-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Wechselrichteranordnung.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Ein Wechselrichter ist eine elektrische Vorrichtung, welche die Umwandlung von Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle in Wechselstrom ermöglicht. Hier bezeichnet „Wechselrichter” allgemein eine elektronische Vorrichtung oder Schaltung, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln kann. Ein Beispiel für einen Wechselrichter ist eine Halbleiterbrücke, die mit steuerbaren Halbleiterschaltern wie IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistor) oder FETs (Field-Effect Transistor) ausgeführt ist, die gemäß einer verwendeten Modulation oder einem verwendeten Steuerschema gesteuert werden.
-
Ein Beispiel für eine Elektroanlage, die einen Wechselrichter verwendet, ist eine Photovoltaik-(PV-)Anlage wie etwa ein Photovoltaikkraftwerk oder -generator, in dem ein oder mehrere Photovoltaikmodule Gleichstrom zum Wechselrichter liefern, der den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, der daraufhin beispielsweise über ein Wechselstromnetz an verschiedene Wechselstromlasten geliefert werden kann. 1 zeigt ein Beispiel einer Photovoltaikanlage, in der wie dargestellt eine Vielzahl paralleler Photovoltaikgeneratoren 10 Gleichstrom über einen Gleichstrom-Zwischenkreis zu einer Wechselrichteranordnung 100 durch eine Vielzahl Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung 100 liefern können, die durch entsprechende Eingangssicherungen 30 geschützt sind. Die Wechselrichteranordnung 100 kann dann den gelieferten Gleichstrom mittels des Wechselrichters 20 in Wechselstrom umwandeln und diesen wiederum am Wechselstromausgang ausgeben. Große Photovoltaikkraftwerke beispielsweise können eine Vielzahl paralleler Wechselrichter 20 umfassen.
-
Bei Wechselrichteranordnungen wie solchen für PV-Anlagen kann es notwendig sein, eine oder mehrere Überspannungsschutzeinrichtungen an ihrer Eingangsseite, die an der Gleichstromquelle angeschlossen ist, vorzusehen. Solche Überspannungsschutzeinrichtungen können eine Bemessung für Kurzschlussstrom aufweisen, die festlegt, ob ein zusätzlicher Reservesicherungsschutz erforderlich ist, wenn der Kurzschlussstrom einer Gleichstromquelle, beispielsweise eines PV-Generators 10, zu hoch ist. Der Wert der Kurzschlussbemessung (Iscpv) kann variieren und hängt beispielsweise vom Hersteller und der in der Überspannungsschutzeinrichtung verwendeten Technologie ab, jedoch werden solche Reservesicherungen häufig insbesondere in Verbindung mit Großanlagen benötigt (bei denen Iscpv ≥ z. B. 100 A oder 1000 A ist). Im Beispiel der 1 umfasst die Wechselrichteranordnung 100 zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 zum Schutz des Wechselrichters 20 der Wechselrichteranordnung 100. Jede der zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 weist eine Reservesicherung 50 auf, so dass die Überspannungsschutzeinrichtung 40 und ihre entsprechende Reservesicherung 50 in Reihe zwischen einem der Gleichstrompole des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 und der Masse angeschlossen sind.
-
Ein mit der Verwendung solcher Reservesicherungen verknüpftes Problem besteht darin, dass sie die Kosten der Wechselrichteranordnung erhöhen.
-
Kurzbeschreibung der Erfindung
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht im Entwickeln einer Ausrüstung, um das zuvor genannte Problem zu lösen oder wenigstens zu verringern oder wenigstens eine alternative Lösung bereitzustellen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Wechselrichteranordnung und eine Photovoltaikanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
-
Die Erfindung beruht auf der Idee, die eine oder die mehreren Überspannungsschutzeinrichtungen für den Wechselrichter zwischen einer der Eingangssicherungen auf der Wechselrichteranordnung-Eingangsseite derselben und der Masse anzuschließen, wobei ein Nennhöchstdauerstrom der entsprechenden Überspannungsschutzeinrichtung höher ist als ein Nennhöchstdauerstrom der entsprechenden Eingangssicherung.
-
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die entsprechende(n) Eingangssicherung(en) als Reservesicherungen für die eine oder mehreren Überspannungsschutzeinrichtungen dient/dienen und separate Reservesicherungen nicht mehr erforderlich sind. Somit können auch durch separate Reservesicherungen verursachte Kosten vermieden werden.
