DE202006001063U1 - Inverter for feeding electrical energy from a photovoltaic unit to a three phase mains has a DC converter with maximum power point tracking control and bridge circuit - Google Patents

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Abstract

An inverter for feeding electrical energy from a PV unit (2) to a three-phase mains (3) comprises inlet (4a,b) and outlet (5a,b,c) connections and an MPP-tracking controlled DC converter (7), bridge circuit (10) control unit (11) and switches. The converter supplies current to the bridge and the control has a switching frequency corresponding to the mains.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The The invention relates to an inverter in the preamble of claim 1 specified genus.

Wechselrichter dieser Art werden bisher überwiegend an PV-Module mit Ausgangsspannungen von 60 V bis 70 V, maximal bis 400 V angeschlossen und weisen daher Hochsetzsteller auf. Diese sind als Spannungsquellen für mit ihnen verbundene Brückenschaltungen ausgebildet und mit vergleichsweise großen Speicherkondensatoren versehen. Die Brückenschaltungen werden durch Pulsweitenmodulation (PWM) mit Frequenzen von z. B. 8 kHz bis 100 kHz betrieben. Das erfordert einerseits die Anwendung schneller und daher kostspieliger Schalter und macht andererseits eine Filterung der von der Brückenschaltung abgegebenen Rechteckspannungen erforderlich, um wenigstens angenähert sinusförmige Ströme in das Netz einspeisen zu können. Durch die Filterung und die PWM-Steuerung ergeben sich außerdem nicht unbeträchtliche Verluste, was den Wirkungsgrad der Wechselrichter reduziert. Schließlich werden für die Kondensatoren und Netzfilter sperrige Bauelemente benötigt, so dass die Wechselrichter insgesamt vergleichsweise großvolumig ausgebildet sind und sich nur schlecht oder gar nicht zum direkten Einbau in ein PV-Modul eignen.inverter of this kind are predominantly so far on PV modules with output voltages from 60 V to 70 V, maximum up to 400 V connected and therefore have boost converter. These are as sources of voltage for bridge circuits connected to them trained and provided with comparatively large storage capacitors. The bridge circuits be by pulse width modulation (PWM) with frequencies of z. B. 8 kHz to 100 kHz operated. On the one hand, this requires the application faster and therefore more expensive switch and on the other hand makes a filtering of the bridge circuit Rectified voltages required to at least approximately sinusoidal currents in the To be able to feed in the grid. In addition, filtering and PWM control do not result inconsiderable Losses, which reduces the efficiency of the inverter. Finally for the Capacitors and line filters bulky components needed, so that the inverters in total comparatively large volume are trained and only bad or not at all to the direct Installation in a PV module are suitable.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wechselrichter der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, dass er kostengünstig und mit kleinerem Bauvolumen hergestellt werden kann, einen höheren Wirkungsgrad besitzt und in gleicher Weise für PV-Module mit niedrigen oder hohen Ausgangsspannungen geeignet ist.In contrast, lies The invention is based on the object, the inverter of the above designated genus in such a way that it is inexpensive and can be manufactured with a smaller volume, a higher efficiency owns and in the same way for PV modules with low or high output voltages is suitable.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.to solution This object is achieved by the characterizing features of the claim 1.

Die Erfindung bringt vor allem den Vorteil mit sich, dass der Wechselrichter mit Netzfrequenz betrieben wird und die Einspeisung der elektrischen Energie in das Netz durch blockförmige Stromeinspeisung erfolgt. Dadurch entfallen aufwendige Schalter und Filter. Außerdem wird der DC-Wandler erfindungsgemäß als Strom- und nicht als Spannungsquelle verwendet, so dass keine großen und kostspieligen Kondensatoren benötigt werden. Dadurch reduzieren sich die Kosten, die Baugröße und die Störanfälligkeit. Die DC-Wandler können in vorteilhafter Weise sowohl als Tiefsetz- als auch als Hochsetzsteller ausgebildet werden.The Above all, the invention brings with it the advantage that the inverter is operated at mains frequency and the supply of electrical Energy in the network through block-shaped Power supply takes place. This eliminates expensive switches and Filter. Furthermore is the DC converter according to the invention as a current and not as Voltage source used, so no big and costly capacitors needed become. This reduces the costs, the size and the susceptibility to failure. The DC converters can in an advantageous manner both as step-down as well as boost converter be formed.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described below in conjunction with the accompanying drawings at exemplary embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen, an eine PV-Anlage und ein Energieversorgungsnetz angeschlossenen Wechselrichters; 1 a block diagram of an inventive, connected to a PV system and a power grid inverter;

