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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur sicheren Abschaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage, welche einen Trennschalter zum Trennen einer elektrischen ersten Gleichstromleitung, welche die Photovoltaik-Anlage mit einem Wechselrichter verbindet, wobei der Wechselrichter wechselstromseitig mit einem Wechselstromnetz elektrisch leitend verbunden ist, sowie einen Unterspannungsauslöser aufweist, welcher bei Unterschreiten einer vordefinierten Grenzspannung ein Öffnen des Trennschalters initiiert.
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Eine Photovoltaik-Anlage, auch kurz PV-Anlage genannt, ist eine Solarstromanlage, in der mit Hilfe von Solarzellen ein Teil der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. Die einzelnen Solarzellen werden dabei zu sogenannten Solarmodulen – auch als Solar-Panele oder kurz: Module bezeichnet – zusammengefasst. Diese werden wiederum – je nach Anlagengröße und Anlagentyp – elektrisch in Reihe zu sogenannten Strings verschaltet. Dabei addiert sich die Spannung der einzelnen Module. Bei Bedarf können auch mehrere dieser Strings elektrisch parallel zueinander geschaltet werden.
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Handelt es sich um eine netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage, so ist für die Einspeisung der mittels der Photovoltaik-Anlage erzeugten Solarenergie in ein Wechselstromnetz – beispielsweise in das öffentliche Stromnetz – die Umwandlung des in den Solarmodulen erzeugten Gleichstroms in Wechselstrom erforderlich. Diese Umwandlung, sowie eine Synchronisation mit dem vorhandenen (Wechselstrom-)Netz, werden mit Hilfe eines Wechselrichters (sogenannter Solarwechselrichter) bewerkstelligt. Durch die Verbindung der Photovoltaik-Anlage zu einem großen Verbundnetz kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt genügend Verbraucher vorhanden sind, die den erzeugten Solarstrom sofort nutzen können. Eine Zwischenspeicherung (Pufferung) ist somit nicht erforderlich.
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Die häufigste Anlageform stellt die sogenannte Aufdachanlage dar, bei der ein vorhandenes Gebäude die Unterkonstruktion für die Photovoltaik-Anlage trägt. Zugleich ermöglicht die Dachneigung eine optimierte Ausrichtung der Anlage, welche sonst durch zusätzliche konstruktive Mittel erreicht werden müsste. Auch betrachtet der Gesetzgeber die Dachflächen als bereits vorhandene „natürliche” Empfangsflächen, welche keinen zusätzlichen Flächenbedarf darstellen. Derartige Aufdachanlagen werden oftmals von Privatpersonen installiert und betrieben.
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Wie bei jeder baulichen Anlage bringt auch der Aufbau und Betrieb einer Photovoltaik-Anlage Gefahren mit sich. Dabei stellen die Brandgefahr sowie die Gefährdung durch elektrischen Schlag ein nicht zu unterschätzendes Problem dar: Treten hohe Übergangswiderstände in Teilen der PV-Anlage auf, beispielsweise im Bereich der Module, der Steckkontakte, der Verteiler, etc., so kann es zu Schwelbränden kommen. Auch bei Bränden, welche nicht durch die PV-Anlage selbst verursacht werden, kann diese jedoch erheblichen Einfluss auf die Löscharbeiten haben. Bei der Löschung einer PV-Anlage besteht die Besonderheit darin, dass die PV-Anlage selbst dann noch unter Spannung stehen kann, wenn sie bereits abgeschaltet, d. h. vom Netz getrennt ist, da die Solarmodule selbst die Spannungsquellen sind. Hierdurch besteht im Brandfall eine mögliche Gefährdung der mit den Löscharbeiten betrauten Feuerwehrleute.
