DE202011050696U1

DE202011050696U1 - Safety device for photovoltaic (PV) generators

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Publication number: DE202011050696U1
Application number: DE202011050696U
Authority: DE
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2021-07-13

Abstract

Sicherungsvorrichtung (1) für einen photovoltaischen Generator (2) mit einem thermischen Sicherungselement (10), das in einer stromführenden Anschlussleitung (4) für den photovoltaischen Generator (2) angeordnet ist, und mit einer Rückstromunterbrechungseinrichtung (11), die einen einer Ausgangsspannung des photovoltaischen Generators (2) entgegen gerichteten Rückstrom durch die Anschlussleitung (4) unterbricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstromunterbrechungseinrichtung (11) beim Auftreten eines Rückstroms dem thermischen Sicherungselement (10) thermische Energie zuführt.Fuse device (1) for a photovoltaic generator (2) with a thermal fuse element (10) which is arranged in a current-carrying connection line (4) for the photovoltaic generator (2), and with a reverse current interruption device (11), which is an output voltage of photovoltaic generator (2) interrupts reverse current through the connection line (4), characterized in that the reverse current interruption device (11) supplies thermal energy to the thermal fuse element (10) when a reverse current occurs.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Sicherungsvorrichtung für einen photovoltaischen Generator mit einem thermischen Sicherungselement, das in einer stromführenden Anschlussleitung für den Generator angeordnet ist, und mit einer Rückstromunterbrechungseinrichtung, die einen einer Ausgangsspannung des Generators entgegen gerichteten Rückstrom durch die Anschlussleitung unterbricht. The invention relates to a safety device for a photovoltaic generator with a thermal fuse element, which is arranged in a current-carrying connection line for the generator, and with a reverse current interruption device which interrupts a return voltage of an output voltage of the generator directed through the connecting line.

Mit dem Begriff "photovoltaischer Generator" oder "PV-Generator" wird hier nicht auf die Gesamtheit aller an einen Wechselrichter einer Solaranlage angeschlossenen Photovoltaikmodule Bezug genommen, sondern auf eine von typischerweise mehreren parallel geschalteten Reihen- und/oder Parallelschaltungen von mehreren Solarmodulen, die auch als Strings bezeichnet werden. The term "photovoltaic generator" or "PV generator" is here not referred to the totality of all connected to an inverter of a solar system photovoltaic modules, but to one of typically several parallel connected series and / or parallel circuits of several solar modules, which also are called strings.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Wird eine photovoltaische Anlage so ausgelegt, dass ihre Photovoltaikmodule eine Mehrzahl von parallel geschalteten PV-Generatoren ausbilden, besteht die Gefahr, dass die Spannung, bei der die PV-Generatoren beispielsweise nach einem MPP(Maximum Power Point)-Trackingverfahren gemeinsam betrieben werden, die Ausgangsspannung eines einzelnen PV-Generators übersteigt und so ein dieser Ausgangsspannung entgegen gerichteter Rückstrom in den jeweiligen PV-Generator fließt. Da dieser Strom von den anderen PV-Generatoren getrieben wird, kann er bei einer Vielzahl von parallel geschalteten PV-Generatoren sehr groß werden, was schnell zu einer Beschädigung des PV-Generators mit der geringeren Ausgangsspannung oder gar zu dessen extremer Überhitzung mit einer schwerwiegenden Folge bis zum Abbrennen der gesamten Solaranlage führen kann. Ursachen für eine geringere Ausgangsspannung einzelner von mehreren parallel geschalteten photovoltaischen Generatoren können Beschädigungen dieser PV-Generatoren, aber auch nicht dauerhafte Effekte wie Verschattungen oder Verschmutzungen dieser PV-Generatoren sein. Weitere Möglichkeiten sind die Reihenschaltung unterschiedlich vieler Photovoltaikmodule in den einzelnen parallel geschalteten PV-Generatoren oder im Extremfall auch zufällig stark differierende Summen von statistischen Schwankungen bei den Ausgangsspannungen der einzelnen Photovoltaikmodule. If a photovoltaic system is designed so that its photovoltaic modules form a plurality of PV generators connected in parallel, there is the risk that the voltage at which the PV generators are operated jointly according to a maximum power point (MPP) tracking method, for example, would be the same Output voltage of a single PV generator exceeds and thus flows of this output voltage directed backflow into the respective PV generator. Since this current is driven by the other PV generators, it can become very large with a large number of PV generators connected in parallel, which quickly leads to damage of the PV generator with the lower output voltage or even to its extreme overheating with a serious consequence can lead to the burning of the entire solar system. Causes of a lower output voltage of individual photovoltaic generators connected in parallel can be damage to these PV generators, but also non-permanent effects such as shading or soiling of these PV generators. Other possibilities are the series connection of different numbers of photovoltaic modules in the individual parallel-connected PV generators or in extreme cases also randomly differing sums of statistical fluctuations in the output voltages of the individual photovoltaic modules.