2 Einzelheiten des Wechselrichters nach 1, der hier einen als Tiefsetzsteller ausgebildeten DC-Wandler aufweist; 2 Details of the inverter after 1 , which has a designed as buck converter DC converter here;

3 ein Diagramm mit den Schaltzeitpunkten für aus 2 ersichtliche Schalter des Wechselrichters; 3 a diagram with the switching times for off 2 apparent switches of the inverter;

4 eine mit dem Wechselrichter nach 2 erzeugte, blockweise Stromeinspeisung in ein Energieversorgungsnetz; und 4 one with the inverter after 2 generated, block-wise power supply to a power grid; and

5 Einzelheiten des Wechselrichters nach 1, der hier einen als Hochsetzsteller ausgebildeten DC-Wandler aufweist. 5 Details of the inverter after 1 , which has here designed as a boost converter DC converter.

1 zeigt schematisch einen Wechselrichter 1 zur Einspeisung der von einer PV-Anlage 2 erzeugten elektrischen Energie in ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz 3. Der Wechselrichter 1 enthält einen Eingang mit zwei Anschlüssen 4a (positiv) und 4b (negativ), die an die entsprechenden Ausgangsanschlüsse der PV-Anlage 2, z. B. eines 800 V-PV-Moduls od. dgl. angeschlossen sind, und einen drei Anschlüsse 5a, 5b und 5c aufweisenden Ausgang für die drei Phasen des Netzes 3. Der Wechselrichter 1 wird in der bei PV- oder Solaranlagen üblichen Weise mit Hilfe eines Reglers 6 in Form eines MPPT (Maximum Power Point Tracking) so betrieben, dass die PV-Anlage 2 unter allen gegebenen Bedingungen ihre maximal mögliche Leistung abgibt. 1 schematically shows an inverter 1 for feeding in from a PV system 2 generated electrical energy in a three-phase power grid 3 , The inverter 1 contains an input with two connections 4a (positive) and 4b (negative) to the corresponding output terminals of the PV system 2 , z. B. a 800 V PV module od. The like. Connected, and a three connections 5a . 5b and 5c having output for the three phases of the network 3 , The inverter 1 becomes in the usual way with PV or solar plants with the help of a regulator 6 in the form of a MPPT (Maximum Power Point Tracking) so operated that the PV system 2 deliver its maximum possible performance under all given conditions.

Nach 1 und 2 weist der Wechselrichter 1 einen mit seinem Eingang 4a, 4b verbundenen DC-Wandler 7 auf, der einen Ausgang mit zwei Anschlüssen 8a und 8b hat, an die der ebenfalls zwei Anschlüsse 9a, 9b aufweisende Eingang einer Brückenschaltung 10 angeschlossen ist, die drei mit den Ausgangs-Anschlüssen 5a, 5b und 5c des Wechselrichters 1 verbundene Ausgangsleitungen aufweist. Der Brückenschaltung 10 ist außerdem eine Steuereinrichtung 11 des Wechselrichters 1 zugeordnet, von der sie in der weiter unten beschriebenen Weise gesteuert wird. Dabei ist nach einem Merkmal der Erfindung vorgesehen, die Brückenschaltung 10 mit der Netzfrequenz, d. h. z. B. mit einer Frequenz von 50 Hz zu steuern, weshalb die Steuereinrichtung 11 über einen Eingang mit drei Anschlüssen 12a, 12b und 12c verfügt, die wie die Ausgänge 5a, 5b und 5c mit den drei Phasen bzw. Außenleitern L1, L2 und L3 des Netzes 3 verbunden werden.To 1 and 2 instructs the inverter 1 one with his entrance 4a . 4b connected DC converter 7 on, which has a two port outlet 8a and 8b has, which also has two connections 9a . 9b having input of a bridge circuit 10 connected, the three with the output terminals 5a . 5b and 5c of the inverter 1 having connected output lines. The bridge circuit 10 is also a control device 11 of the inverter 1 assigned, of which it is controlled in the manner described below. It is provided according to a feature of the invention, the bridge circuit 10 with the mains frequency, ie, for example, to control with a frequency of 50 Hz, which is why the control device 11 via a three-port input 12a . 12b and 12c features, which are like the outputs 5a . 5b and 5c with the three phases or external conductors L1, L2 and L3 of the network 3 get connected.

