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Die
Erfindung betrifft einen Hochfrequenz (HF)-Wechselrichter zur Umwandlung
der von zumindest einem Solarmodul erzeugten Gleichspannung über
zumindest einen Eingangs-DC-DC-Wandler, einen Zwischenkreis und
einen Ausgangs-DC-AC-Wandler in eine Wechselspannung zur Versorgung
von Verbrauchern und bzw. oder zur Einspeisung in ein Versorgungsnetz,
wobei der Eingangs-DC-DC-Wandler mit einer Steuervorrichtung verbunden
ist.
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Die
US 2005/0006958 A1 betrifft
ein Wechselrichtersystem, welches die von einem Photovoltaikmodul
erzeugte Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt und einem
Versorgungsnetz zuführt, wenn das Versorgungsnetz die Verbraucher mit
elektrischer Energie versorgt. Die Verbindung zum Versorgungsnetz
wird getrennt, wenn das Versorgungsnetz nicht in der Lage ist, die
Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. Dadurch wird gewährleistet,
dass zumindest ein Teil der Verbraucher auch bei einem Ausfall des
Versorgungsnetzes mit elektrischer Energie versorgt wird. Zusätzlich existiert
eine Back-up-Batterie, welche vom Photovoltaikmodul über
einen bidirektionalen DC-DC-Wandler geladen wird. Wenn die durch
das Photovoltaikmodul gebildete primäre Energiequelle nicht
genug Energie zur Versorgung der Verbraucher liefert, wird zusätzliche
Energie von der Back-up-Batterie eingespeist.
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Die
JP 10 031525 A betrifft
eine Photovoltaikanlage, wobei die von einem Photovoltaikmodul gelieferte
Gleichspannung von einem Wechselrichter in eine Wechselspannung
umgewandelt wird, welche in ein Versorgungsnetz eingespeist oder
zur Versorgung der Verbraucher herangezogen werden kann. Parallel
dazu wird über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler eine
Batterie geladen, welche auch bei geringerer Sonneneinstrahlung
das Defizit an elektrischer Energie an den Verbraucher bzw. das Versorgungsnetz
abgibt.
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Die
JP 2005-137124 A zeigt
eine Solaranlage mit einem parallel angeordneten Energiespeicher, der
durch eine Energiesparschaltung für optimalen Wirkungsgrad
entsprechend geregelt wird, sodass die Verbraucher optimal und störungsfrei
mit elektrischer Energie versorgt werden können.
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Die
JP 2005-117871 A beschreibt
ein Batterieladegerät, welches den Anschluss einer zu ladenden
Batterie erkennt und dazu einen Ladeimpulsgenerator entsprechend
regelt.
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Die
US 6,239,579 B1 betrifft
eine Vorrichtung für das Management eines Batteriepakets,
bei der eine Steuervorrichtung Schalter entsprechend ansteuert um
einzelne Batteriemodule unter Last zu testen ohne die Ladekapazität
des gesamten Batteriepakets zu gefährden.
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Die
JP 2006-320099 A zeigt
ein System zur Speicherung elektrischer Energie, welches bei Erkennung
eines Spannungseinbruchs des Versorgungsnetzes eine Versorgung zumindest
der wichtigsten Verbraucher mit elektrischer Energie über eine
Batterie gewährleistet.
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Die
JP 08-223816 A beschreibt
ein Wechselrichtersystem mit einer Batterie, deren Ladezustand überwacht
wird um einen optimalen betrieb des Wechselrichters zu ermöglichen.
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Die
JP 10-031525 A zeigt
ein Solarenergieerzeugungssystem mit einer Speicherbatterie, über die Änderungen
der Sonneneinstrahlung ausgeglichen werden.
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Die
US 6,081,104 A beschreibt
ein System zur Versorgung einer Batterie und gleichzeitig eines Beleuchtungssystems
mit elektrischer Energie. Dabei wird die Last auf optimale Art betrieben
während die Batterie auf einem möglichst hohen
Ladezustand gehalten wird.