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Heutige Lösungen sehen vor, die von den Solarmodulen zum Wechselrichter führenden Gleichstrom-Leitungen mittels eines Trennschalters zu unterbrechen, um diese Leitungen spannungsfrei zu schalten. Als Trennschalter kann beispielsweise ein Lasttrennschalter, aber auch ein Leistungsschalter, ein Leistungstrennschalter oder ein Leitungsschutzschalter eingesetzt werden. In der Regel wird das Unterbrechen der von den Solarmodulen zum Wechselrichter führenden Gleichstrom-Leitungen mit Hilfe eines Unterspannungsauslösers initiiert, welcher bei Trennung der PV-Anlage vom Wechselspannungsnetz aufgrund des damit verbundenen Unterschreitens eines Spannungsgrenzwertes ein Öffnen des Trennschalters bewirkt. Diese Anordnung führt jedoch auch dazu, dass ein kurzzeitiger Netzspannungseinbruch (sog. Flicker) des Wechselspannungsnetzes zu einer unerwünschten Auslösung des Trennschalters führen kann. Aus diesem Grund werden heute elektronisch verzögerte Unterspannungsauslöser verwendet; diese sind jedoch aufwändiger und damit teurer in der Realisierung. Alternativ kann die Freischaltung der PV-Anlage unter Verwendung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) erfolgen, um die unerwünschte Auslösung des Trennschalters aufgrund eines Flickers zu vermeiden. Diese Lösung hat jedoch wiederum den Nachteil, dass bei einer gezielten wechselspannungsseitigen Freischaltung (AC-Freischaltung) der PV-Anlage – beispielsweise durch die Feuerwehr im Falle eines Brandes – nicht automatisch eine gleichstromseitige Freischaltung (DC-Freischaltung) der PV-Anlage erfolgt.
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Eine weitergehende Möglichkeit zur Vermeidung der mit dem Betrieb einer PV-Anlage verbundenen Gefahren sieht vor, jedes einzelne Photovoltaikmodul kurzschließen. Der Vorteil dieser Maßnahme ist, dass die gesamte Photovoltaik-Anlage, d. h. inklusive der auf dem Dach liegenden Strings, spannungsfrei wird. Auf diese Weise kann Im Brandfall die Gefahr eines Stromflusses durch den Löschwasserstrahl reduziert werden.
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Seitens der mit der Brandbekämpfung betrauten Rettungskräfte besteht die Forderung, auch im Falle eines Brandes geeignete Informationen über den aktuellen Zustand der PV-Anlage – insbesondere hinsichtlich der Spannungsfreischaltung – zu erhalten.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anordnung zur Anzeige einer Spannungsfrei-Schaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage bereitzustellen, welche die eingangs genannten Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur sicheren Abschaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage weist einen Trennschalter zum Trennen einer elektrischen ersten Gleichstromleitung, welche einen Wechselrichter mit zumindest einem mit der Anordnung koppelbaren Solarmodul der Photovoltaik-Anlage elektrisch leitend verbindet, auf. Der Wechselrichter ist dabei wechselstromseitig mit einem Wechselstromnetz elektrisch leitend verbunden. Weiterhin weist die Anordnung einen Unterspannungsauslöser auf, welcher mit dem Trennschalter in Wirkverbindung steht und bei Unterschreiten einer vordefinierten Grenzspannung ein Öffnen des Trennschalters bewirkt. Ferner weist die Anordnung ein Netzteil auf, welches ausgangsseitig über eine elektrische zweite Gleichstromleitung mit dem Unterspannungsauslöser und eingangsseitig mit dem Wechselstromnetz elektrisch leitend verbunden ist. Eine interne Schaltung des Netzteils bewirkt dabei im Falle eines kurzzeitigen Spannungseinbruchs des Wechselstromnetzes eine kurzzeitige Pufferung der Netzspannung, so dass ein Unterschreiten der Grenzspannung des Unterspannungsauslösers verhindert wird.
