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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
chinesischen Patentanmeldung 201620032273.9 , mit dem Titel „Photovoltaic monitoring system and Photovoltaic system including the same”, eingereicht am 12. Januar 2016 beim State Intellectual Property Office of the People's Republic of China, welches hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen wird.
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Technisches Gebiet
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Die Offenbarung bezieht sich auf ein photovoltaisches Kontrollsystem und auf ein Photovoltaik System mit diesem photovoltaischen Kontrollsystem.
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Hintergrund
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Photovoltaik Systeme (PV System) sind Strom erzeugende Systeme, die Solarenergie durch den photovoltaischen Effekt in elektrische Energie umwandeln. Photovoltaik Systeme werden in stand-alone Photovoltaik-Systeme, netzgekoppelte Photovoltaik-Systeme und verteilte Photovoltaik-Systeme unterschieden. Die Hauptkomponenten eines Photovoltaik Systems sind eine Solarzelle, eine Batterie, ein Steuersystem und ein Wechselrichter. Da Photovoltaik Systeme eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Betriebsdauer haben, umweltverträglich sind und in der Lage sind, sowohl im stand-alone Modus als auch im netzgekoppelten Modus betrieben zu werden, werden die Photovoltaik Systeme weltweit von Unternehmen und Organisationen präferiert und haben daher eine gute Zukunftsperspektive. Zurzeit schließen kontrollierende Funktionen für Photovoltaik-Systeme hauptsächlich Gleichstromträgersignalempfang und Gleichstromträgersignalübertragung, Lichtbogenbildungssignaldetektion, Stromerkennung, etc. ein. Diese Funktionen werden im Allgemeinen unabhängig voneinander umgesetzt, was in einem hohem Platzbedarf und hohen Kosten resultiert.
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Zusammenfassung
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In Hinblick auf das vorstehend genannte werden ein photovoltaisches Kontrollsystem und ein Photovoltaik System mit diesem photovoltaischen Kontrollsystem entsprechend der Erfindung angegeben, die das technische Problem des hohen Platzbedarfs und der hohen Kosten lösen können.
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Die technische Lösung der gegenwärtigen Erfindung wird wie folgt beschrieben.
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Ein Photovoltaik System wird angegeben, mit folgenden Komponenten:
einem Transformator; und
einer Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung, einer Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung und einer Strom-Detektionsvorrichtung, wobei die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung, die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung und die Strom-Detektionsvorrichtung mit dem Transformator verbunden sind, wobei
ein Weg des Signals, nachdem es auf einem Gleichstrom-Bussystem eines Photovoltaiksystems durch den Transformator geflossen ist, in die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung führt, konfiguriert um ein Gleichstromträgersignal, das durch ein Einzel-Panel Monitoring-Modul des Photovoltaik Systems übertragen wurde, zu empfangen und zu analysieren, und ein weiterer Weg des Signals in die Strom-Detektionsvorrichtung führt, konfiguriert um den Gleichstromwert auf dem Gleichstrom-Bussystem zu messen; und
ein weiteres Gleichstromträgersignal, das durch die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung übertragen ist, über den Transformator zum Gleichstrom-Bussystem übertragen wird.
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Als weitere Verbesserung der oben genannten Lösung, hat das photovoltaische Kontrollsystem zusätzlich eine Lichtbogen-Detektionsvorrichtung, und noch ein weiterer Weg des Signals führt, nachdem das Signal auf dem Gleichstrom-Bussystem durch den Transformator geflossen ist, in die Lichtbogen-Detektionsvorrichtung, konfiguriert um zu bestimmen, ob an dem Gleichstrom-Bussystem ein Lichtbogenbildungsphänomen auftritt.
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Weiter hat die Lichtbogen-Detektionsvorrichtung eine zweite Nachfolge-Schaltung, eine Signalkonditionierungs- und Signalverstärkerschaltung, einen zweistufigen aktiven Tiefpassfilter zweiter Ordnung, einen zweistufigen aktiven Hochpassfilter zweiter Ordnung und einen zweiten Prozessor, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind; ein Eingangsanschluss der zweiten Nachfolge-Schaltung ist mit dem Transformator verbunden.
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Als weitere Verbesserung der oben genannten Lösung hat die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung eine erste Nachfolge-Schaltung, eine erste Filterschaltung, eine erste Verstärkerschaltung, eine erste Komparatorschaltung und einen ersten Prozessor, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind; ein Eingangsanschluss der ersten Nachfolge-Schaltung ist mit dem Transformator verbunden.