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Schließlich
beschreibt die
JP
2001-095179 A eine Einrichtung zur Versorgung einer Last
mit elektrischer Energie über eine Batterie auch im Falle
eines Netzausfalls.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen netzgekoppelten HF-Wechselrichter
derart zu erweitern, dass bei einem Netzausfall die Verbraucher
weiterhin mit Energie versorgt werden können.
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Gelöst
wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass
ein Speicher-DC-DC-Wandler vorgesehen ist, der einerseits mit dem
Zwischenkreis verbunden ist und andererseits mit einem optionalen
Energiespeicher verbindbar ist, welcher Speicher-DC-DC-Wandler mit
der Steuervorrichtung verbunden ist, und weiters eine mit der Steuervorrichtung
verbundene Netzüberwachungseinheit zur Überwachung
des Versorgungsnetzes und zur automatischen Umschaltung zwischen
einem netzgekoppelten Betrieb, bei dem zumindest der Eingangs-DC-DC-Wandler
und der Ausgangs-DC-AC-Wandler aktiviert werden und der Zwischenkreis
vom Eingangs-DC-DC-Wandler und zumindest der Ausgangs-DC-AC-Wandler
vom Zwischenkreis versorgt wird, sodass die vom HF-Wechselrichter
erzeugte Wechselspannung in das Versorgungsnetz eingespeist wird,
und einem Inselbetrieb, bei dem der Eingangs-DC-DC-Wandler und/oder
ein zusätzlicher Speicher-DC-DC-Wandler sowie der Ausgangs-DC-AC-Wandler
aktiviert werden und der Zwischenkreis in Abhängigkeit
der von dem zumindest einen Solarmodul gelieferten Leistung vom
Eingangs-DC-DC-Wandler und/oder vom Speicher-DC-DC-Wandler und der
Ausgangs-DC-AC-Wandler vom Zwischenkreis versorgt wird, sodass mit
der vom HF-Wechselrichter erzeugten Wechselspannung die Verbraucher
versorgt werden in Abhängigkeit des überwachten
Versorgungsnetzes vorgesehen ist, und dass eine Einrichtung zur Ermittlung
des Ladezustands des Energiespeichers vorgesehen ist. Vorteilhaft
ist hierbei, dass der Wechselrichter sowohl im netzgekoppelten Betrieb
als auch im Inselbetrieb betrieben werden kann, wobei die für
den Inselbetrieb zusätzlich erforderlichen Komponenten
insbesondere den hohen Wirkungsgrad des Wechselrichters im netzgekoppelten
Betrieb nicht beeinträchtigen. Ebenso ist von Vorteil, dass
der große Eingangsspannungsbereich gemäß einem
netzgekoppelten Wechselrichter erhalten bleibt. Des Weiteren ist
von Vorteil, dass durch die Umschaltung auf den Inselbetrieb zumindest
ein Teil der Verbraucher weiter versorgt werden kann, wenn das Versorgungsnetz
ausfällt. Auch ist vorteilhaft, dass im netzgekoppelten
Betrieb die Einspeisung auch ohne dem optionalen Energiespeicher
möglich ist. Somit kann der teure Energiespeicher auch
nur bei Bedarf nachgerüstet werden. Schließlich
kann der Energiespeicher vorteilhaft im Betrieb getauscht oder erweitert
werden, während der Zwischenkreis nicht vom Energiespeicher
versorgt wird. Durch die Überwachung des Versorgungsnetzes
durch eine Netzüberwachungseinheit kann er reicht werden, dass
der Status, ob ein Versorgungsnetz vorhanden ist oder nicht, jederzeit
verfügbar ist. Die Ermittlung des Ladezustands des Energiespeichers
kann durch ständige oder zyklische Abfragen erfolgen. In
Abhängigkeit des ermittelten Ladezustands des Energiespeichers
wird der Energiespeicher von der Energiequelle oder vom Versorgungsnetz
geladen. Durch das Abfragen des Ladezustands und gegebenenfalls Nachladen
des Energiespeichers ist stets ein voller Energiespeicher für
den Inselbetrieb gewährleistet. Vorteilhafterweise wird
