DE202010001342U1

DE202010001342U1 - Stringladeregler zum direkten Laden von Akkumulatoren an in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen (Strings) mit hoher Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE202010001342U1
Application number: DE201020001342
Authority: DE
Original assignee: MUERLE UDO
Current assignee: Muerle Udo
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2020-01-27

Abstract

Steuereinheit zum direkten Laden von Akkumulatoren an in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stringspannung gemessen wird und bei Erreichen einer Spannungsschwelle die Umsetzung der Spannung in einen niedrigeren Wert stattfindet. Es wird die maximale Energieabgabe aus den Photovoltaikmodulen ermittelt (Maximum Power Point) und eine Umsetzung in eine passende Akkumulatorladekennlinie bewirkt.

Description

Konzept
Grundfunktion des Stringladereglers (in Zeichnung Einheit SLR) ist die direkte Umsetzung einer hohen Gleichspannung, die von in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen (in Zeichnung Einheit A) erzeugt wird, in einen angepassten Ladestrom für Akkumulatoren (in Zeichnung Einheit F). Der wesentliche Vorteil gegenüber anderen Technologien ist die direkte Ladung der Akkumulatoren, ohne mehrfache Umsetzung durch Netzwechselrichter und Netzladegeräte zum Beispiel.
Damit lassen sich Photovoltaikanlagen aufbauen, die aus einem Modulfeld aus Photovoltaikanlagen wahlweise eine direkte Netzeinspeisung über handelsübliche Netzwechselrichter erlauben und/oder die direkte Speicherung der Energie in einem Akkumulatorsatz ermöglichen.
PV-Netzeinspeise-Wechselrichter haben eine Eingangsspannung von etwa 350 V DC–750 V DC. Der Stringladeregler verarbeitet die gleiche Eingangsspannung und kann somit parallel zum PV-Netzeinspeise-Wechselrichter an das Photovoltaik-Modulfeld angeschlossen werden. Der direkte Anschluss an das Photovoltaikmodulfeld ist ebenfalls möglich. Mit dieser Lösung ist es auch möglich, bestehende Photovoltaikanlagen, die nur Netzeinspeisung durchführen funktional zu erweitern.
Funktionsbeschreibung
Der Gleichspannungsumsetzer (GGU/in Zeichnung Einheit B) wandelt die Ausgangsspannung der Photovoltaikmodule mittels Gleichspannungswandler in eine niedrigere Gleichspannung um. Dazu werden Tiefsetzsteller oder Durchflusswandler verwendet. Beide Schaltungsvarianten benutzen niederohmige Halbleiterschaltelemente, wie zum Beispiel MOSFETS, Thyristoren oder Ähnliches.
Beim Durchflusswandler wird die Eingangs-Gleichspannung zum Beispiel durch Brückenschaltungen in eine Wechselspannung umgesetzt und durch ein oder mehrere Transformatoren in eine niedrigere Wechselspannung transformiert, die dann wiederum gleichgerichtet wird.
Die Steuerung des Gleichspannungsumsetzers (GSU-Steuerung/in Zeichnung Einheit C) regelt die Spannungswandlung so, dass den Photovoltaikmodulen die maximale Leistung entzogen wird (Maximum Power Point Regelung). Dazu wird über mehrere Arbeitspunkte die optimale Spannungs-Stromkombination ermittelt.
Der Durchflusswandler arbeitet bevorzugt mit hoher Schaltfrequenz, wodurch die Größe und damit auch die Kosten der Transformatoren minimiert werden. Typische Schaltfrequenzen sind hier 20 kHz bis 50 kHz.
Der Akkumulatorregler (ALR/in Zeichnung Einheit D) setzt die vom Gleichspannungsumsetzer bereitgestellte Spannung in eine Ladefunktion um, die für die jeweilige Technik der Akkumulatoren angepasst wird. Der Akkumulatorregler stellt also die Last für den Gleichspannungsumsetzer dar. Bei aktiver Ladefunktion fließt dabei Strom von den Photovoltaikmodulen, durch den Stringladeregler und die Akkumulatoren.
Die Steuerung des Akkumulatorladereglers (ALR-Steuerung/In Zeichnung Einheit E) regelt die optimale Ladefunktion der Akkumulatoren. Dabei können entsprechend der Akkumulatortechnologie spezielle Funktionen implementiert werden. Die Akkumulatoren stellen im Wesentlichen eine spannungsabhängige Last für den ALR dar. Es werden auch im ALR Halbleiterschaltelemente verwendet, die im Prinzip den Ausgang des GSU auf die Akkumulatoren schalten. Bei Erreichen des vollen Ladezustandes wird die Aufschaltung des GSU Ausgangs auf die Akkumulatoren getrennt. Die ALR Steuerung kann dann eine Meldung an eine übergeordnete Steuerung liefern, so dass in diesem Falle die Photovoltaikmodule wieder ausschließlich auf direkte Netzeinspeisung geschaltet werden.
Sowohl die GSU-Steuerung als auch die ALR-Steuerung sind softwaregesteuert. Die Software wird auf handelsüblichen Mikrokontrollern ausgeführt. Es ist auch möglich, die Funktion des Stringladereglers durch externe Kontrolleinheiten zu beeinflussen. Dies betrifft speziell mögliche Optionen wie Spannungs- oder Ladeszustandsüberwachung.
Alle Parameter sind einstellbar.
Übersicht der Zeichnungselemente:

– A: Photovoltaikmodule in Reihe geschaltet
– B: Gleichspannungsumsetzer – GSU
– C: Steuerung des Gleichspannungsumsetzers – GSU Steuerung
– D: Akkumulatorregler – ALR
– E: Steuerung des Akkumulatorreglers – ALR Steuerung
– F: Akkumulatoren

Claims

Steuereinheit zum direkten Laden von Akkumulatoren an in Reihe geschalteten Photovoltaikmodulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stringspannung gemessen wird und bei Erreichen einer Spannungsschwelle die Umsetzung der Spannung in einen niedrigeren Wert stattfindet. Es wird die maximale Energieabgabe aus den Photovoltaikmodulen ermittelt (Maximum Power Point) und eine Umsetzung in eine passende Akkumulatorladekennlinie bewirkt.
Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Eingangsspannungen auch im Bereich von über 350 V Gleichspannung verarbeiten kann.
Steuereinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion abhängig ist vom Ladezustand/Spannung der Akkumulatoren und der Abgabeleistung der in Reihe geschalteten Photovoltaikmodule.
Steuereinheit nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion durch eine übergeordnete Steuerung beeinflussbar ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption an spezielle Akkumulatortechnologien möglich ist, bevorzugt softwaregesteuert.
Steuereinheit nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktive Lastregelung möglich ist, die es erlaubt, die an den Stringladeregler angeschlossenen Akkumulatoren auch parallel zum Betrieb eines Netzwechselrichters zu laden.