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Der Wechselrichter wandelt den von dem zumindest einen Solarmodul erzeugten Gleichstrom (auch mit DC, für direct current bezeichnet) in Wechselstrom (auch mit AC, für alternating current bezeichnet) um und speist diesen in ein Wechselspannungs- bzw. Wechselstromnetz, beispielsweise das öffentliche Stromnetz, ein. Mit Hilfe des Netzteils, dessen interne Schaltung im Falle eines kurzzeitigen Spannungseinbruchs des Wechselstromnetzes mittels eines kapazitiven Elements eine kurzzeitige Pufferung der Spannung bewirkt, kann eine Fehlauslösung des Unterspannungsauslösers aufgrund kurzzeitiger Spannungseinbrüche des Wechselstromnetzes, sogenannter Flicker, vermieden werden. Durch die Verwendung des Netzteils wird somit eine kurzzeitige Abpufferung der Netzspannungseinbrüche (im Bereich von 1 bis 2 Sekunden) erreicht, so dass ein Standard-Unterspannungsauslöser für diese Anwendung verwendet werden kann. Der Einsatz spezieller, elektronisch verzögerter Unterspannungsauslöser zur Realisierung der Funktion einer kurzzeitigen Pufferung im Falle kurzzeitiger Netzspannungseinbrüche ist damit nicht mehr erforderlich.
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Weiterhin ist eine gewollte Auslösung des Unterspannungsauslösers bei gewollter Freischaltung der AC-Seite der PV-Anlage, d. h. bei Trennung der PV-Anlage vom Wechselspannungsnetz, beispielsweise durch die Feuerwehr, jederzeit gewährleistet, so dass die Gefahr, welche bei der Löschung von einer derartiger PV-Anlage ausgeht, deutlich reduziert werden kann. Der Trennschalter kann dabei beispielsweise als Lasttrennschalter, aber auch als Leistungsschalter, als Leistungstrennschalter oder als Leitungsschutzschalter ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist das Netzteil ausgangsseitig über eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit einer Schaltzustandsanzeige derart elektrisch leitend verbunden, dass auch bei nicht vorhandener Netzspannung des Wechselstromnetzes ein spannungsfreier Zustand des zwischen dem Trennschalter (3) und dem Wechselrichter (12) verlaufenden Teils der ersten Gleichstromleitung (16) signalisierbar ist.
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Bei Verwendung eines Netzteils zur Kurzzeitpufferung kann dieses auch zur Versorgung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) eingesetzt werden. Ein USV-Kreis ist dabei eingangsseitig mit einer Ausgangsseite des Netzteils elektrisch leitend verbunden. Ausgangsseitig ist die erste Schaltzustandsanzeige an den USV-Kreis angeschlossen. Der USV-Kreis sorgt dabei dafür, dass die erste Schaltzustandsanzeige auch bei nicht vorhandener Netzspannung – beispielsweise aufgrund einer Trennung der PV-Anlage vom Wechselspannungsnetz – mit elektrischer Energie versorgt wird und damit funktionsfähig ist. Auf diese Weise kann auch in Notfällen – beispielsweise im Falle eines Brandes – den Einsatzkräften zuverlässig die Spannungsfreiheit der DC-Leitungen der PV-Anlage signalisiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung weist die zweite Gleichstromleitung einen Öffnerkontakt auf, um die Spannungsversorgung des Unterspannungsauslösers zu unterbrechen.
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Bei Betätigen des Öffnerkontakts wird die zweite Gleichstromleitung, welche das Netzteil mit dem Unterspannungsauslöser elektrisch leitend verbindet, unterbrochen. Die am Unterspannungsauslöser anliegende Spannung fällt dadurch unter den vordefinierten Spannungs-Grenzwert, wodurch der Unterspannungsauslöser ein Öffnen des Trennschalters und damit eine Unterbrechung der ersten Gleichstromleitung, welche den Wechselrichter mit zumindest einem mit der Anordnung koppelbaren Solarmodul der Photovoltaik-Anlage elektrisch leitend verbindet, bewirkt. Auf diese Weise ist durch Betätigen des Öffnerkontakts eine sichere Unterbrechung der ersten Gleichstromleitung und realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung weist die zweite Gleichstromleitung mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Öffnerkontakte auf, um die Spannungsversorgung des Unterspannungsauslösers zu unterbrechen.