Bei dem aus 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel ist der Wandler 7 (1) des Wechselrichters 1 als ein Tiefsetzsteller 14 ausgebildet, der in üblicher Weise einen mit dem positiven Anschluss 4a verbundenen, vom Regler 6 gesteuerten Schalter 15 und eine an dessen Ausgang angeschlossene Drossel 16 aufweist, deren Ausgang mit dem Anschluss 8a verbunden ist. Außerdem liegt parallel zu den Anschlüssen 4a, 4b ein Kondensator 17. Weiter liegt zwischen dem Eingang der Drossel 16 und dem Anschluss 4b eine Diode 18. Aufgrund dieser Anordnung wird mit der Drossel 16 ein von der Ausgangsspannung der PV-Anlage 2 weitgehend unabhängiger Gleichstrom erzeugt.At the 2 apparent embodiment is the converter 7 ( 1 ) of the change richter 1 as a buck converter 14 trained, in the usual way one with the positive connection 4a connected, from the regulator 6 controlled switch 15 and a throttle connected to its output 16 whose output to the terminal 8a connected is. It is also parallel to the connections 4a . 4b a capacitor 17 , Next lies between the entrance of the throttle 16 and the connection 4b a diode 18 , Because of this arrangement is with the throttle 16 one from the output voltage of the PV system 2 largely independent DC generated.

Die Brückenschaltung 10 weist im Ausführungsbeispiel sechs Schalter 20 bis 25 auf, die paarweise seriell zwischen zwei mit den Eingangs-Anschlüssen 9a, 9b verbundene Leitungen 26 und 27 geschaltet sind. Außerdem ist eine die Schalter 20, 21 auch seriell verbindende Ausgangsleitung 28 an den Ausgangs-Anschluss 5a, eine die Schalter 22, 23 auch seriell verbindende Ausgangsleitung 29 an den Ausgangs-Anschluss 5b und eine die Schalter 24, 25 auch seriell verbindende Ausgangs-Leitung 30 an den Ausgangs-Anschluss 5c angeschlossen. Daher führt die Ausgangs-Leitung 28 zu dem mit L1 bezeichneten Außenleiter des Netzes 3, während die Ausgangs-Leitungen 29, 30 entsprechend zu den mit L2 und L3 bezeichneten Außenleitern des Netzes 3 führen.The bridge circuit 10 has in the exemplary embodiment six switches 20 to 25 on, the pairwise serial between two with the input terminals 9a . 9b connected lines 26 and 27 are switched. Besides, one is the switches 20 . 21 also serially connecting output line 28 to the output connector 5a , one the switches 22 . 23 also serially connecting output line 29 to the output connector 5b and one the switches 24 . 25 also serial connecting output line 30 to the output connector 5c connected. Therefore, the output line performs 28 to the outer conductor of the network designated L1 3 while the output lines 29 . 30 corresponding to the L2 and L3 designated outer conductors of the network 3 to lead.

Mit den Eingangs-Anschlüssen 12a, 12b und 12c sind paarweise drei in der Steuereinrichtung 11 vorgesehene Spannungsmesser 31, 32 und 33 verbunden. Diese dienen dazu, die Spannungen zwischen den Ausgangs-Anschlüssen 5a, 5b und 5c bzw. den Außenleitern L1 und L2 bzw. L2 und L3 bzw. L1 und L3 zu messen und den gemessenen Differenzen entsprechende Signale an eine Steuereinheit 34 der Steuereinrichtung 11 weiterzuleiten. Die Steuereinheit 34 ist mit sechs Ausgangs-Anschlüssen der Steuereinrichtung 11 verbunden, die über je eine Steuerleitung 35a bis 35f an je einen Steuereingang eines der Schalter 20 bis 25 angeschlossen sind. Außerdem ist die Steuereinheit 34 mit an die Spannungsmesser 31 bis 33 angeschlossenen Schwellwertschaltern, Vergleichern od. dgl. ausgerüstet und so eingerichtet, dass die Schalter 20 bis 25 immer dann ein- bzw. ausgeschaltet werden, wenn die Differenzen der Spannungen an den Außenleitern L1 bis L3 vorgewählte Werte über- oder unter schreiten.With the input connections 12a . 12b and 12c are in pairs three in the controller 11 provided voltmeter 31 . 32 and 33 connected. These serve the voltages between the output terminals 5a . 5b and 5c or the outer conductors L1 and L2 or L2 and L3 or L1 and L3 to measure and the measured differences corresponding signals to a control unit 34 the control device 11 forward. The control unit 34 is with six output terminals of the controller 11 connected, each via a control line 35a to 35f to each control input of one of the switches 20 to 25 are connected. In addition, the control unit 34 with to the voltmeter 31 to 33 connected threshold switches, comparators od. Like. Equipped and set up so that the switches 20 to 25 be switched on and off when the differences in the voltages on the outer conductors L1 to L3 above or below preselected values.