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Als weitere Verbesserung der oben genannten Lösung hat die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung eine Switch-Schaltung und einen dritten Prozessor, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind; ein Eingangsanschluss der Switch-Schaltung ist mit dem Transformator verbunden.
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Als weitere Verbesserung der oben genannten Lösung hat die Strom-Detektionsvorrichtung einen induktiven Sensor, eine dritte Nachfolge-Schaltung, eine zweite Filterschaltung, eine zweite Verstärkerschaltung und einen vierten Prozessor, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind; ein Eingangsanschluss des induktiven Sensors ist mit dem Transformator verbunden.
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Der induktive Sensor ist ein Hall-Sensor.
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Der induktive Sensor ist ein Fluxgate-Sensor (Magnetfeldsensor).
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Der induktive Sensor ist in einem Luftspalt des Transformators angeordnet.
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Ein Photovoltaik System entsprechend der Erfindung hat:
mindestens ein Solarpanel,
mindestens ein Einzel-Panel Monitoring-Modul, das zu dem mindestens einem Solarpanel gehört,
ein Gleichstrom-Bussystem, und
einen Wechselrichter, wobei
das mindestens eine Einzel-Panel Monitoring-Modul einen von dem mindestens einen dazugehörigen Solarpanel erfassten Parameter in ein Gleichstromträgersignal umwandelt und das Gleichstrom-Trägersignal an das Gleichstrom-Bussystem überträgt; und
das Photovoltaik System außerdem eines der oben beschriebenen photovoltaischen Kontrollsysteme hat, und der Transformator des photovoltaischen Kontrollsystems mit dem Gleichstrom-Bussystem verbunden ist.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Gleichstromträgersignalempfang und Gleichstromträgersignalübertragung, Lichtbogenbildungs-Detektion und Strom-Detektion mit einem einzigen Transformator erfolgen können und dadurch Kosten und Platz gespart werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein modularisiertes Strukturdiagramm eines Photovoltaik Systems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt ein modularisiertes Strukturdiagramm eines photovoltaischen Kontrollsystems des Photovoltaik Systems aus 1,
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3 zeigt ein detailliertes modularisiertes Strukturdiagramm eines photovoltaischen Kontrollsystems aus 2,
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4 zeigt ein modularisiertes Strukturdiagramm eines weiteren photovoltaischen Kontrollsystems des Photovoltaik Systems aus 1, und
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5 zeigt ein detailliertes modularisiertes Strukturdiagramm eines photovoltaischen Kontrollsystems aus 4.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Um das Objekt, die technischen Lösungen und die Vorteile der gegenwärtigen Erfindung besser zu verstehen, ist die gegenwärtige Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen und Ausführungsformen detailliert beschrieben. Die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen dienen zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung der Erfindung.
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1 zeigt ein Photovoltaik System mit mehreren Solarpanelen 10, mehreren Einzel-Panel Monitoring-Modulen 20, die jeweils zu den Solarpanelen 10 gehören, einem Gleichstrom-Bussystem 30, einem Wechselrichter 40 und einem photovoltaischen Kontrollsystem 50. Die mehreren Einzel-Panel Monitoring-Module 20 wandeln einen von den mehreren zugehörigen Solarpanelen 10 ermittelten Parameter in ein Gleichstromträgersignal um und übertragen das Gleichstromträgersignal zu dem Gleichstrom-Bussystem 30. Als Folge davon, wird das Gleichstromträgersignal über das Gleichstrom-Bussystem 30 übertragen.
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2 zeigt eine Ausführungsform des photovoltaischen Kontrollsystems 50 mit einem Transformator 100, einer Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200, einer Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300, einer Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung 400 und einer Strom-Detektionsvorrichtung 500. Die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200, die Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300, die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung 400 und die Strom-Detektionsvorrichtung 500 sind mit dem Transformator 100 verbunden. Gleichstromträgersignalempfang und Gleichstromträgersignalübertragung, Lichtbogenbildungsdetektion und Stromdetektion erfolgen mit nur einem Transformator, wodurch Kosten und Platz gespart werden.