In Solaranlagen mit mehreren parallel geschalteten PV-Generatoren ist es üblich, diese einzeln durch Schmelzsicherungen, die auch als Stringsicherungen bezeichnet werden, gegen Überströme abzusichern. Diese Schmelzsicherungen sind jedoch grundsätzlich so auszulegen, dass sie den im normalen Betrieb von dem jeweiligen PV-Generator generierten Strom möglichst unbehindert durchlassen, d. h. bei diesem Strom einen möglichst geringen Widerstand aufweisen und insbesondere nicht aufschmelzen. Dies hat zur Folge, dass die Schmelzsicherungen einen Rückstrom in den jeweiligen PV-Generator auch erst dann unterbrechen, wenn dieser Rückstrom den im normalen Betrieb des PV-Generators maximal generierten Strom erheblich überschreitet. In solar systems with several PV generators connected in parallel, it is customary to protect them against overcurrents individually by fuses, which are also referred to as string fuses. However, these fuses must always be designed in such a way that they allow the current generated by the respective PV generator during normal operation to pass through as unhindered as possible. D. H. have the lowest possible resistance at this current and in particular do not melt. As a result, the fuses only interrupt a return current into the respective PV generator when this return current considerably exceeds the maximum current generated during normal operation of the PV generator.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Unterbrechung von Rückströmen in einen von mehreren parallel geschalteten PV-Generatoren einer Solaranlage besteht darin, in den Anschlussleitungen der einzelnen PV-Generatoren jeweils eine Diode vorzusehen, die in Rückflussrichtung sperrt. Solche Dioden sind dann jedoch für erhebliche Ströme in Durchlassrichtung und auch erhebliche Sperrspannungen auszulegen. In der Folge handelt es sich um recht kostspielige Bauteile. Zudem reduzieren sie mit ihrem Leitungswiderstand den Wirkungsgrad der Solaranlage signifikant. Another known measure for interrupting return currents in one of a plurality of parallel-connected PV generators of a solar system is to provide a respective diode in the connecting lines of the individual PV generators, which blocks in the return direction. However, such diodes are then interpreted for significant currents in the forward direction and also significant reverse voltages. As a result, it is quite expensive components. In addition, their line resistance significantly reduces the efficiency of the solar system.

Aus der EP 2 284 973 A1 , in der die voranstehend beschriebenen Maßnahmen zur Rückstromunterbrechung als Stand der Technik angeführt sind, ist es bekannt, die von mehreren parallel geschalteten PV-Generatoren einer Solaranlage fließenden Ströme einzeln zu überwachen und im Falle des Auftretens eines Rückstroms die Spannung, bei der die PV-Generatoren gemeinsam betrieben werden, soweit abzusenken, dass dieser Rückstrom nicht mehr auftritt. In der Konsequenz werden die PV-Generatoren zwar bei einer unterhalb des MPP liegenden Spannung betrieben, es kann aber weiterhin Strom generiert werden, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung eines Strings mit einer geringeren Ausgangsspannung besteht. Bei dieser Vorgehensweise kann auf ein zusätzliches Schaltelement in den Anschlussleitungen der einzelnen PV-Generatoren verzichtet werden. From the EP 2 284 973 A1 , in which the above-described measures for the return current interruption are cited as state of the art, it is known to individually monitor the currents flowing from a plurality of parallel-connected PV generators of a solar system and, in the event of a reverse current, the voltage at which the PV Generators are operated together, as far as lower, that this return current does not occur. As a consequence, the PV generators are operated at a voltage below the MPP, but current can still be generated without the risk of damaging a string with a lower output voltage. With this procedure, it is possible to dispense with an additional switching element in the connection lines of the individual PV generators.

Darüber hinaus ist es nach der EP 2 284 973 A1 vorgesehen, auf Schmelzsicherungen für jeden einzelnen Teilstring, d. h. jede einzelne Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen zu verzichten und diese nur gruppenweise über eine Schmelzsicherung in einer Sammelleitung abzusichern, während die Überwachung der generierten Ströme für jeden Teilstring erfolgt. Hierdurch ist die aus der EP 2 284 973 A1 bekannte Vorgehensweise zur Vermeidung von Rückströmen in Bezug auf jeden einzelnen PV-Generator sowohl davon abhängig, dass jeder lokal registrierte Rückstrom zentral erfasst wird, als auch davon, dass in der Folge die Betriebsspannung der Gesamtheit der PV-Generatoren tatsächlich abgesenkt wird. In addition, it is after the EP 2 284 973 A1 provided to dispense with fuses for each sub-string, ie each individual series connection of photovoltaic modules and to protect them only in groups via a fuse in a bus, while monitoring the generated currents for each sub-string. This is the from the EP 2 284 973 A1 known approach to avoid reverse currents with respect to each individual PV generator both depending on that each locally registered return current is detected centrally, as well as the fact that in the sequence the operating voltage of the totality of the PV generators is actually lowered.