Der Wechselrichter 1 nach 2 eignet sich insbesondere für den Fall, dass am Ausgang der PV-Anlage 2 eine vergleichsweise große Gleichspannung abgegeben wird. Das ist z. B. der Fall, wenn es sich bei der PV-Anlage 2 um ein aus 400 Dünnschichtzellen zusammengesetztes PV-Modul mit einer Ausgangsspannung von 800 V bei einer vergleichsweise kleinen Leistung von z. B. 200 W handelt. Der Tiefsetzsteller 7 wird zu diesem Zweck nicht, wie bisher bei der Anwendung von Hochsetzstellern allgemein üblich, als Spanungsquelle, sondern als Stromquelle bzw. Stromzwischenkreis verwendet, der der Brückenschaltung 10 über die Drossel 16 einen mehr oder weniger konstanten, entsprechend dem Solarangebot schwankenden Strom von z. B. 300 mA zuführt. Dieser Strom wird mit Hilfe der Brückenschaltung 10 und der Schalter 20 bis 25 blockweise in das Netz 3 eingespeist.The inverter 1 to 2 is particularly suitable in the event that at the output of the PV system 2 a comparatively large DC voltage is delivered. This is z. As is the case when it comes to the PV system 2 to a composed of 400 thin-film cells PV module with an output voltage of 800 V at a comparatively low power of z. B. 200 W is. The buck converter 7 is not used for this purpose, as hitherto in the application of boosters common practice, as a voltage source, but as a current source or current link, the bridge circuit 10 over the throttle 16 a more or less constant, according to the solar supply fluctuating stream of z. B. 300 mA supplies. This current is using the bridge circuit 10 and the switch 20 to 25 block by block in the network 3 fed.

Eine blockförmige Stromeinspeisung in das Netz 3 bei Anwendung der in 2 dargestellten Steuereinheit 34 für die Schalter 20 bis 25 wird nachfolgend anhand der 3 und 4 näher erläutert. Dabei sind in 3 längs der Abszisse die Zeitpunkte in Millisekunden während einer Periode einer sinusförmigen Netzspannung und in Zeilen a bis c längs der Ordinate Spannungswerte der drei Phasen L1, L2 und L3 in Volt abgetragen. Dagegen sind in 4 längs der Ordinate wiederum die Zeitpunkte während einer Periode in ms, längs der Ordinate dagegen links die für je eine Phase L1, L2, L3 erhaltenen Spannungen in Volt und rechts die Amplituden der eingespeisten Stromblöcke in Milliampère abgetragen. In 3 ist außerdem in den ersten drei Zeilen a bis c der Verlauf der Spannungsdifferenzen dargestellt, die sich in den Außenleitern L1 bis L3 ergeben und in 3 mit UL1 – UL2 (gemessen am Spannungsmesser 31), UL2 – UL3 (gemessen am Spannungsmesser 32) und UL3 – ULl (gemessen am Spannungsmesser 33) bezeichnet sind, wobei für die drei Phasen L1 bis L3 des Netzes 3 jeweils ein sinusförmiger Verlauf bei einer Netzfrequenz von 50 Hz und die übliche Phasenverschiebung von 2Π/3 vorausgesetzt sind. Demgemäß zeigt 3, dass eine Periode (360°) über 20 ms erstreckt ist und die Phasenverschiebung jeweils 6,67 ms (120°) beträgt.A block-shaped power supply to the grid 3 when applying the in 2 shown control unit 34 for the switches 20 to 25 is described below on the basis of 3 and 4 explained in more detail. Here are in 3 along the abscissa the times in milliseconds during a period of a sinusoidal mains voltage and in lines a to c along the ordinate voltage values of the three phases L1, L2 and L3 are plotted in volts. In contrast, in 4 along the ordinate, in turn, the time points during a period in ms, along the ordinate on the other hand, the voltages in volts obtained for each phase L1, L2, L3 on the left and the amplitudes of the injected current blocks in milliamps on the right. In 3 In addition, in the first three lines a to c, the course of the voltage differences which result in the outer conductors L1 to L3 and in 3 with UL1 - UL2 (measured at the voltmeter 31 ), UL2 - UL3 (measured at the voltmeter 32 ) and UL3 - ULI (measured at the voltmeter 33 ), wherein for the three phases L1 to L3 of the network 3 in each case a sinusoidal profile at a mains frequency of 50 Hz and the usual phase shift of 2Π / 3 are assumed. Accordingly, shows 3 in that one period (360 °) extends over 20 ms and the phase shift is 6.67 ms (120 °) in each case.

