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Die
Erfindung betrifft ein Wechselrichtersystem zum Einspeisen in ein
3-Phasennetz, in dem mehrere Wechselrichter und eine Steuereinheit
je nach Bedarf parallel geschaltet werden und ein Wechselrichter
als Master und die weiteren Wechselrichter als Slave definiert werden.
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Weiters
betrifft die Erfindung eine Wechselrichteranlage für ein 3-Phasennetz,
bestehend aus einem Schrank oder Gehäuse, in dem mehrere Wechselrichter
und eine Steuereinheit angeordnet sind, wobei die Verkabelung für das Zusammenschalten
der Wechselrichter und der Steuereinheit sowie Anschlussbuchsen
für einen
Energieerzeuger, insbesondere für
Solarmodule, eingangsseitig und ausgangsseitig für das 3-Phasennetz im Schrank
integriert sind.
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Bei
bekannten Wechselrichtersystemen, wie beispielsweise gemäß
US 6 252 785 B1 und
DE 100 61 724 A1 ,
werden mehrere unabhängige
Wechselrichter aus Auslastungsgründen
je nach Bedarf parallel geschaltet, wobei eine Steuereinheit über Schaltelemente
entsprechend Wechselrichter zu- oder abschaltet, d.h., dass bei
steigender Eingangsleistung ein zusätzlicher Wechselrichter aktiviert
wird, wodurch die Eingangsleistung aufgeteilt wird und nunmehr eine
gleichzeitige Einspeisung der aktiven Wechselrichter in jede Phase
des 3-Phasennetz erfolgt. Sinkt hingegen die Eingangsleistung, so
wird wiederum ein am Netz hängender
Wechselrichter deaktiviert. Weiters ist aus dem Stand der Technik bekannt,
dass die Auswahl, welcher Wechselrichter zu- bzw. abgeschaltet wird, von einer Steuereinheit nach
bestimmten Kriterien getroffen wird, wobei ein Kriterium beispielsweise
die Betriebsstunden der einzelnen Wechselrichter sein kann oder
die Auswahl der Wechselrichter mit Hilfe eines Zufallgenerators erfolgt.
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Inverteranordnungen
mit zuschaltbaren Invertermodulen zur Deckung des Bedarfs von variierenden
Lasten sind aus der WO 2000/69221 A1 der
CA 963 087 A oder der
SU 1 812 606 A1 bekannt.
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Nachteilig
ist hierbei, dass die Wechselrichter als eigenständige Einheiten ausgeführt sind
und ein derartiger Aufbau nur für
teure Dreiphasen-Wechselrichter möglich ist, da beim Einsatz
eines einphasigen Wechselrichters, wie dies wünschenswert und bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen
ist, es zu einer Schieflast-Einspeisung in den Phasen eines 3-Phasennetzes
kommen kann, d.h., dass in jeder Phase des 3-Phasennetzes unterschiedliche
Energie von den Wechselrichtern eingespeist wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt darin, dass ein möglichst flexibler Aufbau geschaffen
wird, um eine sehr hohe Ausfallssicherheit zu erreichen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die einphasig ausgebildeten
Wechselrichter in drei Gruppen, also für jede Phase eine Gruppe, aufgeteilt
werden, und die Auswahl des Masters durch einen oder mehrere Wechselrichter
oder eine separate, zentrale Steuereinheit nach hinterlegten Kriterien,
insbesondere nach Betriebsstunden der Wechselrichter, durchgeführt wird,
wobei die weiteren eventuell parallel geschalteten Wechselrichter
als Slaves gesteuert bzw. geregelt werden und der Master den Slaves
Sollwerte, insbesondere einen Arbeitspunkt, vorgibt. Vorteilhaft
ist hierbei, dass dadurch immer ein Wechsel des Masters, der ja
immer als erster aktiv ist, vorgenommen wird, wodurch die Belastung
der Bauelemente auf die Wechselrichter annähernd gleich aufgeteilt wird,
wodurch die Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Bei den aus dem Stand
der Technik bekannten Wechselrichtersystemen sind die Zuordnungen
des Masters und der Slaves fix definiert, sodass der Master immer
die höchsten
Betriebsstunden aufweist, wodurch das Ausfallsrisiko des Wechselrichters
wesentlich erhöht
ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die flexible Vergabe
des Masters auch ein Ausfall des derzeit zugeordneten Masters nicht
zu einem Stillstand des Wechselrichtersystems führt, da einfach von den verbleibenden
Wechselrichtern ein neuer Master definiert wird. Somit wird durch
einen derartigen Aufbau einer Wechselrichteranlage eine sehr hohe
Ausfallssicherheit erreicht, da nur dann ein Ausfall der Wechselrichteranlage
hervorgerufen wird, wenn alle Wechselrichter defekt sind. Vorteilhaft
ist auch, dass der ausgewählte
Master Sollwerte, insbesondere einen Arbeitspunkt, an die Slaves
vorgibt, da dadurch eine optimale Leistungsanpassung und ein optimaler
Wirkungsgrad der Wechselrichteranlage erreicht wird. Die im Wechselrichter
integrierte Intelligenz, also die Steuervorrichtung kann leistungsschwächer und
somit kostengünstiger
ausgeführt
werden, da die Master nur mehr eine geringere Anzahl von Slaves
steuern müssen.