in Abhängigkeit des Ladezustands des Energiespeichers der
Speicher-DC-DC-Wandler zum Laden des Energiespeichers aktiviert,
so dass der Energiespeicher über den Zwischenkreis und
den Speicher-DC-DC-Wandler geladen wird. Dadurch, dass der Speicher-DC-DC-Wandler
nur in Abhängigkeit des Ladezustands des Energiespeichers,
also nur zeitweise aktiviert wird um die Selbstentladung des Speichers zu
kompensieren, wird der Zwischenkreis des Wechselrichters nur minimal
belastet. Somit wird der hohe Wirkungsgrad des HF-Wechselrichters
in netzgekoppelten Betrieb im Wesentlichen nicht beeinträchtigt. Insbesondere
auch deshalb, da der Ausgangs-DC-AC-Wandler ohne Unterbrechung weiterhin
vom Zwischenkreis versorgt wird. Bei vollständig geladenem
Energiespeicher wird der Speicher-DC-DC-Wandler vorteilhafterweise
wieder deaktiviert.
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Im
Inselbetrieb des Wechselrichters wird der Zwischenkreis vorteilhafterweise
in Abhängigkeit der von der Energiequelle gelieferten Leistung
vom Eingangs-DC-DC-Wandler und bzw. oder vom Speicher-DC-DC-Wandler
und der Ausgangs-DC-AC-Wandler vom Zwischenkreis versorgt. Dadurch
wird die Versorgung der Verbraucher auch dann sichergestellt, wenn
die Energiequelle, beispielsweise ein Solarmodul während
der Nachtstunden, keine oder nicht genügend Energie liefert.
So kann der optionale Energiespeicher auch über den Speicher-DC-DC-Wandler
und den Ausgangs-DC-AC-Wandler die Verbraucher versorgen.
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Der
Speicher-DC-DC-Wandler wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit
der von der Energiequelle gelieferten Leistung auch wieder deaktiviert.
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Schließlich
kann der Speiche-DC-DC-Wandler in Abhängigkeit des Ladezustands
des Energiespeichers und der von der Energiequelle gelieferten Leistung
vollständig aktiviert werden und der Energiespeicher geladen
werden. Dadurch wird der Energiespeicher geschont und kann gegebenenfalls
wieder aufgeladen werden. Somit wird die Haltbarkeit des Energiespeichers
und die Versorgungszeit der Verbraucher aus dem Energiespeicher
erhöht. Des Weiteren wird auch eine stabile Ausgangsspannung stets
gewährleistet.
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Die
Umschaltung des Wechselrichters vom netzgekoppelten Betrieb auf
den Inselbetrieb wird automatisch durchgeführt, wenn ein
Ausfall des Versorgungsnetzes erkannt wird. Dadurch ist im Wesentlichen
eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung zumindest für
eine begrenzten Zeitraum gewährleistet.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wechselrichter
vom Versorgungsnetz getrennt wird, wenn ein Ausfall des Versorgungsnetzes
erkannt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass
sämtliche Energie den Verbrauchern zur Verfügung
gestellt wird und keine Energie über das Versorgungsnetz
verbraucht wird.
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Die
Umschaltung des Wechselrichters vom Inselbetrieb auf den netzgekoppelten
Betrieb wird automatisch durchgeführt, wenn wieder ein
vorhandenes Versorgungsnetz erkannt wird. Sobald wieder ein Versorgungsnetz
verfügbar ist, wird die vom Wechselrichter erzeugte Energie
wieder in dieses eingespeist. Üblicherweise wird die eingespeiste
Energie von den Betreibern des Versorgungsnetzes finanziell vergütet,
wodurch der Betrieb des Wechselrichters für den Benutzer
wirtschaftlicher wird.