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Mit Hilfe der elektrischen Reihenschaltung mehrerer Öffnerkontakte hintereinander wird eine Sicherheitskette, bestehend aus mehreren Abschalt- bzw. Freischaltstellen, realisiert. Auf diese Weise können Abschaltstellen an mehreren Orten, beispielsweise an mehreren Ecken eines Gebäudes, angeordnet werden, was bei Auftreten eines Notfalls ein schnelles Auffinden der Abschaltstellen durch die Einsatzkräfte deutlich erleichtert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist zumindest einer der Öffnerkontakte als Einschlagmelder und/oder als Brandmelder und/oder Rauchmelder und/oder als Wassermelder ausgebildet.
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Einschlagmelder, Brandmelder und Wassermelder/-sensoren stellen mögliche Ausführungsformen eines Öffnerkontakts dar. Unter einem Einschlagmelder ist dabei ein Schalter, beispielsweise ein Druckschalter zu verstehen, zu dessen Betätigung zunächst eine Schutzscheibe entfernt bzw. eingeschlagen werden muss. Bei Betätigen eines hinter der Schutzscheibe liegenden Schaltknopfes wird ein Alarmzustand signalisiert. Brand- bzw. Feuermelder enthalten einen Sensor für Rauch bzw. Hitze und sind mit einem angebauten oder integrierten Relais-Modul kombinierbar, welches einen Relais- oder Öffnerkontakt aufweist, der bei Ansprechen des jeweiligen Sensors von einer Elektronik des Brand- bzw. Feuermelders aktiviert wird. Dieser Öffnerkontakte können in die Sicherheitskette integriert werden, so dass eine automatische Freischaltung der PV-Anlage, d. h. ein Öffnen des Trennschalters und damit ein Unterbrechen der ersten Gleichstromleitung, auch bei Ansprechen des Brand- oder Feuermelders realisierbar ist. Ferner kann auch ein Wassermelder oder -sensor welcher eine Freischaltung der PV-Anlage bei Auftreten von Hochwasser bewirkt, in die Abschaltkette integriert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Wechselrichter in tiefliegenden Räumen, beispielsweise im Keller, installiert worden ist. In all diesen Fallen führt die Betätigung des Einschlagmelders bzw. das Auslösen des Brandmelders oder des Wassermelders bzw. -sensors zu einer Unterbrechung der ersten Gleichstromleitung, wodurch die Solarmodule der PV-Anlage vom Wechselspannungsnetz getrennt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Anordnung einen Motorantrieb auf, welcher eine Wirkverbindung zu dem Trennschalter aufweist und über einen Fernschalter betätigbar ist, um ein Öffnen oder Schließen des Trennschalters zu bewirken.
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Mit Hilfe des über einen Fernschalter betätigbaren Motorantriebs sind sowohl ein Öffnen als auch ein Schließen und damit ein Wiedereinschalten des Trennschalters realisierbar. Ein Öffnen des Trennschalters im Notfall kann zwar ebenfalls mittels des Fernschalters erfolgen, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, da hierfür die Sicherheitskette aus mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Öffnerkontakten vorgesehen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Anordnung einen Hilfsschalter auf, welcher eine Wirkverbindung zu dem Trennschalter (3) aufweist, derart, dass bei einem Öffnen oder Schließen des Trennschalters eine Betätigung des Hilfsschalters erfolgt, wobei ein Schaltzustand des Hilfsschalters mit Hilfe eines Anzeigeelements (23, 24) signalisierbar ist.