In der zentralen Steuereinheit können die
verschiedensten Daten, wie Betriebsstunden, Eingangsleistung, Ausgangsleistung,
Störungen, usw.,
erfasst, ausgewertet und gespeichert werden. Somit wird in vorteilhafter
Weise erreicht, dass dem Benutzer sämtlich Daten über die
zentrale Steuereinheit zur Verfügung
stehen und er diese von dort auslesen oder verändern kann. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, dass beispielsweise durch ein Software-Update der zentralen
Steuereinheit eine Anpassung vorgenommen werden kann, da anschließend aufgrund
der neuen Software die Steuereinheit aus den gespeicherten Daten
entsprechende Sollwerte für den
oder die Master festlegen kann.
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Von
Vorteil ist aber auch, dass die Wechselrichter, also Master und
Slave, redundant, gleichberechtigt und gleichartig aufgebaut werden
und dass die Steuerung bzw. Regelung für die Energieeinspeisung in
eine Phase des 3-Phasennetzes von einer in den Wechselrichtern integrierten
Intelligenz, also einer Steuervorrichtung, durchgeführt wird,
da dadurch jeder Wechselrichter eine eigenständige Regelung vornimmt und
lediglich die Sollwerte für
die Wechselrichter vorgegeben werden müssen. Somit wird der Datentransfer
zwischen den Wechselrichtern und/oder einer zentralen Steuereinheit
auf ein Minimum reduziert. Auch wird dadurch eine schnellere Regelung
und somit eine schnellere Anpassung der Wechselrichter erreicht.
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Es
ist aber auch möglich,
dass die Wechselrichter, also Master und Slave, redundant, gleichberechtigt
und gleichartig aufgebaut werden und dass die Steuerung bzw. Regelung
der Wechselrichter für die
Energieeinspeisung in eine Phase des 3-Phasennetzes von der zentralen
Steuereinheit gesteuert wird. Hierbei wird erreicht, dass ein sehr
kostengünstiger
Aufbau der Wechselrichter eingesetzt werden kann.
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Von
Vorteil ist auch, dass von der zentralen Steuereinheit die verschiedensten
Sollwerte für
die Regelung festgelegt werden und an den oder die Master übersandt
werden. Somit wird erreicht, dass der Benutzer seine Einstellungen
zentral an einer Stelle, nämlich
der zentralen Steuereinheit, durchführt, worauf von dieser die
Sollwerte festgelegt werden und anschließend automatisch an die Master weitergeleitet
werden.
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Es
ist aber auch möglich,
dass die Wechselrichter, also Master und Slave, Messdaten, insbesondere
Istwerte der Eingangsleistung, Ausgangsleistung, usw., an die Steuereinheit übersenden,
wodurch erreicht wird, dass die zentrale Steuereinheit über den
Zustand jedes Wechselrichters Bescheid weiß und somit jederzeit Einfluss
durch Anpassung der Sollwerte auf die Wechselrichter nehmen kann. Somit
wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Wechselrichter immer
mit dem optimalen Wirkungsgrad arbeiten.
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Von
Vorteil ist, dass von der Steuereinheit die Anzahl der parallel
zu schaltenden Wechselrichter festgelegt wird, wobei dass Zu- und
Abschalten der Wechselrichter softwaremäßig, beispielsweise über einen
Datenbus, oder hardwaremäßig, beispielsweise über Schaltelemente,
erfolgt, da dadurch erreicht wird, dass immer eine ausgeglichene
Einspeisung in die einzelnen Phasen des 3-Phasennetzes gegeben ist
und somit keine Schieflast, was nur in gewissen Toleranzen erlaubt
ist, auftreten kann.
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Ein
wesentlicher Vorteil wird durch die Maßnahme erreicht, bei der von
der zentralen Steuereinheit die Betriebsstunden jedes Wechselrichters
aufgenommen, ausgewertet und gespeichert werden, da damit die zentrale
Steuereinheit auf die noch zu erwartende Lebensdauer der einzelnen
Wechselrichter rückschließen kann.
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Von
Vorteil ist, wenn der Master nach den in der zentralen Steuereinheit
hinterlegten Betriebsstunden ausgewählt wird, wobei von der zentralen Steuereinheit
jener Wechselrichter mit den niedrigsten Betriebsstunden ausgewählt wird,
da dadurch eine Erhöhung
der Lebensdauer der einzelnen Wechselrichter erreicht wird, da diese
nicht immer in Betrieb sind.