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Nachdem ein Signal auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 durch den Transformator 100 geflossen ist, führt ein Weg des Signals in die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200, konfiguriert um ein Gleichstromträgersignal, das durch die mehreren Einzel-Panel Monitoring-Module 20 des Photovoltaik Systems übertragen wurde, zu empfangen und zu analysieren; ein weiterer Weg des Signals führt in die Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300, konfiguriert um zu bestimmen, ob ein Lichtbogenbildungsphänomen auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 auftritt; und ein weiterer Weg des Signals führt in die Strom-Detektionsvorrichtung 500, konfiguriert um den Gleichstrom auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 zu messen. Ein weiteres Gleichstromträgersignal, welches durch die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung 400 übertragen wird, wird über den Transformator 100 auf das Gleichstrom-Bussystem 30 übertragen.
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3 zeigt die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200 mit einer ersten Nachfolge-Schaltung 210, einer ersten Filterschaltung 220, einer ersten Verstärkerschaltung 230, einer ersten Komparatorschaltung 240 und einem ersten Prozessor 250, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind. Ein Eingangsanschluss der ersten Nachfolge-Schaltung 210 ist mit dem Transformator 100 verbunden.
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Die Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300 hat eine zweite Nachfolge-Schaltung 310, eine Signalkonditionierungs- und Signalverstärkerschaltung 320, einen zweistufigen aktiven Tiefpassfilter zweiter Ordnung 330, einen zweistufigen aktiven Hochpassfilter zweiter Ordnung 340 und einen zweiten Prozessor 350, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind. Ein Eingangsanschluss der zweiten Nachfolge-Schaltung 310 ist mit dem Transformator 100 verbunden.
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Die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung 400 hat eine Switch-Schaltung 410 und einen dritten Prozessor 420, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind. Ein Eingangsanschluss der Switch-Schaltung 410 ist mit dem Transformator 100 verbunden.
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Die Strom-Detektionsvorrichtung 500 hat einen induktiven Sensor 510, eine dritte Nachfolge-Schaltung 520, eine zweite Filterschaltung 530, eine zweite Verstärkerschaltung 540 und einen vierten Prozessor 550, die alle in der aufgelisteten Reihenfolge verbunden sind. Ein Eingangsanschluss des induktiven Sensors 510 ist mit dem Transformator 100 verbunden.
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Der Transformator 100 in dem photovoltaischen Kontrollsystem ist zum Überwachen von Gleichstromträgersignalempfang und Gleichstromträgersignalübertragung, Lichtbogenbildungssignalempfang und Lichtbogenbildungsdetektion und Gleichstrom-Größendetektion konfiguriert. Nachdem ein Signal auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 durch den Transformator 100 geflossen ist, führt ein Weg des Signals in die Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200, durch die erste Nachfolge-Schaltung 210 der Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200, konfiguriert um das Gleichstromträgersignal, das durch ein Solarpanel Monitoring-Modul, das heißt die mehreren Einzel-Panel Monitoring-Module 20, übermittelt wurde, zu empfangen und zu analysieren, und um das Gleichstromträgersignal in eine Nachricht aus Parametern, wie Spannung oder Temperatur, von den mehreren Solarpanelen 10 zu konvertieren, entsprechend einem festgelegten Protokoll; und ein anderer Weg des Signals führt in die Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300, durch die zweite Nachfolge-Schaltung 310 der Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300, um zu bestimmen, ob ein Lichtbogenbildungsphänomen auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 auftritt. Ob ein Lichtbogenbildungsphänomen in einem Stromkreis auftritt, wird durch Analysieren einer Wechselstromkomponente auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 bestimmt. Der Gleichstrom auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 wird gemessen durch: Umwandeln, eines Stromsignals in ein Spannungssignal durch den induktiven Sensor 510 der Strom-Detektionsvorrichtung 500, damit es in die Strom-Detektionsvorrichtung 500 strömen kann. Zusätzlich wird das andere Gleichstromträgersignal durch die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung 400 über den Transformator 100 auf das Gleichstrom-Bussystem 30 übertragen, um eine Ausbildung bidirektionaler Kommunikation zu erhalten.
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Wie vorstehend beschrieben, wird das, durch die mehreren Einzel-Panel Monitoring-Module 20 übertragene Gleichstromträgersignal auf das Gleichstrom-Bussystem 30 übertragen. Nachdem das Signal vom Transformator 100 wahrgenommen wurde, gelangt es durch die erste Nachfolge-Schaltung 210 in die erste Filterschaltung 220. Die erste Filterschaltung 220 kann ein Interferenzsignal mit einer kleinen Amplitude und hoher Frequenz herausfiltern. Die erste Verstärkerschaltung kann das Output-Signal aus der ersten Filterschaltung 220 verstärken, um zu ermöglichen, dass das Output-Signal einen Grenzwert der ersten Komparatorschaltung 240 erreicht. Nachdem das Gleichstromträgersignal durch die erste Komparatorschaltung 240 umgebildet wurde, gelangt das Gleichstromträgersignal in den ersten Prozessor 250. Der erste Prozessor 250 führt Vorgänge durch wie Analyse auf gültige Daten, entsprechend einem vorher festgelegten Kommunikationsprotokoll. Zum Schluss werden die analysierten Daten von der Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung 200 zur Datendarstellung und zur Analyse zu einem höheren Monitoring-System hochgeladen, wie einem Server.