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Beim Öffnen und Schließen des Trennschalters, welcher den Hauptschalter der Anordnung darstellt, wird der Hilfsschalter über eine Mechanik mitbewegt, so dass der Schaltzustand des Trennschalters anhand des Schaltzustandes des Hilfsschalters auf einfache Art und Weise identifizierbar ist. Hierzu ist der Hilfsschalter mit einem geeigneten Anzeigelement, beispielsweise einem optischen Anzeigeelement, elektrisch leitend verbunden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung weist der Hilfsschalter zwei elektrisch parallel zueinander geschaltete Schaltstellen auf, welche invers zueinander geschaltet sind, wobei jede der Schaltstellen mit einem eigenen Anzeigeelement elektrisch leitend verbunden ist.
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Die beiden Schaltstellen sind invers zueinander geschaltet, d. h. ist die eine Schaltstelle geöffnet, ist die andere geschlossen, und umgekehrt. Bei Schalten des Trennschalters werden beide Schaltstellen betätigt, d. h. die eine wird geöffnet, während die andere geschlossen wird. Da jede der beiden Schaltstellen mit einem ihr zugeordneten Anzeigeelement elektrisch leitend verbunden ist, ist immer eines der beiden Anzeigeelemente – in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Trennschalters – mit einer der beiden Schaltstellen elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise kann die Schaltstellung des Trennschalters einfach angezeigt werden, beispielsweise mit Hilfe eines roten und eines grünen Lämpchens als Anzeigeelemente, wobei das grüne Lämpchen einen geöffneten Trennschalter und damit die Freischaltung der Anlage, und das rote Lämpchen einen geschlossenen Trennschalter signalisiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist zumindest eines der Anzeigeelemente zusammen mit dem Fernschalter in einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet.
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Die Anordnung der Anzeigeelemente in einer gemeinsamen Baugruppe mit dem Fernschalter, beispielsweise direkt in den Fernschalter bzw. in dessen Gehäuse integriert, stellt eine sinnvolle und einfache zu realisierende Lösung dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung weist die Schaltzustandsanzeige eine Signalleuchte zur Signalisierung des spannungsfreien Schaltzustandes auf.
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Mit Hilfe einer Signalleuchte, welche beispielsweise als Blitzlampe ausgebildet sein kann, kann die Freischaltung der PV-Anlage, d. h. die Unterbrechung der ersten Gleichstromleitung mit Hilfe des Trennschalters, weithin sichtbar signalisiert werden. Durch die weithin sichtbare Anzeige der Freischaltung der PV-Anlage werden eventuell erforderliche Rettungsmaßnahmen deutlich vereinfacht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung weist die Schaltzustandsanzeige ein Alarm-Modul auf, um den Schaltzustand der Photovoltaik-Anlage über ein Funk- oder Mobilfunksignal an ein mobiles Endgerät zu übertragen.
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Mit Hilfe des Alarm-Moduls kann der Schaltzustand der PV-Anlage, d. h. die Schaltstellung des Trennschalters auch auf einem mobilen Endgerät angezeigt werden. Die Übertragung kann dabei beispielsweise via GSM, UMTS oder einen anderen geeigneten Mobilfunkstandard erfolgen. Weiterhin ist es möglich, auch den aktuellen Schaltzustand der PV-Anlage über das mobile Endgerät aus der Ferne abzufragen. Ferner könnte das Alarm-Modul auch derart ausgebildet sein, dass ein von dem mobilen Endgerät empfangenes Signal ein Wiedereinschalten der Photovoltaik-Anlage, d. h. ein Schließen des Trennschalters, bewirkt. Hierzu könnte das Alarm-Modul eine Wirkverbindung zu dem Motorantrieb – beispielsweise durch eine Einkopplung über den Fernschalter – aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist das Alarm-Modul auch zum Empfang von Signalen, welche von dem mobilen Endgerät kommen, ausgebildet.
