DE202013101192U1

DE202013101192U1 - Anordnung aus Photovoltaikmodulen und Schaltanordnung

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Publication number: DE202013101192U1
Application number: DE202013101192U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2023-03-21

Abstract

Anordnung (8) aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen (12) umfassend eine erste Modulfläche (10-1) und mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3), wobei die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit (Q2, Q3) als die erste Modulfläche (10-1) aufweist, wobei jede der mindestens zwei Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) selektiv an das öffentliche Leitungsnetz (öN) oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) koppelbar ist, mit einer ersten Schaltanordnung (15), die in mindestens zwei Schaltpositionen (SP1, SP2) einstellbar ist, wobei in einer ersten Schaltposition (SP1) die erste Modulfläche (10-1) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und wobei in einer zweiten Schaltposition (SP2) die erste Modulfläche (10-1) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen und eine Schaltanordnung für eine Anordnung aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 12.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus Photovoltaikmodulen. Ein Photovoltaikmodul liefert ab einer gewissen Intensität der optischen Sonneneinstrahlung einen elektrischen Strom, der mit der Einstrahlungsintensität ansteigt. Schon ab einer geringen Einstrahlungsintensität steht eine Spannung über der Solarzelle an. Der Strom wird in üblicher Weise über die Stromanschlüsse eines Anschlusskastens entnommen oder direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Photovoltaikmodule bestehen aus mehreren seriell verbundenen photovoltaischen Solarzellen. Photovoltaikmodule sind im Allgemeinen ihrerseits seriell zu einem Solarstrang bzw. zu einer so genannten Modulfläche verbunden, um eine ausreichend hohe Spannung (gegebenenfalls bis zu 1000 V) an einen Wechselrichter zu liefern. Aus Sicherheitsgründen kann die Verbindung von der Modulfläche zum Wechselrichter über einen Gleichspannungstrennschalter getrennt werden. Zur Erhöhung der Leistung können mehrere Modulflächen parallel oder über separate Eingänge unter Zwischenschaltung entsprechender Gleichspannungstrennschalter mit dem Wechselrichter verbunden werden.
Inzwischen werden vielfach auf Dachflächen von Privathaushalten gewerblich genutzten Gebäuden etc. und anderen so genannten Erzeugern etc. Photovoltaikmodule in Modulflächen angeordnet und der dadurch erzielte Strom in das öffentliche Netz eingespeist. Die Privathaushalte, gewerblich genutzte Gebäuden etc. werden im Folgenden als Erzeuger bezeichnet. Die Modulflächen sind hierbei vorzugsweise auf der Dachseite des Gebäudes mit den meisten Sonnenstunden angeordnet. Im einfachsten Fall bedeutet dies, dass die Photovoltaikmodule auf der südseitigen Dachfläche angeordnet sind. Aufgrund von entsprechenden Verträgen mit dem Stromanbieter erhalten die Erzeuger für den in das öffentliche Netz eingespeisten Strom eine entsprechende Vergütung. Je nach Vertrag kann dabei die Menge des in das öffentliche Netz einzuspeisenden und vergütbaren Stroms auf eine bestimmte Modulfläche vertraglich begrenzt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es bei Verwendung mehrerer Modulflächen sicherzustellen, dass der jeweils in das öffentliche Netz eingespeiste Strom immer nur von einer Modulfläche generiert wird, deren gesamte elektrische Leistungsfähigkeit die vertraglich vorgeschriebene elektrische Leistungsfähigkeit nicht übersteigt.
Die obige Aufgabe wird durch eine Anordnung aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen und eine Schaltanordnung gelöst, die die Merkmale in den Schutzansprüchen 1 und 12 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die jeweiligen Unteransprüche beschrieben.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen. Eine solche Anordnung umfasst mindestens eine erste Modulfläche aus Photovoltaikmodulen und mindestens eine zweite Modulfläche aus Photovoltaikmodulen. Jede Modulfläche besteht aus mindestens einem, vorzugsweise jedoch einer Mehrzahl von Photovoltaikmodulen. Die mindestens eine zweite Modulfläche weist dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit als die erste Modulfläche auf. Insbesondere weist die erste Modulfläche die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit auf. Wichtig ist, dass die mindestens eine zweite elektrische Leistungsfähigkeit die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit nicht übersteigen darf.
