DE202013012368U1 - Wechselrichter und Gleichstromanschlusseinheit für einen Wechselrichter - Google Patents
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Abstract
Gleichstromanschlusseinheit (20) für einen Wechselrichter (10), aufweisend einen Gleichstromtrennschalter (23) zur Verbindung mit Gleichstromanschlussleitungen (25), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromanschlusseinheit (20) ein abgeschlossenes Gehäuse (21) mit Deckel (22) mit einer Kabeldurchführung (24) für die Gleichstromanschlussleitungen (25) und einem Betätigungselement für den Gleichstromtrennschalter (23), sowie weiter einen elektrischen Steckverbinder (26) aufweist, der über den Gleichstromtrennschalter (23) mit den Gleichstromanschlussleitungen (25) verbindbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Gleichstromanschlusseinheit, nachfolgend abgekürzt DC(Direct Current)-Anschlusseinheit genannt, für einen Wechselrichter mit mindestens einem Gleichstromtrennschalter (DC-Trennschalter) mit Anschlusskontakten zur Verbindung mit Gleichstromanschlussleitungen (DC-Anschlussleitungen), einen korrespondierenden Wechselrichter, sowie ein Energieerzeugungssystem.
- Wechselrichter werden beispielsweise in Photovoltaikanlagen zur Umwandlung des von einem Photovoltaikgenerator gelieferten Gleichstroms in einen zur Einspeisung in ein Energieversorgungsnetz geeigneten Wechselstrom umgewandelt. Der Photovoltaikgenerator, nachfolgend abkürzend PV-Generator genannt, umfasst dabei üblicherweise eine Mehrzahl von Photovoltaikmodulen (PV-Modulen), die reihenverschaltet einen sogenannten String bilden. Durch die Reihenverschaltung der PV-Module werden am Ausgang des PV-Generators Spannungen im Bereich von mehreren 100 Volt (V) erzielt. Mit einer derartig hohen Spannung werden vorteilhafterweise ohmsche Verluste in den Gleichstromleitungen, über die der PV-Generator mit einem Gleichstromeingang des Wechselrichters verbunden ist, verringert, wodurch kostengünstige Gleichstromleitungen mit kleinerem Leiterquerschnitt eingesetzt werden können.
- Da generatorseitig nicht zwingend Schutzeinrichtungen vorgesehen sind, die eine Spannungsfreischaltung der DC-Anschlussleitungen erlauben, erfordert die hohe an den Gleichstromleitungen anliegende Spannung des PV-Generators Schutzmaßnahmen bei der Erstinstallation oder einem Austausch des Wechselrichters, um einen Installateur vor einem ggf. lebensgefährlichen elektrischen Schlag zu schützen. Um einen Anschluss des PV-Generators an den Wechselrichter spannungslos zu ermöglichen, ist wechselrichternah eine DC-Anschlusseinheit vorgesehen, die einen DC-Trennschalter aufweist, der die vom PV-Generator kommenden Gleichstromleitungen möglichst allpolig trennt.