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Hierzu kann ein Relais-Kontakt in das Alarm-Modul integriert werden, wobei der Motorantrieb dann direkt über diesen Relais-Kontakt ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann über das mobile Endgerät, beispielsweise durch einen Anruf oder eine SMS, eine Schaltzustandsänderung des Trennschalters bewirkt werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Anordnung zur sicheren Abschaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
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1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Schaltbildes der erfindungsgemäßen Anordnung;
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2 eine schematische Darstellung der Verteilung der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung an einem bestehenden Gebäude.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
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In 1 ist ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur sicheren Abschaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) 1 mit mehreren Solarmodulen 2 schematisch dargestellt. Dabei sind jeweils mehrere Solarmodule 2 elektrisch in Reihe zu sogenannten Strings 26 verschaltet. Im dargestellten Beispiel sind drei derartige Strings 26 elektrisch parallel zueinander verschaltet und über jeweils eine Sicherung 8 abgesichert. Dabei kann die jeweilige Sicherung – je nach den Erdungsverhältnissen der DC-Seite der PV-Anlage – entweder nur im Plus- oder im Minus-Pol, oder auch in beiden Polen vorgesehen sein. Die zu Strings 26 zusammen geschalteten Solarmodule 2 sind wesentlicher Bestandteil der DC-Seite, d. h. der Gleichstrom-Seite der PV-Anlage 1. Zur elektrischen Trennung dieser DC-Seite von den übrigen Komponenten der PV-Anlage 1 weist die Anordnung einen Trennschalter 3 zum Unterbrechen einer elektrischen ersten Gleichstromleitung 16 auf, welche die Solarmodule 2 mit einem Wechselrichter 12 elektrisch leitend verbindet. Der Trennschalter kann dabei als Lasttrennschalter, aber auch als Leistungsschalter, als Leistungstrennschalter oder als Leitungsschutzschalter ausgebildet sein. Der Wechselrichter 12 ist dabei wechselstromseitig über einen Einspeisezähler 15, sowie einen Leitungsschutzschalter 14 und einen Fehlerstromschutzschalter 27, mit einem Wechselstromnetz 13 elektrisch leitend verbunden. Die erste Gleichstromleitung 16 ist ferner über einen Überspannungsschutz 7 mit Erde verbunden, um im Falle des Auftretens einer Überspannung diese gegen Erde abzuleiten.
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Weiterhin weist die Anordnung einen Unterspannungsauslöser 4 auf, welcher über eine Wirkverbindung mit dem Trennschalter 3 gekoppelt ist und bei Unterschreiten einer vordefinierten Grenzspannung ein Öffnen des Trennschalters 3 bewirkt. Der Unterspannungsauslöser 4 ist hierzu mit dem Wechselstromnetz 13 elektrisch leitend verbunden. Um im Falle eines kurzzeitigen Netzspannungseinbruchs (eines sog. Flickers) des Wechselstromnetzes 13 ein unbeabsichtigtes Auslösen des Trennschalters 3 zu vermeiden, ist die Verbindung des Unterspannungsauslösers 4 zu dem Wechselstromnetz 13 über ein Netzteil 17 realisiert, welches den Wechselstrom des Wechselstromnetzes 13 in Gleichstrom, vorzugsweise bei einer Spannung von 24 V, transformiert. Dabei verbindet eine elektrische zweite Gleichstromleitung 18 das Netzteil 17 ausgangsseitig mit dem Unterspannungsauslöser 4. Die zweite Gleichstromleitung 18 weist dabei mehrere Öffnerkontakte 21, 22 auf, welche als Rauchmelder 22 bzw. als Einschlagmelder 21 ausgebildet sind. Mit Hilfe des Netzteils 17, dessen interne Schaltung im Falle eines kurzzeitigen Spannungseinbruchs des Wechselstromnetzes 13 mittels eines kapazitiven Elements eine kurzzeitige Pufferung der Spannung bewirkt, wird eine Fehlauslösung des Unterspannungsauslösers 4 aufgrund kurzzeitiger Spannungseinbrüche des Wechselstromnetzes 13 vermieden. Damit kann zur Realisierung dieser Funktionalität ein Standard-Unterspannungsauslöser anstelle eines elektronisch verzögerten Unterspannungsauslösers eingesetzt werden. Weiterhin kann durch Betätigen der Öffnerkontakte, welches ein Unterbrechen der zweiten Gleichstromleitung bewirkt, ein Auslösen des Unterspannungsauslösers 4 und damit ein Öffnen des Trennschalters 3 auch manuell herbeigeführt werden.