-
Liste der Figuren
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
-
1 ein Beispiel für eine Photovoltaikanlage zeigt, und
-
2 ein Beispiel für eine Wechselrichteranordnung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anlage beschränkt, sondern kann in Verbindung mit verschiedenen Elektroanlagen verwendet werden, die Wechselrichter einsetzen. Ferner ist die Verwendung der Erfindung nicht auf Anlagen beschränkt, die beispielsweise eine bestimmte Grundfrequenz oder ein bestimmtes Spannungsniveau einsetzen.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Wechselrichteranordnung einen Wechselrichter mit einen Gleichstromeingang mit einem Gleichstrom-Pluspol und einem Gleichstrom-Minuspol, wenigstens zwei Gleichstromeingänge zum Anschließen der Wechselrichteranordnung an Gleichstromquellen, wobei jeder der Gleichstromeingänge einen Gleichstrom-Pluspol und einen Gleichstrom-Minuspol aufweist, und eine separate Eingangssicherung für jeden der Gleichstrompole eines jeden der wenigstens zwei Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung. Gemäß einer Ausführungsform ist jeder der Gleichstrom-Pluspole der wenigstens zwei Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung an einer ersten Klemme der entsprechenden separaten Eingangssicherung angeschlossen, wobei eine zweite Klemme am Gleichstrom-Pluspol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters angeschlossen ist, und wobei jeder der Gleichstrom-Minuspole der wenigstens zwei Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung an einer ersten Klemme der entsprechenden separaten Eingangssicherung angeschlossen ist, wobei eine zweite Klemme am Gleichstrom-Minuspol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters angeschlossen ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Wechselrichteranordnung eine oder mehrere Überspannungsschutzeinrichtungen zum Schutz des Wechselrichters dergestalt, dass wenigstens eine der einen oder mehreren Überspannungsschutzeinrichtungen zwischen einer der Eingangssicherungen auf der Seite der ersten Klemme derselben und Masse angeschlossen ist, wobei ein Nennhöchstdauerstrom der entsprechenden Überspannungsschutzeinrichtung höher ist als ein Nennhöchstdauerstrom der entsprechenden Eingangssicherung.
-
2 zeigt in vereinfachter Weise ein Beispiel für eine Wechselrichteranordnung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Figur stellt nur Komponenten dar, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Die beispielhafte Wechselrichteranordnung 100 der 2 umfasst einen Wechselrichter 20 mit einem Gleichstromeingang mit einem Gleichstrom-Pluspol (+) und einem Gleichstrom-Minuspol (–). Der Wechselrichter 20 der beispielhaften Wechselrichteranordnung 100 kann beispielsweise eine Wechselrichtervorrichtung (ein Wechselrichterschrank), eine Wechselrichtereinheit oder ein Wechselrichtermodul sein. Der Wechselrichter 20 kann eine Halbleiterbrücke mit einem Gleichstrom-Zwischenkreis und eine Steuerung zum Steuern des Schaltens der Halbleiter der Halbleiterbrücke umfassen, so dass der Wechselrichter 20 gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln kann. Die beispielhafte Wechselrichteranordnung 100 der 2 umfasst ferner vier Gleichstromeingänge, von denen jeder einen Gleichstrom-Pluspol und einen Gleichstrom-Minuspol aufweist und die das Anschließen der Wechselrichteranordnung an eine Vielzahl separater Gleichstromquellen wie etwa PV-Generatoren 10 ermöglichen. Die Zahl solcher Gleichstromeingänge kann variieren. Die beispielhafte Wechselrichteranordnung 100 der 2 umfasst ferner eine separate Eingangssicherung 30 für jeden der Gleichstrompole der vier Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung 100. Jeder Pol eines jeden der vier Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung 100 ist mit einer separaten Sicherung 30 ausgestattet. Jeder der Gleichstrom-Pluspole der Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung 100 ist an eine erste Klemme der entsprechenden separaten Eingangssicherung 30 angeschlossen und eine zweite Klemme der Sicherung ist dann am Gleichstrom-Pluspol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 angeschlossen. In entsprechender Weise ist jeder der Gleichstrom-Minuspole der Gleichstromeingänge der Wechselrichteranordnung 100 an die erste Klemme der entsprechenden separaten Eingangssicherung 30 angeschlossen und eine zweite Klemme der Sicherung ist anschließend am Gleichstrom-Pluspol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 angeschlossen.