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsvorrichtung für einen photovoltaischen Generator aufzuzeigen, die den photovoltaischen Generator ohne das Mitwirken übergeordneter Steuerungen vor Überströmen schützt. The invention has for its object to provide a safety device for a photovoltaic generator, which protects the photovoltaic generator without the involvement of higher-level control overcurrents.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Sicherungsvorrichtung für einen photovoltaischen Generator mit einem thermischen Sicherungselement, das in einer stromführenden Anschlussleitung für den Generator angeordnet ist, und mit einer Rückstromunterbrechungseinrichtung gelöst, die einen einer Ausgangsspannung des Generators entgegen gerichteten Rückstrom durch die Anschlussleitung unterbricht, indem sie beim Auftreten eines Rückstroms dem thermischen Sicherungselement thermische Energie zuführt. The object of the invention is achieved by a safety device for a photovoltaic generator with a thermal fuse element, which is arranged in a current-carrying connection line for the generator, and with a reverse current interruption device, which interrupts an output voltage of the generator counter directed return current through the connecting line by upon occurrence of a return current, supplying thermal energy to the thermal fuse element.

Bevorzugte Ausführungsformen der neuen Sicherungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11 definiert. Preferred embodiments of the novel securing device are defined in the dependent claims 2 to 11.

Der Schutzanspruch 12 ist auf eine Solaranlage mit mehreren parallel geschalteten Photovoltaikgeneratoren gerichtet, bei der für jeden der Photovoltaikgeneratoren eine erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung vorgesehen ist. The protection claim 12 is directed to a solar system with a plurality of parallel-connected photovoltaic generators, in which a fuse device according to the invention is provided for each of the photovoltaic generators.

Weiterhin wird hier ein Verfahren zur Unterbrechung eines einer Ausgangsspannung eines photovoltaischen Generators entgegen gerichteten Rückstroms in den Generator offenbart, wobei in einer stromführenden Anschlussleitung des Generators ein thermisches Sicherungselement angeordnet ist. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass dem thermischen Sicherungselement beim Auftreten eines Rückstroms thermische Energie zugeführt wird. Furthermore, a method for interrupting an output voltage of a photovoltaic generator oppositely directed return current is disclosed in the generator, wherein in a current-carrying connecting line of the generator, a thermal fuse element is arranged. This method is characterized in that thermal energy is supplied to the thermal fuse element when a reverse current occurs.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Indem bei der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung für einen photovoltaischen Generator die Rückstromunterbrechungseinrichtung beim Auftreten eines Rückstroms dem thermischen Sicherungselement zusätzliche thermische Energie zuführt, d. h. thermische Energie zusätzlich zu der Wärme, die der durch das Sicherungselement fließende Rückstrom selbst erzeugt, wird das Auslösen des thermischen Sicherungselements beim Auftreten des Rückstroms gegenüber dem Fall, dass es von dem im Normalbetrieb des PV-Generators erzeugten Strom in Vorwärtsrichtung durchflossen wird, deutlich beschleunigt. Dies bedeutet konkret, dass das thermische Sicherungselement die Anschlussleitung bei einem Rückstrom kleinerer Amperezahl auftrennt, als dies bei einem Überstrom in Vorwärtsrichtung der Fall ist. Damit ist der photovoltaische Generator vor allen Rückströmen schützbar, die seine Integrität gefährden. Vorteilhafterweise ist es dafür nicht erforderlich, neben der thermischen Sicherungseinrichtung irgendein Schaltelement, wie beispielsweise eine Diode, in der stromführenden Anschlussleitung des PV-Generators vorzusehen. Entsprechend wird der Wirkungsgrad des PV-Generators durch die neue Sicherungsvorrichtung nicht beeinträchtigt.In the backup device for a photovoltaic generator according to the invention, the reverse current interruption device supplies additional thermal energy to the thermal fuse element when a reverse current occurs, d. H. Thermal energy in addition to the heat generated by the flowing back through the fuse element itself, the triggering of the thermal fuse element at the occurrence of the reverse current over the case that it is traversed by the current generated in the normal operation of the PV generator in the forward direction, significantly accelerated , In concrete terms, this means that the thermal fuse element disconnects the connecting line at a lower amperage return current than in the case of an overflow in the forward direction. This protects the photovoltaic generator against all return currents that endanger its integrity. Advantageously, it is not necessary to provide any switching element, such as a diode, in the current-carrying connection line of the PV generator in addition to the thermal safety device. Accordingly, the efficiency of the PV generator is not affected by the new safety device.