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Weiterhin ist an das Netzgerät 17 ausgangsseitig ein USV-Kreis (unterbrechungsfreie Stromversorgung) angeschlossen, um auch bei nicht vorhandener Netzspannung – beispielsweise aufgrund einer Trennung der PV-Anlage 1 vom Wechselstromnetz 13 – einen spannungsfreien Schaltzustand der PV-Anlage 1 signalisieren zu können. Hierzu weist der USV-Kreis eine unterbrechungsfreie Stromversorgung 19 auf, welche mit einer Signalleuchte 10 elektrisch leitend verbunden ist. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist die unterbrechungsfreie Stromversorgung 19 mit einer Batterie 20 elektrisch leitend verbunden. Die Stromversorgung der Signalleuchte 10 über den USV-Kreis ist dabei längerfristig, d. h. auf mehrere Stunden, ausgelegt. Auf diese Weise kann auch in Notfällen – beispielsweise im Falle eines Brandes – den Einsatzkräften zuverlässig die Spannungsfreiheit der DC-Leitungen der PV-Anlage signalisiert werden.
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Zur Realisierung einer Fernbetätigung des Trennschalters 3 weist die Anordnung einen Motorantrieb 5 auf, welcher über einen Fernschalter 9 betätigbar ist. Der Motorantrieb 5 ist mit dem Trennschalter 3 ist und weist eine Wirkverbindung zu dem Trennschalter 3 auf, um bei Betätigen des Fernschalters 9 ein Öffnen oder Schließen des Trennschalters 3 zu bewirken.
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Weiterhin weist die Anordnung einen Hilfsschalter 6 auf, welcher ebenfalls in den USV-Kreis integriert ist. Der Hilfsschalter 6 weist dabei eine erste Schaltstelle 61 sowie eine zweite Schaltstelle 62 auf, welche mit dem Trennschalter 3 mechanisch gekoppelt sind und bei Betätigen, d. h. bei Öffnen oder Schließen des Trennschalters 3 mitbewegt werden. Die beiden Schaltstellen 61 und 62 sind dabei invers zueinander geschaltet, d. h. in Abhängigkeit der Schaltstellung des Trennschalters 3 ist eine der beiden Schaltstellen 61 und 62 geöffnet, die andere entsprechend geschlossen. Der Schaltzustand der Schaltstellen 61 und 62 gibt damit Auskunft über die aktuelle Schaltstellung des Trennschalters 3. Zu deren Darstellung ist jede der Schaltstellen 61 und 62 mit einem ihr jeweils zugeordneten Anzeigelement 23 bzw. 24 elektrisch leitend verbunden. Die beiden Anzeigeelemente 23 und 24 sind dabei aus Gründen der Ergonomie an einem Gehäuse des Fernschalters 9 angeordnet.
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Ferner weist die Anordnung ein Alarm-Modul 11 auf, welches ebenfalls in den USV-Kreis integriert ist, um die Funktionsfähigkeit des Alarm-Moduls 11 auch bei einem Ausfall des Wechselstromnetzes – beispielsweise aufgrund einer Auslösung des Leitungsschutzschalters 14 – aufrecht zu erhalten. Das Alarm-Modul 11 ist zur Übertragung von Informationen an ein mobiles Endgerät (nicht dargestellt) ausgebildet. Mit Hilfe des Alarm-Moduls 11 kann beispielsweise der Schaltzustand der PV-Anlage 1, d. h. die Schaltstellung des Trennschalters 3 auf einem mobilen Endgerät angezeigt werden. Das Alarm-Modul 11 sendet hierzu beispielsweise per SMS oder E-Mail eine entsprechende Nachricht an das mobile Endgerät. Es ist ebenso möglich, eine Abfrage den aktuellen Schaltzustand betreffend über das mobile Endgerät aus der Ferne zu initiieren. Ferner ist das Alarm-Modul dazu ausgebildet, aufgrund eines von dem mobilen Endgerät empfangenen Signals ein Wiedereinschalten der Photovoltaik-Anlage 1, d. h. ein Schließen des Laststrennschalters 3, zu bewirken.
