DE202021003646U1 - Regulation and control assembly for PV panels - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02S50/00Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

Regel- und Steuer-Baugruppe für PV-Paneele, umfassend einen DC-DC-Wandler sowie einen Mikrocontroller, welcher eine Mehrzahl von Steuer- und Regelkreisen regelt und steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller getaktet arbeitend eingangsseitig mit mindestens 3 Strings mindestens eines Paneels abwechselnd verbindbar ist und ausgangsseitig eine +-10% konstante, mindestens 4fach höhere Spannung, bevorzugt eine Spannung von mindestens 100 V, besonders bevorzugt eine Spannung von 230 Volt, bereitstellend ausgebildet ist.Regulation and control assembly for PV panels, comprising a DC-DC converter and a microcontroller, which regulates and controls a plurality of control and regulation circuits, characterized in that the microcontroller works clocked on the input side with at least 3 strings of at least one panel can be connected alternately and is configured on the output side to provide a +-10% constant voltage that is at least 4 times higher, preferably a voltage of at least 100 V, particularly preferably a voltage of 230 volts.

Description

ALLGEMEINER BEREICHGENERAL AREA

Die Erfindung ist im allgemeinen Bereich der Elektrik und Elektronik in Photovoltaiksystemen angesiedelt. Photovoltaik, nachfolgend mit PV abgekürzt, stellt auf eine Erzeugung von elektrischem Strom aus Lichtquanten ab.The invention is located in the general field of electrics and electronics in photovoltaic systems. Photovoltaics, hereinafter abbreviated to PV, is based on the generation of electrical current from light quanta.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regel- und Steuer-Baugruppe gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche. Zweck der Regel- und Steuer-Baugruppen im PV-Bereich ist das Verbessern der Effizienz. Strom soll möglichst effizient erzeugt, gespeichert und an den Bedarfsort übertragen werden können.The present invention relates to a regulation and control assembly according to the preamble of the independent claims. The purpose of the regulation and control assemblies in the PV sector is to improve efficiency. Electricity should be generated, stored and transmitted to where it is needed as efficiently as possible.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART

PV wird intensiv beforscht und ist Gegenstand vieler Innovationen. Im chronologischen Überblick kann man einige, etablierte Grundprinzipien identifizieren:

  • Im Jahre 2003 offenbart die US2003/0048648 A1 einen DC-DC-Wandler mit Sensor, dessen Messwert zur Regelung des Wandlers herangezogen wird. In 5 ist ein IC offenbart, welcher regelnd eingebunden ist. Mehrere Feedback-Schleifen sind in den Erläuterungen offenbart und tragen zur Qualität der Regelung bei.
  • Im Jahre 2004 offenbart die US2004/0249876 A1 Wandler für Stromnetze, wobei die Wandler gemäß der Absätze 26 ff. programmierbare Komponenten sowie Software umfassen können. Durch verbesserte Analyse der mit einer Frequenz anfallenden Messdaten über eine Betrachtung der Fehlerquadrate (Standardabweichung ) wird genauer ermittelt, welche Messwerte eine schädliche Leistungs-Spitze anzeigen und eine Abschaltung rechtfertigen.
  • Im Jahre 2009 beschreibt die WO 2009/051853 A1 ein System zur hoch effizienten PV-Nutzung. Gemäß der Zusammenfassung auf Seite 1 sind Effizienzen von 92% bis hin zur optimalen Effizienz (nur noch Leitungsverluste durch die Stromleitungen) zugänglich. Mithin soll hier der jeweils optimale Leistungspunkt einer PV-Anlage angefahren werden. Nachteilig ist jedoch unter den vielen, ergänzenden und kombinierbaren Aspekten nicht erkennbar, wie dies sinnvoll auf Ebene eines oder weniger PV-Paneel umgesetzt und zuverlässig erreicht werden könnte.
PV is the subject of intensive research and is the subject of many innovations. In a chronological overview one can identify some established basic principles:
  • In 2003 revealed the US2003/0048648 A1 a DC-DC converter with a sensor, the measured value of which is used to control the converter. In 5 discloses an IC which is involved in regulation. Several feedback loops are disclosed in the explanations and contribute to the quality of the control.
  • In 2004 revealed the US2004/0249876 A1 Converters for power grids, which converters according to paragraphs 26 et seq. may include programmable components and software. Improved analysis of the measurement data occurring with a frequency via a consideration of the least squares (standard deviation) determines more precisely which measurement values indicate a harmful power peak and justify a shutdown.
  • In 2009 describes the WO 2009/051853 A1 a system for highly efficient PV use. According to the summary on page 1, efficiencies from 92% to optimal efficiency (only line losses through the power lines) are accessible. Consequently, the optimal performance point of a PV system should be approached here. However, given the many additional and combinable aspects, it is disadvantageous that it cannot be seen how this could be sensibly implemented and reliably achieved at the level of one or fewer PV panels.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Regel- und Steuer-Baugruppe für PV-Paneele bereitzustellen, welche trotz weniger und nachvollziehbarer Maßnahmen eine erheblich gesteigerte Effizienz im Betrieb von PV-Paneelen bereitzustellen vermag.The object of the present invention was therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a regulation and control assembly for PV panels which, despite fewer and comprehensible measures, is able to provide significantly increased efficiency in the operation of PV panels.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.This problem is solved according to the features of the independent claims. Advantageous embodiments result from the dependent claims and the following description.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Erfindungsgemäß umfasst die Regel- und Steuer-Baugruppe für PV-Paneele einen DC-DC-Wandler sowie einen Mikrocontroller, welcher eine Mehrzahl von Steuer- und Regelkreisen regelt und steuert, wobei der Mikrocontroller getaktet arbeitend eingangsseitig mit mindestens 3 Strings mindestens eines PV-Paneels verbunden ist und ausgangsseitig eine +-10% konstante, mindestens 4fach höhere Spannung, bevorzugt eine Spannung von mindestens 100 V, besonders bevorzugt eine Spannung von 230 Volt, bereitstellend ausgebildet ist. Vorteil dieser Erfindung ist, dass die integrierte Elektronik dafür sorgen kann, dass die einzelnen Strings oder Zellen immer in ihrem Wirkungsoptimum betrieben werden, was bis dahin nicht möglich war. Es ist allgemein bekannt das eine Fotovoltaikzelle ein sogenanntes Wirkungsoptimum hat das mit Ihrer Ampermässigen Belastung zusammenhängt. Wird ein Paneel ungleichmäßig mit Licht bestrahlt, wird dieses Wirkungsoptimum der einzelnen Zellen derart verschoben, das der Gesamtwirkungsgrad eines Paneels derart leiden kann, das es bis zu 50% oder mehr Verlust geben kann. Auch hier schafft die vorliegende Erfindung massiv Abhilfe, da die Zellen nun jede für sich oder als Clusterverbund in ihrem Optimum betrieben werden.According to the invention, the regulation and control assembly for PV panels comprises a DC-DC converter and a microcontroller, which regulates and controls a plurality of control and regulation circuits, the microcontroller working clocked on the input side with at least 3 strings of at least one PV panel is connected and on the output side a +-10% constant voltage that is at least 4 times higher, preferably a voltage of at least 100 V, particularly preferably a voltage of 230 volts, is designed to provide it. The advantage of this invention is that the integrated electronics can ensure that the individual strings or cells are always operated at their optimum, which was not possible until then. It is generally known that a photovoltaic cell has a so-called optimum effect that is related to its amperage load. If a panel is irradiated with light unevenly, this optimum effect of the individual cells is shifted in such a way that the overall efficiency of a panel can suffer in such a way that there can be a loss of up to 50% or more. Here, too, the present invention provides a massive remedy, since the cells are now each operated at their optimum individually or as a cluster.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER MERKMALEDESCRIPTION OF THE INVENTION AND ADVANTAGEOUS FEATURES

Erfindungsgemäß wird eine Regel- und Steuer-Baugruppe für PV-Paneele, umfassend einen DC-DC-Wandler sowie einen Mikrocontroller, welcher eine Mehrzahl von Steuer- und Regelkreisen regelt und steuert, beansprucht, wobei der Mikrocontroller getaktet arbeitend eingangsseitig mit mindestens 3 Strings mindestens eines Paneels abwechselnd verbindbar ist und ausgangsseitig eine +-10% konstante, mindestens 4fach höhere Spannung, bevorzugt eine Spannung von mindestens 100 V, besonders bevorzugt eine Spannung von 230 Volt, bereitstellend ausgebildet ist.According to the invention, a regulation and control assembly for PV panels, comprising a DC-DC converter and a microcontroller, which regulates and controls a plurality of control and regulation circuits, is claimed, the microcontroller working clocked on the input side with at least 3 strings at least of a panel can be connected alternately and is designed to provide a +-10% constant, at least 4 times higher voltage, preferably a voltage of at least 100 V, particularly preferably a voltage of 230 volts, on the output side.

Bevorzugt sind die Strings galvanisch voneinander getrennt angeordnet.The strings are preferably arranged galvanically isolated from one another.

Bevorzugt weist der Mikrocontroller einen nichtflüchtigem Speicher, bevorzugt einen FRAM-Speicher, auf.The microcontroller preferably has a non-volatile memory, preferably an FRAM memory.

Bevorzugt weist der Mikrocontroller einen Leistungswertspeicher, bevorzugt einen Leistungswertspeicher mit 3 Jahren Speicherkapazität bei minütlicher Werterfassung, auf.The microcontroller preferably has a power value memory, preferably a power value memory with a storage capacity of 3 years with value acquisition every minute.

Bevorzugt umfasst der Mikrocontroller einen CRISC-Prozessor.The microcontroller preferably includes a CRISC processor.

Bevorzugt ist jeder String mit mindestens einem schaltbaren Relais eingangsseitig verbunden.Each string is preferably connected to at least one switchable relay on the input side.

Bevorzugt ist jeder String mit mindestens einem schaltbaren Relais ausgangsseitig verbunden.Each string is preferably connected to at least one switchable relay on the output side.

Bevorzugt umfasst die Vorrichtung Überlast-Kondensatoren, welche über Regelkreise Spannungsspitzen kompensierend eingebunden sind.The device preferably includes overload capacitors, which are integrated via control circuits to compensate for voltage peaks.

Bevorzugt ist jeder String per Relais kurzschließbar ausgebildet.Each string can preferably be short-circuited by a relay.

Bevorzugt umfasst die hier beanspruchte Vorrichtung ein PV-Paneel mit einer Mehrzahl an Zellgruppen, welche in mindestens 3 gemeinsame, galvanisch voneinander getrennte und zwei Anschlüsse aufweisende, Gleichstrom abgebende Strings unterteilt sind. Ein getakteter Mikrocontroller, welcher in kostengünstigster Bauweise vorteilhaft ein getakteter IC sein kann, regelt jeden String sukzessive zugangsseitig auf ein optimales I-U-Verhältnis, um die verfügbare Leistung mit optimaler Effizienz abrufen zu können. Abgabeseitig schließen sich für jeden String ein zugeordneter Step-up-Wandler an, welche synchronisiert zum Takt oder im gleichen Takt die Leistung abrufen und auf konstante 230 V +-10% DC hochregelt. Diese mindestens 3 Abagbe-Kontakte der Strings münden parallel geschaltet auf einem Ausgabe-Anschluss, welcher stets 230 +- 10% Volt bereitstellt. Die ausführbar auf einem Datenträger oder einem Prozessor vorliegende Software sieht mithin eine Mindest-Befehlsfolge vor, welche zunächst zugangsseitig auf verfügbare und nutzbare Leistung prüft; bei ungenügender Leistung vorteilhaft das Abschalten und Dekontaktieren des jeweiligen Strings für den verbleibenden Ablauf; das Erhöhen der I-U-Werte der nutzbaren Strings auf maximale Effizienz innerhalb des jeweiligen Strings; das Verbinden des jeweiligen, eingestellten Strings mit dem zugeordneten Step-Up-Wandler; das Erhöhen der Spannung auf 230 +- 10 V DC; Abgabe der aufgebauten Leistung bis 80% Resteffizienz; Trennen aller Kontakte; Rücksprung zu Befehl 1 und Start einer neuen Befehlsfolge wie zuvor; vorsieht. Optional werden die Zyklen der einzelnen Strings mit erhöhter Frequenz gegeneinander versetzt, um eine höhere Konstanz in der abgabeseitig verfügbaren Leistung bei hoch gleichmäßigen Nutzungsbedinungen bereitzustellen. Über einen simplen DC-AC-Konverter können übliche Geräte angeschlossen oder DC-Geräte können im direkten Anschluss betrieben werden. Letzteres erlaubt das Aufbauen eines Stromnetzes, bei dem in den jeweiligen Endgeräten sonst notwendige AC-DC-Wandler vorteilhaft und Ressourcen-schonend eliminiert werden können. Vor diesem Hintergrund offenbart die vorliegende Innovation auch ein Gesamtkonzept, bei dem erfindungsgemäß ausgerüstete PV-Paneele über übliche, kostengünstige Kabel sowohl DC- als auch AC-Endgeräte in einem Hybridnetzwerk direkt mit Leistung versorgen können; ergänzt durch step-down-Konverter können parallel übliche Spannungen digitaler Endgeräte eine Integration von üblicher Elektronik erlauben, bis hin zur einfacheren Einbindung von Smart-Home Automatisierungskonzepten.The device claimed here preferably comprises a PV panel with a plurality of cell groups which are subdivided into at least 3 common strings which are galvanically isolated from one another and have two terminals and which emit direct current. A clocked microcontroller, which can advantageously be a clocked IC in the most cost-effective design, regulates each string successively on the access side to an optimal I-U ratio in order to be able to call up the available power with optimal efficiency. On the output side, an assigned step-up converter is connected for each string, which retrieves the power synchronized to the clock or in the same clock and regulates it up to a constant 230 V +-10% DC. These at least 3 Abagbe contacts of the strings, connected in parallel, lead to an output connection, which always provides 230 +- 10% volts. The software that is executable on a data carrier or a processor therefore provides a minimum sequence of commands, which first checks on the access side for available and usable power; in the event of insufficient power, switching off and de-contacting the respective string for the remaining process is advantageous; increasing the I-U values of the usable strings to maximum efficiency within each string; connecting the respective set string to the associated step-up converter; increasing the voltage to 230 +- 10 V DC; Delivery of the built-up power up to 80% residual efficiency; disconnecting all contacts; return to command 1 and start a new command sequence as before; provides. Optionally, the cycles of the individual strings are offset against each other with increased frequency in order to provide greater consistency in the power available on the output side with highly uniform usage conditions. Usual devices can be connected via a simple DC-AC converter or DC devices can be directly connected. The latter allows a power grid to be set up in which the AC-DC converters that would otherwise be required in the respective end devices can be eliminated in an advantageous and resource-saving manner. Against this background, the present innovation also reveals an overall concept in which PV panels equipped according to the invention can supply power directly to both DC and AC end devices in a hybrid network via standard, inexpensive cables; Supplemented by step-down converters, the usual voltages of digital end devices can allow the integration of usual electronics, up to the simpler integration of smart home automation concepts.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen. Es versteht sich, dass die vorbeschriebenen, bevorzugten Merkmale, Vorteile und nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht beschränkend aufzufassen sind. Vorteilhafte oder bevorzugte, zusätzliche Merkmale und zusätzliche Merkmalskombinationen, wie sie in der Beschreibung erläutert und als technischer Hintergrund bekannt sind, können im Rahmen der unabhängigen Ansprüche im beanspruchten Gegenstand als zusätzliche Merkmale und Maßnahmen sowohl einzeln als auch abweichend kombiniert verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde.Further advantages result from the exemplary embodiments. It goes without saying that the preferred features, advantages and exemplary embodiments described above are not to be interpreted as restrictive. Advantageous or preferred additional features and additional combinations of features, as explained in the description and known as technical background, can be realized within the scope of the independent claims in the claimed subject matter as additional features and measures, both individually and in different combinations, without the range of the invention would leave.

DETAILLIERTE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG AN HAND VON AUSFÜHRUNGBEISPIELENDETAILED EXPLANATION OF THE INVENTION USING EXEMPLARY EMBODIMENTS

Die Besonderheit der hier relevanten Power-Up-Solar-Zellen, nachfolgend PUSZ genannt, besteht darin, daß die Spannung in oder unmittelbar an den Einzelnen oder mehreren Zellen direkt oder indirekt hochgesetzt wird, ohne dass dabei ein hoher Verlust durch Spannungsabfall der externen Dioden ins Gewicht fällt. Der große Vorteil beruht darauf, daß die Spannung direkt in der Zelle oder unmittelbar an der Zelle auf eine höhere Spannung von mindestens 100V, bevorzugt 230V +-10%, hochgesetzt wird.The special feature of the power-up solar cells relevant here, hereinafter referred to as PUSZ, is that the voltage in or directly on the individual or several cells is increased directly or indirectly without a high loss due to voltage drop of the external diodes ins weight falls. The great advantage is based on the fact that the voltage is increased directly in the cell or directly on the cell to a higher voltage of at least 100V, preferably 230V +/-10%.

Normale Fotovoltaikzellen haben eine Spannung zwischen 0,3V bis 0,7V und selbst die besten erhältlichen Shottky Dioden weisen unter Last einen Spannungsabfall von durchschnittlich 0.3V auf, was bei einzelnen Zellen 70 - 95% oder gar mehr ihrer Leistung ausmacht. Dies bedeutet, dass beispielsweise in einer bis heute verwendeten „Junction Box“ die Leistung von 1-3 Zellen per Paneel in den Dioden verloren gehen . Setzt man nun die Spannung in bevorzugter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für monokristaline Zellen mittels integrierter Schaltung auf konstante 100V, bevorzugt 230V +- 10%, hoch, so werden die 0,3V Spannungsabfall nur noch Bruchteile der Prozente ausmachen und alle Zellen könnten Parallel im String verschachtelt werden. Dies bringt dann auch den weiteren Vorteil, dass der Spannungsabfall in den Leiterbahnen bzw. Verbindungen der Zellen untereinander durch die Länge der Leitungen nicht mehr derart ins Gewicht fällt.Normal photovoltaic cells have a voltage between 0.3V to 0.7V and even the best Shottky diodes available have an average voltage drop of 0.3V under load, which accounts for 70 - 95% or even more of their output for individual cells. This means that, for example, in a “Junction Box” the power of 1-3 cells per panel will be lost in the diodes. If you now set the voltage in a preferred embodiment of the present invention for monocrystalline cells by means of an integrated circuit to a constant 100V, preferably 230V +/- 10%, the 0.3V voltage drop will only be a fraction of the percentage and all cells could be parallel in the string be nested. This then also has the further advantage that the voltage drop in the conductor tracks or connections between the cells is no longer of such importance due to the length of the lines.

Die hier vorgesehene Technologie der chipbasierenden Spannungshochsetzung ist in anderen, technischen Bereichen schon in vielen Variationen verfügbar. Beispielsweise wird in Flashspeicher Chips die Programmierspannung von den rund 3V Betriebspannung auf 17V direkt hochgesetzt. Oder es sind für sogenannte VFD Anzeigeröhren heute auch Chips erhältlich, die intern ohne externe Komponenten die Spannung auf beispielsweise 60V hochsetzen.The chip-based voltage step-up technology provided here is already available in many variations in other technical areas. For example, in flash memory chips, the programming voltage is directly increased from the approximately 3V operating voltage to 17V. Or there are also chips available today for so-called VFD display tubes that increase the voltage internally to 60V, for example, without external components.

Solche Verfahren können vorteilhaft direkt durch spezielle Dotierungen in die Solarzellenwafer unter den Anschlußpunkten als Schaltung integriert werden, wie sie heute auch ähnlich den TFT Anzeigen eingesetzt wird. Es wäre ergänzend vorteilhaft möglich beim Einlaminieren der Solarzellenwafer, extern als Microschaltung Induktiv mit Microspulen oder Kapazitive Hochsetzer mit sogenannten „CerCos“ (Keramik Kondensatoren), Hochsetzerschaltungen zu integrieren.Such methods can advantageously be integrated directly into the solar cell wafer under the connection points as a circuit using special doping, as is also used today in a similar way to TFT displays. When laminating the solar cell wafers, it would also be possible to integrate external booster circuits as inductive microcircuits with microcoils or capacitive boosters with so-called "CerCos" (ceramic capacitors).

Nach heutigem Stand der Technik ist allgemein bekannt, das die Amperleistung stärker in längeren Leitungen abnimmt als die Voltspannung. According to the current state of the art, it is generally known that the amperage decreases more than the voltage in longer lines.

Aus diesem Grund baut man auch heute Hochsetzer Trafo-Stationen und überträgt die Netzspannung als Hochspannung, um die Verluste in den langen Leitungen zu minimieren.For this reason, step-up transformer stations are built today and the mains voltage is transmitted as high voltage in order to minimize losses in the long lines.

Wendet man nun das Verfahren und entsrechende Schaltungen bei Fotovoltaikzellen im Paneel an, ist der Wirkungsgrad sehr konstant; durch Parallelschaltung von mindestens 3, bevorzugt mehr, Strings innerhalb eines Paneels ist eine Spannungskonstanz sogar dann gegeben, wenn beispielsweise teilweise einzelne Zellen durch Blätter oder Schmutz abgedeckt werden. Normalerweise verliert ein Paneel in dieser Situation bis zu einen kompletten String, (Reihe von Zellen) in einem Paneel, das dann mittels der Dioden in der „Junktions Box“ vom Solarzellenverbund entkoppelt wird. Hier bringt nun die vorliegende Erfindung Abhilfe, durch das jede Zelle oder Cluster von Zellen immer beispielsweise 100V, bevorzugt 230V +-10% erzeugen. Dies geschieht durch die beispielsweise in der Zelle integrierter oder unmittelbar angefügten Hochsetzung der Spannung. Ein weiterer Vorteil ist, das bereits eine Entkopplung stattfindet und eine externe Entkopplung sogar überflüssig wird. Beispielsweise durch den Verlust einer einzelnen 1,2Watt Zelle (anstelle 0,6V und 2A fließen jetzt 100V und 12mA), wird der Verlust in der Kontaktierung und den Verbindungsstrings von wenigen Prozent auf wenige Promille reduziert. Das heißt, das der minimale Verlust der Hochsetzerschaltung durch den reduzierten Verlust hier wieder wettgemacht wird. So ist per Paneel sogar ein besserer Wirkungsgrad als bisher zu erwarten. Dies bringt nun auch den entscheidenden Vorteil, dass die Anoden oder Kathoden aller Zellen auf eine leitende Platte montiert werden können, so daß der rückseitige String entfallen kann und so ein optimales ableiten der Wärme und das elektrische Kontaktieren der Zellen kompakter realisiert werden kann.If you now apply the method and corresponding circuits to photovoltaic cells in the panel, the efficiency is very constant; By connecting at least 3, preferably more, strings in parallel within a panel, the voltage is constant even if, for example, individual cells are partially covered by leaves or dirt. Normally a panel in this situation loses up to one complete string (row of cells) in a panel, which is then decoupled from the solar cell array by means of the diodes in the "junction box". The present invention now provides a remedy here, as each cell or cluster of cells always generates, for example, 100V, preferably 230V+-10%. This is done, for example, by increasing the voltage, which is integrated or directly added to the cell. Another advantage is that decoupling already takes place and external decoupling is even superfluous. For example, through the loss of a single 1.2 watt cell (instead of 0.6V and 2A, 100V and 12mA are now flowing), the loss in the contacts and the connection strings is reduced from a few percent to a few per thousand. That is, the minimal loss of the booster circuit is offset by the reduced loss here. For example, even better efficiency than before can be expected per panel. This now also brings the decisive advantage that the anodes or cathodes of all cells can be mounted on a conductive plate, so that the rear string can be omitted and thus optimal heat dissipation and electrical contacting of the cells can be realized more compactly.

Es ist auch allgemein bekannt, das die durch die Photonen erzeugten Elektronen nicht schnell genug „abfließen“ können, was auch oft eine Verminderung des Wirkungsgrades der Zelle ausmacht. Auch hier schafft die vorliegende Erfindung vorteilhaft Abhilfe. Eine kontrollierte Steuerung dieser Schaltung kann nun pulsierend die sogenannten Elektronenwolken aus dem Silizium ableiten und den Wirkungsgrad nochmals prozentual erhöhen.It is also well known that the electrons generated by the photons cannot "flow away" quickly enough, which often results in a reduction in the efficiency of the cell. Here, too, the present invention provides an advantageous remedy. A controlled control of this circuit can now pulsate the so-called electron clouds from the silicon and increase the efficiency percentage again.

Das in dem mindestens einen Mikrocontroller einprogrammierte Regelverhalten kann auch als Verfahren erläutert werden. Es versteht sich, dass hierbei der Begriff ‚Verfahren‘ auf einen ausführbaren, in der beanspruchten Vorrichtung einprogrammierten Code abstellt, welcher über die entsprechenden, einem Fachmann geläufigen Teil-Baugruppen als Steuer- und Regelbaugruppe ausgebildet ist. Mithin bietet die vorliegende Vorrichtung ein Verfahren ab, welches eine konstante, erhöhte Ausgangsspannung von Fotovoltaikzellen zur Folge hat. Eine Hochsetzer-Schaltung oder Schaltungen ist dabei vorteilhaft direkt in oder an den Zellen oder Zellencluster integriert.The control behavior programmed into the at least one microcontroller can also be explained as a method. It goes without saying that the term 'method' refers to an executable code programmed into the claimed device, which is designed as a control and regulating assembly via the corresponding sub-assemblies familiar to a person skilled in the art. Consequently, the present device offers a method which results in a constant, increased output voltage of photovoltaic cells. A step-up circuit or circuits is advantageously integrated directly in or on the cells or cell clusters.

Bevorzugt sind externe Hochsetzer Schaltungen unmittelbar an den Zellen oder Zellencluster angebracht, wobei diese mittels Spulen die Spannung erhöhen um die Verlustleistung in den Verbindungen zu reduzieren. Bevorzugt sind externe Hochsetzer Schaltungen unmittelbar an den Zellen oder Zellenclustern angebracht, die mittels Kondensatoren und/oder Spannungsvervielfachern die Spannung erhöhen um die Verlustleistung in den Verbindungen zu reduzieren.External step-up circuits are preferably attached directly to the cells or cell clusters, these increasing the voltage by means of coils in order to reduce the power loss in the connections. External step-up circuits are preferably attached directly to the cells or cell clusters, which use capacitors and/or voltage multipliers to increase the voltage in order to reduce the power loss in the connections.

Bevorzugt sind Hochsetzer Schaltungen in die Zellen integriert, damit Hochsetzer Schaltungen die Spannung erhöhen um die Verlustleistung in den Verbindungen zu reduzieren.Booster circuits are preferably integrated into the cells, thus booster circuits increase the voltage to reduce the power dissipation in the connections.

Bevorzugt werden die Spannung erhöht um die Verlustleistung in Entkoppeldioden zu reduzieren.The voltage is preferably increased in order to reduce the power loss in decoupling diodes.

Bevorzugt werden die bei Fotovoltaikzellen entstehenden belichtungsabhänigen Leistungsdaten zu einer Wirkungsoptimierung durch Hochsetzung und Regelung der Betriebsspannung herangezogen.The exposure-dependent performance data arising from photovoltaic cells are preferably used to optimize the effect by increasing and regulating the operating voltage.

Bevorzugt werden Leistungsverschiebungen zwischen den Strings durch direkte oder indirekte Regelschaltung mit genutzt.Power shifts between the strings are preferably also used through direct or indirect control circuitry.

Bevorzugt wird die Spannung der Zelle unmittelbar oder direkt deutlich über den Spannungsabfall der Enkoppeldioden gesetzt.The voltage of the cell is preferably directly or directly set significantly above the voltage drop of the decoupling diodes.

Bevorzugt wird die Spannung jedes Strings direkt in der beanspruchten Regelschaltung an jeweiligem Paneel hochgesetzt.The voltage of each string is preferably increased directly in the claimed control circuit on the respective panel.

Bevorzugt wird die Spannung in eine netzsynchronisierte Netzspannung gewandelt.The voltage is preferably converted into a grid-synchronized grid voltage.

Bevorzugt misst die Regelschaltung zyklisch verfügbare Parameter, ermittelt einen optimalem Wattpeak in einer U/I-Kurve und es wird entsprechend nachgeregelt, sodass die Zellen permanent im Optimalem Wirkungsgrad betrieben werden.The control circuit preferably measures cyclically available parameters, determines an optimal watt peak in a U/I curve and it is readjusted accordingly, so that the cells are permanently operated at optimal efficiency.

Bevorzugt wird in einer Fotovoltaikzelle mit einer unter den rückseitigen Anschlüssen integrierten Schaltung die Spannung hochgesetzt. Bevorzugt realisiert eine externe Hochsetzer-Schaltung die erhöhte Betriebsspannung der Fotovoltaikzelle.In a photovoltaic cell with an integrated circuit under the rear connections, the voltage is preferably boosted. An external step-up circuit preferably implements the increased operating voltage of the photovoltaic cell.

Bevorzugt wird in einem Cluster von 4 Zellen und über eine zentrale Spannungsvervielfacherschaltung die erhöhte Spannung realisiert. Diese kann dann über eine Sammelschiene im Paneel zusammengeführt und ausgeleitet werden.The increased voltage is preferably realized in a cluster of 4 cells and via a central voltage multiplier circuit. This can then be brought together and diverted via a busbar in the panel.

Bevorzugt wird eine Spannungsvervielfacherschaltung als parallele Zusammenschaltung einzelner Zellencluster realisiert.A voltage multiplier circuit is preferably implemented as a parallel interconnection of individual cell clusters.

Bevorzugt wird in einem Paneel mit Hilfe der Spannungsvervielfacherschaltung eine parallele Zusammenschaltungen der einzelnen Strings realisiert.A parallel interconnection of the individual strings is preferably implemented in a panel with the aid of the voltage multiplier circuit.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY

Etablierte Photovoltaik-Paneele - nachfolgend PV-Paneele - werden nur ungenügend auf I-U-Werte mit maximaler Effizienz der Leistungsausschöpfung eingeregelt und verursachen dadurch erhöhten Bedarf an Ressourcen und abgabeseitig notwendiger Hardware.Established photovoltaic panels - hereinafter referred to as PV panels - are only insufficiently adjusted to I-U values with maximum efficiency of power utilization and thus cause an increased need for resources and hardware required on the output side.

Aufgabe ist, eine Steuer- und Regel-Baugruppe bereitzustellen, welche diesen Nachteil berücksichtigt.The task is to provide a control and regulation assembly that takes this disadvantage into account.