Die Steuereinheit 34 der Steuereinrichtung 11 ist wie folgt ausgebildet:
Wenn die Spannungsdifferenz UL1 – UL2 größer als 0 und gleichzeitig die Spannungsdifferenz UL3 – UL1 kleiner als 0 ist (vgl. Zeilen a und c in 3), dann ist über die Steuerleitung 35a der Schalter 20 eingeschaltet bzw. leitend (Zeile d in 3). Weiter ist gemäß Zeilen a, c und e in 3 der Schalter 21 über die Steuerleitung 35b leitend gemacht, wenn UL1 – UL2 kleiner 0 V und gleichzeitig UL3 – UL1 größer als 0 V ist usw., und schließlich wird gemäß Zeilen b, c und i in 3 der Schalter 25 durch die Steuerleitung 35f in den leitenden Zustand gebracht, wenn die Sparmungsdifferenz UL3 – UL1 kleiner als 0 V und gleichzeitig die Spannungsdifferenz UL2 – UL3 größer als 0 V ist. Insgesamt ergeben sich somit folgende Bedingungen für leitende Schalterzustände:

  • Schalter 20 leitend: UL1 – UL2 > 0 V und UL3 – UL1 < 0 V
  • Schalter 21 leitend: UL1 – UL2 < 0 V und UL3 – UL1 > 0 V
  • Schalter 22 leitend: UL2 – UL3 > 0 V und UL1 – UL2 < 0 V
  • Schalter 23 leitend: UL2 – UL3 < 0 V und UL1 – UL2 > 0 V
  • Schalter 24 leitend: UL3 – UL1 > 0 V und UL2 – UL3 < 0 V
  • Schalter 25 leitend: UL3 – UL1 < 0 V und UL2 – UL3 > 0 V.
The control unit 34 the control device 11 is formed as follows:
If the voltage difference UL1 - UL2 is greater than 0 and at the same time the voltage difference UL3 - UL1 is less than 0 (compare lines a and c in FIG 3 ), then is over the control line 35a the desk 20 switched on or conductive (line d in 3 ). Further, according to lines a, c and e in 3 the desk 21 over the control line 35b made conductive when UL1 - UL2 is less than 0 V and at the same time UL3 - UL1 is greater than 0 V, etc., and finally, according to lines b, c and i in 3 the desk 25 through the control line 35f brought into the conductive state, when the voltage difference UL3 - UL1 is less than 0 V and at the same time the voltage difference UL2 - UL3 is greater than 0 V. Overall, the following conditions thus result for conductive switch states:
  • switch 20 conductive: UL1 - UL2> 0 V and UL3 - UL1 <0 V
  • switch 21 conductive: UL1 - UL2 <0 V and UL3 - UL1> 0 V
  • switch 22 conductive: UL2 - UL3> 0 V and UL1 - UL2 <0 V
  • switch 23 conductive: UL2 - UL3 <0 V and UL1 - UL2> 0 V
  • switch 24 conductive: UL3 - UL1> 0 V and UL2 - UL3 <0 V
  • switch 25 conductive: UL3 - UL1 <0 V and UL2 - UL3> 0 V.

Bei allen anderen als den genannten Spannungsdifferenzen sind die Schalter 20 bis 25 jeweils geschlossen bzw. nicht leitend.For all other than the mentioned voltage differences are the switches 20 to 25 each closed or non-conductive.

Aufgrund der beschriebenen Schaltzustände ergeben sich in 2 z. B. folgende Strompfade für eine in 3 dargestellte, von 0 bis 20 ms dauernde Periode:
In den ersten ca. 1,6 ms sind die Schalter 23 und 24 leitend. Es besteht daher ein Strompfad von der positiven Leitung 26 durch den Schalter 24 zur Phase L3 und zurück von der Phase L2 durch den Schalter 23 zur negativen Leitung 27. Das hat gemäß 4 zur Folge, dass ein positiver Strom durch den Schalter 24 (Phase L3) und ein negativer Strom durch den Schalter 23 (Phase 2) fließt. Im Intervall von ca. 1,6 ms bis ca. 5 ms sind nach 3 die Schalter 20 und 23 leitend, so dass ein Strompfad von 26 über 20 zu L1 und zurück L2 zu 23 und 27 vorhanden ist. Daher fließt nach 4 ein positiver Strom durch den Schalter 20 (Phase 1) und ein negativer Strom durch den Schalter 23 (Phase 2).Due to the described switching states arise in 2 z. B. following rungs for a in 3 illustrated period lasting from 0 to 20 ms:
In the first about 1.6 ms are the switches 23 and 24 conductive. There is therefore a current path from the positive line 26 through the switch 24 to phase L3 and back from phase L2 through the switch 23 to the negative line 27 , This is according to 4 result in a positive current through the switch 24 (Phase L3) and a negative current through the switch 23 (Phase 2) flows. In the interval from approx. 1.6 ms to approx. 5 ms are after 3 the switches 20 and 23 conductive, leaving a current path of 26 above 20 to L1 and back to L2 23 and 27 is available. Therefore, flows after 4 a positive current through the switch 20 (Phase 1) and a negative current through the switch 23 (Phase 2).