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Wechselrichteranordnung 100 zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 dergestalt, dass eine der zwei Überspannungsschutzeinrichtungen zwischen einer der Eingangssicherungen 30, deren zweite Klemmen am Gleichstrom-Pluspol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 angeschlossen sind, auf der Seite der ersten Klemme der entsprechenden Eingangssicherung und Masse angeschlossen ist, und dass die andere der zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 zwischen einer der Eingangssicherungen 30, deren zweite Klemmen am Gleichstrom-Minuspol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 angeschlossen sind, auf der Seite der ersten Klemme der entsprechenden Eingangssicherung und Masse angeschlossen sind. Entsprechend umfasst die beispielhafte Wechselrichteranordnung 100 der 2 zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 zum Schutz des Wechselrichters und insbesondere seines Gleichstromeingangs. Der Begriff „Überspannungsschutzeinrichtung” bezeichnet allgemein eine Vorrichtung oder ein Bauteil, die/das zum Begrenzen oder Beseitigen einer Überspannung, das heißt einer Spannung über einem festgelegten Schwellenwert, ausgebildet ist, um einen Schaltkreis oder eine Vorrichtung vor einer Überspannung oder einem Spannungsstoß zu schützen. Der Typ der Überspannungsschutzeinrichtung 40 kann unterschiedlich sein, jedoch besteht die Funktionsweise allgemein darin, primär eine Überspannung oder einen Spannungsstoß vom geschützten Schaltkreis oder von der geschützten Vorrichtung durch eine Schutzkomponente, die mit dem geschützten Schaltkreis oder der geschützten Vorrichtung in Reihe (oder im Nebenschluss) geschaltet ist, abzuleiten. Beispielsweise kann der Gleichstromeingang des Wechselrichters 20 durch Anschließen solch einer Überspannungsschutzeinrichtung 40 zwischen einer oder beiden Polen desselben und Masse geschützt werden, so dass die Überspannungseinrichtung(en) gegebenenfalls eine Überspannung oder einen Spannungsstoß vom Gleichstromeingang des Wechselrichters 20 zur Masse ableitet/ableiten. Beispiele für solche Schutzkomponenten, die in Überspannungsschutzeinrichtungen 40 verwendet werden, umfassen etwa einen Varistor, beispielsweise einen Metalloxid-Varistor (MOV), eine Suppresordiode, eine Thyristor-Überspannungsschutzeinrichtung und eine Gasentladungsröhre sowie Kombinationen daraus. Ein Beispiel für solch eine Überspannungsschutzeinrichtung ist die Vorrichtung mit der Handelsbezeichnung Strikesorb® des Herstellers Raycap. Der Typ der verwendeten Überspannungsschutzeinrichtung kann jedoch beispielsweise von Systemmerkmalen abhängen. Die zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 in der beispielhaften Wechselrichteranordnung 100 der 2 sind beide zwischen einer der Eingangssicherungen 30 auf der Seite der ersten Klemme derselben, das heißt an der Eingangsseite der Wechselrichteranordnung, und Masse angeschlossen. Somit ist jede der entsprechenden Eingangssicherungen 30 mit der entsprechenden Überspannungsschutzeinrichtung 40 zwischen einen der zwei Pole des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 und Masse in Reihe geschaltet, und somit dienen diese auch als Reservesicherungen für die Überspannungsschutzeinrichtungen 40. Folglich sind keine separaten Reservesicherungen erforderlich. Der Nennhöchstdauerstrom (etwa durch den Stromnennwert ausgedrückt) der entsprechenden Eingangssicherung 30 muss niedriger sein als der entsprechende Höchstdauerstrom (wie beispielsweise ausgedrückt durch Iscpv oder einen entsprechenden Wert) der mit dieser in Reihe geschalteten Überspannungsschutzeinrichtung 40, damit die Sicherung die Überspannungsschutzeinrichtung richtig schützen kann. Beispielsweise können in einigen PV-Anlagen die Überspannungsschutzeinrichtungen einen Dauer-Nennkurzschlussstrom von etwa 1100 A aufweisen. Die Kurzschlussströme je PV-Generator können je nach Zahl der Eingänge und Bemessung des PV-Generators einige hundert Ampere betragen. Eingangssicherungsgrößen können beispielsweise zwischen etwa 200 und 400 A variieren. In solch einem Fall sind die Eingangssicherungsgrößen ohne weiteres gut dazu geeignet, als Reservesicherungen für die Überspannungsschutzeinrichtung zu dienen. Normalerweise ist der Kurzschlussstrom eines einzelnen PV-Generators 10 so bemessen, dass er niedriger als der Nennstrom der entsprechenden Eingangssicherungen 30 ist oder diesem entspricht. Daher kann die Überspannungsschutzeinrichtung 40 dem Kurzschlussstrom von dem einen an einem Gleichstromeingang der Wechselrichteranordnung 100 angeschlossenen PV-Generator 10 gut standhalten, wenn keine Sicherung zwischen dem einen PV-Generator 10 und der Überspannungsschutzeinrichtung 40 vorhanden ist. Es können auch Schaltkästen (in den Figuren nicht dargestellt) zwischen der Wechselrichteranordnung 100 und den PV-Generatoren 10 angeordnet werden, die eine Vielzahl paralleler Leitungen zu einem kombinierten Gleichstrombus kombinieren können. Solche Schaltkästen können ebenfalls Überstromschutzmittel wie etwa Sicherungen aufweisen, die den Überstrom auf beispielsweise einen Wert des etwa 1,25- bis 1,5-fachen des Nennstromwerts des kombinierten parallelen PV-Generators 10 begrenzen kann. Gemäß einer Ausführungsform sind die zwei Eingangssicherungen 30, zwischen denen und Masse die zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 40 angeschlossen sind, Eingangssicherungen der zwei Pole des gleichen Gleichstromeingangs der Wechselrichteranordnung 100 wie im Beispiel der 2 dargestellt. Gemäß einer Ausführungsform ist/sind die Überspannungsschutzeinrichtung(en) 40 unmittelbar zwischen der ersten Klemme der einen der Eingangssicherungen 30 und Masse wie im Beispiel der 2 dargestellt angeschlossen.