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Wenn
der Wechselrichter mit dem Versorgungsnetz verbunden wird, wenn
ein vorhandenes Versorgungsnetz erkannt wird, kann das Versorgungsnetz
und der Verbraucher entsprechend mit Energie versorgt werden.
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Vorteilhafterweise
ist der Energiespeicher extern angeordnet und über eine
Anschlussbuchse mit dem Speicher-DC-DC-Wandler verbindbar.
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Vorteilhafterweise
wird der optional mit dem Speicher-DC-DC-Wandler verbindbare Energiespeicher
automatisch erkannt, bei spielsweise über die am Speicher-DC-DC-Wandler
anliegende Eingangsspannung. Dadurch entsteht für den Benutzer
nach Anschluss des Energiespeichers kein zusätzlicher Aufwand.
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Wenn
ein von der Netzüberwachungseinheit gesteuerter Schalter
zur Auftrennung der Verbindung zum Versorgungsnetz vorgesehen ist,
ist im Falle der Erkennung eines Ausfalls des Versorgungsnetzes dieses
vom HF-Wechselrichter trennbar.
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Vorteilhafterweise
ist ein Datenbus vorgesehen, welcher mit dem Eingangs-DC-DC-Wandler, dem
Ausgangs-DC-AC-Wandler, dem Speicher-DC-DC-Wandler und allenfalls
der Steuervorrichtung und der Netzüberwachungseinheit verbunden
ist. Dadurch, dass eine Kommunikation über einen Datenbus
zwischen den Komponenten des Wechselrichters durchgeführt
wird, kann eine Optimierung des Energiemanagements bzw. des Energieflusses
in beiden Betriebsmoden, dem netzgekoppelten Betrieb und dem Inselbetrieb,
erreicht werden. Dadurch, dass die Information über den
vorhandenen Energiespeicher über den Datenbus weitergeleitet
wird, kann die Umschaltung auf den Inselbetrieb und das Aufladen
des Energiespeichers ermöglicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Übersichtsdarstellung eines üblichen
Wechselrichters; und
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2 eine
schematische Übersichtsdarstellung des erfindungsgemäßen
Wechselrichters.
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Einführend
wird festgehalten, dass gleiche Teile des Ausführungsbeispiels
mit gleichen Bezugszeichen versehen werden.
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In 1 ist
ein üblicher Aufbau eines Wechselrichters 1 schematisch
dargestellt. Da die einzelnen Komponenten bzw. Baugruppen und Funktionen von
Wechselrichtern 1 bereits aus dem Stand der Technik bekannt
sind, wird auf diese nachstehend nicht im Detail eingegangen.
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Der
Wechselrichter 1, welcher bevorzugt durch einen HF-Wechselrichter 1 gebildet
wird, weist zumindest einen Eingangs-DC-DC-Wandler 2, einen Zwischenkreis 3 und
einen Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 auf. Am Eingangs-DC-DC-Wandler 2 ist
eine Energiequelle 5 bzw. ein Energieerzeuger angeschlossen,
die bevorzugt aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell
zueinander geschalteten Solarmodulen gebildet wird. Der Ausgang
des Wechselrichters 1 bzw. des Ausgangs-DC-AC-Wandlers 4,
ist entweder mit einem Versorgungsnetz 6, wie einem öffentlichen
oder privaten Wechselspannungsnetz oder einem Mehr-Phasennetz, oder
mit einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 7, welche
eine Last darstellen, verbunden. Beispielsweise werden die Verbraucher 7 durch
einen Motor, einen Kühlschrank, ein Funkgerät
usw. gebildet. Ebenso kann der Verbraucher 7 auch eine
Hausversorgung darstellen. Des Weiteren sind die einzelnen Komponenten
des Wechselrichters 1, wie der Eingangs-DC-DC-Wandler 2 usw., über
einen Datenbus 12 mit einer Steuervorrichtung 8 verbunden.
