DE19508250A1 - Solaranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solaranlage, bei der mit Hilfe von photovoltaischen Solarzellen Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt und in ein Wechselstromnetz eingespeist wird.

Solche Anlagen sind bislang hauptsächlich für einzeln stehen­ de Gebäude mit großer Fläche verwendet worden. Dabei wird meistens eine Dachfläche mit einer Vielzahl von Solarmodulen belegt. Die Gleichstromleitungen werden dann zu einem zentra­ len, meistens in dem Gebäude selbst angeordneten Wechselrich­ ter geführt. In dem Wechselrichter erfolgt die Wechselrich­ tung des Gleichstroms, so daß dieser von üblichen Elektroge­ räten verwendet werden kann.

Bei den bekannten Anlagen wird der Wechselrichter auf eine bestimmte Anzahl von Solarmodulen ausgelegt. Eine Vergröße­ rung der Zahl der Solarmodule beispielsweise durch Vergröße­ rung der Dachfläche ist nicht möglich. Hier müßte dann ein anderer Wechselrichter verwendet werden. Außerdem kann bei einer derartigen Anordnung ein schlecht oder gar nicht arbeitendes Solarmodul die gesamte Leistung stärker beein­ trächtigen als es seinem eigenen Beitrag entspricht.

Anlagen dieser Art sind daher überall dort nicht sinnvoll verwendbar, wo beispielsweise ein Teil des Dachs zu bestimm­ ten Zeiten keine Sonne erhält, also beispielsweise auch dann, wenn Solaranlagen an Häusern in einer engeren Bebauung ver­ wendet werden sollen. Hier tritt noch der zusätzliche Sonder­ fall auf, daß ein Schatten von Nachbargebäuden oder von Bäumen während des Tags auch über die Solarmodule hinwegwan­ dern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solaranlage zu schaffen, die sich leichter an unterschiedliche Gegebenheiten anpassen kann und die damit anwenderfreundlicher wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Solar­ anlage mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen vor. Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Solarmodul mit den im Anspruch 11 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung verwendet für jedes Solarmodul einen Wechsel­ richter, der genau auf dieses Solarmodul abgestimmt ist. Es ist daher möglich, eine Vergrößerung der Solaranlage in Einheiten von einem einzigen Solarmodul durchzuführen. Ebenso können auch Verkleinerungen der gleichen Einheit durchgeführt werden, was beispielsweise dann erforderlich sein kann, wenn ein Nachbargebäude errichtet wird.

Bei einer aus vielen Solarmodulen und Wechselrichtern aufge­ bauten Solaranlage führt im ungünstigsten Fall der vollstän­ dige Ausfall eines Solarmoduls nur zu einer Verringerung der Gesamtleistung um genau den Betrag, der diesem Solarmodul entsprechen würde. Bei ungenügender Leistung eines einzelnen Solarmoduls kann der Wechselrichter so ausgebildet sein, daß er das Solarmodul dann sperrt, so daß es auch nicht mehr als Stromsenke auftreten kann.

Mit dieser Aufteilung der Solaranlage in einzelne jeweils einzeln von einem Wechselrichter angesprochene Solarmodule läßt sich die Anlage an die unterschiedlichsten Gegebenheiten anpassen. Ein Verbraucher kann mit einem einzigen Solarmodul beginnen und sich nach und nach weitere Solarmodule hinzuneh­ men.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß jeder Wechselrichter in unmittelbarer räumlicher Nähe des ihm zugeordneten Solarmoduls angeordnet wird. Dies hat den Vorteil, daß die Gleichstromleitungen, in denen Strom mit niedriger Gleichspannung fließt, im Verhältnis zur Wechsel­ stromleitung kurz gehalten werden kann. Bei gleicher Leistung macht sich der Widerstand der Leitung bei niedrigen Spannun­ gen und dementsprechend höheren Strömen stärker bemerkbar.

In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Wechselstromleitung von einem ersten bzw. letzten Wechsel­ richter ausgehend durch die anderen Wechselrichter hindurch­ geschleift ist. Es werden also die einzelnen Wechselrichter miteinander verbunden, so daß man mit kurzen Wechselstrom­ leitungen auskommt. Auch dies macht eine Erweiterung der Anlage um einige Solarmodule besonders einfach, da nur die neu hinzukommenden Module mit ihren Wechselrichtern an die bisherige Anlage angeschlossen zu werden brauchen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Wechselrichter direkt an dem Solarmodul angebracht ist, beispielsweise in einem direkt mit dem Solarmodul verbundenen Gehäuse angeord­ net ist. Das Gehäuse kann beispielsweise mit dem Solarmodul verklebt oder in sonstiger Weise fest verbunden sein, so daß es eine Baueinheit mit diesem bildet. Dann gestaltet sich die Abänderung einer bestehenden oder der Aufbau einer neuen Anlage besonders einfach, da nur jeweils einzelne Baueinhei­ ten angebracht und mit Kabeln miteinander verbunden werden müssen.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß das Gehäuse ein abnehmbares Bodenteil aufweist, das mit dem Solarmodul verbunden, insbesondere verklebt ist. Zum Einsetzen und gegebenenfalls Auswechseln des Wechselrichters braucht daher nur das Gehäuse geöffnet zu werden. Insbesondere kann vorge­ sehen sein, daß die von Solarzellen kommenden Gleichstromlei­ tungen in dem Gehäuseboden enden, beispielsweise in einer dort angeordneten Steckeinheit. In diesem Fall sind die Gleichstromleitungen, in denen wegen der höheren Ströme der ohmsche Verlust eine Rolle spielt, besonders kurz.