Jede der mindestens zwei Modulflächen kann selektiv an das öffentliche Leitungsnetz oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit gekoppelt werden. Zum einen ist nicht vorgesehen, eine der Modulflächen gleichzeitig an das öffentliche Leitungsnetz und an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit zu koppeln. Weiterhin ist nicht vorgesehen, bzw. wird mithilfe der erfindungsgemäßen Anordnung explizit verhindert, dass der durch mehrere der mindesten zwei Modulflächen erzeugte Strom zeitgleich in das öffentliche Netz gespeist wird. Um dies sicherzustellen ist eine erste Schaltanordnung vorgesehen. Diese ist in mindestens zwei Schaltpositionen einstellbar. In einer ersten Schaltposition ist die erste Modulfläche mit dem öffentlichen Leitungsnetz gekoppelt und die mindestens eine zweite Modulfläche ist mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt. Somit wird in dieser ersten Schaltposition nur der von der ersten Modulfläche erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist. In einer zweiten Schaltposition ist die erste Modulfläche mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt und die mindestens eine zweite Modulfläche ist mit dem öffentlichen Leitungsnetz gekoppelt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der ersten Modulfläche und der ersten Schaltanordnung ein erster Sicherungsschalter angeordnet und weiterhin ist zwischen jeder weiteren Modulfläche und der ersten Schaltanordnung jeweils ein weiterer Sicherungsschalter angeordnet. Zeitgleich zum Umschalten der ersten Schaltanordnung erfolgt ein Umschalten zumindest zweier Sicherungsschalter. Diese redundante Schaltanordnung dient als Sicherheitsmechanismus. Insbesondere wird bei Ausfall der ersten Schaltanordnung somit verhindert, dass zeitgleich mehr als die vertraglich vereinbarte elektrische Leistung in das öffentliche Leitungsnetz eingespeist wird.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Leitungen zwischen der ersten Schaltanordnung und den Modulflächen, bzw. zwischen der ersten Schaltanordnung und den Sicherungsschaltern und zwischen den Sicherungsschaltern und den Modulflächen jeweils als zweipolige Kabel ausgeführt sind. Dadurch wird gewährleistet, dass sich im Falle einer Fehlschaltung nur die Stromstärke, jedoch nicht die Spannung erhöht.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung aus Photovoltaikmodulen genau zwei Modulflächen, wobei die erste der Modulflächen die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit aufweist und wobei die zweite der Modulflächen dieselbe vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit aufweist. Jede der beiden Modulflächen kann selektiv entweder an das öffentliche Leitungsnetz oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit gekoppelt werden. Dies wird durch eine erste Schaltanordnung kontrolliert, die insbesondere eine Art Umschalter ist und mit der genau zwei Schaltpositionen eingestellt werden können. In der ersten Schaltposition ist die erste Modulfläche mit dem öffentlichen Leitungsnetz gekoppelt und die zweite Modulfläche ist mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt. In der zweiten Schaltposition ist dagegen die zweite Modulfläche mit dem öffentlichen Leitungsnetz und die erste Modulfläche ist mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anordnung aus Photovoltaikmodulen genau drei Modulflächen. Die erste der Modulflächen weist die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit auf. Die zweite und die dritte Modulfläche weisen jeweils dieselbe vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit als die erste Modulfläche auf. Jede der drei Modulflächen kann selektiv an das öffentliche Leitungsnetz oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit gekoppelt werden. Die erste Schaltanordnung ist bei dieser Ausführungsform in drei Schaltpositionen einstellbar. In der ersten Schaltposition ist die erste Modulfläche mit dem öffentlichen Leitungsnetz gekoppelt, während die zweite und dritte Modulfläche jeweils mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt sind. In der zweiten Schaltposition ist die zweite Modulfläche mit dem öffentlichen Leitungsnetz gekoppelt, während die erste und dritte Modulfläche jeweils mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt sind. In der dritten Schaltposition ist die dritte Modulfläche mit dem öffentlichen Leitungsnetz gekoppelt, während die erste und zweite Modulfläche jeweils mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit gekoppelt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist jede Modulfläche einer Ebene zugeordnet, wobei die mindestens zwei Ebenen winklig zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise handelt es sich bei den Ebenen um Dachflächen eines Gebäudes. Insbesondere ist die erste Modulfläche auf einer ersten Dachfläche montiert und die zweite Modulfläche ist auf einer zweiten Dachfläche montiert. Insbesondere handelt es sich um jeweils plane Dachflächen, beispielsweise um Dachflächen eines Satteldachs, Berliner Dachs, Walmdachs, Rautendachs, Zeltdachs oder Schmetterlingsdachs.
