DE19919766A1 - Wechselrichter für eine Photovoltaik-Anlage - Google Patents
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Abstract
Wechselrichter für eine PV-Anlage, die eine gemeinsame Wechselrichterbrücke mit mehreren parallel geschalteten DC/DC-Wandlern aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für eine Photovoltaik-Anlage.
Bei netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen war es so, daß bis vor einiger
Zeit die Wechselrichter in Abhängigkeit von der installierten Leistung des
Solargenerators ausgewählt wurden. Es wurden also für kleine Anlagen klei
nere Wechselrichter eingesetzt, für mittlere Anlagen Einzelwechselrichter
oder manchmal auch auch Wechselrichter in Master/Slave-Konfiguration für
die entsprechende Leistung, und bei Großanlagen kamen in der Regel
zentrale Wechselrichter bis in den 500-KW-Bereich zum Einsatz.
Der Aufbau von zentralen Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) stellt sich als
eine Parallelschaltung von einzelnen Strings dar. Unter Strings wird die
Reihenschaltung mehrerer PV-Module verstanden. Zur Leistungserhöhung
wurden die Strings in einer separaten und sehr kostenaufwendigen
Gleichstromverteilung parallel geschaltet und einem gemeinsamen
Wechselrichter zur Netzeinspeisung zugeführt.
Die Nachteile einer solchen herkömmlichen PV-Systemtechnik mit
gleichstromseitig parallelgeschalteten Strings stellen sich wie folgt dar:
- - aufwendige erd- und kurzschlußsichere Gleichstrom- Leitungsverlegung,
- - teure Gleichstromverteilung,
- - hoher Aufwand bei der Gleichstromverkabelung sowie Schalt- und Schutztechnik,
- - Wirkungsgradminderung durch gegenseitige Modulbeeinflussung und Teilabschattungen,
- - keine Anlagenerweiterung in kleinen Leistungsstufen möglich,
- - keine Standardisierung von Anlagenentwürfen möglich,
- - die Überwachung auf Störungen einzelner Strings ist sehr aufwendig.
Um diesen Nachteilen abzuhelfen, erfolgte nunmehr der Aufbau derartiger
PV-Anlagen modular. Das heißt, es wurde einzelnen Strings, d. h. in Reihe
geschalteten PV-Modulen, jeweils ein modularer Wechselrichter zugeordnet.
Durch die Zuordnung jeweils eines Wechselrichters zu einem String wurde
erreicht, daß die PV-Gleichspannung für jeden String einzeln geregelt
werden kann, wodurch die Nachteile der bisherigen Technik bei gleich
zeitiger Erhöhung des Systemwirkungsgrades vermieden werden. Der
String-Wechselrichter ist demzufolge nach diesem Stand der Technik nur
noch für eine Reihenschaltung von PV-Modulen ausgelegt.
Die bisher notwendige teure Gleichstromverteilung zur Parallelschaltung von
Strings und der Einbau einer Gleichstromhauptleitung sind somit überflüssig
geworden. Derartige String-Wechselrichter ermöglichen eine Leistungs
maximierung, ein sogenanntes Maximum-Powerpoint-Tracking (MPP-
Tracking), jeweils für eine kleine Modulgruppe - bestehend aus mehreren in
Reihe geschalteten PV-Modulen.
Die in jedem String-Wechselrichter integrierte, eigenständige Netzüber
wachung macht damit im Bereich kleinerer Anlagen erstmalig den Anschluß
an beliebigen Stellen (einphasiger Anschluß) der 230-V-Hausverteilung, und
bei großen. Anlagen eine einfache Sammlung der Leistung auf der AC-Seite
("Alternating Current" = Wechselstrom) möglich.
Die Vorteile dieser Systemtechnik stellen sich demzufolge wie folgt dar:
- - Vereinfachung und deutliche Kostenreduzierung von PV-Anlagen, da keine Gleichstromverteilung erforderlich ist;
- - Reduzierung der Gleichstromverkabelung auf die Reihenschaltung mit geringem Strom;
- - nach dem bisherigen System notwendige Reihendioden sind überflüssig;
- - die Kopplung der Modulgruppen erfolgt auf der Wechselspannungsebene mit einfacher und preiswerter Installationstechnik;
- - einfache nachträgliche Erweiterbarkeit von PV-Anlagen;
- - kostengünstige Bereitstellung auch kleiner Anlagengrößen im Bereich von 300-500 W;
- - Parallelschaltung der Strings entfällt, daher treten keine Verluste durch Fehlanpassungen (Mismatching) auf;
- - MPP-Tracking erfolgt individuell für jede Modulgruppe;
- - einfache Überwachung jedes Strings möglich.
Es hat sich nun allerdings herausgestellt, daß bei allen Vorteilen, die dieser
neuen, sogenannten String-Technologie immanent sind, der spezifische
Preis (DM/KW) der Wechselrichter doch relativ hoch ist. Der Anteil der
Kosten des Wechselrichters an den Kosten der gesamten PV-Anlage liegt
zwischen 10% und 20%. Insbesondere unter Berücksichtigung der
Tatsache, daß PV-Module ständig preiswerter werden, kommt dem Preis für
den Wechselrichter eine wachsende Bedeutung in Bezug auf die Kosten der
Gesamtanlage zu.
Die Leistung von String-Wechselrichtern kann nicht beliebig groß werden,
da sich bei Reihenschaltung die Modulspannungen addieren und somit,
aufgrund der Spannungsfestigkeit der Komponenten Grenzen gesetzt sind.