Im nächsten Intervall bis ca. 8,3 ms ergeben sich die aus 3 ersichtlichen Schalterzustände mit der Folge, dass gemäß 4 ein positiver Strom durch den Schalter 20 (Phase 1) und ein negativer Strom durch den Schalter 25 (Phase 3) fließt.In the next interval up to approx. 8.3 ms, the result is 3 apparent switch states, with the result that according to 4 a positive current through the switch 20 (Phase 1) and a negative current through the switch 25 (Phase 3) flows.

Das Ende einer Periode ist bei der aus 3 und 4 ersichtlichen Darstellung nach 20 ms erreicht, wobei in den letzten ca. 1,6 ms die Schalter 23 und 24 leitend sind. Daher fließt jetzt gemäß 3 und 4 ein positiver Strom von der Leitung 26 durch den Schalter 24 zum Außenleiter der Phase L3 und ein negativer Strom vom Außenleiter der Phase L2 über den Schalter 23 zur Leitung 27, was dem Zustand im oben beschriebenen Intervall von 0 bis ca. 1,6 ms entspricht.The end of a period is at the 3 and 4 apparent representation reached after 20 ms, in the last about 1.6 ms, the switch 23 and 24 are conductive. Therefore flows now according to 3 and 4 a positive current from the line 26 through the switch 24 to the outer conductor of phase L3 and a negative current from the phase L2 phase conductor via the switch 23 to the line 27 , which corresponds to the state in the above-described interval from 0 to about 1.6 ms.

Wie 4 zeigt, werden somit abwechselnd positive und negative Stromblöcke 38a, 38b (Phase L1) bzw. 39a, 39b (Phase L2) bzw. 40a, 40b (Phase L3) erzeugt und in das Netz eingespeist.As 4 shows, thus alternately positive and negative current blocks 38a . 38b (Phase L1) or 39a . 39b (Phase L2) or 40a . 40b (Phase L3) generated and fed into the grid.

Der Spannungsvergleich mit Hilfe der Spannungsmesser 31, 32 und 33 kann digital unter Anwendung einer entsprechend programmierten Software oder analog mit entsprechend ausgelegten Vergleicherschaltungen od. dgl. vorgenommen werden. Da derartige Maßnahmen dem Fachmann bekannt sind, wird auf deren detaillierte Erläuterung verzichtet.The voltage comparison with the help of the voltmeter 31 . 32 and 33 can od digitally using a correspondingly programmed software or analog with appropriately designed comparator circuits od. Like. Are made. Since such measures are known to those skilled in the art, their detailed explanation is omitted.

Wie insbesondere 2 zeigt, besteht ein besonderer Vorteil des Wechselrichters 1 in der Einfachheit seines Aufbaus. Es werden weder groß dimensionierte und teure Kondensatoren noch aufwendige Filter am Ausgang der Brückenschaltung 10 benötigt. Denn einerseits dient der Kondensator 17 lediglich dazu, etwaige zeitliche Schwankungen der von der PV-Anlage 2 abgenommenen Leistung auszugleichen, während andererseits die Steuerung der Schalter 20 bis 25 mit Netzfrequenz anstatt mit hochfrequenter PWM erfolgt, so dass keine glättenden Filterelemente erforderlich sind. Eine Folge dieses einfachen Aufbaus sind reduzierte Kosten z. B. aufgrund niederfrequent arbeitender Schalter, eine verringerter Störanfälligkeit und damit Wartungshäufigkeit aufgrund der kleinen Anzahl an Bauteilen, ein hoher Wirkungsgrad aufgrund geringer Verluste, die sonst z. B. durch hohe Schaltfrequenzen und Filterung entstehen, und ein reduzierter Raumbedarf, da sperrige Kondensatoren und Filter wie z. B. Drosseln entfallen. Der erfindungsgemäße Wechselrichter eignet sich daher vor allem zum direkten Einbau in ein PV-Modul.In particular 2 shows, there is a particular advantage of the inverter 1 in the simplicity of its construction. There are neither large-sized and expensive capacitors nor complex filters at the output of the bridge circuit 10 needed. Because on the one hand serves the capacitor 17 only, any temporal fluctuations of the PV system 2 on the other hand the control of the switches 20 to 25 at mains frequency instead of high frequency PWM, so no smoothing filter elements are required. A consequence of this simple structure are reduced costs z. B. due to low-frequency operating switch, a reduced susceptibility and thus maintenance frequency due to the small number of components, high efficiency due to low losses, the otherwise z. B. caused by high switching frequencies and filtering, and a reduced space requirement, since bulky capacitors and filters such. B. chokes omitted. The inverter according to the invention is therefore particularly suitable for direct installation in a PV module.