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Durch
die Maßnahmen,
dass defekte Wechselrichter von der Steuereinheit erkannt und/oder Störungen von
den Wechselrichtern an die Steuereinheit übermittelt werden, worauf diese
von der Steuereinheit deaktiviert werden und gleichzeitig ein nicht
aktivierter, jedoch funktionstüchtiger
und bevorzugt von der Gruppe unabhängiger Wechselrichter festgelegt
wird, wird erreicht, dass ein Stillstand der Wechselrichteranlage
vermieden wird. Hierbei kann es lediglich passieren, dass weniger
Energie in das 3-Phasennetz eingespeist wird, aber dafür ist sichergestellt,
dass die Wechselrichteranlage immer arbeitet.
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Von
Vorteil ist auch, dass bei Ausfall eines Masters von der Steuereinheit
ein aktiver oder deaktivierter Slave als neuer Master bestimmt wird,
da dadurch immer eine optimale Regelung bzw. Steuerung der Wechselrichteranlage
erreicht wird und nicht wie aus dem Stand der Technik bei Ausfall
des Masters die Wechselrichteranlage abgeschaltet werden muss.
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Durch
die Maßnahme,
dass für
einen Schieflast-Ausgleich der Phasen pro Gruppe eine gleiche Anzahl
von Wechselrichtern von der Steuereinheit aktiviert wird, wird erreicht,
dass dadurch eine einfache Energieaufteilung der zur Verfügung stehenden Energie
für die
Einspeisung geschaffen wird.
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Es
ist aber auch die Maßnahme,
dass für
einen Schieflast-Ausgleich der Phase pro Gruppe bei unterschiedlich
leistungsmäßig ausgebildeten
Wechselrichtern von der Steuereinheit eine gleiche Ausgangsleistung
vorgegeben wird, von Vorteil, da dadurch in der Wechselrichteranlage
Wechselrichter mit unterschiedlichen Ausgangsleistungen eingesetzt
werden können
und somit eine Anpassung an die erzeugte Energie, beispielsweise
bei einem weiteren Ausbau von Solarmodulen, vorgenommen werden kann.
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Weiters
wird die Aufgabe der Erfindung auch dadurch gelöst, dass die Wechselrichter
als Module aufgebaut sind und dass im Schrank oder Gehäuse Einschubplätze in Form
eines Racks angeordnet sind, die so miteinander verbunden bzw. verkabelt sind,
dass beim Einschieben eines Wechselrichters eine automatische Kontaktierung
erfolgt. Vorteilhaft ist hierbei, dass dadurch ein einfacher Austausch
der Wechselrichter vorgenommen werden kann und somit kein Service-Techniker
notwendig ist. Der Benutzer kann einfach beim Ausfall eines Wechselrichters diesen
aus dem Rack herausziehen und einen neuen Wechselrichter hineinstecken,
wodurch die Wechselrichteranlage mit ihrer möglichen Leistung arbeiten kann.
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Jeder
Wechselrichter kann an jedem Steckplatz eingesetzt werden, wodurch
der Benutzer bei einem Tausch keinerlei besondere Kenntnisse benötigt.
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Weiters
ist von Vorteil, wenn der bzw. ein Einschubplatz aus Einschubschienen
und einem Steckplatz ausgeführt
ist. Somit wird erreicht, dass bereits aus dem Stand der Technik
bekannte Systeme eingesetzt werden, wodurch die Kosten für eine derartige
Wechselrichteranlage verringert werden können.
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Von
Vorteil ist eine Ausbildung, bei dem die zentrale Steuereinheit
ein Teil im Schrank oder Gehäuse
ist oder als Teil eines Wechselrichters vorliegt, da dadurch ein
sehr flexibler Aufbau der Anlage erreicht wird, sodass bereits bestehende
Wechselrichter in dieser eingesetzt werden können.
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Durch
eine Ausbildung, bei der in den Wechselrichtern eine Intelligenz
bzw. Steuervorrichtung angeordnet ist, wird erreicht, dass jeder
Wechselrichter eigenständig
von seiner eigenen Intelligenz geregelt wird und somit der Datentransfer
auf einen Datenbus verringert wird.
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Bei
einer Ausbildung, bei der in den Wechselrichtern eine Schnittstelle
zur Steuerung über
die zentrale Steuereinheit angeordnet ist, wird erreicht, dass am
Wechselrichter die eigene Intelligenz entfallen kann und dieser
somit kostengünstiger
hergestellt werden kann. Auch ist es möglich, dass sowohl Wechselrichter
mit eigener Intelligenz und Wechselrichter ohne eigene Intelligenz
miteinander eingesetzt werden können.