- Bekannte DC-Anschlusseinheiten werden als separate Einheiten in der Nähe des Wechselrichter positioniert, wobei Verbindungskabel zwischen der DC-Anschlusseinheit und dem Wechselrichter durch den DC-Trennschalter spannungsfrei geschaltet werden können, so dass eine Erstinstallation oder ein Austausch des Wechselrichters gefahrlos erfolgen kann. Die zusätzliche DC-Anschlusseinheit führt jedoch zu einem erhöhten Material- und Montageaufwand bei der Installation der Photovoltaikanlage.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine DC-Anschlusseinheit für einen Wechselrichter und einen Wechselrichter zu schaffen, mit denen eine möglichst unaufwändige, gefahrlose Installation eines Wechselrichters einer PV-Anlage möglich ist.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine DC-Anschlusseinheit für einen Wechselrichter und einen Wechselrichter mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System aus Wechselrichter und DC-Anschlusseinheit gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Eine erfindungsgemäße DC-Anschlusseinheit der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die DC-Anschlusseinheit weiter mindestens einen elektrischen Steckverbinder aufweist, der über den DC-Trennschalter mit den Anschlusskontakten für die DC-Anschlussleitungen verbunden ist. Ein Wechselrichter kann so installiert oder ausgetauscht werden, indem die DC-Anschlusseinheit mit ihrem Steckverbinder vom Wechselrichter getrennt wird. Dieses erfolgt bevorzugt gefahrlos, nachdem der Steckverbinder durch den DC-Trennschalter spannungsfrei geschaltet ist. Die DC-Anschlusseinheit kann innerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters angeordnet sein, wodurch der Montageaufwand minimiert wird.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung der DC-Anschlusseinheit weist ein abgeschlossenes Gehäuse mit Deckel und einer Kabeldurchführung für die DC-Anschlussleitungen auf, sowie ein Betätigungselement für den DC-Trennschalter. Bevorzugt ist der DC-Trennschalter ein Drehschalter, wobei das Betätigungselement, beispielsweise ausgebildet als Betätigungsknauf, mit dem Gleichstromdrehschalter über eine Achse verbunden ist, die in einem zwischen den Gleichstromtrennschalter und dem Betätigungselement in ihrem Querschnitt zumindest eine abgeflachte Seite aufweist. Zusammen mit einer in einem Gehäuseteil des Wechselrichters ausgebildeten schlüsselförmigen Aussparung wird so erreicht, dass ein Entfernen und/oder Einsetzen der DC-Anschlusseinheit nur möglich ist, wenn der DC-Trennschalter in einer Stellung ist, in der der Steckkontakt nicht mit Spannung beaufschlagt ist. So wird zum einen ein mögliches Ausbilden eines Lichtbogens bei einem Abstecken der DC-Anschlusseinheit unter Last verhindert und zum anderen die Gefahr verringert, die von einem mit hoher Spannung beaufschlagten Steckverbinder ausgeht. Unter dem Begriff Kabeldurchführung werden hierbei auch andere Arten der Durchführung elektrischer Verbindungen wie Rohrdurchführungen, sogenannte Conduits, verstanden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der DC-Anschlusseinheit ist eine Betätigung des Gleichstromtrennschalters mechanisch blockiert, wenn der Steckverbinder nicht in einer Wirkverbindung mit einem Gegensteckverbinder steht. Auf diese Weise kann zusätzlich verhindert werden, dass der DC-Trennschalter einer entnommenen DC-Anschlusseinheit eingeschaltet wird, wodurch der Steckverbinder wiederum mit Spannung beaufschlagt würde.
- Ein erfindungsgemäßer Wechselrichter, insbesondere für eine PV-Anlage, zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters ein Freiraum zur Aufnahme von zumindest einem Gleichstromanschlusselement mit einem Steckverbinder ausgebildet ist, wobei im Wechselrichter ein Gegensteckverbinder angeordnet ist, der mit dem Steckverbinder des Gleichstromanschlusselements zusammenwirkt. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Gleichstromanschlusselement genannten Vorteile.
- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Wechselrichters ist der Gegensteckverbinder unmittelbar auf einer Leiterplatte des Wechselrichters angeordnet. So kann eine kompakte Integration der DC-Anschlusseinheit in den Wechselrichter erfolgen.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Wechselrichters ist ein Sicherungsmittel vorgesehen, das mechanisch mit der DC-Anschlusseinheit derart wechselwirkt, dass ein Entnehmen und/oder Einsetzen der DC-Anschlusseinheit in den Wechselrichter nur bei ausgeschaltetem DC-Trennschalter der DC-Anschlusseinheit möglich ist. Bevorzugt umfasst das Sicherungsmittel eine schlüssellochförmige Aussparung eines Gehäusechassis, wobei die schlüssellochförmige Aussparung zur Aufnahme einer zur Betätigung des Gleichstromtrennschalters vorgesehenen Achse mit unrundem Querschnitt vorgesehen ist. Wie im Zusammenhang mit der DC-Anschlusseinheit beschrieben, kann so eine Entnahme der DC-Anschlusseinheit unter Last verhindert werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden ein derartiger Wechselrichter und mindestens ein derartiges Gleichstromanschlusselement ein Energieerzeugungssystem. Es ergeben sich wiederum die im Zusammenhang mit dem Gleichstromanschlusselement genannten Vorteile. Über die genannten Elemente hinaus können weitere zur Energieerzeugung dienende Elemente wie PV-Generatoren, Verbindungs- und Kommunikationstechnik, zu dem Energieerzeugungssystem gehören.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von fünf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Wechselrichters mit einer DC-Anschlusseinheit; -
2 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung des Wechselrichters aus1 ; -
3 ein detailliert dargestellter Ausschnitt aus2 ; -
4 eine Draufsicht auf die Unterseite der DC-Anschlusseinheit der3 und -
5 eine Schnittzeichnung durch die DC-Anschlusseinheit entlang der in4 dargestellten Schnittlinie A-A. -
1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung als Beispiel eines Wechselrichters10 einen Photovoltaikwechselrichter. Der Wechselrichter10 weist ein Gehäusechassis11 auf, das die wesentlichen Komponenten des Wechselrichters10 trägt. Das Gehäusechassis11 ist mit einem Deckel16 abgedeckt, der an einer Seite, die im Betrieb üblicherweise nach unten weist, Aussparungen161 und162 aufweist, durch die das Gehäusechassis11 zugänglich ist und durch die Anschlussleitungen in den Wechselrichter10 geführt sind. Im dargestellten Beispiel dient die Aussparung161 der Zuführung von hier nicht dargestellten Wechselstromleitungen und/oder weiteren Kabeln, wie Kommunikationsleitungen, und die Aussparung162 der Zufuhr von Gleichstrom von einem PV-Generator über eine DC-Anschlussleitung25 . Zu diesem Zweck ist in dem Wechselrichter10 eine DC-Anschlusseinheit20 angeordnet, die einen DC-Trennschalter23 (siehe5 ) aufweist, von dem der1 der Betätigungsknauf232 als Bedienelement sichtbar ist sowie eine Kabeldurchführung24 , durch welche die hier zweipolige DC-Anschlussleitung25 geführt ist, die an ihrem anderen Ende mit dem PV-Generator verbunden ist. Alternativ zu der dargestellten Kabeldurchführung24 können auch andere Arten von Durchführung elektrischer Verbindungen wie Rohrdurchführungen, sogenannte Conduits, eingesetzt werden. -
2 zeigt den Wechselrichter10 der1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung. In das Gehäusechassis11 des Wechselrichters10 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Leiterplattenrahmen12 eingelegt, der eine Leiterplatte13 trägt. Auf der Leiterplatte13 sind unter anderem hier nicht dargestellte elektronische und elektrische Bauelemente des Wechselrichters10 angeordnet. - Die DC-Anschlusseinheit
20 wird auf die Leiterplatte13 aufgesetzt, wobei sie Leiterbahnen der Leiterplatte13 über eine elektrische Steckverbindung14 kontaktiert. Der in2 umkreiste Bereich der Leiterplatte13 und der DC-Anschlusseinheit20 ist in3 detaillierter vergrößert dargestellt. Weitere Details der DC-Anschlusseinheit20 gehen aus4 hervor, die die DC-Anschlusseinheit20 in einer Draufsicht von ihrer Unterseite darstellt, sowie aus5 , die eine Schnittzeichnung durch die in4 dargestellte Schnittlinie A-A wiedergibt. - Beim Aufsetzen der DC-Anschlusseinheit