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2 zeigt schematisch eine mögliche Verteilung der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Anordnung zur sicheren Abschaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage 1 an einem bestehenden Gebäude 25. Auf einem Dach 28 des Gebäudes 25, welches hier exemplarisch als Ein- oder Mehrfamilienhaus dargestellt ist, sind die einzelnen Solarmodule 2 der PV-Anlage 1 angeordnet. Im Bereich des Giebels, unterhalb der Traufe des Daches 28, ist eine Box 29 angeordnet, in der mehrere Komponenten der Anordnung zur sicheren Abschaltung der DC-Seite einer Photovoltaik-Anlage 1 aufgenommen sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Komponenten einerseits einfach von außen zugänglich und andererseits vor Witterungseinflüssen geschützt sind. In der Box 29 sind dabei insbesondere die Sicherungen 8 zur Absicherung der einzelnen Strings 26 (siehe 1), der Trennschalter 3, der Unterspannungsauslöser 4, der Motorantrieb 5 sowie der Hilfsschalter 6 (siehe alle 1) angeordnet. Ferner kann auch der Überspannungsschutz 7 in der Box angeordnet werden. Über mehrere Gleichstromleitungen 30 ist die Box mit den auf dem Dach 28 angeordneten Solarmodulen 2 elektrisch leitend verbunden.
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Die außen am Gebäude 25 angeordnete Signalleuchte 10 ist hier als Blitzlampe dargestellt und signalisiert die Freischaltung der PV-Anlage 1, sobald sich der Trennschalter 3 in seiner AUS-Stellung befindet, d. h. geöffnet ist. In einem gut zugänglichen Bereich, hier in einem Durchgang 31, sind der Wechselrichter 12 sowie der Fernschalter 9 angeordnet. Mit dem Fernschalter 9 können auch die beiden Anzeigeelemente 23 und 24 zur Signalisierung des Schaltzustands des Trennschalters 3 gut zugänglich und sichtbar angeordnet werden, Der Wechselrichter 12 und/oder der Fernschalter 9 können jedoch ebenso in anderen Räumlichkeiten – beispielsweise in einem Kellerraum des Gebäudes 25 – untergebracht sein. Eine gute Zugänglichkeit stellt jedoch im Falle einer Notabschaltung der PV-Anlage für die beteiligten Rettungskräfte einen wesentlichen Vorteil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Photovaltaik-Anlage
- 2
- Solarmodul
- 3
- Trennschalter
- 4
- Unterspannungsauslöser
- 5
- Motorantrieb
- 6
- Hilfsschalter
- 7
- Überspannungsschutz
- 8
- Sicherung
- 9
- Fernschalter
- 10
- Signalleuchte
- 11
- Alarm-Modul
- 12
- Wechselrichter
- 13
- Wechselstromnetz
- 14
- Leitungsschutzschalter
- 15
- Einspeisezähler
- 16
- ersten Gleichstromleitung
- 17
- Netzteil
- 18
- zweite Gleichstromleitung
- 19
- unterbrechungsfreie Stromversorgung
- 20
- Batterie
- 21
- Einschlagmelder
- 22
- Rauchmelder
- 23
- Anzeigeelement
- 24
- Anzeigeelement
- 25
- Gebäude
- 26
- String
- 27
- Fehlerstromschutzschalter
- 28
- Dach
- 29
- Box
- 30
- Gleichstromleitung
- 31
- Durchgang
- 61
- erste Schaltstelle
- 62
- zweite Schaltstelle