Bei Dächern mit nur zwei geneigten Dachflächen, d.h. beispielsweise bei einem Satteldach, einem Berliner Dach oder einem Schmetterlingsdach, umfasst die Anordnung aus Photovoltaikmodulen vorzugsweise zwei Modulflächen gemäß der beschriebenen ersten Ausführungsform. Hierbei ist die erste Modulfläche vorzugsweise auf der sonnigeren Dachfläche angeordnet. Beispielsweise ist die erste Modulfläche auf der in weitgehend östlicher oder südöstlicher Richtung geneigten Dachfläche angeordnet, während die zweite Modulfläche auf der in weitgehend westlicher oder nordwestlicher Richtung geneigten Dachfläche angeordnet ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die erste Modulfläche einer ersten geneigten Dachfläche zugeordnet, die in weitgehend westlicher Richtung ausgerichtet ist. Die mindestens eine zweite Modulfläche ist dagegen einer zweiten geneigten Dachfläche zugeordnet, die in weitgehend östlicher Richtung ausgerichtet ist.
Bei Dächern mit vier geneigten Dachflächen, d.h. beispielsweise bei einem Walmdach, einem Zeltdach oder einem Rautendach, können besonders vorteilhaft drei Modulflächen angeordnet werden. Vorzugsweise ist die erste Modulfläche auf der in weitgehend südlicher, südöstlicher oder südwestlicher Richtung geneigten ersten Dachfläche angeordnet. Eine zweite Modulfläche kann auf einer in weitgehend westlicher, südwestlicher oder nordwestlicher Richtung geneigten zweiten Dachfläche angeordnet werden. Eine dritte Modulfläche wird dann vorzugsweise auf einer der zweiten Dachfläche gegenüberliegenden, in weitgehend östlicher, nordöstlicher oder südöstlicher Richtung geneigten dritten Dachfläche angeordnet.
Vorzugsweise ist der ersten Schaltanordnung eine Zeitschaltautomatik zugeordnet. Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mit zwei Modulflächen wird über die Zeitschaltautomatik zu einem definierten ersten Zeitpunkt die erste Schaltanordnung von der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition und zu einem definierten zweiten Zeitpunkt die erste Schaltanordnung von der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition umgestellt. Beispielsweise sind die Modulflächen auf einem Gebäude mit Satteldach angeordnet, wobei eine erste Dachfläche nach Osten hin geneigt ist und die zweite Dachfläche nach Westen hin geneigt ist. Die erste Modulfläche ist vorzugsweise auf der ersten nach Osten geneigten Dachfläche angeordnet und die zweite Modulfläche ist auf der anderen nach Westen geneigten Dachfläche angeordnet. In den Morgenstunden, beispielsweise im Zeitraum zwischen 6 bis 13 Uhr ist die Sonneneinstrahlung auf der ersten nach Osten geneigten Dachfläche stärker. In diesem Zeitraum befindet sich die erste Schaltanordnung in der ersten Schaltstufe. Somit wird der durch die stärker bestrahlte erste Modulfläche erzeugte Strom in das öffentliche Leitungsnetz eingespeist, während der durch die weniger stark bestrahlte zweite Modulfläche erzeugte Strom der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit zugeführt wird. Zum Zeitpunkt t = 13 Uhr steuert die Zeitschaltautomatik eine Umschaltung der ersten Schaltanordnung in die zweite Schaltstufe an. Nunmehr wird der durch die schwächer bestrahlte erste Modulfläche erzeugte Strom der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit zugeführt, während der durch die stärker bestrahlte zweite Modulfläche erzeugte Strom in das öffentliche Leitungsnetz eingespeist wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der ersten und den mindestens zwei Sicherungsschaltern eine gemeinsame Zeitschaltautomatik zugeordnet.
Die mindestens eine Eigenverbrauchseinheit, der vorzugsweise jeweils der Strom aus der schwächer bestrahlten Modulfläche zugeführt wird, ist beispielsweise eine Batterie, eine Heizeinrichtung, ein Energieverbraucher oder eine Energiespeichereinheit. Beispielsweise kann die Eigenverbrauchseinheit eine Heizeinrichtung zur Warmwasseraufbereitung sein. Weiterhin kann die Eigenverbrauchseinheit zur Bereitstellung von Elektromobilität dienen, wobei die Eigenverbrauchseinheit insbesondere eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, d.h. Elektroräder oder Elektroautos, ist.
Die Kabel, die die Modulflächen und / oder die mindestens eine Eigenverbrauchseinheit mit der Schaltanordnung und / oder den Sicherungsschaltern und dem öffentlichen Leitungsnetz verbinden, sind jeweils zweipolige Kabel. Dies dient dem Schutz der einzelnen Komponenten der Anordnung, da sich im Falle einer Fehlschaltung nur die Stromstärke, nicht jedoch die anliegende Spannung erhöht.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schalteinheit für eine oben beschriebene Anordnung aus Photovoltaikmodulen umfassend mindestens eine erste Modulfläche und mindestens eine zweite Modulfläche. Vorzugsweise umfasst die Schalteinheit eine erste Schaltanordnung und mindestens zwei Sicherungsschalter. Der erste Sicherungsschalter ist insbesondere zwischen erster Modulfläche und der Schaltanordnung angeordnet und der mindestens eine zweite Sicherungsschalter ist insbesondere zwischen der mindestens einen zweiten Modulfläche und der Schaltanordnung angeordnet. Die Leitungen zwischen der Schaltanordnung und den Modulflächen bzw. zwischen der Schaltanordnung und den Sicherungsschaltern bzw. zwischen den Sicherungsschaltern und den Modulflächen sind vorzugsweise als zweipolige Kabel ausgebildet.
Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung aus Photovoltaikmodulen bzw. mit einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung für eine Anordnung aus Photovoltaikmodulen kann der Nutzen bestehender Stromeinspeisungsverträge, die an eine definierte Modulfläche gekoppelt sind, für den Erzeuger optimiert werden. Insbesondere kann mittels der Anordnung die Liefersicherheit garantiert werden. Ist beispielsweise eine der Modulflächen defekt und muss repariert oder ersetzt werden oder auch bei sonstigen Wartungs- und Reinigungsarbeiten an einer Modulfläche, kann durch ein entsprechendes manuelles Umschalten der ersten Schaltanordnung und der Sicherungsschalter (soweit vorhanden) weiterhin Strom in das öffentliche Netz eingespeist werden.
Die beschriebene Anordnung bzw. Schaltanordnung stellt sicher, dass zu jedem Zeitpunkt jeweils nur der von einer Modulfläche erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Der von der anderen Modulfläche erzeugte Strom wird dagegen für andere Eigenverbrauchseinheiten genutzt. Vorzugsweise wird jeweils der Strom von der Modulfläche, die gerade stärker bestrahlt wird und somit mehr Strom erzeugt, in das öffentliche Netz eingespeist.
Weiterhin kann auch die Menge der Eigenverbrauchsentnahme über den Tag optimiert werden, da übere längere Tageszeit erzeugter Strom bei Sonneneinstrahlung zur Verfügung steht. Bei Verbrauchsspitzen kann durch entsprechendes Umschalten beispielsweise der Strom von der in dem Moment mehr liefernden Modulfläche für die Eigenverbrauchseinheiten des Erzeugers genutzt werden. Somit wird in dem entsprechenden Zeitpunkt zwar weniger Strom in das öffentliche Netz eingespeist, allerdings wird der Eigenbedarf des Erzeugers besser abgedeckt, so dass die Menge an zuzukaufendem Strom reduziert ist.
Weiterhin kann auch eine Sensoranordnung vorgesehen sein, wobei sensorisch der jeweilige Ertrag der mindestens zwei Modulflächen ermittelt wird. Die Sensoranordnung ist mit der ersten Schaltanordnung gekoppelt und bewirkt, dass diese immer in die entsprechende Schaltstufe umgeschaltet wird, bei der der Strom aus der Modulfläche in das öffentliche Netz eingespeist wird, die gerade mehr erzeugt.
Figurenbeschreibung
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
1 zeigt ein Gebäude mit Satteldach und erfindungsgemäßer Anordnung umfassend zwei Modulflächen.
2 zeigt ein Gebäude mit Walmdach und erfindungsgemäßer Anordnung umfassend zwei Modulflächen.
3 zeigt ein Gebäude mit Walmdach und erfindungsgemäßer Anordnung umfassend drei Modulflächen.
4 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
5 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 4 in einem ersten Arbeitsmodus, wobei der von einer ersten Modulfläche erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird.
6 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 4 in einem zweiten Arbeitsmodus, wobei der von einer zweiten Modulfläche erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird.
7 und 8 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer redundanten Schaltanordnung.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer redundanten Schaltanordnung.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
1 zeigt ein Gebäude 1a mit Satteldach 2 und erfindungsgemäßer Anordnung umfassend zwei Modulflächen 10. Ein Satteldach 2 umfasst zwei geneigte Dachflächen 5, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Gebäude 1 so ausgerichtet steht, dass die erste Dachfläche 5-1 nach Osten O geneigt ist und die zweite Dachfläche 5-2 nach Westen W geneigt ist. Auf der nach Osten O geneigten Dachfläche 5-1 ist eine erste Modulfläche 10-1 bestehend aus drei Photovoltaikzellen 12 angeordnet. Die erste Modulfläche 10-1 umfasst die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit QV. Auf der nach Westen W geneigten Dachfläche 5-2 ist eine zweite Modulfläche 10-2 angeordnet, die ebenfalls aus drei Photovoltaikzellen 12 besteht. Die zweite Modulfläche 10-2 umfasst folglich eine zweite elektrische Leistungsfähigkeit Q2, die der vertraglich festgelegten elektrischen Leistungsfähigkeit QV entspricht.