-
Während im Beispiel der 2 zwei Überspannungsschutzeinrichtungen 30 vorhanden sind, die beide zwischen einer der Eingangssicherungen 30 auf der Wechselrichteranordnung-Eingangsseite derselben und Masse angeschlossen sind, kann die Zahl von Überspannungsschutzeinrichtungen 30 in der Wechselrichteranordnung 100 variieren. Und wenn mehr als eine Überspannungsschutzeinrichtung 30 in der Wechselrichteranordnung 100 vorhanden sind, ist es ferner möglich, dass nur eine oder nur einige der Überspannungsschutzeinrichtungen 40 der Wechselrichteranordnung 100 angeschlossen sind wie im Beispiel der 2 dargestellt, beispielsweise in Reihe mit einer der Eingangssicherungen 30 zwischen einem Pol des Gleichstromeingangs des Wechselrichters 20 und Masse. In diesem Fall können darüber hinaus eine oder mehrere weitere Überspannungsschutzeinrichtungen 30 der Wechselrichteranordnung 100 angeschlossen sein wie in 1 dargestellt und mit einer separaten Reservesicherung 50 ausgestattet sein.
-
Die Komponenten der Wechselrichteranordnung 100 wie etwa im Beispiel der 2 dargestellt können im gleichen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ können einige Komponenten wie die Eingangssicherungen 30 und/oder die Überspannungsschutzeinrichtungen 40 der Wechselrichteranordnung 100 getrennt vom Gehäuse des Wechselrichters 20, aber dennoch in unmittelbarer Nähe desselben angeordnet sein. Es können zusätzliche Komponenten und Vorrichtungen zwischen denen der Wechselrichteranordnung 100 wie im Beispiel der 2 dargestellt vorhanden sein, etwa Schalter oder Filter.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Photovoltaikanlage eine Wechselrichteranordnung 100 gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen oder einer Kombination daraus und einen oder mehrere an einen oder mehrere der wenigstens zwei Gleichstromeingänge der Anordnung 100 angeschlossene Photovoltaikgeneratoren 10. Ein Beispiel einer solchen PV-Anlage ist in 2 dargestellt. Jeder der Photovoltaikgeneratoren 10 kann ein oder mehrere in Reihe und/oder parallel miteinander geschaltete Photovoltaikmodule umfassen.
-
Die Lebensdauerende-Betriebsart bestimmter Typen von Überspannungsschutzeinrichtungen ist ein geschlossener Stromkreis. Solche Überspannungsschutzeinrichtungen können Reservesicherungen in Anwendungen erfordern, in denen der Vorrichtungsstatus anhand des Status der Reservesicherung überwacht wird. In diesem Fall können die Sicherungsanzeiger der mit den Überspannungsschutzeinrichtungen 40 in Reihe geschalteten Eingangssicherungen 30 zum Prüfen des Status der Überspannungsschutzeinrichtungen verwendet werden. Ferner können beispielsweise PV-Wechselrichter in Versorgungsgröße mit einer Fehlerstromüberwachungsvorrichtung, die den Isolationswiderstand von Leiter zu Masse misst, oder mit einer Erdungsvorrichtung, die bewusst Leiter mit Masse verbindet und den Strom durch die Verbindung misst, ausgestattet sein. Beide Lösungen können anstelle oder zusätzlich zur etwaigen Sicherungsstatusüberwachung verwendet werden, um zu erkennen, ob die Lebensdauerende-Betriebsart in einer der Überspannungsschutzeinrichtungen eingetreten ist.
-
Einem Fachmann ist klar, dass aufgrund des technischen Fortschritts die grundlegende Idee der Erfindung auf viele unterschiedliche Weisen ausgeführt werden kann. Die Erfindung und deren Ausführungsformen sind somit nicht auf die zuvor beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Umfangs der Ansprüche variieren.