Eine deutliche Preisreduzierung der Wechselrichter ist jedoch nur bei
Realisierung einer größeren Leistung pro Gerät möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter für
eine PV-Anlage zu schaffen, der wesentlich preiswerter in der Herstellung
ist, aber dennoch die Vorteile der sogenannten String-Technologie
beibehält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechselrichter
eine gemeinsame Wechselrichterbrücke aufweist, der mehrere parallel
geschaltete DC/DC-Wandler vorgeschaltet sind. Ein solcher DC/DC-Wandler
("Direct Current" = Gleichstrom) wandelt den Gleichstrom von einem
bestimmten Spannungsniveau auf ein anderes, zumeist höheres Niveau um.
Hieraus wird deutlich, daß die sogenannte Wechselrichterbrücke nur einfach
vorhanden sein muß, wohingegen die einzelnen DC/DC-Wandler mehrfach
vorhanden sein können, wobei jedem DC/DC-Wandler jeweils ein String
zugeordnet ist.
Das heißt, es können sämtliche Vorteile der String-Technologie mit einem
derartigen Wechselrichter verwirklicht werden, wobei jedoch ein derartiger
Wechselrichter insofern kostengünstig hergestellt werden kann, als nur eine
sogenannte Wechselrichterbrücke einschließlich der notwendigen
Regelungs-, Betriebsführungs- und Netzüberwachungseinheiten (Mikro
prozessor) erforderlich ist. Insbesondere ist es nunmehr möglich, aufgrund
der einzelnen DC/DC-Wandler in Bezug auf jeden String ein MPP-Tracking
durchzuführen.
Eine solche Wechselrichterbrücke kann bei einem einphasigen System eine
Leistung zwischen 3 KW und 5 KW zeigen, was bedeutet, daß vom
Grundsatz her bis zu sechs einzelne Wechselrichter gegenüber dem
bisherigen String-Verfahren eingespart werden können. Bei mehrphasigen
Systemen kann der Leistungsbereich bis zu mehreren hundert KW betragen.
Im Einzelnen ist zur Ermöglichung der Erweiterbarkeit vorgesehen, daß der
Wechselrichter mehrere parallel angeordnete Steckplätze zur lösbaren
Aufnahme der DC/DC-Wandler aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, daß
ein solcher DC/DC-Wandler einen Rechneranschluß für eine zentrale
Steuerung aufweist, bzw. ein solcher DC/DC-Wandler ein eigenes MPP-
Tracking ausführt. Im Übrigen kann der Wechselrichter auch ohne
galvanische Trennung, d. h. ohne einen Transformator auf der AC-Seite
ausgebildet sein. Desweiteren besteht die Möglichkeit, die galvanische
Trennung über den DC/DC-Wandler herbeizuführen.
Der einphasig oder dreiphasig ausgeführte Wechselrichter speist entweder
in ein Versorgungsnetz ein (netzgekoppelt) oder versorgt netzunabhängige
Verbraucher (Inselbetrieb).
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls die Verwendung eines Wechsel
richters gemäß einem oder mehreren der vorstehend abgehandelten
Anspcüche bei einer PV-Anlage mit mehreren zu Strings geschalteten PV-
Modulen, wobei jedem String ein separater DC/DC-Wandler zugeordnet ist.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher
erläutert.
Die einzelnen Strings 1 zeigen mehrere in Reihe geschaltete PV-Module 1a.
Jeder String 1 mit entsprechenden in Reihe geschalteten PV-Modulen 1a ist
an einen DC/DC-Wandler 2 angeschlossen. Diese DC/DC-Wandler 2 sind
parallel geschaltet und mit der Wechselrichterbrücke 3 verbunden.
Die Wechselrichterbrücke 3 und die mehreren parallel geschalteten
DC/DC-Wandler bilden den Wechselrichter 4. Der Einspeisepunkt in das
Wechselspannungsnetz ist mit 5 bezeichnet.
Claims (7)
1. Wechselrichter für eine PV-Anlage,
gekennzeichnet durch
eine gemeinsame Wechselrichterbrücke mit mehreren parallel
geschalteten DC/DC-Wandlern.
2. Wechselrichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wechselrichterbrücke parallel geschaltete Steckplätze zur
lösbaren Aufnahme der DC/DC-Wandler aufweist.
3. Wechselrichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der DC/DC-Wandler an einen Rechner anschließbar ist.
4. Wechselrichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der DC/DC-Wandler ein MPP-Tracking aufweist.
5. Wechselrichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einspeisung auf der Wechselspannungsseite einphasig oder
dreiphasig sein kann.
6. Wechselrichter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einspeisung auf der Wechselstromseite in ein Versorgungsnetz
oder auf netzunabhängige Verbraucher erfolgen kann.
7. Verwendung eines Wechselrichters gemäß einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6 bei einer PV-Anlage mit mehreren zu Strings
geschalteten PV-Modulen, wobei jedem String ein separater
DC/DC-Wandler zugeordnet ist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19919766A DE19919766A1 (de) | 1999-04-29 | 1999-04-29 | Wechselrichter für eine Photovoltaik-Anlage |
Publications (1)
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DE102013200520A1 (de) | Wechselrichteranordnung und Verfahren zum Erzeugen eines elektrischen Wechselstroms |
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