2 zeigt ein Gebäude 1b mit Walmdach 3 und erfindungsgemäßer Anordnung umfassend zwei Modulflächen 10. Ein Walmdach 3 umfasst vier geneigte Dachflächen, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur zwei Dachflächen und 5-2 sichtbar sind. Das Gebäude 1 ist beispielsweise so ausgerichtet, dass die erste Dachfläche 5-1 nach Süden S geneigt ist und die zweite Dachfläche 5-2 nach Westen W geneigt ist. Auf der nach Süden S geneigten Dachfläche 5-1 ist eine erste Modulfläche 10-1 angeordnet. Die erste Modulfläche 10-1 umfasst die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit QV. Auf der nach Westen W geneigten Dachfläche 5-2 ist eine zweite Modulfläche 10-2 mit einer zweiten elektrischen Leistungsfähigkeit Q2 angeordnet, die der vertraglich festgelegten elektrischen Leistungsfähigkeit QV entspricht.
3 zeigt ein Gebäude 1c mit Walmdach 3 und erfindungsgemäßer Anordnung umfassend drei Modulflächen 10. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind drei Dachflächen 5-1, 5-2 und 5-3 sichtbar. Das Gebäude 1 ist beispielsweise so ausgerichtet, dass die erste Dachfläche 5-1 nach Süden S geneigt ist, die zweite Dachfläche 5-2 nach Osten O geneigt ist und die der zweiten Dachfläche 5-2 gegenüberliegende dritte Dachfläche 5-3 nach Westen W geneigt ist. Auf der nach Süden S geneigten Dachfläche 5-1 ist eine erste Modulfläche 10-1 angeordnet. Die erste Modulfläche 10-1 umfasst die vertraglich festgelegte elektrische Leistungsfähigkeit QV. Auf der nach Osten O geneigten Dachfläche 5-2 ist eine zweite Modulfläche 10-2 mit einer zweiten elektrische Leistungsfähigkeit Q2 und auf der nach Westen W geneigten Dachfläche 5-3 ist eine dritte Modulfläche 10-3 mit einer dritten elektrische Leistungsfähigkeit Q3 angeordnet. Die zweite elektrische Leistungsfähigkeit Q2 und die dritte elektrische Leistungsfähigkeit Q2 entsprechen in ihrer Größe der vertraglich festgelegten elektrischen Leistungsfähigkeit QV.
4 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 8. Diese umfasst zwei so genannte Modulflächen 10, bestehend jeweils aus mindestens einer Photovoltaikzelle 12. Die erste Modulfläche 10-1 weist eine vertraglich festgelegt elektrische Leistungsfähigkeit QV auf. Die zweite Modulfläche 10-2 weist dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit Q2 als die erste Modulfläche 10-1 auf. Jede der mindestens zwei Modulflächen 10-1, 10-2 kann selektiv an das öffentliche Stromnetz öN oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit VE gekoppelt werden.
Weiterhin umfasst die Anordnung 8 eine erste Schaltanordnung 15, über die eingestellt wird, ob der durch die Modulflächen 10-1, 10-2 erzeugte Gleichstrom durch einen Wechselrichter 15-1 oder 15-1 in Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird oder ob der jeweils erzeugte Strom einer Eigenverbrauchseinheit VE zugeführt wird.
5 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 8 gemäß 4 in einem ersten Arbeitsmodus AM1, wobei der von einer ersten Modulfläche 10-1 erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird und 6 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 8 gemäß 4 in einem zweiten Arbeitsmodus AM2, wobei der von einer zweiten Modulfläche 10-2 erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird.
Beispielsweise kann die Schaltanordnung 15 zwei Schaltpositionen SP1 und SP2 einnehmen. Befindet sich die Schaltanordnung 15 in der ersten Schaltposition SP1 (vgl. 5), dann wird der von der ersten Modulfläche 10-1 erzeugte Gleichstrom über den Wechselrichter 20-1 in Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist, während der von der zweiten Modulfläche 10-2 erzeugte Gleichstrom einer Eigenverbrauchseinheit VE zugeführt wird. Befindet sich die Schaltanordnung 15 dagegen in der zweiten Schaltposition SP2 (vgl. 6), dann wird der von der zweiten Modulfläche 10-2 erzeugte Gleichstrom über den Wechselrichter 20-2 in Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist, während der von der ersten Modulfläche 10-1 erzeugte Gleichstrom einer Eigenverbrauchseinheit VE zugeführt wird.
Die Schaltanordnung 15 stellt somit sicher, dass jeweils nur der von einer Modulfläche 10-1 oder 10-2 erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird. Insbesondere wird jeweils der Strom auf der Modulfläche 10-1 oder 10-2 in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist, welche Modulfläche 10-1 oder 10-2 aufgrund ihrer Ausrichtung in Bezug auf die Sonneneinstrahlung mehr Strom erzeugt.