In nochmaliger Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß das Gehäuseoberteil eine mit dem Steckerteil des Gehäuseboden­ teils zusammenwirkende Steckverbindung aufweist.

Die Erfindung schlägt vor, die Wechselstromleitung als Kabel mit einer darin untergebrachten zusätzlichen Steuerleitung oder auch einer Meßleitung auszubilden, über die der Wechsel­ richter Informationen abgeben und empfangen kann. Es wird dadurch möglich, einen genauen Überblick über das Verhalten der einzelnen Solarmodule zu erhalten, so daß gegebenenfalls auch eine dauernde Überwachung und Auswertung der einzelnen Module durchgeführt werden kann. Bei einer abnehmenden Funktion oder dem Ausfall eines Solarmoduls kann dieses Solarmodul leicht herausgefunden werden, um es dann auswech­ seln zu können.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß zur Verbindung mehrerer Wechselrichter untereinander standardisierte Kabel­ verbinder vorgesehen sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß jeder Wechselrichter zwei äußere Steckanschlüsse aufweist, von denen der eine mit einem Kabel mit dem Wechselrichter des nächsten Solarmoduls und der andere mit dem Wechselrichter des vorhergehenden Solarmoduls verbunden wird. Das in der Reihe erste bzw. letzte Modul enthält dann dort einen Blindstecker.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Rückansicht eines Solarmoduls mit ange­ brachtem Wechselrichter;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Moduls der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Rückansicht;

Fig. 4 die Anordnung mehrerer Solarmodule mit Wech­ selrichtern zur Bildung einer Solaranlage;

Fig. 5 eine Ansicht eines Gehäuses zur Unterbringung des Wechselrichters.

Das in Fig. 1 in Rückansicht zu sehende Solarmodul 1 enthält eine Vielzahl von nur angedeuteten Solarzellen 2. Diese sind in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet. Das Solarmodul 1 ist als fertige Baueinheit ausgebildet. Alle Solarzellen 2 enthalten Leitungen, auf denen sie Strom liefern. Diese Leitungen sind in dem Solarmodul 1 zu einem im Bereich der oberen Stirnseite angeordneten Gehäuse 3 geführt, das zur Unterbringung des Wechselrichters 7 dient. In dem in dem Gehäuse 3 angeordneten Wechselrichter 7 wird die Gleichspan­ nung in eine Wechselspannung umgewandelt. An dem Gehäuse 3 sind zwei Leitungen 4 angebracht, die beide zur Verbindung mit einem nächsten bzw. vorhergehenden Wechselrichter eines Solarmoduls dienen.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht von links in Fig. 1. Das Gehäuse 3 mit den Leitungen 4 ist etwas dicker als das Solarmodul selbst, stört an dieser Stelle jedoch nicht, da die Solarmodule 1 üblicherweise mit Abstand vor einer Fläche angeordnet werden, um eine Hinterlüftung zu bilden.

Die perspektivische Rückansicht der Fig. 3 zeigt, daß das Gehäuse 3 aus einem Bodenteil 5 und einem mit dem Bodenteil 5 verbundenen Gehäuseoberteil 6 aufgebaut ist. Das mit dem Gehäuse 3 und dem darin angeordneten Wechselrichter versehene Solarmodul 1 wird erfindungsgemäß als eine Baueinheit angese­ hen, die zum Aufbau einer Solaranlage verwendet werden kann, wobei die Fig. 4 ein rein schematisches Beispiel für eine aus drei Solarmodulen 1 bestehende Solaranlage zeigt. Das in Fig. 4 rechts angeordnete Solarmodul 1 soll beispielsweise das erste Solarmodul einer großen Zahl von Solarmodulen sein. Von dem Wechselrichter 7 dieses Solarmoduls führt ein standardi­ siertes Kabel 8 zu dem Wechselrichter 7 des in der Reihe nächsten Solarmoduls 1. Dort ist das Kabel 8 an einem An­ schluß des den Wechselrichter 7 beherbergenden Gehäuses 3 angeschlossen. Innerhalb des Wechselrichters findet ein Durchschleifen der elektrischen Verbindung statt. Von einem zweiten Anschluß führt ein gleich aufgebautes Kabel 8 zu dem in der Reihe von Solarmodulen wiederum nächsten Solarmodul 1 bzw. zu dessen Wechselrichter 7. Dies setzt sich fort, bis ein letztes Kabel 8 dann mit einem Wechselstromanschluß verbunden ist. Üblicherweise ist hier ein Steuergerät vorge­ sehen, das bestimmte vorgeschriebene Funktionen übernimmt.