Lösung erfolgt mit einer Steuer- und Regel-Baugruppe, welche getaktet zugeordnete Teilgruppen des PV-Paneels prüft, auf optimale I-U-Werte einstellt und abschließend die Leistung mit einer konstanten Abgabespannung abgabeseitig verfügbar macht.The solution is achieved with a control and regulation assembly that checks assigned subgroups of the PV panel in a clocked manner, adjusts them to optimal I-U values and finally makes the power available on the output side with a constant output voltage.

Die Effizienz von PV-Paneelen wird dadurch erhöht und der Hardware-Bedarf im Schnittstellenbereich lokal anschließender Heim- und Hausnetze wird erheblich reduziert. PV-Strom wird effizienter bereitgestellt und ist mit einfacheren Endgeräten besser nutzbar.This increases the efficiency of PV panels and significantly reduces the hardware requirements in the interface area of locally connected home and house networks. PV electricity is provided more efficiently and is easier to use with simpler end devices.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2003/0048648 A1 [0003]US 2003/0048648 A1 [0003]
  • US 2004/0249876 A1 [0003]US 2004/0249876 A1 [0003]
  • WO 2009/051853 A1 [0003]WO 2009/051853 A1 [0003]

Claims (10)

Regel- und Steuer-Baugruppe für PV-Paneele, umfassend einen DC-DC-Wandler sowie einen Mikrocontroller, welcher eine Mehrzahl von Steuer- und Regelkreisen regelt und steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller getaktet arbeitend eingangsseitig mit mindestens 3 Strings mindestens eines Paneels abwechselnd verbindbar ist und ausgangsseitig eine +-10% konstante, mindestens 4fach höhere Spannung, bevorzugt eine Spannung von mindestens 100 V, besonders bevorzugt eine Spannung von 230 Volt, bereitstellend ausgebildet ist.Regulation and control assembly for PV panels, comprising a DC-DC converter and a microcontroller, which regulates and controls a plurality of control and regulation circuits, characterized in that the microcontroller works clocked on the input side with at least 3 strings of at least one panel can be connected alternately and is configured to provide a +-10% constant voltage at least four times higher on the output side, preferably a voltage of at least 100 V, particularly preferably a voltage of 230 volts. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Schutzanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Strings galvanisch voneinander getrennt sind.Device according to the preceding protection claim, characterized in that the strings are galvanically isolated from one another. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller einen nichtflüchtigem Speicher, bevorzugt einen FRAM-Speicher, aufweist.Device according to one of the preceding protection claims, characterized in that the microcontroller has a non-volatile memory, preferably an FRAM memory. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller einen Leistungswertspeicher, bevorzugt einen Leistungswertspeicher mit 3 Jahren Speicherkapazität bei minütlicher Werterfassung, aufweist.Device according to one of the preceding protection claims, characterized in that the microcontroller has a power value memory, preferably a power value memory with a storage capacity of 3 years with value acquisition every minute. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller einen CRISC-Prozessor umfasst.Device according to one of the preceding protection claims, characterized in that the microcontroller comprises a CRISC processor. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder String mit mindestens einem schaltbaren Relais eingangsseitig verbunden ist.Device according to one of the preceding protection claims, characterized in that each string is connected to at least one switchable relay on the input side. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder String mit mindestens einem schaltbaren Relais ausgangsseitig verbunden ist.Device according to one of the preceding protection claims, characterized in that each string is connected to at least one switchable relay on the output side. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Überlast-Kondensatoren umfasst, welche über Regelkreise Spannungsspitzen kompensierend eingebunden sind.Device according to one of the preceding protection claims, characterized in that the device comprises overload capacitors which are integrated via control circuits to compensate for voltage peaks. Vorrichtung nach den Schutzansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder String kurzschließbar ausgebildet ist.Device according to protection claims 6 and 7 , characterized in that each string is designed to be short-circuitable. Vorrichtung nach allen vorhergehenden Schutzansprüchen.Device according to any of the preceding claims.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030048648A1 (en) 2001-09-13 2003-03-13 Feng Lin Current sense and control of DC/DC converters
US20040249876A1 (en) 2003-05-07 2004-12-09 Ballard Power Systems Corporation Method for determining RMS values for grid-linked converters
WO2009051853A1 (en) 2007-10-15 2009-04-23 And, Llc Systems for highly efficient solar power

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030048648A1 (en) 2001-09-13 2003-03-13 Feng Lin Current sense and control of DC/DC converters
US20040249876A1 (en) 2003-05-07 2004-12-09 Ballard Power Systems Corporation Method for determining RMS values for grid-linked converters
WO2009051853A1 (en) 2007-10-15 2009-04-23 And, Llc Systems for highly efficient solar power

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