Weiterhin kann eine Zeitschaltautomatik 16 vorgesehen sein, die zu einem definierten ersten Zeitpunkt die erste Schaltanordnung 15 von der ersten Schaltposition SP1 in die zweite Schaltposition SP2 und zu einem definierten zweiten Zeitpunkt die erste Schaltanordnung 15 von der zweiten Schaltposition SP2 in die erste Schaltposition SP1 umgestellt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zeitschaltautomatik 16 einfach umprogrammierbar ist, so dass die jeweiligen Zeitpunkte für das Umschalten insbesondere daran angepasst werden können, auf welchen Dachflächen 5-1, 5-2, 5-3 (vgl. 1 bis 3) die Modulflächen 10 angeordnet sind. Beispielsweise kann auch der Zeitpunkt des Umschaltens an den von der Jahreszeit abhängigem Winkel der Sonneneinstrahlung angepasst werden. Über die Zeitschaltautomatik 16 kann die Umstellung bezüglich der Einspeisung der durch die erste Modulfläche 10-1 oder die zweite Modulfläche 10-2 erzeugten Stroms somit einfach automatisiert werden, damit jeweils der durch die stärker bestrahlte Modulfläche 10-1 oder 10-2 erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird, während der durch die weniger stark bestrahlte Modulfläche 10-2 oder 10-1 erzeugte Strom der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit VE zugeführt wird.
7 und 8 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 8a mit einer redundanten Schaltanordnung 17. Die redundante Schaltanordnung 17 umfasst eine Schaltvorrichtung 15 und zwei Sicherungsschalter 18. Die Schaltvorrichtung 15 ist vorgesehen, um selektiv zwischen der ersten Modulfläche 10-1 und dem öffentlichen Stromnetz öN bzw. der zweiten Modulfläche 10-2 und dem öffentlichen Stromnetz öN umzuschalten. Weiterhin ist zwischen der Schaltvorrichtung 15 und der ersten bzw. zweiten Modulfläche jeweils ein Sicherungsschalter 18-1, 18-2 angeordnet.
Der erste Sicherungsschalter 18-1 ist vorgesehen, um zwischen einer ersten Verbindung 19-1 zwischen der ersten Modulfläche 10-1 und dem öffentlichen Stromnetz öN und einer zweiten Verbindung 19-2 zwischen der ersten Modulfläche 10-1 und der Eigenverbrauchseinheit VE umzuschalten. Der zweite Sicherungsschalter 18-2 ist vorgesehen, um zwischen einer dritten Verbindung 19-3 zwischen der zweiten Modulfläche 10-2 und dem öffentlichen Stromnetz öN und einer vierten Verbindung 19-4 zwischen der zweiten Modulfläche 10-2 und der Eigenverbrauchseinheit VE umzuschalten.
Bevor der über die jeweilige Modulfläche 10-1 oder 10-2 erzeugte Strom in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist werden kann, muss er noch über einen Wechselrichter 20 umgewandelt werden.
Die Schaltvorrichtung 15 und die Sicherungsschalter 18-1, 18-2 werden gemeinsam gesteuert und insbesondere gleichzeitig umgeschaltet. 7 zeigt einen ersten Arbeitsmodus AM1 der Anordnung 8a in dem die Schaltvorrichtung 15 und der erste Sicherungsschalter 18-1 sich jeweils in einer Schaltposition befinden, so dass der mit der ersten Modulfläche 10-1 erzeugte Strom durch den Wechselrichter 20 umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird. Dagegen befinden sich die Schaltvorrichtung 15 und der zweite Sicherungsschalter 18-2 jeweils in einer Schaltposition, so dass der mit der zweiten Modulfläche 10-2 erzeugte Strom der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit VE zugeführt wird.
8 zeigt einen zweiten Arbeitsmodus AM2 der Anordnung 8a in dem die Schaltvorrichtung 15 und der zweite Sicherungsschalter 18-2 sich jeweils in einer Schaltposition befinden, so dass der mit der zweiten Modulfläche 10-2 erzeugte Strom durch den Wechselrichter 20 umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz öN eingespeist wird. Dagegen befinden sich die Schaltvorrichtung 15 und der erste Sicherungsschalter 18-1 in einer Schaltposition, so dass der mit der ersten Modulfläche 10-1 erzeugte Strom der Eigenverbrauchseinheit VE zugeführt wird.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 8b mit einer redundanten Schaltanordnung 17*. Hierbei ist eine weitere Schaltvorrichtung 21 vor der Eigenverbrauchseinheit VE vorgesehen, die zeitgleich mit der ersten Schaltvorrichtung 15 und den beiden Sicherungsschaltern 18-1, 18-2 zwischen den beiden Modulflächen 10-1, 10-2 umschaltet.