Das thermische Sicherungselement der neuen Sicherungsvorrichtung ist häufig eine Schmelzsicherung. Es kann sich aber auch um eine Sprengsicherung handeln, bei der die Anschlussleitung durch thermisches Zünden einer Sprengladung aufgetrennt wird. The thermal fuse element of the new fuse device is often a fuse. But it can also be a blast, in which the connecting cable is separated by thermal ignition of an explosive charge.

In einer Ausführungsform weist die Rückstromunterbrechungseinrichtung ein mit dem thermischen Sicherungselement gekoppeltes elektrisches Heizelement zur Erzeugung der thermischen Energie aus elektrischer Energie auf. Dieses Heizelement kann beim Auftreten eines Rückstroms bestromt werden, indem die Rückstromunterbrechungseinrichtung die Anschlussleitung mit einer weiteren stromführenden Anschlussleitung für den photovoltaischen Generator über das elektrische Heizelement verbindet. Der Punkt, an dem ein entsprechender Strompfad über das Heizelement an die Anschlussleitung angeschlossen wird, liegt sinnvollerweise zwi- schen dem Generator und dem thermischen Sicherungselement, so dass der Strompfad, wenn er auch nicht selbst wieder unterbrochen wird, nur über den jeweiligen Photovoltaikgenerator führt und nicht über eine Gesamtheit von parallel geschalteten anderen Photovoltaikgeneratoren. Es ist festzuhalten, dass dieser Strompfad im Regelfall nicht von Strom durchflossen wird und entsprechend den Wirkungsgrad des mit der neuen Sicherungsvorrichtung versehenen PV-Generators nicht in Mitleidenschaft zieht. In one embodiment, the reverse current interruption device has an electrical heating element coupled to the thermal fuse element for generating the thermal energy from electrical energy. This heating element can be energized when a reverse current occurs by the return current interruption device connects the connecting cable with another current-carrying connection line for the photovoltaic generator via the electric heating element. The point at which a corresponding current path is connected to the connecting line via the heating element is expediently located between the generator and the thermal fuse element, so that the current path, if it is not interrupted again, only leads through the respective photovoltaic generator and not over a whole of parallel connected other photovoltaic generators. It should be noted that this current path is usually not traversed by electricity and accordingly does not affect the efficiency of the provided with the new safety device PV generator.

Alternativ zu einer Verbindung des Heizelementes mit Anschlussleitungen des photovoltaischen Generators kann die Rückstromunterbrechungseinrichtung einen Speicher für elektrische Energie aufweisen, den sie beim Auftreten eines Rückstroms über das elektrische Heizelement entlädt. As an alternative to a connection of the heating element to connection lines of the photovoltaic generator, the backflow interruption device can have a storage for electrical energy which it discharges when a return current occurs via the electrical heating element.

Als weitere Möglichkeit kann die Rückstromunterbrechungseinrichtung einen Speicher für chemische Energie aufweisen, wobei die Rückstromunterbrechungseinrichtung dann weiterhin einen Speicher für elektrische Energie aufweist, den sie beim Auftreten eines Rückstroms über ein elektrisches Zündelement entlädt, um eine die thermische Energie freisetzende, also exotherme Reaktion des Speichers für chemische Energie auszulösen. Das Zündelement kann seinerseits ebenfalls ein Heizelement sein. Es kann sich aber auch um ein Zündelement handeln, das längs einer Entladungsstrecke einen Zündfunken oder dergleichen erzeugt. As a further possibility, the backflow interruption means may comprise a storage for chemical energy, wherein the backflow interruption device then further comprises a memory for electrical energy, which it discharges when a reverse current through an electrical ignition element to a thermal energy-releasing, ie exothermic reaction of the memory for to trigger chemical energy. The ignition element may in turn also be a heating element. But it can also be an ignition element, which generates a spark or the like along a discharge path.

Der Speicher für elektrische Energie der Rückstromunterbrechungseinrichtung wird vorzugsweise vor dem Auftreten des Rückstroms mittels des durch die Anschlussleitung des PV-Generators fließenden Strom aufgeladen. Dabei ist eine galvanisch trennende Ankopplung einer entsprechenden Spannungsversorgung bevorzugt. Insbesondere kann die Rückstromunterbrechungseinrichtung eine an die Anschlussleitung induktiv angekoppelte Spannungsversorgung aufweisen. Zwar fließt durch die Anschlussleitung im Wesentlichen ein Gleichstrom, während eine induktive Leistungsübertragung nur bei Änderungen dieses Stroms möglich ist. Die typischen Schwankungen des Gleichstroms von einem Photovoltaikgenerator sind aber für das Aufladen des Speichers für elektrische Energie der Rückstromunterbrechungseinrichtung häufig ausreichend. Zudem stellt eine rein induktive Ankopplung der Spannungsversorgung der Rückstromunterbrechungseinrichtung sicher, dass im Regelfall keine Leistungsübertragung erfolgt und so der Wirkungsgrad des an die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung angeschlossenen PV-Generators nicht beeinträchtigt wird. The electrical energy store of the reverse current interrupt device is preferably charged before the occurrence of the return current by means of the current flowing through the connecting line of the PV generator. In this case, a galvanically isolating coupling of a corresponding power supply is preferred. In particular, the reverse current interrupt device may have a voltage supply inductively coupled to the connecting line. Although a direct current flows through the connecting line, while an inductive power transmission is possible only with changes of this current. However, the typical variations in direct current from a photovoltaic generator are often sufficient for charging the electrical energy storage of the backflow interruption device. In addition, a purely inductive coupling of the power supply of the reverse current interruption device ensures that, as a rule, no power transmission takes place and thus the efficiency of the PV generator connected to the safety device according to the invention is not impaired.

Eine weite Maßnahme zur galvanischen Trennung kann bei der Rückstromunterbrechungseinrichtung der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung dadurch bewirkt werden, dass sie einen Stromkreis durch das Heizelement mit einem optisch geschalteten Schalter, beispielsweise einem Optokoppler, schließt. A wide measure for the galvanic isolation can be effected in the case of the reverse current interrupting device of the safety device according to the invention by closing a circuit through the heating element with an optically switched switch, for example an optocoupler.

Um das Auftreten eines Rückstroms zu erfassen, weist die Rückstromunterbrechungseinrichtung einen Rückstromsensor auf. Dabei kann es sich um einen die Richtung und Stärke eines Magnetfelds um die Anschlussleitung erfassenden Sensor, insbesondere einen Hall-Sensor handeln. Die Zufuhr von thermischer Energie zu dem thermischen Sicherungselement wird bei der erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung nicht bereits dann durchgeführt, wenn nur ein sehr kleiner Rückstrom auftritt. Vielmehr kann ein Schwellwert festgelegt werden, der für das Zuführen von thermischer Energie zu dem thermischen Sicherungselement überschritten werden muss. Dieser Schwellwert folgt sinnvollerweise dem Kriterium, dass ein darunter bleibender Rückstrom keine Gefahr für den an die Sicherungsvorrichtung angeschlossenen PV-Generator darstellt. Dennoch kann auch ein den Schwellwert unterschreitender Rückstrom als Fehlersignal innerhalb der photovoltaischen Anlage erfasst und entsprechend verarbeitet werden.In order to detect the occurrence of a backflow, the backflow interruption device has a backflow sensor. This may be a sensor detecting the direction and strength of a magnetic field around the connecting line, in particular a Hall sensor. The supply of thermal energy to the thermal fuse element is not already performed in the safety device according to the invention when only a very small backflow occurs. Rather, a threshold can be set, which must be exceeded for the supply of thermal energy to the thermal fuse element. This threshold value usefully follows the criterion that a residual current which remains there is no danger to the PV generator connected to the safety device. Nevertheless, a threshold below the return current can be detected as an error signal within the photovoltaic system and processed accordingly.

Bei einer photovoltaischen Anlage mit mehreren parallel geschalteten Photovoltaikgeneratoren ist für jeden der Photovoltaikgeneratoren eine erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung vorgesehen. Diese trennt den von einem Rückstrom betroffenen PV-Generator von Busleitungen ab, über die die PV-Generatoren parallel geschaltet sind. Die verbleibenden PV-Generatoren können anschließend normal weiterbetrieben werden. Sinnvoll ist es dennoch, wenn die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung in diesem Fall ein Fehlersignal ausgibt, um eine Überprüfung der Solaranlage vorzunehmen. In a photovoltaic system with several photovoltaic generators connected in parallel, a safety device according to the invention is provided for each of the photovoltaic generators. This disconnects the PV generator affected by a reverse current from bus lines via which the PV generators are connected in parallel. The remaining PV generators can then continue to operate normally. It makes sense, however, if the fuse device according to the invention in this case outputs an error signal to make a review of the solar system.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile von allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten relativen Anordnungen und Wirkverbindungen mehrerer Bauteile – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively without the advantages of all the embodiments according to the invention having to be achieved. Further features are the drawings - in particular the illustrated relative arrangements and operative connections of several components - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or features of different protection claims is also possible and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different protection claims.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform der neuen Sicherungsvorrichtung; und 1 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment of the new securing device; and

2 bis 4 zeigen schematische Schaltpläne weiterer Ausführungsformen der neuen Sicherungsvorrichtung. 2 to 4 show schematic diagrams of further embodiments of the new safety device.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

In 1 ist eine Sicherungsvorrichtung 1 für einen photovoltaischen Generator 2 dargestellt. Der photovoltaische Generator 2 ist hier als Reihenschaltung aus Photovoltaikmodulen 3 wiedergegeben. Er wird insoweit auch als String bezeichnet. Der PV-Generator 2 kann zusätzlich eine Parallelschaltung mehrerer derartige Reihenschaltungen umfassen, die dann als Teilstrings bezeichnet werden. Der photovoltaische Generator 2 ist über zwei Anschlussleitungen 4 und 5 an zwei Busleitungen 6 und 7 angeschlossen, an die auch noch weitere, hier nicht dargestellte photovoltaische Generatoren angeschlossen sind. Sämtliche PV-Generatoren 2 sind so parallel zueinander an einen Wechselrichter 8 angeschlossen, der elektrische Energie von der Gesamtheit der PV-Generatoren 2 in ein Wechselstromnetz 9 einspeist. Die Sicherungsvorrichtung 1 umfasst ein thermisches Sicherungselement 10, beispielsweise eine Schmelzsicherung, das in der Anschlussleitung 4 angeordnet ist. Beim Aufschmelzen der Schmelzsicherung trennt das thermische Sicherungselement 10 die Anschlussleitung 4 auf. Auf diese Weise werden Überströme durch die Anschlussleitung 4 unterbrochen. Da das thermische Sicherungselement 10 einerseits den von dem PV-Generator 2 in dessen normalen Betrieb in Vorwärtsrichtung generierten Strom möglichst ohne Verluste durchlassen soll, aber andererseits einen der Ausgangsspannung des PV-Generators 2 entgegen gerichteten Rückstrom bereits bei gegenüber einem Auslösewertes in Vorwärtsrichtung reduzierten Amperezahl unterbrechen soll, umfasst die Sicherungsvorrichtung 1 eine Rückstromunterbrechungseinrichtung 11. Diese Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 weist hier ein thermisch an das thermische Sicherungselement 10 angekoppeltes Heizelement 12 auf, das aus einem Speicher 13 für elektrische Energie bestromt wird, wenn mit einem Rückstromsensor 14, z. B. in Form eines Hall-Sensors, ein Rückstrom durch die Anschlussleitung 4 detektiert wird. Aufgeladen wird der Speicher 13 für elektrische Energie über eine Spannungsversorgung 15, die hier als über einen Ringkern 16 an die Anschlussleitung 4 angekoppelte Induktionsspule 17 skizziert ist. Die Spannungsversorgung 15 kann auch zur grundsätzlichen Spannungsversorgung der Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 vorgesehen sein. Die Spannungsversorgung 15 zweigt nur dann elektrische Energie von dem durch die Anschlussleitung 4 fließenden Strom ab, wenn sich dessen Stromstärke ändert. D. h. im normalen Betrieb des PV-Generators 2 wird dessen Wirkungsgrad durch die Spannungsversorgung 15 nicht beeinträchtigt. Durch das Bestromen des Heizelements 12 beim Auftreten eines mit dem Rückstromsensor 14 registrierten Rückstroms in den PV-Generator 2 wird dem thermischen Sicherungselement 10 thermische Energie zugeführt und damit seine Auslösewert gegenüber Rückströmen deutlich reduziert. So trennt das Sicherungselement 10 die Anschlussleitung 4 bereits bei Überschreiten eines niedrigen Rückstromschwellwerts auf, unter dem noch keine Beschädigung des PV-Generators 2 zu befürchten ist. In 1 is a safety device 1 for a photovoltaic generator 2 shown. The photovoltaic generator 2 is here as a series connection of photovoltaic modules 3 played. He is called in this respect as a string. The PV generator 2 may additionally comprise a parallel connection of a plurality of such series circuits, which are then referred to as sub-strings. The photovoltaic generator 2 is over two connection lines 4 and 5 on two bus lines 6 and 7 connected to the even more, not shown here, photovoltaic generators are connected. All PV generators 2 are so parallel to each other to an inverter 8th connected, the electrical energy from the totality of PV generators 2 in an AC network 9 feeds. The safety device 1 includes a thermal fuse element 10 For example, a fuse that in the connecting cable 4 is arranged. When melting the fuse separates the thermal fuse element 10 the connection line 4 on. In this way, overcurrents are transmitted through the connecting cable 4 interrupted. Because the thermal fuse element 10 on the one hand, that of the PV generator 2 in the normal operation in the forward direction generated power should pass as possible without losses, but on the other hand one of the output voltage of the PV generator 2 to interrupt oppositely directed return current even with respect to a trigger value in the forward direction reduced amperage, includes the securing device 1 a reverse current interruption device 11 , This backflow interruption device 11 here has a thermal to the thermal fuse element 10 coupled heating element 12 on, that from a store 13 is energized for electrical energy when using a backflow sensor 14 , z. B. in the form of a Hall sensor, a return current through the connecting cable 4 is detected. The memory is charged 13 for electrical energy via a power supply 15 that is here as about a toroid 16 to the connection line 4 coupled induction coil 17 outlined. The power supply 15 can also be used for the basic voltage supply of the reverse current interruption device 11 be provided. The power supply 15 only branches off electrical energy from the through the connecting line 4 flowing current when its current changes. Ie. during normal operation of the PV generator 2 its efficiency is due to the power supply 15 not impaired. By energizing the heating element 12 when one occurs with the return flow sensor 14 registered reverse current in the PV generator 2 becomes the thermal fuse element 10 supplied thermal energy and thus significantly reduced its tripping value compared to return currents. This is how the fuse element separates 10 the connection line 4 even if a low reverse current threshold is exceeded, below which there is no damage to the PV generator 2 is to be feared.

2 zeigt eine andere Ausführungsform der Sicherungsvorrichtung 1, wobei gegenüber der Darstellung gemäß 1 die Busleitungen 6 und 7, der Wechselrichter 8 sowie das Wechselstromnetz 9 weggelassen sind. Die Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 der Sicherungsvorrichtung 1 weist auch hier ein thermisch an das thermische Sicherungselement 10 angekoppeltes Heizelement 12 auf, das dann, wenn der Rückstromsensor 14 einen Rückstrom durch die Anschlussleitung 4 detektiert, aus einem Speicher 13 für elektrische Energie bestromt wird. Hier ist die Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 mit dem Speicher 13 jedoch an die Anschlussleitungen 4 und 5 angeschlossen, um sie mit elektrischer Energie zu versorgen. Auch dadurch wird jedoch der Wirkungsgrad des PV-Generators 2 im normalen Betrieb nicht beeinträchtigt, weil kein Element der Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 im Leistungsstrompfad des von dem PV-Generator 2 erzeugten Stroms angeordnet ist. 2 shows another embodiment of the securing device 1 , wherein compared to the illustration according to 1 the bus lines 6 and 7 , the inverter 8th as well as the AC mains 9 are omitted. The reverse current interruption device 11 the security device 1 here also has a thermal to the thermal fuse element 10 coupled heating element 12 on, that if the backflow sensor 14 a return current through the connecting cable 4 detected, from a memory 13 is energized for electrical energy. Here is the backflow interruption device 11 with the memory 13 however, to the connecting cables 4 and 5 connected to provide them with electrical energy. However, this also reduces the efficiency of the PV generator 2 in normal operation is not affected, because no element of the reverse current interruption device 11 in the power current path of the PV generator 2 generated stream is arranged.

Die in einer 2 grundsätzlich entsprechenden Darstellung wiedergegebene Sicherungsvorrichtung 1 gemäß 3 weist ebenfalls ein Heizelement 12 auf, das an das thermische Sicherungselement 10 thermisch angekoppelt ist. Hier umfasst jedoch die Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 keinen Speicher für elektrische Energie. Vielmehr wird das Heizelement 12 durch Schließen eines Auslösestrompfads 18 bestromt, wenn der Rückstromsensor 14 einen Rückstrom durch die Anschlussleitung 4 detektiert. Hierzu wird ein optisch betätigter Schalter 19 von der Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 über Ansteuern einer Leuchtdiode 20 geschlossen. Der Anschlusspunkt des Kurzschlussstrompfads 18 an die Anschlussleitung 4 liegt zwischen dem thermischen Sicherungselement 10 und dem photovoltaischen Generator 2, so dass der Auslösestrompfad 18 nach dem Auftrennen der Anschlussleitung 4 im Bereich des thermischen Sicherungselements 10 nicht die Busleitungen 6 und 7 gemäß 1 miteinander verbindet. The one in one 2 Basically corresponding representation reproduced security device 1 according to 3 also has a heating element 12 on that to the thermal fuse element 10 thermally coupled. Here, however, includes the reverse current interruption device 11 no storage for electrical energy. Rather, the heating element 12 by closing a trip path 18 energized when the backflow sensor 14 a return current through the connecting cable 4 detected. For this purpose, an optically operated switch 19 from the backflow interruption device 11 via control of a light emitting diode 20 closed. The connection point of the short-circuit current path 18 to the connection line 4 lies between the thermal fuse element 10 and the photovoltaic generator 2 so that the trip current path 18 after disconnecting the connecting cable 4 in the area of the thermal fuse element 10 not the bus lines 6 and 7 according to 1 connects with each other.