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Die Wechselstromkomponente des Gleichstrom-Bussystems 30 gelangt in die Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300, nachdem sie durch den Transformator 100 ausgekoppelt wurde. Die Wechselstromkomponente wird durch die zweite Nachfolge-Schaltung 310 erhalten und anschließend durch die Signalkonditionierungs- und Signalverstärkerschaltung 320 konditioniert und verstärkt. Nachdem sie den zweistufigen aktiven Tiefpassfilter zweiter Ordnung 330 durchflossen hat, wird die Komponente in den zweistufigen aktiven Hochpassfilter zweiter Ordnung eingespeist. Der zweite Prozessor 350 bestimmt durch Analyse einer Spannungshöhe eines Signals mit einem dazugehörigen Frequenzband der Komponente, ob ein Lichtbogenbildungsphänomen auftritt.
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In dem Fall, dass der Server die Daten zu den mehreren Einzel-Panel Monitoring-Modulen 20 übermitteln muss, kann dieses durch die Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung 400 realisiert werden. Der dritte Prozessor 420 codiert die zu übertragenen Daten entsprechend einem vorher festgelegten Protokoll. Ein Pulssignal wird durch Ein- und Ausschalten der Switch-Schaltung 410 generiert und über den Transformator auf das Gleichstrom-Bussystem 30 gelegt. Die mehreren Einzel-Panel Monitoring-Module 20 können das Signal empfangen und analysieren und dadurch Kommunikation ermöglichen.
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Nachdem das Stromsignal auf dem Gleichstrom-Bussystem 30 den induktiven Sensor 510 durchflossen hat, kann ein Spannungssignal proportional zu der Magnitude eines Stromsignals generiert werden. Das Spannungssignal wird durch die dritte Nachfolge-Schaltung 520, die zweite Filterschaltung 530 und die zweite Verstärkerschaltung 540 in den vierten Prozessor 550 eingespeist, und ein Stromwert des Gleichstrom-Bussystems 30 wird erhalten. Der induktive Sensor 510 kann ein Hall-Sensor oder ein Fluxgate-Sensor sein und kann in einem Luftspalt des Transformators 100 angeordnet sein.
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Bei anderen Ausführungsformen, wie in 4 und 5 gezeigt, gibt es keine Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung 300.
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Die Beschreibungen beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und sollen die Erfindung nicht eingrenzen. Jegliche Änderungen, Äquivalente und Modifikationen, die dem Gedanken und dem Prinzip der Erfindung entsprechen, fallen in den Schutzbereich der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Solarpanel
- 20
- Einzel-Panel Monitoring-Modul
- 30
- Gleichstrom-Bussystem
- 40
- Wechselrichter
- 50
- Photovoltaisches Kontrollsystem
- 100
- Transformator
- 200
- Pulsträgersignal-Detektionsvorrichtung
- 210
- erste Nachfolge-Schaltung
- 220
- erste Filterschaltung
- 230
- erste Verstärkerschaltung
- 240
- erste Komparatorschaltung
- 250
- erster Prozessor
- 300
- Lichtbogenbildungs-Detektionsvorrichtung
- 310
- zweite Nachfolge-Schaltung
- 320
- Signalkonditionierungs- und Signalverstärkerschaltung
- 330
- zweistufiger aktiver Tiefpassfilter zweiter Ordnung
- 340
- zweistufiger aktiver Hochpassfilter zweiter Ordnung
- 350
- zweiter Prozessor
- 400
- Pulsträgersignal-Übertragungsvorrichtung
- 410
- Switch-Schaltung
- 420
- dritter Prozessor
- 500
- Strom-Detektionsvorrichtung
- 510
- induktiver Sensor
- 520
- dritte Nachfolge-Schaltung
- 530
- zweite Filterschaltung
- 540
- zweite Verstärkerschaltung
- 550
- vierter Prozessor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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