Weiterhin ist in 9 die Verwendung zweier weiterer Wechselrichter 20--, 20-4 dargestellt. Je nachdem, welche Art von Eigenverbrauchseinheit VE betrieben werden soll, ist der Eigenverbrauchseinheit VE ein Wechselrichter 22 vorgeschaltet, um den durch die Modulflächen erzeugten Gleichstrom für die Eigenverbrauchseinheit VE in Wechselstrom umzuwandeln.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Gebäude
2: Satteldach
3: Walmdach
5: Dachfläche
8: Anordnung
10: Modulfläche
12: Photovoltaikzelle
15: Schaltvorrichtung
16: Zeitschaltautomatik
17: redundante Schaltanordnung
18: Sicherungsschalter
19: Verbindung
20: Wechselrichter
21: Schaltvorrichtung
22: Wechselrichter
AM: Arbeitsmodus
N: Nord
O: Ost
öN: Öffentliches Stromnetz
Q: elektrische Leistungsfähigkeit
S: Süd
SP: Schalterposition
VE: Eigenverbrauchseinheit

Claims

Anordnung (8) aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen (12) umfassend eine erste Modulfläche (10-1) und mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3), wobei die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit (Q2, Q3) als die erste Modulfläche (10-1) aufweist, wobei jede der mindestens zwei Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) selektiv an das öffentliche Leitungsnetz (öN) oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) koppelbar ist, mit einer ersten Schaltanordnung (15), die in mindestens zwei Schaltpositionen (SP1, SP2) einstellbar ist, wobei in einer ersten Schaltposition (SP1) die erste Modulfläche (10-1) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und wobei in einer zweiten Schaltposition (SP2) die erste Modulfläche (10-1) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist.
Anordnung (8) nach Anspruch 1, wobei zwischen der ersten Modulfläche (10-1) und der ersten Schaltanordnung (15) ein erster Sicherungsschalter (18-1) und wobei zwischen der mindestens einen zweiten Modulfläche (10-2) und der ersten Schaltanordnung (15) ein jeweils ein weiterer Sicherungsschalter (18-2) angeordnet ist.
Anordnung (8) nach Anspruch 2, wobei die ersten Schaltanordnung (15) und mindestens zwei der Sicherungsschalter (18-1, 18-2) gleichzeitig schaltbar sind.
Anordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leitungen zwischen der ersten Schaltanordnung (15) und den Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3), bzw. zwischen der ersten Schaltanordnung (15) und den Sicherungsschaltern (18-1, 18-2) und zwischen den Sicherungsschaltern (18-1, 18-2) und den Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) jeweils zweipolige Kabel sind.
Anordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine erste und eine zweite Modulfläche (10-1, 10-2), wobei die zweite Modulfläche (10-2) dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit (Q2) als die erste Modulfläche (10-1) aufweist, wobei die beiden Modulflächen (10-1, 10-2) jeweils selektiv an das öffentliche Leitungsnetz (öN) oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) koppelbar sind, mit einer ersten Schaltanordnung (15), die in zwei Schaltpositionen (SP1, SP2) einstellbar ist, wobei in der ersten Schaltposition (SP1) die erste Modulfläche (10-1) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die zweite Modulfläche (10-2) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und wobei in der zweiten Schaltposition (SP2) die zweite Modulfläche (10-2) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die erste Modulfläche (10-1) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist.
Anordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine erste, eine zweite und eine dritte Modulfläche (10-1, 10-2, 10-3), wobei die zweite und die dritte Modulfläche (10-2, 10-3) dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit (Q2, Q3) als die erste Modulfläche (10-1) aufweisen, wobei jede der drei Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) selektiv an das öffentliche Leitungsnetz (öN) oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) koppelbar ist, mit einer ersten Schaltanordnung (15), die in drei Schaltpositionen (SP1, SP2) einstellbar ist, wobei in der ersten Schaltposition (SP1) die erste Modulfläche (10-1) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die zweite und dritte Modulfläche (10-2, 10-3) jeweils mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt sind, wobei in der zweiten Schaltposition (SP2) die zweite Modulfläche (10-2) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die erste und dritte Modulfläche (10-1, 10-3) jeweils mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt sind und wobei in der dritten Schaltposition die dritte Modulfläche (10-3) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die erste und zweite Modulfläche (10-1, 10-2) jeweils mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt sind.
Anordnung (8) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei jede Modulfläche (10-1, 10-2, 10-3) einer Ebene zugeordnet ist, wobei die mindestens zwei Ebenen winklig zueinander angeordnet sind.