Das in 5 stark vereinfacht und ohne die Steuereinrichtung 11 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wechselrichters entspricht dem Ausführungsbeispiel nach 2 bis auf den Unterschied, dass sein Wandler 7 (1) hier als Hochsetzsteller 41 ausgebildet ist. Gleiche Teile sind daher in 5 mit denselben Bezugszeichen wie in 2 versehen. Der Hochsetzsteller 14 enthält wie üblich eine mit dem Eingang 4a verbundene Drossel 42, eine mit deren Ausgang verbundene, in die Leitung 26 geschaltete Diode 43 und einen mit den Anschlüssen 4a und 4b verbundenen Schalter 44, der analog zu 1 und 2 durch einen in 5 nicht dargestellten MPPT-Regler geschaltet wird. Im übrigen entspricht der Wechselrichter nach 5 konstruktiv und im Hinblick auf die mit ihm erzielbaren Vorteile dem Wechselrichter nach 2, weshalb auf weitere Erläuterungen verzichtet wird.This in 5 greatly simplified and without the control device 11 illustrated embodiment of an inverter according to the invention corresponds to the embodiment according to 2 except for the difference that its transducer 7 ( 1 ) here as a boost converter 41 is trained. Same parts are therefore in 5 with the same reference numerals as in 2 Mistake. The boost converter 14 contains as usual one with the entrance 4a connected throttle 42 , one connected to its output, in the line 26 switched diode 43 and one with the connections 4a and 4b connected switch 44 , the analog to 1 and 2 through an in 5 not shown MPPT controller is switched. Otherwise, the inverter corresponds to 5 constructive and in terms of achievable with him advantages the inverter 2 , which is why further explanations are omitted.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt zunächst für die Frequenz, mit der die Schalter der Brückenschaltung betrieben werden, da die Netzfrequenz auch beispielsweise 60 Hz betragen könnte. Weiterhin können anstelle der Spannungsmesser 31 bis 33 andere Mittel zur Messung der paarweise zwischen den Außenleitern L1 bis L3 auftretenden Spannungsdifferenzen vorgesehen werden. Auch die Ein- und Ausschaltzeitpunkte für die Schalter 20 bis 25 können anders gewählt werden, als aus 3 ersichtlich ist, um andere als die in 4 gezeigte Stromblöcke zu erzeugen. Weiterhin ist klar, dass die Ausgangsleitungen 28, 29 und 30 bzw. die Ausgangs- Anschlüsse 5a, 5b und 5c anders als bisher nicht über Filter od. dgl., sondern direkt mit den Außenleitern L1, L2 und L3 verbunden sind. Dabei wird unter der Bezeichnung "direkt" verstanden, dass zwischen den Ausgangsleitungen 28, 29 bzw. 30 und dem Netz 3 keine Filterelemente oder andere für den Betrieb des Wechselrichters unverzichtbare Mittel angeordnet sind, andere Bauteile wie z. B. Sicherungen, die weder die Funktion noch die oben erläuterten Vorteile des Wechselrichters beeinträchtigen, jedoch zusätzlich vorhanden sein könnten. Weiterhin lässt sich der beschriebene Wechselrichter in entsprechender Abänderung für ein einphasiges System anwenden. Außerdem können andere Energieerzeuger, insbesondere Brennstoffzellen od. dgl. anstatt Solarzellen verwendet werden. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.The invention is not limited to the described embodiments, which can be modified in many ways. This applies first of all to the frequency with which the switches of the bridge circuit are operated, since the mains frequency could also be 60 Hz, for example. Furthermore, instead of the voltmeter 31 to 33 other means for measuring the voltage differences occurring in pairs between the outer conductors L1 to L3 are provided. Also the on and off times for the switches 20 to 25 can be chosen differently than off 3 is apparent to others other than those in 4 to produce shown current blocks. Furthermore, it is clear that the output lines 28 . 29 and 30 or the off gangs- connections 5a . 5b and 5c unlike previously not via filters od. Like., But are directly connected to the outer conductors L1, L2 and L3. It is understood by the term "direct" that between the output lines 28 . 29 respectively. 30 and the network 3 no filter elements or other indispensable for the operation of the inverter means are arranged, other components such. As fuses that affect neither the function nor the above-mentioned advantages of the inverter, but could be present in addition. Furthermore, the described inverter can be used in a corresponding modification for a single-phase system. In addition, other energy generators, in particular fuel cells or the like, can be used instead of solar cells. Finally, it is understood that the various features may be applied in combinations other than those described and illustrated.

