DE10323982A1

DE10323982A1 - Wechselrichter

Info

Publication number: DE10323982A1
Application number: DE2003123982
Authority: DE
Inventors: Rainer Rudischer; Uwe Herrman; Wolfgang Hernschier
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-30

Abstract

Ein Wechselrichter für Solarmodule dient zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung. Eine Richtung des Standes der Technik besteht darin, jedes Solarmodul mit einem eigenen Wechselrichter mit einer Leistungsoptimierung auszurüsten. Der Wechselrichter wird im Wesentlichen repräsentiert durch ein Gehäusemodul, welches mit einer Bodenplatte verbunden wird. Der Wechselrichter ist an der Rückwand eines Solarmoduls angebracht, wobei die Bodenplatte des Wechselrichters an die Rückwand des Solarmoduls vormontiert ist. Gemäß der Erfindung kommen Federkontakte mit den Kontaktbereichen auf der Bodenplatte in Berührung, sobald das Gehäusemodul mit der am Solarmodul fixierten Bodenplatte verbunden wird. Dabei werden Fertigungstoleranzen im Bereich der Kontaktbereiche ausgeglichen und die Verbindung der Leiterplatte mit den Kontaktbereichen ist einfach und betriebssicher gewährleistet. Erfindungsgemäß kann somit das Gehäusemodul mit allen wesentlichen Bauelementen von der Bodenplatte - und somit vom Solarmodul - abgenommen werden, ohne dabei elektrische Verbindungen zum Solarmodul lösen zu müssen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für Solarmodule.
Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage umfaßt eine Vielzahl seriell oder parallel verschalteter Module, wobei jeweils einer Modulgruppe ein MPP-Tracker zugeordnet ist, mit wenigstens einem Wechselrichter zum Umwandeln der erzeugten Gleichspannung in Wechselspannung. Dabei dient eine erste Einrichtung zum Anbinden an das Netz, welche mindestens einen Leistungsschalter umfaßt, und eine zweiten Einrichtung zur Steuerung und Überwachung der Anlage mittels eines Mikrocomputers.
Eine Photovoltaikanlage besteht dabei aus einer Vielzahl verschalteter Solarmodule, kurz Module -, die zu sogenannten Strings verschaltet sein können, wobei durch die Anzahl der Module die Ausgangsspannung der Strings festgelegt wird.
Eine Richtung des Standes der Technik besteht darin, jedes Solarmodul mit einem eigenen Wechselrichter mit einer Leistungsoptimierung, dem MPP-Tracking, auszurüsten und diese Wechselrichter mit einer zentralen Steuerung bzw. Überwachung zu versehen, die diesen maximalen Leistungspunkt steuert. Damit können bei der Netzeinspeisung die Vorgaben und Parameter eingehalten werden, die beispielgebend vom netzbetreibenden Energieversorgungsunternehmen festgelegt werden.

DE 40 32 459 C2 beschreibt eine diesbezügliche netzgekoppelte Photovoltaikanlage. Im weiteren beschreibt dieses Patent auch eine Darstellung des mechanischen Aufbaus eines Moduls mit einem integrierten Wechselrichter. Im weiteren zeigt es den Aufbau der Verbindungselemente des Wechselrichters, welche Stecker aufweisen, die jeweils unterschiedlich ausgebildet sind, so daß ein Vertauschen nicht möglich ist. Dabei ist jedes Verbindungselement mit einem Gewinde und einer Dichtung versehen. Im weiteren offenbart es einen Längsschnitt eines Wechselrichters; hieraus ist ersichtlich, daß zur Leiterplatte Anschlüsse geführt sind, die mit einem Stecker verbunden sind und diese Stecker in die Verbindungselemente an einer Außenwand des Gehäuses münden.

DE 196 37 360 A1 beschreibt eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage mit einem oder mehreren Solarmodulblöcken mit wenigstens einem Solarmodul, wobei jedem Solarmodulblock ein Wechselrichter zur Einspeisung der erzeugten Energie in das angekoppelte Stromnetz zugeordnet ist.

Die Zuordnung von einem Wechselrichter zu einem Solarmodul erfordert eine einfache Montage. Diesbezüglich ist aus der DE 36 1 1 545 bekannt, bei einem Modul, das von einem Rahmen aus Hohlprofilen umgeben ist, in einem solchen Hohlraum ein elektrisches Reglergerät anzuordnen, welches Steuer-, Regel-, und/oder Wandelfunktion hat. Ein solches Regelgerät muß in seinen Abmessungen optimal an den Hohlraum des Profils angepaßt werden, damit das so ausgestattete Modul an ein weiteres, benachbartes Modul angelegt werden kann.

Zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Photovoltaikanlage wird versucht, die Berandung der Solarmodule möglichst klein zu halten und es werden die Wechselrichter im Rahmen nicht mehr genügend Platz finden.

Bei einer anders gestalteten Anbringung des Wechselrichters muß überdies darauf geachtet werden, daß die Abwärme des Wechselrichters den Wirkungsgrad der Solarmodule nicht negativ beeinflußt.

Im weiteren ist in der Praxis bekannt, daß bei Montage- und Wartungsarbeiten vom durchführenden Personal zahlreiche Einbauvorschriften und herstellerseitige Vorgaben für die Installation zahlreicher Solarmodule zu beachten sind. In der Praxis müssen diese Tätigkeiten überdies unter einem hohen Zeitdruck durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere besteht die Aufgabe, einen solchen Aufbau eines Wechselrichters für Solarmodule zu schaffen, daß der Aufwand für Montage, Herstellungs- und Betriebskosten (Euro/kW) und für Wartung nachhaltig verringert werden kann.

Der Erfindung liegt im weiteren die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter für Solarmodule derart zu schaffen, daß bei einer Montage des Wechselrichters an der Rückseite des Solarmoduls, die durch die Spannungsumformung entstehende Wärme den Wirkungsgrad des Solarmoduls nicht beeinflußt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen.

Der Wechselrichter für Solarmodule (1) dient zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und ist in einem Gehäuse eingelagert. Das Gehäusemodul ist mit wärmeableitenden Kühlrippen versehen. In das Gehäusemodul ist mindestens eine Leiterplatte eingelagert. Die Leiterplatte trägt die Schaltungs- und Steuerelemente.

Gemäß der Erfindung ist der Wechselrichter, im wesentlichen repräsentiert durch das Gehäusemodul, an der Rückwand des Solarmoduls lösbar angebracht. Diese Fixierung ist festsitzend und für Wartungs- und Montagearbeiten demontierbar. Das Gehäuse besteht aus einer Bodenplatte und einem Gehäusemodul. Die Bodenplatte ist mit mindestens einem Abstandshalter auf der Rückseite des Solarmoduls fixiert. Gemäß der Erfindung wird durch den Abstandshalter zwischen der Bodenplatte und dem Solarmodul ein Luftspalt ausgebildet. Dieser Luftspalt verhindert die Übertragung der vom Umformer erzeugten Abwärme an das Solarmodul. Damit wird der bestmögliche Wirkungsgrad der Solarmodule erhalten durch Wärmeentwicklung nicht negativ beeinflußt.

Diese Bodenplatte hat eine Öffnung zur Einleitung von Gleichspannungskontakten für die von den Solarmodulen erzeugte Energie. Diese Gleichspannungskontakte bilden jeweils weiterführende Kontaktbereiche auf der Bodenplatte. Diese Öffnung für die Gleichspannungskontakte ist wasser- und schmutzfest versiegelt. Diese Versiegelung kann gleichzeitig dazu dienen, die Bodenplatte auf die Rückseite der Solarmodule zu kleben.

Die wärmeerzeugenden Schaltungselemente befinden sich weitgehend im oben liegenden, nach außen gerichteten Bereich der Leiterplatte um die Abwärme bestmöglich nach außen vom Solarmodul weggerichtet abzuleiten. Diesem Gedanken folgend werden die Schalungselemente gleichmäßig nach thermischen Gesichtspunkten ausgewogen über die Leiterplatte verteilt.

Gemäß der Erfindung befinden sich im weiteren auf der Leiterplatte axial längenveränderbare Federkontakte. Diese Federkontakte bestehen aus einem mit einer Spiralfeder ausgelenkten Kontaktfinger. Diese beiden Teile sind von einem Hohlzylinder umschlossen. Gemäß der Erfindung kommen die Federkontakte mit den Kontaktbereichen auf der Bodenplatte in Berührung, sobald das Gehäusemodul mit der Bodenplatte verbunden wird. Dabei werden Fertigungstoleranzen im Bereich der Kontaktbereiche ausgeglichen und die Verbindung der Leiterplatte mit den Kontaktbereichen, – also den Gleichspannungskontakten, – wird einfach und betriebssicher gewährleistet. Erfindungsgemäß kann somit das Gehäusemodul mit allen wesentlichen Bauelementen von der Bodenplatte – und somit vom Solarmodul- ab genommen werden, ohne dabei elektrische Verbindungen zum Solarmodul lösen zu müssen. Der Vorgang der Montage ist analog vorteilhaft einfach und betriebssicher.