Verringert sich bei einer Solaranlage die Leistung irgend­ eines Solarmoduls 1, beispielsweise des mittleren Solarmoduls 1 in Fig. 4, so kann der Wechselrichter 7 im ungünstigsten Fall das Solarmodul stillegen, was auf die Leistung der übrigen Solarmodule keinen Einfluß hat. Die von dem benach­ barten Solarmodul gelieferte Leistung wird in dem Wechsel­ richter, der das entsprechende Solarmodul abgeschaltet hat, einfach durchgeschleift.

Auf diese Weise wird es möglich, bei größeren Anlagen die Möglichkeit von Schattenbildungen zu berücksichtigen, ohne daß die gesamte Anlage zu stark beeinträchtigt wird. Selbst­ verständlich ist auch das Auswechseln und Ergänzen einzelner Module ohne Schwierigkeiten möglich.

Fig. 5 zeigt eine Aufsicht auf ein Gehäuse 3 in größerer Einzelheit. Das Gehäuse 3 enthält einen Bodenteil 5, der flach ausgebildet ist und der direkt mit dem Solarmodul 1 verbunden, insbesondere verklebt wird. Auf den Boden 5 ist das Gehäuseoberteil 6 aufsetzbar, wobei durch das Aufsetzen eine Steckverbindung zwischen den von den Solarzellen 2 kommenden Gleichstromleitungen und dem Wechselrichter herge­ stellt wird. Das Gehäuseoberteil 6 kann dann durch Schrauben noch weiter gesichert werden. Es ist durch die Anbringung von Dichtungen dafür gesorgt, daß das Gehäuse wasserdicht ist. Es enthält an seiner in Fig. 4 vorne zu sehenden Seite 9 zwei Steckanschlüsse 10, von denen einer als Eingang und einer als Ausgang angesehen wird. Es können dort unterschiedliche Typen von Steckverbindern verwendet werden, um einen Fehlanschluß zu verhindern. In jedem Steckanschluß ist ein Stecker 11 eingesteckt, der am Ende der Kabel 8 angebracht ist. Bei dem Fall des ersten Wechselrichters in der Reihe von Solarmodulen würde der erste den Eingang bildende Steckanschluß 10 durch einen Blindstecker verschlossen.

Claims (11)

1. Solaranlage zur Einspeisung von Solarstrom in ein Wechselstromnetz, enthaltend:

• 1.1 mindestens ein Solarmodul (1), in dem
• 1.1.1 jeweils Solarzellen (2) zu einer das Solar­ modul (1) bildenden Baueinheit zusammengefaßt sind,
• 1.2 eine der Zahl der Solarmodule (1) entsprechen­ de Zahl von Wechselrichtern (7), von denen
• 1.2.1 jeder einem Solarmodul (1) zugeordnet und
• 1.2.2 über eine Gleichstromleitung mit diesem verbunden ist, sowie
• 1.3 einen Wechselstromnetzanschluß, der
• 1.3.1 über eine Wechselstromleitung (4) mit den Wechselrichtern (7) verbunden ist.

2. Solaranlage nach Anspruch 1, bei der jeder Wechselrich­ ter (7) in unmittelbarer räumlicher Nähe des ihm zuge­ ordneten Solarmoduls (1) angeordnet ist.

3. Solaranlage nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Wechsel­ stromleitung (4) von einem ersten bzw. letzten Wechsel­ richter (7) ausgehend durch die anderen Wechselrichter (7) hindurchgeschleift ist.

4. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Wechselrichter (7) in einem direkt mit dem Solarmodul (1) verbundenen Gehäuse (3) angeordnet ist.

5. Solaranlage nach Anspruch 4, bei der das Gehäuse (3) ein abnehmbares Bodenteil (5) aufweist, das mit dem Solar­ modul (1) verbunden, insbesondere verklebt ist.

6. Solaranlage nach Anspruch 5, bei der die von den Solar­ zellen (1) kommenden Gleichstromleitungen in einem Steckerteil des Gehäusebodens (5) enden.

7. Solaranlage nach Anspruch 6, bei der ein Gehäuseoberteil (6) eine mit dem Steckerteil des Bodenteils (5) zusam­ menwirkende Steckverbindung aufweist.

8. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wechselstromleitung (4) als Kabel (8) mit einer zusätzlichen Steuer- und/oder Meßleitung ausgebildet ist, über die der Wechselrichter (7) Informationen abgeben und erhalten kann.

9. Solaranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Verbindung mehrerer Wechselrichter (7) bzw. Gehäuse (3) miteinander standardisierte Kabelverbindun­ gen vorgesehen sind.

10. Solaranlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei der das Gehäuse (3) zwei äußere Steckanschlüsse (10) für die Kabelverbinder zum jeweils vorhergehenden und nachfol­ genden Wechselrichter bzw. Gehäuse aufweist.

11. Solarmodul mit einem an ihm direkt angebrachten Wechsel­ richter, mit einem oder mehreren der in den vorhergehen­ den Patentansprüchen aufgeführten Merkmalen.