DE202005012185U1 - Photovoltaic system monitoring device, has network of alarms to output alarms when feeder network fails/when circuit breaker opens/when percentage deviation between current values of power inverter exceeds preset/when no current is fed - Google Patents

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Abstract

The device has a current transformer to measure maximum and minimum current of power inverters (10-12), and a LC-display to display the measured current values. A network of alarms outputs optical or acoustic alarms when a feeder network fails or when a circuit breaker opens or when percentage deviation between the current values exceeds a preset, or when no current is fed even when photovoltaic system is exposed to sunlight.

Description

Zusammenfassung:Summary:

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Funktionsüberwachung einer Photovoltaikanlage mit integrierter Statusanzeige und Alarmausgabe bei Fehlfunktionen.The The invention relates to a device for function monitoring a photovoltaic system with integrated status display and alarm output in case of malfunction.

Als Solargeneratoren können ein oder mehrere Stränge mit jeweils einem oder mehreren in Reihe geschalteten Solarmodulen dienen, die auf mindestens 2 Wechselrichtern gleichmäßig oder unterschiedlich aufgeteilt sind. Bei diesem Überwachungsgerät werden die Ausgangswechselströme aller Wechselrichter, die die von den Solarmodulen erzeugte Energie umwandeln und synchron in das öffentliche Stromnetz einspeisen, gemessen und einem Controller zugeführt. Dieser wandelt die gemessenen Stromwerte in prozentuale Werte um. Der Controller vergleicht die prozentualen Werte aller Wechselrichter und kann aus dem Betrag der Abweichung unterscheiden, ob ein Teilausfall (ein Strang) oder der Ausfall eines kompletten Wechselrichters vorliegt. Durch die Abfrage aller Eingänge kann auch der Ausfall des einzuspeisenden Netzes erkannt werden.When Solar generators can one or more strands each with one or more solar modules connected in series serve on at least 2 inverters equally or are divided differently. In this monitor will be the output alternating currents all inverters, which are the energy generated by the solar panels convert and synchronously in the public Power supply, measured and fed to a controller. This converts the measured current values into percentage values. The controller compares the percentage values of all inverters and can differ from the amount of deviation, whether a partial failure (one strand) or the failure of a complete inverter is present. By polling all inputs The failure of the network to be fed in can also be detected.

Im Falle einer Störung können die Alarme separat oder als Sammelmeldung ausgegeben werden und über die potentialfreien Kontakte externe Alarmgeber, Telefon- oder GSM Wählgeräte aktivieren, so dass der Anlagenbetreiber über Betriebsstörungen informiert wird.in the Case of a fault can the alarms are output separately or as a collective message and via the potential-free contacts activate external alarm transmitters, telephone or GSM dialers, so the plant operator over Operating disturbances informed becomes.

Beschreibung:Description:

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Überwachungs-/Alarmsystem mit Statusanzeige zu realisieren, um den maximal möglichen Ertrag einer Photovoltaik-Gesamtanlage eines Betreibers zu sichern. Es soll an nahezu allen Photovoltaikanlagen nachrüstbar sein, galvanisch getrennt von der vorhandenen Anlage arbeiten und ohne PC zur Bedienung und Analyse auskommen. Eine Lösung stellt ein Überwachungsgerät gem. der Ansprüche 1–13 dar.aim The invention is a simple and cost-effective monitoring / alarm system with status display to realize the maximum possible Yield of a photovoltaic system secure an operator. It is supposed to be used on almost all photovoltaic systems upgradeable be, work galvanically isolated from the existing plant and get along without PC for operation and analysis. A solution a monitor acc. of the claims 1-13.

Photovoltaikanlagen bestehen im Normalfall aus mehreren Solarmodulen, die in Reihe geschaltet einen String (1–9) bilden (i.d.R. 5–25 Stück je nach Modultyp und Auslegung der Anlage). Mehrere Strings (i.d.R. 1–8) werden an einem Wechselrichter (10-12) angeschlossen. Der Wechselrichter formt die von den Strings erzeugte Gleichspannung in Wechselspannung um und speist die elektrische Energie synchron in das öffentliche Netz (13) ein. Eine Gesamtanlage besteht aus mehreren Wechselrichtern, da deren Maximalleistungen relativ gering sind (ca. 6 kW) und die Aufteilung des eingespeisten Stromes möglichst gleichmäßig auf die 3 Phasen des Öffentlichen Netzes verteilt werden sollte. Zusätzlich fällt bei Verwendung mehrerer Wechselrichter im Schadensfall nur ein geringerer Teil des Ertrages aus.Photovoltaic systems normally consist of several solar modules connected in series to a string ( 1 - 9 ) (usually 5-25 pieces depending on the module type and layout of the system). Multiple strings (usually 1 - 8th ) are connected to an inverter ( 10 - 12 ) connected. The inverter converts the DC voltage generated by the strings into AC voltage and feeds the electrical energy synchronously into the public grid ( 13 ) one. An entire system consists of several inverters, since their maximum power is relatively low (about 6 kW) and the distribution of the injected electricity should be distributed as evenly as possible to the 3 phases of the public network. In addition, when using multiple inverters in case of damage, only a smaller part of the yield fails.