Mit einem Wechselrichter gemäß der Erfindung kann der Aufwand für Montage, Herstellungs- und Betriebskosten (Euro/kW) und für Wartung nachhaltig verringert werden. Nach der Erfindung wird im weiteren bei einer Montage des Wechselrichters an der Rückseite des Solarmoduls der Wirkungsgrad des Solarmoduls erhalten und wird durch die Abwärme, die bei der Spannungsumformung zwangsläufig entsteht, nicht negativ beeinflußt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt.
1 Einen Längsschnitt durch das Gehäuse des Wechselrichters
2 Eine Draufsicht auf die Bodenplatte des Wechselrichters
3 Einen Längsschnitt durch einen Federkontakt
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen.
Ein Wechselrichter der genannten Erfindung besteht aus einem Gehäuse mit einer Bodenplatte (2) und einem Gehäusemodul (5). Dieses Gehäuse ist an die Rückseite eines Solarmoduls (1) angebracht. Zwischen dem Solarmodul (1) und der Bodenplatte (2) muß ein Luftspalt ausgebildet sein, damit die Abwärme der Schaltung nicht auf das Solarmodul (1) übertragen wird und dessen Wirkungsgrad nicht negativ beeinflußt wird. Dieser Luftspalt ist durch Abstandshalter (21) ermöglicht. Diese Abstandshalter (21) sind hier als Ausbuchtungen in die Bodenplatte(2) realisiert. Beispielgebend sind drei Abstandshalter (21) vorhanden. Ein Abstandshalter (21) ist gleichzeitig als Öffnung (22) ausgebildet. Durch diese Öffnung (22) sind die beiden Gleichspannungskontake (23) durchgeführt. Diese Gleichspannungskontakte (21) bilden auf der innen liegenden Seite der Bodenplatte(2) jeweils einen Kontaktbereich (24) aus. Die Kontaktbereiche (24) liegen relativ eng beabstandet zur Öffnung (22) um möglichst wenig Abwärme der Gleichspannungskontakte (21) zu verursachen. Diese Öffnung (22) ist wasser- und schmutzdicht versiegelt, beispielgebend durch einen Kunstharz oder anderweitigen Kunststoff.
Dem Gedanken der bestmöglichen Wärmeableitung folgend sind die wärmeerzeugenden Schaltungselemente (41) auf der Leiterplatte (4) im oben liegenden nach außen gerichteten Bereich des Gehäusemoduls (5) angeordnet und liegen möglichst nahe an den Kühlrippen (55).
Im weiteren sind die wärmeerzeugenden Schaltungselemente (41) nach thermischen Gesichtspunkten gleichmäßig über die den Bereich der Leiterplatte (4) verteilt. Für eine weitere Verbesserung der Wärmeableitung ist mit Vorzug die Leiterplatte (4) in das Gehäusemodul(5) eingegossen. Damit entsteht eine untrennbare Einheit mit einer vorteilhaften Wärmeableitung.
Die Leiterplatte (4) trägt Schaltungs-, Regel-, Steuer-, oder Meßelemente und kann mit weiteren elektrischen oder elektronischen Elementen ausgestattet sein. Im allgemeinen wird eine Leiterplatte (4) ausreichend sein, es kann aber ebenso ein System von mehreren Leiterplatten betrachtet werden.
Die Verbindung der Leiterplatte (4) mit den Kontaktbereichen (24) auf der Bodenplatte(2) erfolgt ausschließlich mit den Federkontakten (3). Das Gehäusemodul(5) – mit den beinhalteten genannten wesentlichen Elementen – bildet somit eine selbständige wartbare, austauschbare und einfach zu montierende Einheit. Es gibt keine strom- oder signalführenden Steck- oder Schraubverbindungen der Leiterplatte (4) mit der Bodenplatte (2), also dem Solarmodul (1). Die Federkontakte (3) kommen mit den Kontaktbereichen (24) auf der Bodenplatte(2) in Berührung und nehmen die Gleichspannung auf, sobald das Gehäusemodul (5) mit der Bodenplatte verbunden ist. Dieses Prinzip kann auf weiterführende Verbindungen übertragen werden.
Nachfolgend wird auf 2 Bezug genommen.
Diese 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Bodenplatte (2), mit einer Öffnung (22), hier durchgeleiteten Gleichspannungskontakten (23) und zwei Kontaktbereiche (24). Die Kontaktbereiche (24) bilden dabei eine Auflagefläche aus, welche größer ist als der Durchmesser der Federkontakte (3) ist. Hier werden Fertigungs- und Montagetoleranzen vorteilhaft ausgeglichen.
Die Bodenplatte(2) ist beispielgebend vom Hersteller der Solarmodule (1) an der Rückseite des Solarmoduls (1) angebracht und vorgefertigt.
Zuletzt wird auf 3 Bezug genommen.
3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Federkontakt (3). Der Federkontakt (3) besteht aus einem Kontaktfinger (32) und einer Spiralfeder (33), die in einen Hohlzylinder (31) eingelagert sind. Der Kontaktfinger (32) ist in axialer Richtung verschiebbar und wird durch die Federkraft der Spiralfeder (33) ausgelenkt und kommt mit den Kontaktbereichen (24) auf der Bodenplatte(2) in Berührung.
Für eine betriebssichere Berührung mit den Kontaktbereichen (24) bilden diese eine größere Auflagefläche als der Durchmesser der Federkontakte (3).