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Auch
ist eine Ausbildung möglich,
bei der die Wechselrichter in drei Gruppen, also eine Gruppe für eine Phase,
zusammengeschaltet sind und zur Bildung der Gruppen die Wechselrichter
hardwaretechnisch, beispielsweise durch eine fixe Verkabelung, oder
softwaretechnisch, beispielsweise über einen Datenbus, ver banden
sind. Somit wird erreicht, dass in der Wechselrichteranlage billige
Einphasen-Wechselrichter eingesetzt werden können, wobei jeweils ein Wechselrichter
in eine Phase des 3-Phasennetzes
einspeist.
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Bei
einer Ausbildung, bei der jeder Gruppe ein Wechselrichter als Master
zugeordnet ist und gegebenenfalls weitere notwendige Wechselrichter
als Slaves parallel geschaltet sind, wird erreicht, dass die Steuer-
und Regelaufgaben auf mehrere Wechselrichter aufgeteilt werden,
sodass die in den Wechselrichtern angeordnete Steuervorrichtung
leistungsschwächer
dimensioniert werden kann.
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Von
Vorteil ist auch eine Ausbildung, bei der der Steckplatz am Einschubplatz
korrespondierend zum Steckplatz am Wechselrichter ausgeführt ist,
da dadurch jeder Wechselrichter an jedem Steckplatz eingesetzt werden
kann und somit der Benutzer bei einem Tausch keinerlei besondere
Kenntnisse benötigt.
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Bei
der Ausbildung, dass die Wechselrichter, also Master und Slave,
gleichartig in Bezug auf Einschubplätze und Steckplätze ausgeführt sind,
wird erreicht, dass jeder Wechselrichter als Master oder auch als
Slave eingesetzt werden kann. Somit wird ein sehr flexibler Aufbau
der Anlage erzielt, wodurch die Ausfallssicherheit der Analage wesentlich
erhöht wurde.
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Vorteilhaft
ist auch eine Ausbildung, bei der die Wechselrichter mit unterschiedlicher
Ausgangsleistung ausgeführt
sind, da dadurch eine optimale Anpassung der Wechselrichteranlage
an die mögliche
zu erzeugende Eingangsleistung vorgenommen werden kann.
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Schließlich ist
auch eine Ausbildung von Vorteil, bei der jeder Wechselrichter im
Schrank od. Gehäuse
gleichberechtigt ausgebildet ist und somit als Master und Slave
einsetzbar ist, da dadurch von der zentralen Steuervorrichtung jeder
Wechselrichter als Master herangezogen werden kann. Damit wird bei einem
Defekt des Masters möglich,
dass ein anderer Wechselrichter als Master eingesetzt werden kann und
somit die Wechselrichteranlage nicht stillsteht.
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Die
vorliegende Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert. Darin zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Schrank mit
Rack einer erfindungsgemäßen Wechselrichteranlage
in schematischer Darstellung in Schrägansicht;
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2 den
Schrank mit Rack einer Wechselrichteranlage in schematischer Darstellung
im Aufriss;
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3 den
Schrank mit Rack einer Wechselrichteranlage in schematischer Darstellung
in geschnittener Seitenansicht gemäß den Linien II-II in 2;
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4 einen
erfindungsgemäß vorgesehenen
Wechselrichter in schematischer Darstellung.
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In
den 1 bis 4 ist eine Wechselrichteranlage 1 gezeigt,
wobei die Wechselrichteranlage 1 modular aufgebaut ist
und beispielsweise in einem Schrank mit einem Rack 2, welches
gleichartige Einschubplätze 3 für Wechselrichter 4 und
einen Einschubplatz 5 für
einer Steuereinheit 6 aufweist, integriert.
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Die
Einschubplätze 3 und 5 bestehen
aus Einschubschienen 7 und Steckplätzen 8, wobei die Steckplätze 8 zur
automatischen Kontaktierung beim Einschub der Wechselrichter 4 und
der Steuereinheit 6, welche einen korrespondierenden Steckplatz 9, wie
insbesondere in 4 für den Wechselrichter 4 ersichtlich,
aufweisen, dienen. Am hinteren Ende bzw. an der Rückseite
des Racks 2 ist eine Verkabelung 10, wie in 3 schematisch
dargestellt, zwischen allen Einschubplätzen 3 und 5, über die
Steckplätze 8,
ausgeführt.
Dadurch ist es möglich,
alle Wechselrichter 4 gleicher Bauart, in Bezug auf Einschubplätze 3 und
Steckplätze 8 und 9,
an einer beliebigen Position, außer jener der zentralen Steuereinheit 6,
einzusetzen. Somit kann auch ein defekter Wechselrichter 4 einfach
ausgetauscht werden. Hierbei ist es auch möglich, dass nicht alle Einschubplätze 3 mit
Wechselrichtern 9 bestückt
werden müssen, sondern
je nach Leistung der Wechselrichteranlage 1 eine entsprechende
Anzahl einge setzt werden kann.