20 auf die Leiterplatte13 kontaktiert die DC-Anschlusseinheit20 mit ihrem Steckverbinder26 (vgl.4 ) einen Gegensteckverbinder14 , der auf der Leiterplatte13 angeordnet ist, insbesondere eingelötet ist. Der Steckverbinder26 der DC-Anschlusseinheit20 weist entsprechend Steckkontakte261 auf, die möglichst berührsicher vertieft in der DC-Anschlusseinheit20 angeordnet sind. Der Gegensteckverbinder14 des Wechselrichters10 weist entsprechende Steckkontakte141 auf, die von einer Isolierschürze142 umgeben sind. - Die DC-Anschlusseinheit
20 weist ein Gehäuse21 mit Deckel22 auf. Das Gehäuse21 und sein Deckel22 umgeben alle Komponenten mit möglicherweise freiliegenden elektrischen Anschlüssen berührsicher und gegebenenfalls den Anforderungen bestimmter Isolationsklassen genügend umgeben. Am Gehäuse21 sind hinterschnittene Stege211 ausgebildet, die beim Einsetzen mit DC-Anschlusseinheit20 in den Wechselrichter10 in korrespondierende Einsteckschlitze111 geführt werden, die entsprechend positioniert in das Gehäusechassis11 eingebracht sind. Andere Befestigungsarten wie Rastelemente oder Schraubverbindungen zur Befestigung des Gehäuses21 im Wechselrichter10 sind ebenfalls denkbar. - Zwischen den hinterschnittenen Stegen
211 sind auf der nach außen weisenden Seite der DC-Anschlusseinheit20 die Kabeldurchführung24 sowie der Betätigungsknauf232 angeordnet. Der Betätigungsknauf232 dient der Betätigung des im Inneren der DC-Anschlusseinheit20 angeordneten DC-Trennschalters23 mittels einer Achse231 (vgl.4 und5 ). Bei dem Gehäusechassis11 sind zwischen den Einsteckschlitzen111 entsprechenden Aussparungen112 ,113 ausgebildet, die bei eingesetzter DC-Anschlusseinheit20 die Kabeldurchführung24 bzw. die Achse231 aufnehmen. - Dabei ist die Aussparung
113 für die Achse231 in Form eines Schlüssellochs ausgebildet und die Achse231 im Querschnitt nicht rund, sondern an zwei Seiten abgeflacht. Die nicht runde Ausgestaltung der Achse231 in den Bereich zwischen Betätigungsknauf232 und dem Gehäuse21 , in dem die Achse231 in die schlüssellochförmige Aussparung113 eingeschoben wird, ist gut im Vergleich der4 und5 zu erkennen, bei denen der Betätigungsknauf232 in der blockierenden Stellung gezeigt ist. Durch dieses Zusammenwirken der Achse231 und der schlüssellochförmigen Aussparung113 wird erreicht, dass die DC-Anschlusseinheit20 nur bei einer Stellung des DC-Trennschalters23 in den Wechselrichter10 eingesetzt bzw. aus dem Wechselrichter10 entnommen werden kann, in der der DC-Trennschalter23 geöffnet ist. Andernfalls ist der Achsenquerschnitt in Entnahmerichtung derart vergrößert, dass die Achse231 nicht durch den verengten Abschnitt der Aussparung113 passt und die Entnahme der DC-Anschlusseinheit20 blockiert wird. So wird ein Einstecken und insbesondere ein Entfernen der DC-Anschlusseinheit20 unter Last unterbunden, wodurch eine Ausbildung von Lichtbögen, insbesondere beim Entnehmen der DC-Anschlusseinheit20 , verhindert wird. Selbstverständlich lassen sich zu diesem Zweck auch andere Sicherungsgeometrien bei der Ausgestaltung von Aussparung113 und Achse231 nutzen, bzw. andere, auch nicht formgebundene, Sicherungsmechanismen einsetzen. - Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Betätigung des DC-Schalters
23 bei entnommener DC-Anschlusseinheit20 gesperrt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass eine entnommene DC-Anschlusseinheit20 , die jedoch über ihr Anschlusskabel25 noch mit einem Spannung bereitstellenden PV-Generator verbunden ist, an den Steckkontakten261 des Steckverbinders26 mit der Spannung des PV-Generators beaufschlagt ist. Eine solche Betätigungssperre des DC-Trennschalters23 kann beispielsweise über eine mechanische Blockierung des DC-Trennschalters23 erreicht werden, die von einem eingesteckten Gegensteckverbinder14 aufgehoben wird. - Die aus dem Wechselrichter