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Das
Energiemanagement eines derartigen so genannten netzgekoppelten
Wechselrichters 1 wird dahingehend optimiert, möglichtst
viel Energie in das Versorgungsnetz 6 einzuspeisen. Wie
aus dem Stand der Technik bekannt, werden die Verbraucher 7 über
das Versorgungsnetz 6 mit elektrischer Energie versorgt.
Selbstverständlich können beispielsweise auch
mehrere Wechselrichter 1 parallel geschaltet werden. Dadurch
kann mehr Energie zum Betrieb der Verbraucher 7 bereitgestellt
werden.
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Die
Steuervorrichtung 8 bzw. der Regler des Wechselrichters 1 ist
beispielsweise durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller
oder einen Rechner gebildet. Über die Steuervorrichtung 8 kann
eine entsprechende Steuerung der einzelnen Komponenten, wie dem
Eingangs-DC-DC-Wandler 2 oder dem Ausgangs-DC-AC-Wandler 4,
insbesondere der darin angeordneten Schaltelemente, vorgenommen werden.
In der Steuervorrichtung 8 sind hierzu die einzelnen Regel-
bzw. Steuerabläufe durch entsprechende Software-Programme
und/oder Daten bzw. Kennlinien gespeichert.
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In 2 ist
ein erfindungsgemäßer Wechselrichter 1 dargestellt,
welcher mit einem Speicher-DC-DC-Wandler 9 erweitert ist,
an welchem optional ein Energiespeicher 10 angeschlossen werden kann.
Daraus resultiert, dass der Wechselrichter 1 neben der
Funktionalität eines netzgekoppelten Wechselrichters 1 auch
die Funktionalität eines so genannten Inselwechselrichters
erfüllt.
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Allgemein
wird ein Wechselrichter 1 mit diesen Funktionalitäten
als Hybridwechselrichter bezeichnet. Wesentlich ist allerdings bei
dem erfindungsgemäßen Wechselrichter 1,
dass die Funktionalitäten vollständig entkoppelt
sind. Das heißt, dass diese unabhängig voneinander
arbeiten können, wodurch der Wirkungsgrad jeder einzelnen
Funktionalität optimal ausgenutzt werden kann sowie der
Energiefluss optimal auf jede Funktionalität abgestimmt werden
kann.
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Erreicht
wird dies insbesondere durch den Speicher-DC-DC-Wandler 9,
der mit dem Zwischenkreis 3 verbunden ist. Somit kann der
Eingangs-DC-DC-Wandler 2 und/oder der Speicher-DC-DC-Wandler 9 den
Zwischenkreis 3 versorgen, wobei der Speicher-DC-DC-Wandler 9 die
dazu nötige Energie aus dem Energiespeicher 10 entnimmt.
Bevorzugt ist der Speicher-DC-DC-Wandler 9 mit einer im
Gehäuse des Wechselrichters 1 integrierten Anschlussbuchse 14 für
den Anschluss des externen Energiespeichers 10 verbunden.
Bei Bedarf des Benutzers kann daher optional der Energiespeicher 10 angeschlossen
werden. Beispielsweise wird der Energiespeicher 10 durch
eine Batterie oder dgl. gebildet. Der Wechselrichter 1 kann
im netzgekoppelten Betrieb und gegebenenfalls auch im Inselbetrieb
ohne Energiespeicher 10 betrieben werden. Daraus ergeben
sich unterschiedliche Möglichkeiten zur Versorgung der
Verbraucher 7 im Inselbetrieb und zum Laden des Energiespeichers 10 im
netzgekoppelten Betrieb oder im Inselbetrieb.
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Grundsätzlich
arbeitet der erfindungsgemäße Wechselrichter 1 im
netzgekoppelten Betrieb. Dabei wird die von der Energiequelle 5,
beispielsweise den Solarmodulen gelieferte Spannung vom Eingangs-DC-DC-Wandler 2 in
eine höhere und konstante Zwischenkreisspannung umgewandelt,
so dass der Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 eine netzkonforme
Spannung ins Versorgungsnetz 6 liefern bzw. den Verbrauchen 7 zur
Verfügung stellen kann. Bevorzugt werden allerdings die
Verbraucher 7 aus dem Versorgungsnetz 6 versorgt.
Demzufolge ist dieser Betriebsmodus unabhängig davon, ob
an dem Speicher-DC-DC-Wandler 9 ein Energiespeicher 10 angeschlossen
ist.
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Des
Weiteren kann im Wechselrichter 1 eine Netzüberwachungseinheit 11 integriert
sein, welche während des Betriebs des Wechselrichters 1 die
Verfügbarkeit des Versorgungsnetzes 6 überwacht.
Sollte das Versorgungsnetz 6 ausfallen und somit die Versorgung
der Verbraucher 7 unterbrochen werden, meldet dies die
Netzüberwachungseinheit 11 über den Datenbus 12 der
Steuervorrichtung 8, so dass der Wechselrichter 1 auf
den Inselbetrieb umgeschaltet werden kann. Hierbei werden die selben
Verbraucher 7 versorgt, wie dies im netzgekoppelten Betrieb der
Fall ist.
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Für
einen stabilen Inselbetrieb sind allerdings gewisse Voraussetzungen
zu erfüllen. Zum einen kann dieser gewährleistet
werden, wenn die Energiequelle 5 genügend Leistung
zur Verfügung stellt, um die Verbraucher 7 versorgen
zu können. Ist eine ausreichende Versorgung gewährleistet,
ist die Aktivierung des Speicher-DC-DC-Wandlers 9 nicht
erforderlich, da sich der Wechselrichter 1 wie im netzgekoppeltem
Betrieb verhält. Sollte jedoch die Energiequelle 5 für
einen stabilen Inselbetrieb keine ausreichende bzw. keine Leistung
zur Verfügung stellen, muss dies durch den Speicher-DC-DC-Wandler 9 ausgegliechen
werden, so dass die Verbraucher 7 ausreichend mit elektrischer
Energie versorgt werden. Demzufolge wird hierbei vorausgesetzt,
dass der optionale Energiespeicher 10 am Speicher-DC-DC-Wandler 9 angeschlossen
ist.
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Die
Erkennung, ob ein Energiespeicher 10 an Speicher-DC-DC-Wandler 9 angeschlossen
ist, erfolgt bevorzugt automatisch. Beispielsweise derart, dass
die durch das Anschließen des Energiespeichers 10 am
Eingang des Speicher-DC-DC-Wandlers 9 anliegende Spannung
diesen zumindest soweit aktiviert, dass dieser das Vorhandensein
des Energiespeichers 10 an die Steuervorrichtung 8 übermitteln
kann. In diesem Fall, also wenn im Inselbetrieb zur Energie aus
der Energiequelle 5 zusätzlich Energie benötigt
wird, entnimmt der Speicher-DC-DC-Wandler 9 Energie aus
dem Energiespeicher 10, welcher selbstverständlich
vollständig geladen sein sollte, damit der Ausfall des
Versorgungsnetzes 6 möglichst lange überbrückt
werden kann.