1: Solarmodul
2: Bodenplatte mit
21: Abstandshalter
22: Öffnung
23: Gleichspannungskontakte
24: Kontaktbereiche
3: Federkontakt mit
31: Hohlzylinder
32: Kontaktfinger
33: Spiralfeder
4: Leiterplatte mit
41: Schaltungselemente
5: Gehäusemodul mit
51: Steckverbindungen
52: leistungstragende und datentragende Leitungen
55: Kühlrippen

Claims

Wechselrichter für Solarmodule (1) zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung in einem Gehäuse, wobei in einem Gehäusemodul(5) mindestens eine Leiterplatte (4) zur Aufnahme der Schaltungs- und Steuerelemente eingelagert und im weiteren die äußere Berandung des Gehäusemoduls (5) mit wärmeableitenden Kühlrippen (55) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter an der Rückwand des Solarmoduls (1) lösbar angebracht ist, und das Gehäuse, bestehend aus einer Bodenplatte(2) und einem Gehäusemodul(5), wobei die Bodenplatte(2) mit mindestens einem Abstandshalter (21) auf der Rückseite des Solarmoduls (1) fixiert und zwischen der Bodenplatte(2) und dem Solarmodul (1) ein Luftspalt ausbildet ist, diese Bodenplatte(2) eine Öffnung (22) zur Einleitung von Gleichspannungskontakten (23) aufweist und diese Gleichspannungskontakte (23) jeweils weiterführende Kontaktbereiche (24) auf der Bodenplatte(2) ausbilden und gegen diese isoliert sind, wobei diese Öffnung (22) für die Gleichspannungskontakte (23) wasser-, und schmutzdicht versiegelt ist, und die wärmeerzeugenden Schaltungselemente (41) sich im oben liegenden, nach außen gerichteten Bereich der Leiterplatte (4) befinden und weitestgehend thermisch ausgewogen über die Leiterplatte (4) verteilt sind, und sich zudem auf der Leiterplatte (4) axial längenveränderbare, von einem Hohlzylinder (31) umschlossene, federnde Federkontakte (3) befinden, welche mit den Kontaktbereichen (24) in Berührung kommen und die Gleichspannung aufnehmen, sobald das Gehäusemodul(5) mit der Bodenplatte(2) verbunden ist.
Wechselrichter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (4) in das Gehäusemodul(5) eingegossen ist und mit diesem Gehäusemodul(5) eine untrennbare Einheit bildet.
Wechselrichter nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (4) zur Aufnahme der Schaltungs-, Regel-, Steuer-, Meßelemente weitere elektrische/elektronische Elemente besitzt.
Wechselrichter nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die leistungs- und datentragenden Leitungen (52) in das Gehäusemodul(5) eingeleitet sind.
Wechselrichter nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Leiterplatte (4) mit den Kontaktbereichen (24) auf der Bodenplatte (2) ausschließlich mit den Federkontakten (3) erfolgt.
Wechselrichter nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche (24) auf der Bodenplatte(2) eine Auflagefläche ausbilden, welche größer als der Durchmesser der Federkontakte (3) ist.
Wechselrichter nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandshalter (21) der Bodenplatte(2), der den Luftspalt zwischen der Bodenplatte(2) und dem Solarmodul festsetzt, als Ausbuchtung der Bodenplatte(2) ausgeprägt ist.
Wechselrichter nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandshalter (21) mit einer Öffnung (22) zur Einleitung von Gleichspannungskontakten (23) versehen ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen