazu zwingen bei Betriebspunkten gleicher Leistungen bzw. gleichen Strom zu arbeiten. Erfindungsgemäß wird es - trotz einer Reihenschaltung - durch die Leistungskompensation ermöglicht, dass Betriebspunkte unterschiedlicher Leistungen entstehen und somit der Energieertrag deutlich erhöht wird. Dabei ist eine Gleichspannungskomponente vermeidbar, weil die Leistungskompensation, derart betrieben werden kann, dass die Energiebilanz zwischen positiven Halbwellen und negativen Halbwellen des Netzstromes ausgeglichen ist. Dies wird durch die Halbbrücken-Topologie der Wechselrichter mit entsprechender Regelung der Teilkondensatorspannungen sichergestellt. This effect occurs according to the invention through the power compensation because of the unusual compared to non-solar generators Performance curve of the solar cells in photovoltaic generators, in particular in series connection, with a grounding or connection of a Power compensation can be present. Through series connection would be only a common current flow is possible without grounding. This would be the Forcing photovoltaic generators to do the same at operating points Services or the same current to work. According to the invention, despite a series connection - made possible by the power compensation, that operating points of different services arise and thus the Energy yield is increased significantly. There is one DC component avoidable because the power compensation operated in this way can be that the energy balance between positive half-waves and negative half-waves of the mains current is balanced. This is through the Half-bridge topology of the inverters with appropriate regulation of the Partial capacitor voltages ensured.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Leistungskompensation nur bei ungleicher Leistungsabgabe der Fotovoltaik-Generatoren stattfindet, wodurch diese nur in Fällen von abgeschatteten Generatoren und dergleichen zum Einsatz gelangt und somit im "Normalfall" keine Energieverluste verursacht. Die obigen Aussagen treffen natürlich auch zu bei einer Schaltungsanordnung mit Verbraucher und Erzeuger. It is particularly advantageous if the power compensation is only at uneven output of the photovoltaic generators takes place, whereby this only in cases of shaded generators and the same is used and therefore in the "normal case" none Causes energy loss. Of course, the above statements also apply in a circuit arrangement with consumers and generators.
Das Verfahren nach Anspruch 14 beruht ähnlich auf der Erkenntnis, dass die Energieausnutzung von Gleichspannungsquellen, insbesondere von Fotovoltaik-Generatoren mit unterschiedlichen Kennlinien - infolge entweder der Sonneneinstahlung oder ihrer Baueigenschaften - bei Parallel- oder Reihenschaltung verschlechtert wird, weil zwangsläufig entweder ein gemeinsamer Strom fließt oder die gleiche Spannung anliegt, wodurch ein optimaler Betriebspunkt in beiden Generatoren nicht erreicht werden kann. Durch die Leistungskompensation kann jedoch bei Leistungsdifferenzen der beiden Gleichspannungsquellen oder Generatoren ein optimaler Betriebspunkt grundsätzlich - ohne zwei in Reihe geschaltete DC-Steller - in beiden Generatoren erreicht werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad bei der Sonnenenergieerzeugung auf kostengünstige Weise erhöht werden kann. The method according to claim 14 is similarly based on the knowledge that the energy utilization of DC voltage sources, in particular of Photovoltaic generators with different characteristics - as a result either solar radiation or their construction properties - with parallel or series connection is deteriorated because inevitably either a common current flows or the same voltage is present, causing a optimal operating point cannot be achieved in both generators. Through the power compensation, however, the power difference can an optimal two DC voltage sources or generators Operating point in principle - without two DC actuators connected in series - in both Generators can be achieved, reducing the overall efficiency at Solar energy generation can be increased in a cost-effective manner.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der zeichnerischen Darstellungen näher erläutert, indem weitere Vorteile der Erfindung und weitere Merkmaie dort beschrieben sind. The invention is illustrated by way of example with reference to the drawings explained in more detail by further advantages of the invention and others Merkmaie are described there.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 1 shows a schematic diagram of an embodiment of the circuit arrangement according to the invention;
Fig. 2 eine zweite bekannte Schaltungsanordnung; Fig. 2 shows a second prior art circuit;
Fig. 3 eine dritte bekannte Schaltungsanordnung; Fig. 3 shows a third known circuit arrangement;
Fig. 4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 4 is an illustration of an exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention;
Fig. 5a das Leistungsschaubild zweier Generatoren mit unterschiedlichen Leistungen ohne Leistungskompensation mit dem entsprechenden Schaltbild; Figure 5a, the performance diagram of two generators with different outputs without power compensation with the corresponding circuit diagram.
Fig. 5b das Leistungsschaubild zweier Generatoren mit unterschiedlichen Leistungen mit Leistungskompensation mit dem entsprechenden Schaltbild; Figure 5b shows the performance diagram of two generators with different outputs with power compensation with the corresponding circuit diagram.
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Energieerzeugung; Fig. 6 is a circuit for direct current power;
Fig. 7 eine Schaltungsanordnung mit einer Gleichstromquelle und einem Gleichstromverbraucher. Fig. 7 shows a circuit arrangement with a direct current source and a direct current consumer.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1, die Mittel zur Leistungskompensation LK aufweist. Die Schaltungsanordnung 1 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Fotovoltaik-Generatoren 2 und 3, die handelsübliche Module mit Solarzellen-Elementen sind. Die Mittel LK, die in Fig. 4 näher gezeigt sind, sind mit einer ersten - mit einer Verbindungsleitung 5 der Reihenschaltung verbundenen - Kompensationsleitung 3 mit den Fotovoltaik-Generatoren 2 und 3 elektrisch verbunden. Die Mittel LK sind weiterhin mit den Generatorzweigen 6a und 7a (plus und minus) verbunden, wodurch wahlweise Strom zwischen der Kompensationsleitung 4 und einem der Generatorzweigen 6a und 7a hin- oder zurückfließen kann, je nachdem welcher der Fotovoltaik-Generatoren 2 und 3 leistungsschwächer ist bzw. je nach dem, ob eine Lade- oder Entladephase eines Energiespeichers 8 oder 9 (Fig. 4) stattfindet. Die Energiespeicher sind Drosseln, können aber auch Kondensatoren oder Akkus in entsprechender Schaltung sein. Fig. 1 shows a circuit arrangement 1 according to the invention, comprising means for power compensation LK. The circuit arrangement 1 consists of two series-connected photovoltaic generators 2 and 3 , which are commercially available modules with solar cell elements. The means LK, which are shown in more detail in FIG. 4, are electrically connected to the photovoltaic generators 2 and 3 with a first compensation line 3 , which is connected to a connecting line 5 of the series circuit. The means LK are still connected to the generator branches 6 a and 7 a (plus and minus), whereby current can optionally flow in or out between the compensation line 4 and one of the generator branches 6 a and 7 a, depending on which of the photovoltaic generators 2 and 3 is less powerful or depending on whether a charging or discharging phase of an energy store 8 or 9 ( FIG. 4) takes place. The energy storage devices are chokes, but they can also be capacitors or accumulators with the appropriate circuitry.
Die Generatorzweige 6 und 7 sind mit dem Wechselrichter mit den Anschlußklemmen WR (+) und WR (-) verbunden, wobei zwischen den Generatorzweigen 6 und 7, Kondensatoren 10 und 11 oder entsprechende Speicherelemente in Reihe geschaltet sind. Eine Erdung 12 ist zwischen der Verbindungsleitung der Kondensatoren 10 und 11 und der Kompensationsleitung 4 verbunden, wodurch die Kompensationsleitung stets Null-Potential aufweist. Die Erdung ist allerdings nicht zwingend erforderlich. The generator branches 6 and 7 are connected to the inverter with the connection terminals WR (+) and WR (-), capacitors 10 and 11 or corresponding storage elements being connected in series between the generator branches 6 and 7 . A ground 12 is connected between the connecting line of the capacitors 10 and 11 and the compensation line 4 , whereby the compensation line always has zero potential. However, earthing is not absolutely necessary.
Durch die Mittel LK zur Leistungskompensation findet ein Energieaustausch zwischen dem ersten Fotovoltaik-Generator 2 und dem zweiten Fotovoltaik- Generator 3 statt, wenn z. B. der Fotovoltaik-Generator 2 mehr Sonnenlicht, als ein abgeschatteter zweiter Generator 3 erhält. Through the means LK for power compensation, an energy exchange takes place between the first photovoltaic generator 2 and the second photovoltaic generator 3 if, for. B. the photovoltaic generator 2 receives more sunlight than a shaded second generator 3 receives.
Anhand von Fig. 5a und Fig. 5b wird deutlich, dass ohne erfindungsgemäße Kompensation (Fig. 5a) der Generator 2 (Gen. 2) nicht an seinem Punkt maximaler Leistung P2mpp arbeiten kann, sondern bei niedriger Leistung bei P2 arbeiten muss. D. h. er wird auf das gleiche Leistungsniveau wie der Generator 1 (Gen. 1) gezwungen, da sonst bei Verwendung eines Halbbrückenwechselrichters ein Gleichstrom ins Netz eingespeist würde. Referring to Fig. 5a and Fig. 5b it is clear that without compensation according to the invention (Fig. 5a) of the generator 2 (Gen. 2) is not at its maximum power point P can operate 2mpp, but must operate at low power at P2. I.e. it is forced to the same power level as generator 1 (Gen. 1), since otherwise a direct current would be fed into the grid if a half-bridge inverter was used.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 5b arbeitet der Generator 2 (Gen. 2) durch die erfindungsgemäße Kompensation im Punkt maximaler Leistung P2, was auch für den Generator 1 gilt, so dass die max. Leistungsausbeute gegenüber dem Betrieb gem. Fig. 5a größer ist. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Hälfte der Leistungsdifferenz ΔP dem Generator dem negativen Zweig abgezogen und dem WR im positiven Zweig zugeführt wird. In the illustration according to Fig. 5b, the generator operates 2 (Gen. 2) by the inventive compensation in the maximum power point P 2, which also applies to the generator 1, so that the max. Performance yield compared to the operation acc. Is larger Fig. 5a. This is made possible by subtracting half of the power difference ΔP from the generator in the negative branch and feeding it to the WR in the positive branch.
Mit einer Schaltungsanordnung gem. Fig. 2 wird durch die fehlende Erdung zwar eine Gleichstromkomponente verhindert, was jedoch durch einen erheblichen Wirkungsgradverlust erkauft wird. With a circuit arrangement acc. Fig. 2 is prevented by the lack of grounding a DC component, but this is purchased due to a significant loss in efficiency.
Fig. 4 zeigt die Schaltungsanordnung 1 als Beispiel für eine Leistungskompensation, wobei die Mittel zur Leistungskompensation Drosseln 17, 18 als Energiespeicher, Halbleiterschalter 15, 16 als Schaltelemente und Freilaufdioden 19, 20 als Freilauf-Gleichrichtungselemente sind. Jeder Generatorzweig 6 und 7 weist eine derartige Schaltungskombination auf. Parallel zum ersten Fotovoltaik-Generator 2 ist eine Drossel 17 mit einem in Reihe zur Drossel 17 geschalteten Halbleiterschalter 15 geschaltet, wobei die Reihenschaltung aus Drossel 17 und Halbleiterschalter 15 mit dem ersten Generatorzweig 6 und der Kompensationsleitung 4 elektrisch verbunden sind. Zwischen der Drossel 17 und dem Halbleiterschalter 15 ist eine Freilaufdiode 19 elektrisch verbunden, die an ihren anderem Ende mit dem zweiten Generatorzweig 7 verbunden ist. Fig. 4 shows the circuit arrangement 1 as an example of a power compensation, wherein the means for power compensation inductors 17, 18 as an energy storage, semiconductor switches 15, 16 as switching elements and flywheel diodes 19, 20 as are freewheeling rectification elements. Each generator branch 6 and 7 has such a circuit combination. Parallel to the first photovoltaic generator 2, a throttle 17 is connected with a series-connected to the throttle 17, semiconductor switch 15, wherein the series connection of inductor 17 and semiconductor switch 15 to the first generator branch 6 and the compensating line are electrically connected. 4 A free-wheeling diode 19 is electrically connected between the inductor 17 and the semiconductor switch 15 and is connected at its other end to the second generator branch 7 .
Ein Einschalten der Drossel 17 durch den Halbleiterschalter 15 in der positiven Halbwelle des Netzstroms hat die Wirkung, dass sich ein induktiver Strom aufbaut bzw. die Drossel 17 aufgeladen wird. Durch Abschalten in der negativen Halbwelle fließt ein negativer Freilaufstrom in den zweiten Generatorzweig 7, so dass sich die Drossel 17 in der negativen Halbwelle entlädt wodurch der niedrigere Strom des abgeschatteten, zweiten Fotovoltaik-Generator 3 kompensiert wird. Switching on the choke 17 by the semiconductor switch 15 in the positive half-wave of the mains current has the effect that an inductive current builds up or the choke 17 is charged. By switching off in the negative half-wave, a negative freewheeling current flows into the second generator branch 7 , so that the choke 17 is discharged in the negative half-wave, whereby the lower current of the shadowed, second photovoltaic generator 3 is compensated.
Entsprechend für den Fall, dass nur der erste Fotovoltaik-Generator 1 abgeschattet ist, ist eine Drossel 18, ein Halbleiterschalter 16 und eine Freilaufdiode 20 umgekehrt geschaltet. Correspondingly, in the event that only the first photovoltaic generator 1 is shadowed, a choke 18 , a semiconductor switch 16 and a free-wheeling diode 20 are switched in reverse.
Zum Steuern oder Regeln des Kompensationsstromes bzw. Kompensationsleistung kann das Taktverhältnis der Impulse erfindungsgemäß derart verändert werden, dass der zum Wechselrichter in dem einen Generatorzweig zugeführte Strom gleich dem vom Wechselrichter abgeführte Strom ist. Das Steuern oder Regeln kann mit einer Impulsbreiten-Steuerung, Impuls-Abstands-Steuerung oder anderen Verfahren realisiert werden. Die Schalteransteuerung kann mit bekannten Verfahren, wie z. B. direkten, kaskadierten oder Zustandsregelungen geschehen. For controlling or regulating the compensation current or Compensation power can the clock ratio of the pulses according to the invention be changed so that the inverter in one Current supplied to the generator branch is equal to that from the inverter dissipated electricity is. You can control or regulate with a Pulse width control, pulse distance control or others Procedure can be realized. The switch control can with known Methods such as B. direct, cascaded or state controls happen.
Im Prinzip wird die halbe Energie- bzw. Leistungsdifferenz zwischen einer positiven und einer negativen Halbwelle dem Generatorzweig mit der kleineren Leistung zugeschaltet. In Fig. 1 beträgt die Leistungsdifferenz 5 kW. In principle, half the energy or power difference between a positive and a negative half-wave is connected to the generator branch with the lower power. In Fig. 1, the power difference is 5 kW.
Wechselrichter im Sinne dieser Beschreibung ist jedes Umwandlungsgerät, das Gleichstrom in Wechselstrom wandelt, also auch z. B. auch eine Halbleiterlose Gleichstrom-Wechselstrom-Generatoranordnung. For the purposes of this description, any converter is an inverter, converts the direct current into alternating current, i.e. also z. B. also one Semiconductorless DC-AC generator assembly.
Das Prinzip der Leistungskompensation kann grundsätzlich auch ohne eine Umwandlung in Wechselstrom genutzt werden, wobei die Betriebspunkte gem. Solar-Kennlinie verbessert werden können. Fig. 6 zeigt eine Schaltung hierfür mit einem DC-Steller DCS, wobei aber zwei optimale Betriebspunkte bei analogen Schatteneffekten möglich sind. The principle of power compensation can in principle also be used without conversion to alternating current, the operating points according to Solar characteristic can be improved. Fig. 6 shows a circuit for this with a DC controller DCS, but two optimal operating points with analog shadow effects are possible.
Wie in Fig. 7 dargestellt, kann anstelle der Generatoren auch je eine Gleichspannungsquelle (beliebiger Art) und ein Gleichspannungsverbraucher angeschlossen sein. Im Falle eines Generators als Gleichspannungsquelle und eines Gleichspannungsverbrauchers wird die entsprechende Gleichspannungsleistung von Generator zum Verbraucher übertragen. Die überschüssige Leistung wird über den WR in das Wechselspannungsnetz eingespeist. As shown in FIG. 7, a DC voltage source (of any type) and a DC voltage consumer can also be connected instead of the generators. In the case of a generator as a DC voltage source and a DC voltage consumer, the corresponding DC voltage power is transmitted from the generator to the consumer. The excess power is fed into the AC network via the inverter.
Grundsätzlich können Generatoren unterschiedlicher Leistung bzw. Strom- und Spannungswerten verwendet werden. Basically, generators of different power or current and voltage values are used.
Ein Gleichspannungsgenerator ist in Sinne dieser Beschreibung auch ein Gleichstromgenerator und umgekehrt. For the purposes of this description, a DC voltage generator is also a DC generator and vice versa.
Claims (14)
mit wenigsten einem ersten und wenigstens einem zweiten Gleichspannungszweig, wobei beide Gleichspannungszweige mit dem Wechselrichter verbunden sind
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel (LK) zur Leistungskompensation, derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die zum Wechselrichter in den einen Gleichspannungszweig (6) zugeführte Leistung oder Strom gleich der vom Wechselrichter in dem anderen Gleichspannungszweig (7) abgeführten Leistung oder Strom ist. 1. Circuit arrangement ( 1 ) for converting direct current into alternating current with an inverter, with at least two direct voltage generators, in particular direct voltage generators ( 2 , 3 ), or a direct voltage generator, e.g. B. DC voltage generator and a DC voltage consumer, for. B. battery, the generator or the consumer and the generator are each connected in series,
with at least one first and at least one second DC voltage branch, both DC voltage branches being connected to the inverter
characterized by
that means (LK) for power compensation are designed and arranged such that the power or current supplied to the inverter in one DC voltage branch ( 6 ) is equal to the power or current dissipated by the inverter in the other DC voltage branch ( 7 ).
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