Claims (6)

Wechselrichter zur Einspeisung elektrischer, mit einer PV-Anlage (2) od. dgl. erzeugter Energie in die drei Außenleiter (L1, L2, L3) eines dreiphasigen Energieversorgungsnetzes (3), enthaltend einen zum Anschluss an die PV-Anlage (2) od. dgl. bestimmten Eingang (4a, 4b), einen Ausgang mit zum Anschluss an die drei Außenleiter (L1, L2, L3) des Netzes (3) bestimmten Anschlüssen (5a, 5b, 5c), ggf. einen an den Eingang (4a, 4b) angeschlossenen, durch MPP-Tracking (6) geregelten DC-Wand-ler (7), eine an den Wandler (7) angeschlossene Brückenschaltung (10), die eine Mehrzahl von elektronischen, mit Steuerleitungen (35a bis 35f) versehenen, zu den Anschlüssen (5a, 5b, 5c) führenden Schaltern (20 bis 25) aufweist, und eine mit den Steuerleitungen (35a bis 35f) verbundene Steuereinrichtung (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (7) als eine Stromquelle für die Brückenschaltung (10) ausgebildet ist, die Schalter (20 bis 25) direkt mit den Ausgangs-Anschlüssen (5a, 5b, 5c) verbunden sind und die Steuereinrichtung (11) zur Steuerung der Schalter (20 bis 25) mit einer der Netzfrequenz entsprechenden Schaltfrequenz eingerichtet ist und dazu drei mit den Ausgangs-Anschlüssen (5a, 5b, 5c) verbundene Eingangs-Anschlüsse (12a, 12b, 12c) aufweist.Inverter for feeding electrical, with a PV system ( 2 ) od. Like. Energy generated in the three outer conductors (L1, L2, L3) of a three-phase power supply network ( 3 ), containing one for connection to the PV system ( 2 ) od. Like. Certain input ( 4a . 4b ), an output with for connection to the three outer conductors (L1, L2, L3) of the network ( 3 ) certain connections ( 5a . 5b . 5c ), possibly one to the entrance ( 4a . 4b ), through MPP tracking ( 6 ) regulated DC converter ( 7 ), one to the converter ( 7 ) connected bridge circuit ( 10 ), which are a plurality of electronic, with control lines ( 35a to 35f ), to the terminals ( 5a . 5b . 5c ) leading switches ( 20 to 25 ), and one with the control lines ( 35a to 35f ) associated control device ( 11 ), characterized in that the transducer ( 7 ) as a current source for the bridge circuit ( 10 ), the switches ( 20 to 25 ) directly to the output terminals ( 5a . 5b . 5c ) and the control device ( 11 ) for controlling the switches ( 20 to 25 ) is set at a switching frequency corresponding to the mains frequency and three to the output terminals ( 5a . 5b . 5c ) connected input terminals ( 12a . 12b . 12c ) having. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) mit ihren Eingangs-Anschlüssen (12a, 12b, 12c) verbundene Mittel (31, 32, 33) zur Messung der Spannungsdifferenzen in den drei Außenleitern (L1, L2, L3) aufweist.Inverter according to Claim 1, characterized in that the control device ( 11 ) with their input terminals ( 12a . 12b . 12c associated funds ( 31 . 32 . 33 ) for measuring the voltage differences in the three outer conductors (L1, L2, L3). Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (7) als Tiefsetzsteller (14) ausgebildet ist.Inverter according to Claim 1 or 2, characterized in that the converter ( 7 ) as a buck converter ( 14 ) is trained. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (7) als Hochsetzsteller (41) ausgebildet ist.Inverter according to Claim 1 or 2, characterized in that the converter ( 7 ) as a boost converter ( 41 ) is trained. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (11) mit je zwei ihrer Eingangs-Anschlüsse (12a, 12b, 12c) verbundene Spannungsmesser (31, 32, 33) enthält und so eingerichtet ist, dass die Schalter (20 bis 25) beim Über- oder Unterschreiten vorgewählter Spannungsdifferenzen zwischen den Außenleitern (L1, L2, L3) paarweise ein- bzw. ausgeschaltet werden.Inverter according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the control circuit ( 11 ) with two of their input ports ( 12a . 12b . 12c ) connected voltmeter ( 31 . 32 . 33 ) and is set up so that the switches ( 20 to 25 ) are switched on or off in pairs when exceeding or falling short of preselected voltage differences between the outer conductors (L1, L2, L3). Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er für einen einphasigen statt dreiphasigen Betrieb ausgelegt ist.Inverter according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is for a single-phase instead of three-phase Operation is designed.
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