Derartige Photovoltaikanlagen werden über den Ertrag, den sie selbst im Laufe der Zeit in das Stromnetz einspeisen, finanziert. Betreiber sind häufig Besitzer von geeigneten und ausreichend großen Dachflächen, sie besitzen aber oft nur oberflächliche technische Kenntnisse, die für eine Fehleranalyse nicht ausreichen. Tritt an der Anlage ein Fehler auf, der vom Betreiber nicht registriert wird, so mindert sich der Ertrag entsprechend.such Photovoltaic systems are used over the Yield, which they themselves feed into the grid over time, financed. Operators are frequent Owners of suitable and sufficiently large roof areas, but they often own only superficial technical knowledge, the for an error analysis is not enough. Occurs at the plant an error on, which is not registered by the operator, so diminishes the Yield accordingly.

Viele Photovoltaikanlagen werden Herstellerseitig nicht oder mit nur unzureichenden Überwachungseinrichtungen oder Statusanzeigen ausgerüstet, die sich auch nur auf den jeweiligen Wechselrichter beschränken und Fehlfunktionen des Solargenerators (Solarmodule) oder des Einspeisenetzes nicht erkennen. Fehlfunktionen oder Teilausfälle des Solargenerators oder des Einspeisenetzes werden dem Betreiber nicht gemeldet, er kann nur durch häufige und regelmäßige Kontrollgänge und Auswertung der vorhandenen integrierten Anzeigeelemente auf Fehlfunktionen schließen. Oft ist eine Fehlfunktion erst durch den Ertragsvergleich mit einer vergleichbaren Anlage erkennbar. Da der Zeitraum zwischen solchen Vergleichen einige Wochen betragen kann, steigt der Ertragsausfall entsprechend an. Vor allem Betreiber, deren Anlagen auf vermieteten Gebäuden installiert sind, haben vielfach nur selten Zugang zu ihren Anlagen und entsprechend schlechte eine Kontrollmöglichkeiten.Lots Photovoltaic systems are not manufacturer or with insufficient monitoring devices or status indicators equipped, which are limited to the respective inverter and Malfunction of the solar generator (solar modules) or the feed-in network not seen. Malfunctions or partial failures of the solar generator or of the feed-in network are not reported to the operator, he can only by frequent and regular inspections and Evaluation of existing integrated display elements for malfunctions shut down. Often a malfunction is only through the income comparison with a comparable facility recognizable. Because the period between such Comparing several weeks, the loss of revenue increases accordingly. Especially operators whose equipment is rented Buildings installed are often rarely have access to their facilities and accordingly bad a control options.

Mit dieser Erfindung kann ein kostengünstiges und universell einsetzbares Überwachungsgerät realisiert werden, ohne in die vorhandene PV-Anlage einzugreifen, also ohne die Garantiebedingungen der Hersteller zu verletzen.With This invention can realize a cost-effective and universally applicable monitoring device without interfering with the existing PV system, ie without to violate the warranty conditions of the manufacturer.

Bei gleichmäßiger Einstrahlung geben alle Wechselrichter einer Photovoltaikanlage den gleichen prozentualen Stromanteil vom Maximal möglichen Stromwert ab. Die abgegebenen Ströme aller vorhandenen Wechselrichter werden erfasst (14–16).In the case of uniform irradiation, all inverters of a photovoltaic system emit the same percentage of current from the maximum possible current value. The output currents of all existing inverters are detected ( 14 - 16 ).

Nachfolgend aufgeführte Fehler können auftreten und werden durch dieses Überwachungsgerät erkannt und sofort dem Betreiber in Form einer Alarmmeldung mitgeteilt:

  • – Überschreitet der Betrag der prozentualen Abweichung der Ströme voneinander eine voreingestellte Schwelle, dann ist vom Ausfall eines Stranges auszugehen (Fehler Strang (19)).
  • – Verbleibt ein Stromwert auf 0, während ein anderer eine voreinstellbare Schwelle überschreitet, so ist vom Ausfall eines Wechselrichters oder seiner Vorsicherung (26–28) auszugehen (Fehler WR Ausfall, (20)).
  • – Trotz Sonneneinstrahlung wird kein Strom eingespeist.
The following errors can occur and are detected by this monitoring device and immediately communicated to the operator in the form of an alarm message:
  • - If the amount of the percentage deviation of the currents from each other exceeds a preset threshold, then the failure of a strand is assumed (error strand ( 19 )).
  • - If one current value remains at 0 while another exceeds a presettable threshold, the failure of an inverter or its backup fuse ( 26 - 28 ) to go out (error WR failure, ( 20 )).
  • - Despite solar radiation no electricity is fed.