Anordnung (8) gemäß Anspruch 7, wobei die Ebenen, auf denen die Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) angeordnet sind, geneigte Dachflächen (5-1, 5-2, 5-3) sind, insbesondere Dachflächen (5-1, 5-2, 5-3) eines Satteldachs, Berliner Dachs, Walmdachs, Rautendachs, Zeltdachs oder Schmetterlingsdachs sind.
Anordnung (8) gemäß Anspruch 8, wobei die erste Modulfläche (10-1) einer ersten geneigten Dachfläche (5-1) zugeordnet ist, die in weitgehend östlicher oder südöstlicher Richtung ausgerichtet ist und wobei die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2) einer zweiten geneigte Dachfläche (5-2) zugeordnet ist, die in weitgehend westlicher oder nordwestlicher Richtung ausgerichtet ist.
Anordnung (8) gemäß Anspruch 8, wobei die erste Modulfläche (10-1) einer ersten geneigten Dachfläche (5-1) zugeordnet ist, die in weitgehend westlicher Richtung ausgerichtet ist und wobei die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2) einer zweiten geneigte Dachfläche (5-2) zugeordnet ist, die in weitgehend östlicher Richtung ausgerichtet ist.
Anordnung (8) gemäß Anspruch 8, wobei die erste Modulfläche (10-1) einer ersten geneigten Dachfläche (5-1) zugeordnet ist, die in weitgehend südlicher, südöstlicher oder südwestlicher Richtung ausgerichtet ist und wobei die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2) einer zweiten geneigte Dachfläche (5-2) zugeordnet ist, die in weitgehend westlicher, südwestlicher oder nordwestlicher Richtung ausgerichtet ist und / oder wobei eine dritte Modulfläche (10-3) einer dritten geneigten Dachfläche (5-3) zugeordnet ist, die in weitgehend östlicher, nordöstlicher oder südöstlicher Richtung ausgerichtet ist.
Anordnung (8) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der ersten Schaltanordnung (15) eine Zeitschaltautomatik (16) zugeordnet ist.
Anordnung (8) gemäß Anspruch 12, wobei über die Zeitschaltautomatik (16) zu einem definierten ersten Zeitpunkt die erste Schaltanordnung (15) von der ersten Schaltposition (SP1) in die zweite Schaltposition (SP2) und zu einem definierten zweiten Zeitpunkt die erste Schaltanordnung (15) von der zweiten Schaltposition (SP2) in die erste Schaltposition (SP1) umstellbar ist.
Anordnung (8) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei der ersten Schaltanordnung (15) und den mindestens zwei Sicherungsschaltern (18-1, 18-2) eine gemeinsame Zeitschaltautomatik (16) zugeordnet ist.
Anordnung (8) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) eine Batterie, eine Heizeinrichtung, ein Energieverbraucher, eine Energiespeichereinheit oder eine Ladeeinheit für Elektrofahrzeuge ist.
Anordnung (8) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kabel, die die Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) und / oder die mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) mit der Schaltanordnung (15) und / oder den Sicherungsschaltern (181, 18-2) und dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) verbinden, jeweils zweipolige Kabel sind.
Schalteinheit für eine Anordnung (8) aus mindestens zwei Photovoltaikmodulen (12) umfassend eine erste Modulfläche (10-1) und mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3), wobei die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2, 10-3) dieselbe oder eine geringere elektrische Leistungsfähigkeit (Q2, Q3) als die erste Modulfläche (10-1) aufweist, wobei jede der mindestens zwei Modulflächen (10-1, 10-2, 10-3) selektiv an das öffentliche Leitungsnetz (öN) oder an mindestens eine Eigenverbrauchseinheit (VE) koppelbar ist, wobei die Schalteinheit eine Schaltanordnung (15) umfasst, die in mindestens zwei Schaltpositionen (SP1, SP2) einstellbar ist, wobei in einer ersten Schaltposition (SP1) die erste Modulfläche (10-1) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und wobei in einer zweiten Schaltposition (SP2) die erste Modulfläche (10-1) mit der mindestens einen Eigenverbrauchseinheit (VE) gekoppelt ist und die mindestens eine zweite Modulfläche (10-2) mit dem öffentlichen Leitungsnetz (öN) gekoppelt ist.
Schalteinheit nach Anspruch 17, wobei die Schalteinheit mindestens zwei Sicherungsschalter (18-1, 18-2) umfasst, wobei der erste Sicherungsschalter (18-1) zwischen erster Modulfläche (10-1) und Schaltanordnung (15) angeordnet ist und wobei der mindestens eine zweite Sicherungsschalter (18-1) zwischen der mindestens einen zweiten Modulfläche (10-1) und Schaltanordnung (15) angeordnet ist.
Schalteinheit nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Schalteinheit zweipolige Kabel umfasst.