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Weiters
sind die Einschubplätze 3 und
Steckplätze 8 und 9 unabhängig von
der Bauart der Wechselrichter 4 in Bezug auf die Ausgangsleistung
ausgebildet, d.h., dass Wechselrichter 4 mit unterschiedlicher
Leistung eingesetzt werden können,
sodass eine optimale Leistungsanpassung vorgenommen werden kann.
Ebenso sind die Einschubplätze 3 mit Anschlussbuchsen 11,
welche im Schrank 1 integriert sind und eingangsseitig
für Energieerzeuger,
wie beispielsweise Solarmodule, bzw. ausgangsseitig für das 3-Phasennetz
dienen, verkabelt.
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Bevorzugt
weisen die Wechselrichter 4 eine eigene Intelligenz, also
eine eigene Steuervorrichtung 12, wie in 4 ersichtlich,
auf, wobei die Wechselrichter 4 über ein Bussystem untereinander und
mit der Steuereinheit 6 verbunden sind. Die Wechselrichter 4 sind
somit gleichberechtigt ausgebildet, wodurch jeder Wechselrichter 4 als
Master oder Slave eingesetzt werden kann, wie dies nachstehend noch
genauer erläutert
wird. Es ist jedoch auch möglich,
dass Wechselrichter 4 ohne eigene Intelligenz bzw. Steuervorrichtung 12 eingesetzt
werden, wobei sie jedoch über
eine Schnittstelle verfügen,
um mit dem Bussystem gekoppelt werden zu können. Damit ist es möglich, dass
diese Wechselrichter 4 von der Steuereinheit 6 gesteuert
werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird
die Wechselrichteranlage 1 derart ausgeführt, dass
diese mit einphasigen Wechselrichtern 4 ausgestattet wird,
die jedoch in ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz Energie einspeisen.
Dabei ist die Wechselrichteranlage 1 derart aufgebaut,
dass pro Phase eine Gruppe definiert ist, d.h., dass drei Gruppen
mit den Wechselrichtern 4 gebildet werden, wobei jede Gruppe
in eine Phase des dreiphasigen Wechselspannungsnetzes einspeist.
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Die
Bildung der drei Gruppen kann hierbei hardwaretechnisch oder auch
softwaretechnisch erfolgen. Bei einer hardwaretechnischen Lösung werden über die
Verkabelung 10 die Einschubplätze 3 direkt in drei
Gruppen aufgeteilt, d.h., dass beispielsweise bei einer Wechselrichteranlage 1 mit 15 Einschubplätze 3 für die Wechselrichter 4,
wie dargestellt, die drei Gruppen durch je weils fünf Wechselrichter 4 gebildet
werden, wobei hierzu die Ausgänge der
fünf Wechselrichter 4 parallel
geschaltet werden. Bei einer derartigen Verkabelung ist eine fixe
Zuweisung der Wechselrichter 4 für eine Gruppe gegeben.
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Wird
hingegen die Wechselrichteranlage 1 durch eine softwaretechnisch
Lösung
zur Bildung der drei Gruppen aufgebaut, so sind alle Ausgänge der möglichen
einzusetzenden Wechselrichter 4, also bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
die fünfzehn Wechselrichter 4,
parallel geschaltet, wobei hierzu in die Verkabelung 10 steuerbare
Schaltelemente zwischengeschaltet oder die Wechselrichter 4 entsprechend
ausgebildet werden. Bevorzugt ist die softwaretechnische Lösung, da
hierbei die zentrale Steuereinheit 6 über einen Datenbus, welcher
auf der Rückseite
des Racks 2 die Einschubplätze 3 und 5 bzw.
die Steckplätze 8 und 9 und
die Steuereinheit 6 miteinander verbindet, die Wechselrichter 4 bzw.
die Schaltelemente ansteuern kann und somit eine flexible Gruppenbildung
möglich
ist. Die hardwaretechnische Lösung
setzt eine fixe Verkabelung 10 bzw. sog. DIP-Schalter zur Codierung
voraus, wodurch jeder Wechselrichter 4 fest einer Gruppe
zugeordnet ist.
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Weiters
ist der Schrank derart aufgebaut, dass er ein zentrales Kühlsystem
für die
Wechselrichter 4 und die Steuereinheit 6 aufweist,
wobei im Bereich der Aufstandsfläche
des Schrankes Ansaugöffnungen
angeordnet sind und an der gegenüberliegenden
oberen Seite des Schrankes eine zentrale Abluftstutzen angeordnet
ist. Um eine Luftströmung zu
erreichen, ist ein entsprechender Ventilator angeordnet, sodass
im Schrank ein Luftstrom von unten nach oben verursacht wird und
somit eine Kühlung der
Bauelemente erreicht wird.