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Das
Laden des Energiespeichers 10 erfolgt grundsätzlich über
den Speicher-DC-DC-Wandler 9, welcher mit dem außerhalb
des Wechselrichters 1 angeordneten Energiespeicher 10 verbunden
ist. Der Energiespeicher 10 kann im netzgekoppelten Betrieb geladen
werden. In diesem Betriebsmodus ist der Speicher-DC-DC-Wandler 9 nicht
aktiv. Dadurch wird der Speicher-DC-DC-Wandler 9 von der
Steuervorrichtung 8 über den Datenbus 12 entsprechend
angesteuert, bevorzugt zyklisch den Ladezustand des Energiespeichers 10 abzufragen
bzw. seine Eingangsspannung, welche der Spannung des Energiespeichers 10 entspricht,
zu messen. Ist es erforderlich, den Energiespeicher 10 zu
laden, wird der Speicher-DC-DC-Wandler 9 vollständig
aktiviert und er bezieht den Strom zum Laden des Energiespeichers 10 vom
Zwischenkreis 3, welcher von der Energiequelle 5,
beispielsweise den Solarmodulen bzw. vom Eingangs-DC-DC-Wandler 2 versorgt
wird. Dadurch wird der Zwischenkreis 3 minimal belastet,
wobei dies jedoch auf den Wirkungsgrad im netzgekoppelten Betrieb
keinen nennenswerten Einfluss hat. Ist der Energiespeicher 10 vollständig
geladen, wird der Speicher-DC-DC-Wandler 9 wieder deaktiviert.
Dabei wird aber der Energiespeicher 10 weiterhin ständig
bzw. zyklisch überwacht und gegebenenfalls geladen.
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Nahezu
in gleicher Weise kann der Energiespeicher 10 auch im Inselbetrieb
geladen werden, wenn die Energiequelle 5 bzw. die Solarmodule
die Verbraucher 7 versorgen können und zusätzlich
noch genügend Leistung am Zwischenkreis 3 zur
Verfügung steht, den Energiespeicher 10 über
den Speicher-DC-DC-Wandler 9 zu laden. Dieses Energiemanagement übernimmt
die Steuervorrichtung 8, welche die dazu erforderlichen
Daten von den einzelnen Komponenten des Wechselrichters 1 über
den Datenbus 12 bezieht.
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Eine
weitere Möglichkeit, den Energiespeicher 10 zu
laden, besteht darin, den Strom aus dem Versorgungsnetz 6 zu
entnehmen. Hierbei wird der Zwischenkreis 3 über
den Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 versorgt, so dass der Speicher-DC-DC-Wandler 9 wiederum
den Energiespeicher 10 laden kann. Diese Möglichkeit
wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Energiequelle 5 bzw.
die Solarmodule beispielsweise über einen längeren
Zeitraum keine bzw. zu wenig Energie geliefert haben, um den Energiespeicher 10 aufzu laden.
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Somit
ist stets ein aufgeladener Energiespeicher 10 gewährleistet,
so dass jederzeit, wenn das Versorgungsnetz 6 ausfällt,
eine Umschaltung des Wechselrichters 1 auf den Inselbetrieb
möglich ist.
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Wenn
die Netzüberwachungseinheit 11 einen Ausfall des
Versorgungsnetzes 6 erkennt, wird die Verbindung zwischen
dem Versorgungsnetz 6 und dem Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 über
den Schalter 13 unterbrochen. Somit ist gewährleistet, dass
die Verbraucher 7 immer nur von einer Quelle, in diesem
Fall die Energiequelle 5 bzw. die Solarmodule, versorgt
werden. Ebenso werden dadurch die Sicherheitsanforderungen erfüllt,
so dass beispielsweise gefahrlos Wartungsarbeiten am Versorgungsnetz 6 durchgeführt
werden können. Weiters bewirkt die Netzüberwachungseinheit 11,
dass der Wechselrichter 1 im Inselbetrieb durch das Versorgungsnetz 6 nicht
belastet wird und somit der Wirkungsgrad nicht beeinträchtigt
wird.