In der Ausführungsform der Sicherungsvorrichtung 1 gemäß 4 ist ein Speicher 21 für chemische Energie in der Nähe des thermischen Sicherungselements 10 vorgesehen. Mit Hilfe eines elektrischen Zündelements 22 löst die Rückstromunterbrechungseinrichtung 11 beim Auftreten eines Rückstroms eine exotherme Reaktion dieses Speichers 21 aus, indem sie ein Zündelement 22 aus dem Speicher 13 für elektrische Energie bestromt. Durch den Speicher 21 für chemische Energie kann die elektrische Energie, die in dem Speicher 13 für elektrische Energie vorgehalten werden muss, sehr klein bleiben und dennoch steht zum schnellen Auslösen des thermischen Sicherungselements 10 beim Auftreten eines Rückstroms durch die Anschlussleitung 4 eine große Menge an thermischer Energie zur Verfügung. In the embodiment of the securing device 1 according to 4 is a store 21 for chemical energy near the thermal fuse element 10 intended. With the help of an electric ignition element 22 releases the reverse current interruption device 11 when a backflow occurs, an exothermic reaction of this reservoir 21 out by having an ignition element 22 from the store 13 energized for electrical energy. Through the store 21 For chemical energy, the electrical energy can be stored in the store 13 must be kept for electrical energy, remain very small and yet stands fast triggering of the thermal fuse element 10 when a reverse current through the connecting line occurs 4 a large amount of thermal energy available.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sicherungsvorrichtung safety device
22: photovoltaischer Generator photovoltaic generator
33: Photovoltaikmodul photovoltaic module
44: Anschlussleitung connecting cable
55: Anschlussleitung connecting cable
66: Busleitung bus line
7 7: Busleitung bus line
88th: Wechselrichter inverter
99: Wechselstromnetz AC power
1010: thermisches Sicherungselement thermal fuse element
1111: Rückstromunterbrechungseinrichtung Reverse current interrupting device
1212: Heizelement heating element
1313: Speicher für elektrische Energie Storage for electrical energy
1414: Rückstromsensor Reverse current sensor
1515: Spannungsversorgung power supply
1616: Ringkern toroidal
1717: Induktionsspule induction coil
1818: Auslösestrompfad Tripping current path
1919: optisch schaltbarer Schalter optically switchable switch
2020: Leuchtdiode led
2121: Speicher für chemische Energie Storage for chemical energy
2222: Zündelement igniter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2284973 A1 [0006, 0007, 0007]

Claims

Safety device ( 1 ) for a photovoltaic generator ( 2 ) with a thermal fuse element ( 10 ), which in a live connecting cable ( 4 ) for the photovoltaic generator ( 2 ) and with a reverse current interruption device ( 11 ), one of an output voltage of the photovoltaic generator ( 2 ) oppositely directed return flow through the connecting line ( 4 ), characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) when a reverse current occurs, the thermal fuse element ( 10 ) supplies thermal energy.

Safety device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the thermal safety element ( 10 ) has a fuse or a blast protection.

Safety device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) with the thermal fuse element ( 10 ) coupled electrical heating element ( 12 ) for generating the thermal energy from electrical energy.

Safety device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the electrical heating element ( 12 ) in series with a switching element to the connecting line ( 4 ) and another live connecting cable ( 5 ) for the photovoltaic generator ( 2 ) connected.

Safety device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the electrical heating element ( 12 ) between the photovoltaic generator ( 2 ) and the thermal fuse element ( 10 ) to the connecting line ( 4 ) connected.

Safety device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) a memory ( 13 ) for electrical energy which it receives when a reverse current occurs via the electrical heating element ( 12 ) discharges.

Safety device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) a memory ( 21 ) for chemical energy, the backflow interruption device ( 11 ) continue to store ( 13 ) for electrical energy which it experiences when a reverse current occurs via an electrical ignition element ( 22 ) discharges a thermal energy releasing reaction of the memory ( 21 ) for chemical energy.

Safety device ( 1 ) according to one of claims 6 and 7, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) the memory ( 13 ) for electrical energy before the occurrence of a return current by means of the by the connecting line ( 4 ) of flowing electricity.

Safety device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) one to the connecting line ( 4 ) inductively coupled power supply ( 15 ) having.

Safety device ( 1 ) according to one of the preceding claims 3 to 9, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) an optically switched switch ( 19 ) for controlling the electric heating element ( 12 ) or the electrical ignition element ( 22 ) having.

Safety device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the backflow interruption device ( 11 ) one the direction of a magnetic field around the connecting line ( 4 ) detecting return current sensor ( 14 ), in particular a Hall sensor.

Photovoltaic system with several parallel photovoltaic generators ( 2 ), whereby for each of the photovoltaic generators ( 2 ) a security device ( 1 ) is provided according to one of the preceding claims.