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Das
Wechselrichtersystem bzw. die Wechselrichteranlage 1 dient
also für
eine individuelle Einspeisung von erzeugter Energie von einphasigen Wechselrichtern 4 in
ein 3-Phasennetz. Bevorzugt wird das Wechselrichtersystem für Solarmodule
eingesetzt, sodass abhängig
von der Sonneneinstrahlung eine Einspeisung in das 3-Phasennetz erfolgt, d.h.,
je mehr Sonneneinstrahlung, desto mehr Energie bzw. Leistung soll
in das 3-Phasennetz eingespeist werden. Aus diesem Grund ist es
sinnvoll, die einzelnen Wechsel richter 4 je nach Bedarf
zu kombinieren bzw. parallel zu schalten, wofür von der zentralen Steuereinheit 6 ein
sogenannter Master als Wechselrichter 4 definiert wird
und alle weiteren Wechselrichter 4 als Slave dienen. Die
zentrale Steuereinheit 6 kann beispielsweise in einem Wechselrichter 4 integriert
sein oder als eigene Einheit die Wechselrichter 4 steuern,
wie dies zuvor für
den Aufbau der Wechselrichteranlage 1 beschrieben wurde.
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Da
bei der erfindungsgemäßen Lösung alle Wechselrichter 4 gleichberechtigt
sind und beispielsweise eine eigene Steuervorrichtung 12 aufweisen, kann
jeder Wechselrichter 4 als Master oder als Slave eingesetzt
werden, wobei der Master jener Wechselrichter 4 ist, welcher
als erster Leistung in eine Phase des 3-Phasennetzes einspeist.
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Die
Entscheidung, welcher Wechselrichter 4 als Master dient,
wird von der zentralen Steuereinheit 6 getroffen. Dies
erfolgt derart, dass die Wechselrichter 4 ihre Betriebsstunden
mitzählen
und diese an die zentrale Steuereinheit 6 übermitteln,
wobei hierzu fix definierte Zeitpunkte vorgesehen sind oder aber
von der Steuereinheit 6 eine Abfrage gestartet wird, worauf
die Wechselrichter 4 ihre Betriebsstunden übersenden.
Anschließend
wird von der Steuereinheit 6 jener Wechselrichter 4,
welcher die geringste Summe von Betriebsstunden an die zentrale
Steuereinheit gesendet hat und funktionstüchtig ist, als Master definiert.
Damit wird erreicht, dass der Betrieb bzw. Einsatz der Wechselrichter 4 annähernd gleich
gehalten wird, wodurch die Lebensdauer aller Wechselrichter 4 verlängert wird,
d.h., dass die Belastung der Bauelemente im Gesamtsystem verringert
wird, da immer verschiedene Wechselrichter 4 als Master
eingesetzt werden. Bevorzugt weist jeder Wechselrichter 4 eine Kennung
auf, sodass bei einem Austausch eines Wechselrichter 4 von
der Steuereinheit 6 erkennen kann, dass nunmehr ein neuer
Wechselrichter 4 eingesetzt wurde und somit die Betriebsstunden
für diesen
Wechselrichter 4 neu abgefragt und gespeichert werden.
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Neben
den Betriebsstunden werden auch weitere Daten, wie die Eingangsleistung
von den am Wechselrichtersystem angeschlossenen Solarmodulen, oder
die Ausgangsleistung, welche in das 3-Pha sennetz gespeist wird,
von der zentralen Steuereinheit 6 aufgenommen, ausgewertet
und gespeichert. Weiters werden von der zentralen Steuereinheit eventuelle
Störungen
bzw. Fehlermeldungen der Wechselrichter 4 empfangen, wodurch
die zentrale Steuereinheit den Status der Wechselrichter 4,
ob funktionstüchtig
oder defekt oder ob (wie häufig)
Störungen
bzw. Fehlermeldungen von einem Wechselrichter 4 gesendet
werden, abspeichern kann. Jedoch bedeutet nicht jede Störmeldung
bzw. Fehlermeldung, dass ein Wechselrichter 4 defekt ist
und nicht eingesetzt werden kann. Dabei wird von der Steuereinheit 4 aufgrund
der Störungsmeldung,
insbesondere eines übersandten
Störungscodes,
festgelegt, ob der Wechselrichter 4 eingesetzt wird oder nicht.
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Wird
jedoch beispielsweise von der zentralen Steuereinheit 6 erkannt,
dass der Master defekt ist, wird automatisch von der Steuereinheit 6 ein
funktionierender, aktiver oder deaktiver Slave als neuer Master
definiert. Jeder funktionierende Wechselrichter 4, ob aktiv
oder inaktiv, kann einen defekten Wechselrichter 4, bevorzugt
unabhängig
von der Gruppe, ersetzen. Somit ist ein Unterschied zu den aus dem
Stand der Technik bekannten Wechselrichtersystemen darin gegeben,
dass bei der erfindungsgemäßen Lösung bei
Ausfall des Master die Wechselrichteranlage 1 weiter betriebsbereit
ist bzw. betrieben wird, wogegen beim Stand der Technik durch den
Ausfall des Masters die gesamte Anlage still steht. Da eine Vielzahl
von Wechselrichtern 4 im Schrank angeordnet ist, ist es
somit fast unmöglich, dass
die Wechselrichteranlage 1 total ausfällt. Wird nämlich ein Wechselrichter 4 defekt,
so sind noch genügend
weitere Wechselrichter 4 vorhanden, die bis zum Eintreffen
eines Ersatz-Wechselrichters 4 eingesetzt werden können. Der
defekte Wechselrichter 4 kann anschließend aufgrund des modularen
Aufbaus vom Benutzer einfach aus dem Einschubplatz 3 herausgezogen
und durch Einschieben eines neuen Wechselrichters 4 ersetzt
werden.
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Wird
von den am Wechselrichtersystem angeschlossenen Energieerzeugern,
wie beispielsweise Solarmodulen, Windrädern, usw., Energie produziert,
so wird ein Wechselrichter 4 aktiv und versorgt die zentrale
Steuereinheit 6, wodurch der Betrieb der Wechselrichteranlage 1 aufgenommen
wird. Durch die Steuereinheit 6 wird anschließend der
Wechselrichter 4 mit den geringsten Betriebsstunden, also
der Master, bestimmt, welcher als erster die produzierte Energie
in eine Phase des 3-Phasennetz einspeist. Gleichzeitig werden zwei
weitere Wechselrichter 4 für die weiteren Phasen aktiviert,
sodass in allen Phasen gleichzeitig eine gleiche Einspeisung erfolgt,
d.h., dass für
den Minimalbetrieb der Wechselrichteranlage 1 für die Einspeisung
ins Netz drei Wechselrichter 4 aktiv sind, wobei die anstehende
Eingangsleistung auf die drei Wechselrichter 4 aufgeteilt
wird.
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Es
ist aber auch möglich,
dass zuerst nur der Master aktiviert wird, der in eine Phase des
3-Phasennetzes einspeist. Steigt die Eingangsleistung so weit an,
dass ein zusätzlicher
Wechselrichter 4 aktiviert werden kann, dann wird von der
Steuereinheit 6 ein weiterer Wechselrichter 4 für die nächste Phase des
3-Phasennetzes aktiviert. Bei weiter steigender Eingangsleistung
wird wiederum der nächste
Wechselrichter 4 aktiviert, sodass somit in jede Phase
des 3-Phasennetzes eingespeist wird. Sind also an jeder Phase des
3-Phasennetzes Wechselrichter 4 aktiviert, so wird bei
weiter steigender Eingangsleistung nunmehr für jede Phase ein Wechselrichter 4 dazugeschaltet,
d.h., dass nach dem erstmaligen einzelnen Dazuschalten eines Wechselrichters 4 pro
Phase anschließend
immer drei Wechselrichter 4, also ein Wechselrichter 4 für jede Phase,
aktiviert werden. Dies kann solange fortgesetzt werden, bis alle
Wechselrichter 4 der Wechselrichteranlage 1 aktiviert
sind.
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Steigt
die Eingangsleistung weiterhin, werden von der Steuereinheit 6 ein
oder mehrere Slaves pro Gruppe dazugeschaltet, sodass immer gleich
viele Wechselrichter 4 pro Gruppe am Dreiphasennetz hängen. Dies
erfolgt dadurch, dass die Steuereinheit 6, wie bereits
erwähnt,
ständig über die
Eingangsleistung und Ausgangsleistung vom Master informiert wird
und somit aufgrund von vorgegebenen einstellbaren Sollwerten erkennt,
dass in naher Zukunft die aktiven Wechselrichter 4 die
Eingangsleistung nicht mehr verarbeiten können. Deshalb wird von der
Steuereinheit 6 ein weiterer Slave pro Gruppe mit den nächst geringsten
Betriebsstunden dazugeschaltet, welcher den Arbeitspunkt MPP für die eigenständige Regelung
vom Master erhält,
wodurch die Eingangsleistung aufgeteilt wird und der Wirkungsgrad
erhöht bzw.
optimiert wird. Sinkt die Eingangsleistung hingegen, so werden von
der Steuereinheit 6 ein oder mehrere Slaves pro Gruppe
abgeschaltet und die noch aktiven Wechselrichter 4 übernehmen
die Ausgangsleistung vom abgeschalteten Slave. Es werden dabei jene
Wechselrichter 4 abgeschaltet, welcher die höchsten Betriebsstunden
haben, da jedoch keiner der Master sind. Dadurch wird vermieden,
dass ein Wechselrichter 4 unnötig aktiv ist, und somit erreicht,
dass die Wechselrichteranlage 1 immer mit dem bestmöglichen
Wirkungsgrad arbeitet.
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Das
Zu- bzw. Abschalten eines Wechselrichters 4 kann beispielsweise
softwaremäßig über einen Datenbus,
an den jeder Wechselrichter 4 angeschlossen ist, oder hardwaremäßig über eine
fixe Verkabelung bzw. ein Schalterelement, welches von der Steuereinheit 6 geregelt
wird, erfolgen, wie dies zuvor schon beschreiben wurde. Durch das
Zu- bzw. Abschalten eines Wechselrichters 4 pro Gruppe
wird erreicht, dass immer die gleiche Ausgangsleistung pro Phase
in 3-Phasennetz eingespeist wird, wodurch eine Schieflast der Phasen
vermieden bzw. die erlaubte Toleranz nicht überschritten wird. Das Zu- bzw.
Abschalten eines Wechselrichters 4 pro Gruppe ist nur dann
nötig,
wenn alle Wechselrichter 4 eines Wechselrichtersystems
die gleiche Ausgangsleistung aufweisen, wie dies in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Fall ist. Werden Wechselrichter 4 mit unterschiedlicher
Ausgangsleistung verwendet, ist es nicht zwingend erforderlich,
pro Gruppe einen Wechselrichter 4 zu- bzw. abzuschalten, sondern es muss
lediglich sicher gestellt werden, dass in jede Phase des 3-Phasennetzes
die gleich Leistung eingespeist wird, d.h., dass beispielsweise
auf der ersten und zweiten Phase jeweils ein Wechselrichter 4 mit
9kW arbeitet, wogegen auf der dritten Phase drei Wechselrichter 4 mit
jeweils 3kW eingesetzt werden. Sinkt anschließend die Eingangsleistung ab,
sodass nicht mehr die vollständige
Ausgangsleistung eingespeist werden kann, so werdend die ersten
beiden Wechselrichter 4 derart geregelt, dass diese nur mehr
6kW einspeisen, und auf der dritten Phase wird ein Wechselrichter 4 abgeschaltet.
Somit ist wiederum sicher gestellt, dass keine Schieflast bei der
Einspeisung entsteht.
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Die
Steuerung der Ausgangsleistung kann dabei auf unterschiedliche Arten
erfolgen. Einerseits wird die Steuerung vom Master vorgenommen,
wobei hierzu der Master an alle weiteren aktiven Wechselrichter 4,
also an die Slaves, den Sollwert vorgibt. Andererseits kann die
Steuerung auch über
die Steuereinheit 6 erfolgen, wobei hierzu vom Master die entsprechende
Eingangsleistung und Ausgangsleistung übersandt wird, worauf von der
Steuereinheit 6 ein Sollwert für die Ausgangsleistung festgelegt
wird, der an alle Wechselrichter 4, also an Master und
Slaves, gesandt wird. Die Regelung auf den vorgegebenen Sollwert
wird von jedem Wechselrichter 4 selbstständig durchgeführt.
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Es
ist auch möglich,
dass von der zentralen Steuereinheit 6 nicht nur ein Master,
sondern ein Master pro Gruppe bestimmt wird. In diesem Fall wird der
Arbeitspunkt nicht von einem Master an die Slaves weitergegeben,
sondern die Steuereinheit 6 empfängt die Arbeitspunkte der Master
und wertet diese aus. Jener ausgewertete Arbeitspunkt, welcher für den Wirkungsgrad
des Wechselrichtersystems am effektivsten ist, wird dann von der
Steuereinheit 6 an die Master und in weiterer Folge an
die Slaves weitergegeben. Somit regeln drei Master drei Gruppen,
wobei die drei Master wiederum von der Steuereinheit 6 geregelt
werden. Wie im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, gilt auch hier die Ausfallredundanz, Bestimmung des
Masters, Vermeidung der Schieflast usw.
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Die
Art und Weise, wie die Steuerung der Wechselrichteranlage 1 erfolgt,
kann dabei vom Hersteller bestimmt oder aber auch vom Benutzer über die
Steuereinheit 6 definiert werden. Grundsätzlich ist
hierzu noch zu erwähnen,
dass die Steuereinheit 6 eine Eingabe- und Ausgabevorrichtung,
insbesondere Tasten, Schalter, Drehgeber, LCD-Anzeige, usw., aufweist, über die
der Benutzer eine individuelle Anpassung vornehmen kann bzw. über die
Ausgabevorrichtung sämtliche
Daten, wie die Istwerte und Sollwerte der Eingangsleistung und/oder
der Ausgangsleistung, die Betriebsstunden der einzelnen Wechselrichter,
die aufgetretenen Störungen
usw., ablesen kann.