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Im
Falle der Realisierung der Energiequelle 5 durch Solarmodule
kann tagsüber die erforderliche Energie aus diesen Solarmodulen
bezogen werden. Reicht die Energie aus, ist die Aktivierung des
Speicher-DC-DC-Wandlers 9 nicht erforderlich. Können die
Solarmodule über den Eingangs-DC-DC-Wandler 2,
den Zwischenkreis 3 und den Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 allerdings
nur einen Teil der für die Verbraucher 7 erforderlichen
Energie zur Verfügung stellen, wird die fehlende Energie
aus dem Energiespeicher 10 ergänzt. Dazu wird
der Speicher-DC-DC-Wandler 9 aktiviert und liefert die
erforderliche zusätzliche Energie an den Zwischenkreis 3, so
dass der Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 die Verbraucher 7 mit
der entsprechenden Energie versorgen kann. Sollte ein Verbraucher 7 abgeschaltet
werden oder mehr Energie aus den Solarmodulen geliefert werden,
kann der Speicher-DC-DC-Wandler 9 wieder deaktiviert werden.
Hierbei versorgen die Solarmodule die Verbraucher 7 vollständig
mit elektrischer Energie. Somit wird der Energiespeicher 10 geschont,
wodurch dessen Haltbarkeit verlängert wird und ein Netzausfall
länger überbrückt werden kann. Wenn beispielsweise
ein Verbraucher 7 zugeschaltet wird, kann wiederum Energie
aus dem Energiespeicher 10 entnommen werden.
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Sollte
das Versorgungsnetz 6 während der Nachtstunden
ausfallen, müssen die Verbraucher 7 zur Gänze
aus dem Energiespeicher 10 versorgt werden. In diesem Fall
ist der Eingangs-DC-DC-Wandler 2 deaktiviert und der Speicher-DC-DC-Wandler 9 versorgt
den Zwischenkreis 3 und somit der Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 die
Verbraucher 7.
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Der
Ladezustand des Energiespeichers 10 kann auch dann überwacht
werden, wenn aus diesem Energie entnommen wird. Dadurch wird gewährleistet,
dass der Energiespeicher 10 nicht vollständig entladen
wird und ein Wiederaufladen möglich ist. Dadurch wird der
Energiespeicher 10 geschont und dessen Haltbarkeit verlängert.
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Erkennt
die Netzüberwachungseinheit 11 wieder das Vorhandensein
des Versorgungsnetzes 6, wird der Schalter 13 wieder
geschlossen, so dass die Verbraucher 7 vom Versorgungsnetz 6 versorgt werden.
Der Wechselrichter 1 wird von der Steuervorrichtung 8 vom
Inselbetrieb auf den netzgekoppelten Betrieb umgeschaltet. Der Energiespeicher 10 kann
wieder aufgeladen werden, so dass dieser bei der nächsten
Umschaltung auf Inselbetrieb wieder vollständig aufgeladen
zur Verfügung steht. Durch ein derartiges Halten des Ladezustandes
des Energiespeichers 10 wird dessen Lebensdauer verlängert.
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Wie
der obigen Beschreibung entnommen werden kann, ist der Speicher-DC-DC-Wandler 9 insbesondere
bidirektional aufgebaut, also ermöglicht der Speicher-DC-DC-Wandler
einen Stromfluss vom Zwischenkreis 3 zum Energiespeicher 10 und
vom Energiespeicher 10 zum Zwischenkreis 3.
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Ebenso
kann auch der Ausgangs-DC-AC-Wandler 4 diese Funktion aufweisen, um
gegebenenfalls den Zwischenkreis 3 aus dem Versorgungsnetz 6 mit
Energie zu versorgen, um den Energiespeicher 10 über
den Speicher-DC-DC-Wandler 9 aufladen zu können.
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Es
können auch mehrere erfindungsgemäße Wechselrichter 1 in
Parallelschaltung angeordnet und eine Umschaltung zwischen dem netzgekoppelten
Betrieb und dem Inselbetrieb durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2005/0006958
A1 [0002]
- - JP 10031525 A [0003]
- - JP 2005-137124 A [0004]
- - JP 2005-117871 A [0005]
- - US 6239579 B1 [0006]
- - JP 2006-320099 A [0007]
- - JP 08-223816 A [0008]
- - JP 10-031525 A [0009]
- - US 6081104 A [0010]
- - JP 2001-095179 A [0011]