Dieser Zustand wird durch einen Lichtsensor (30) erkannt. Er meldet dem Gerät eine Einstrahlungsschwelle, bei der die PV Anlage bereits einen (geringen) Strom einspeisen muss. Sind die tatsächlichen Werte geringer, so ist z. B. vom Netzausfall oder dem Ausfall des FI Schutzschalters (29) auszugehen. Auf einen analogen Sensor wurde an dieser Stelle bewusst verzichtet, da ein derartiger Sensor die gleiche Charakteristik wie die verwendeten Solarmodule aufweisen muss und entsprechend aufwändig zu realisieren ist.This condition is controlled by a light sensor ( 30 ) detected. He reports to the device an insolation threshold at which the PV system must already feed a (small) current. If the actual values are lower, then z. B. the power failure or the failure of the RCCB ( 29 ) to go out. An analogue sensor has deliberately been dispensed with at this point since such a sensor must have the same characteristics as the solar modules used and must be correspondingly complex to implement.

Die zur Analyse benötigten Messwerte I max. [%] und I min. [%] werden auf einem LC-Display (18) dargestellt. Aufgrund der besseren manuellen Vergleichbarkeit erfolgt die Anzeige auch hier prozentual. Die Empfindlichkeit aller Alarmschwellen ist individuell entsprechend der zu überwachenden PV Anlage konfigurierbar. Die Alarme werden mittels Fehler LED und akustischem Signalgeber am Gerät ausgegeben. Zusätzlich steht für jeden Alarm ein potentialfreier Relaiskontakt zur Verfügung. Damit können externe Lampen, akustische Signalgeber oder z.B. Telefonwählgeräte angesteuert werden. Des Weiteren steht eine vereinfachte und kompaktere externe Statusanzeige (24) zur Verfügung, wo der Anlagenstatus mittels 5 optischen Anzeigen (19–23) ebenfalls abgelesen werden kann. Diese Einheit kann aufgrund der unkritischeren Signalpegel auch in größerer Entfernung vom eigentlichen Überwachungssystem montiert werden. Durch einen Befehl (25) kann ein Wechselrichterausfall simuliert werden um die gesamte Alarmkette (19–21) zu Testzwecken zu aktivieren.The measured values required for the analysis I max. [%] and I min. [%] are displayed on an LC display ( 18 ). Due to the better manual comparability, the display is also percentage. The sensitivity of all alarm thresholds can be configured individually according to the PV system to be monitored. The alarms are output by means of an error LED and an acoustic signal generator on the device. In addition, a potential-free relay contact is available for each alarm. This can be used to control external lamps, sounders or eg telephone dialers. Furthermore, a simplified and more compact external status display ( 24 ), where the system status is displayed by means of 5 visual displays ( 19 - 23 ) can also be read. This unit can also be mounted at a greater distance from the actual monitoring system due to the less critical signal levels. By a command ( 25 ), an inverter failure can be simulated around the entire alarm chain ( 19 - 21 ) for testing purposes.

In den Zeichnungen wird das Überwachungsgerät an einer Photovoltaikanlage mit 3 Wechselrichtern dargestellt. Auf Blatt 1 ist der schematische Aufbau der PV Anlage mit dem Messpunkten I1 (14), I2 (15) und I3 (16) dargestellt. Blatt 2 zeigt den schematischen Aufbau des Überwachungsgerätes.In the drawings, the monitor is shown on a photovoltaic system with 3 inverters. On page 1, the schematic structure of the PV system with the measuring points I1 ( 14 ), I2 ( 15 ) and I3 ( 16 ). Sheet 2 shows the schematic structure of the monitoring device.

Bisher erhältliche Überwachungsgeräte basieren auf eine Datenerfassung über einen bestimmten Zeitraum und der anschließenden manuellen Auswertung. Diese Systeme melden Fehler nicht selbstständig und zeitnah und erfordern häufig den Einsatz eines Rechners. Zusätzlich muss der Betreiber zur Auswertung über das nötige technische Wissen verfügen. Nachrüstbare Systeme zeigen zwar den Gesamtertrag und eine Statistik mit Kennlinien an, nicht aber, ob alle Anlagenteile gleichmäßig zum Gesamtertrag beigetragen haben.So far available monitoring devices are based on a data collection over a certain period of time and the subsequent manual evaluation. These systems do not report errors independently and promptly and require often the use of a computer. additionally the operator must have the necessary technical knowledge for evaluation. Retrofittable systems show the total yield and statistics with characteristics, but not whether all parts of the plant contributed equally to the total yield to have.