10 entnehmbare DC-Anschlusseinheit20 ermöglicht es, einen PV-Generator über die DC-Anschlussleitung25 mit dem DC-Trennschalter23 bei abgenommenem Deckel22 der DC-Anschlusseinheit20 fest zu verdrahten. Beispielsweise können dazu die innerhalb der DC-Anschlusseinheit20 am DC-Trennschalter23 angeordneten Anschlusskontakte als Schraubkontakte ausgebildet sein. Bei Installation des Wechselrichters10 oder bei einem Austausch des Wechselrichters10 wird durch entsprechende Betätigung des DC-Trennschalters23 der Steckverbinder26 spannungslos geschaltet, woraufhin die DC-Anschlusseinheit20 gefahrlos aus dem Wechselrichter10 entnommen bzw. in den Wechselrichter10 eingesetzt werden kann. Nach der einmaligen Verdrahtung der DC-Anschlussleitung25 mit dem DC-Trennschalter23 kann nachfolgend eine ungefährliche und werkzeuglose Installation des Wechselrichters10 erfolgen. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Wechselrichter
- 11
- Gehäusechassis
- 111
- Einsteckschlitz
- 112
- Aussparung
- 113
- Aussparung
- 12
- Leiterplattenrahmen
- 13
- Leiterplatte
- 14
- Gegensteckverbinder
- 141
- Steckkontakt
- 142
- Isolierschürze
- 15
- Schutzabdeckung
- 16
- Deckel
- 161, 162
- Aussparung
- 20
- DC-Anschlusseinheit
- 21
- Gehäuse
- 211
- hinterschnittener Steg
- 22
- Deckel
- 23
- Schalter
- 231
- Achse
- 232
- Betätigungsknauf
- 24
- Kabeldurchführung
- 25
- DC-Anschlussleitung
- 26
- Steckverbinder
- 261
- Steckkontakt
Claims (8)
- Gleichstromanschlusseinheit (
20 ) für einen Wechselrichter (10 ), aufweisend einen Gleichstromtrennschalter (23 ) zur Verbindung mit Gleichstromanschlussleitungen (25 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromanschlusseinheit (20 ) ein abgeschlossenes Gehäuse (21 ) mit Deckel (22 ) mit einer Kabeldurchführung (24 ) für die Gleichstromanschlussleitungen (25 ) und einem Betätigungselement für den Gleichstromtrennschalter (23 ), sowie weiter einen elektrischen Steckverbinder (26 ) aufweist, der über den Gleichstromtrennschalter (23 ) mit den Gleichstromanschlussleitungen (25 ) verbindbar ist. - Gleichstromanschlusseinheit (
20 ) nach Anspruch 1, bei der der Gleichstromtrennschalter (23 ) ein Drehschalter ist, wobei das Betätigungselement (232 ) mit dem Gleichstromdrehschalter (23 ) über eine Achse (231 ) verbunden ist, die in einem Bereich zwischen den Gleichstromtrennschalter (23 ) und dem Betätigungselement (232 ) in ihrem Querschnitt zumindest eine abgeflachte Seite aufweist. - Gleichstromanschlusseinheit (
20 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der eine Betätigung des Gleichstromtrennschalters (23 ) mechanisch blockiert ist, wenn der Steckverbinder (26 ) nicht in einer Wirkverbindung mit einem Gegensteckverbinder (14 ) steht. - Wechselrichter (
10 ), insbesondere für eine Photovoltaikanlage, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Gehäuses des Wechselrichters (10 ) ein Freiraum zur Aufnahme von zumindest einer Gleichstromanschlusseinheit (20 ) mit einem Steckverbinder (26 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, wobei im Wechselrichter (10 ) ein Gegensteckverbinder (14 ) angeordnet ist, der mit dem Steckverbinder (26 ) der Gleichstromanschlusseinheit (20 ) zusammenwirkt. - Wechselrichter (
10 ) nach Anspruch 4, bei dem der Gegensteckverbinder (14 ) unmittelbar auf einer Leiterplatte (13 ) des Wechselrichters (10 ) angeordnet ist. - Wechselrichter (
10 ) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem Sicherungsmittel vorgesehen ist, das mechanisch mit der Gleichstromanschlusseinheit (20 ) derart wechselwirkt, dass ein Entnehmen und/oder Einsetzen der Gleichstromanschlusseinheit (20 ) in den Wechselrichter (10 ) nur bei ausgeschaltetem Gleichstromtrennschalter (23 ) der Gleichstromanschlusseinheit (20 ) möglich ist. - Wechselrichter (
10 ) nach Anspruch 6, bei dem das Sicherungsmittel in einer schlüssellochförmigen Aussparung (113 ) eines Gehäusechassis (11 ) besteht, wobei die schlüssellochförmige Aussparung (113 ) zur Aufnahme einer zur Betätigung des Gleichstromtrennschalters (23 ) vorgesehenen Achse (231 ) mit unrundem Querschnitt vorgesehen ist. - Energieerzeugungssystem umfassend einen Wechselrichter (
10 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, in den mindestens eine entnehmbare Gleichstromanschlusseinheit (20 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 eingesetzt ist.
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