Die in einigen Wechselrichtern integrierten Alarmkontakte beschränken sich auf interne Fehlfunktionen des Wechselrichters. Oft werden die Alarmgeber durch die Solarmodule selbst gespeist, so dass bei Ausfall des Generators keine Energie für diese Komponenten zur Verfügung steht. Viele Wechselrichter besitzen überhaupt keine Alarmkontakte.The Alarm contacts integrated in some inverters are limited to internal malfunctions of the inverter. Often the alarms are powered by the solar panels themselves, so that in case of failure of the generator no energy for this Components available stands. Many inverters have no alarm contacts at all.

Claims (13)

Ein Überwachungsgerät für eine Photovoltaikanlage mit Statusanzeige besteht aus einem Mikrocontroller mit Anpassungselektronik, den Betriebs- und Alarmanzeigen, einem digitalen Lichtsensor, einer der Anzahl der zu überwachenden Wechselrichtern entsprechenden Anzahl Strommesswandlern und vorzugsweise einer externen StatusanzeigeA monitoring device for a photovoltaic system with status display consists of a microcontroller with adaptation electronics, the operation and alarm indicators, a digital light sensor, a the number of monitored Inverters corresponding number of current transducers and preferably an external status display Überwachungsgerät gem. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alarmsystem galvanisch getrennt von der PV Anlage arbeitet.Monitor acc. claim 1, characterized in that the alarm system is galvanically isolated from the PV system works. Überwachungsgerät gem. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Ströme Strommesswandler zum Einsatz kommen.Monitor acc. claim 1 and 2, characterized in that for measuring the currents current transducer be used. Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen Ausgangsströme der überwachten Wechselrichter unterschiedlich hoch sein können.Monitor acc. one the previous claims, characterized in that the maximum output currents of the monitored Inverters can be of different heights. Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alarmausgabe über optische und akustische Alarmgeber ausgegeben wird und zusätzlich potentialfreie Kontakte zur Verfügung stehen (19, 20, 21).Monitor acc. one of the preceding claims, characterized in that the alarm output is output via optical and acoustic alarm and additional potential-free contacts are available ( 19 . 20 . 21 ). Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Einspeisenetzes (13) oder bei ausgelöstem FI Schutzschalter (29) eine Alarmausgabe (21) erfolgt.Monitor acc. one of the preceding claims, characterized in that in case of failure of the feed network ( 13 ) or with the FI protection switch ( 29 ) an alarm output ( 21 ) he follows. Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung für das Überwachungssystem aus einer Spannungsquelle bereitgestellt wird, der nicht durch eine defekte Komponente der PV Anlage abgeschaltet wird.Monitor acc. one the previous claims, characterized in that the supply voltage for the monitoring system a voltage source is provided, not by a defective component of the PV system is switched off. Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer erlaubten prozentualen Abweichung zwischen dem höchsten und dem niedrigsten gleichzeitig erfassten Stromwert eine Alarmausgabe erfolgt (19).Monitor acc. one of the preceding claims, characterized in that when an allowed percentage deviation between the highest and the lowest simultaneously detected current value is exceeded, an alarm is output ( 19 ). Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten eines prozentualen Schwellwertes des höchsten Messwertes und gleichzeitigem Verbleiben eines Messwertes unterhalb einer einstellbaren Schwelle eine Alarmausgabe erfolgt (20).Monitor acc. one of the preceding claims, characterized in that when exceeding a percentage threshold value of the highest measured value while remaining a measured value below an adjustable threshold an alarm is output ( 20 ). Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer integrierten Displayanzeige der aktuell Höchste und der Niedrigste prozentuale Messwert angezeigt wird.Monitor acc. one the previous claims, characterized in that on an integrated display the currently highest and the lowest percentage reading is displayed. Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer integrierten Displayanzeige alle prozentualen Messwerte angezeigt werden.Monitor acc. one the previous claims, characterized in that on an integrated display all percentage readings are displayed. Überwachungsgerät gem, einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtsensor vorhanden ist, der ein logisches Signal ausgibt, wenn eine Schwelle erreicht ist, bei der die PV-Anlage sicher einspeist.Monitor gem, a the previous claims, characterized in that a light sensor is present, the a logical signal outputs when a threshold is reached at which safely feeds the PV system. Überwachungsgerät gem. einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Statusanzeige optional anschließbar ist, an der alle Betriebs – und Fehlermeldungen ablesbar sind.Monitor acc. one the previous claims, characterized in that an external status indicator is optional connectable is at the all operating and Error messages are readable.
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