DE3023195A1

DE3023195A1 - Photovoltaisches energieversorgungssystem

Info

Publication number: DE3023195A1
Application number: DE3023195A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr.-Ing. 1000 Berlin Nestler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-06-18
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1981-12-24

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Energieeinspeisung in ein Wechsel- oder Drehstromnetz aus einem photovoltaischen Energieversorgungssystem.

Aus der DE-OS 29 26 019 ist es bekannt, unter Verwendung eines Gleichspannungsumsetzers die Energie einer einzelnen Solarzelle zum Aufladen einer Batterie zu benutzen. Im wesentlichen ist in der genannten DE-OS jedoch der Aufbau des Gleichspannungsumsetzers beschrieben.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zur Energieeinspeisung aus einem photovoltaischen Energieversorgungssystem anzugeben, das auf ein Wechsel- oder Drehstromnetz arbeitet und dieses dabei nur gering mit Blindleistung belastet.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gibt ein Solargenerator Energie über einen netzgeführten Stromrichter an ein Netz ab, so wird das Netz infolge der

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Anschnittsteuerung des Stromrichters mit Blindleistung belastet. Die Blindleistung ist umso größer, je größer der Steuerwinkel c< des Stromrichters ist. Der Steuerwinkel oc ist seinerseits umso größer, Je mehr die Spannungen von Solargeneratoren und Netz schwanken.

In öffentlichen Versorgungsnetzen können die Spannungen zwischen + 15 % und - 10 % der Nennspannung schwanken. Bei Inselnetzen können größere Schwankungsbereiche auftreten. Die Spannungen der Solargeneratoren hängen von der Temperatur ab, und sie können bei steigenden Temperaturen um 20 % abnehmen.

Die Einspeisung von Blindleistung in ein Netz durch einen netzgeführten Stromrichter kann aufgrund der auftretenden Spannungsschwankungen von Solargeneratoren und Netz in die Größenordnung der einzuspeisenden Wirkleistung kommen, was als Nachteil anzusehen ist.

Um die Blindleistungsbelastung infolge der Steuerung des Stromrichters weitgehend zu vermeiden, könnte ein selbstgeführter Stromrichter verwendet werden. Selbstgeführte Stromrichter sind jedoch gegenüber netzgeführten Stromrichtern aufwendiger, weil für sie Kommutierungseinrichtungen und dynamisch höher beanspruchbare Thyristoren erforderlich sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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Nach der erfindungsgemäßen Lösung werden zur Netzeinspeisung netzgeführte Stromrichter verwendet und z-wischen Solargeneratoren und netzgeführten Stromrichtern Gleichstromumrichter angeordnet. Die Gleichstromumrichter übernehmen den Ausgleich der Spannungsschwankungen von Solargeneratoren und Netz. Die Ausgangsspannung der Gleichstromumrichter wird so geregelt, daß sie mit der Netzspannung stets in einem konstanten Verhältnis steht_β

TJm netzgeführte Stromrichter leistungsmäßig möglichst gut ausnutzen und um das Netz möglichst gering mit Blindleistung belasten zu können, ist es zweckmäßig, die netzgeführten Stromrichter an ihrer Wechselrichter-Trittgrenze zu betreiben.

Aufbau und Wirkungsweise von Gleichstromunirichtern sind bekannt, und sie sind in den Standardwerken der Stromrichtertechnik beschrieben (Hütte, Stromrichtertechnik von K. Heumann).

Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß zur Netzeinspeisung der Energie von Solargeneratoren netzgeführte Stromrichter angewendet werden können, wobei das Netz nur gering mit Blindleistung belastet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist des weiteren der Vorteil verbunden, daß mit Hilfe der vorgesehenen Gleich-

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stromumrichter die Spannungen der Solargeneratoren in einfacher Weise heraufgesetzt werden können, so daß die Energie mit geringen Verlusten über größere Entfernungen übertragen werden kann.

Die Gleichstromumrichter ermöglichen außerdem Paralellbetrieb einer größeren Zahl von Solargeneratoren auf eine Sammelschiene, ohne daß hierbei zwischen den Solargeneratoren Ausgieichströme fließen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß alle Gleichstromumrichter auf die gleiche Ausgangsspannung geregelt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert. Die Figuren 1 und zeigen verschiedene Anlagenkonzepte gemäß der Erfindung.

In der Figur 1 ist mit 11-1n je eine Gruppe von Solargeneratoren bezeichnet, deren Ausgänge mit dem Eingang je eines Gleichstromumrichters 21-2n verbunden ist. Die Ausgänge der Gleichstromumrichter 21-2n sind mit der Sammelschiene 5 verbunden, an die auch der netzgeführte Stromrichter 4 eingangsseitig angeschlossen ist. Auf einen Transformator 5₅ einen Filterkreis 6 zur Kompensation von verbleibender Grundschwingungsblindleistung und Oberschwingungsbelastung der Wechselrichterausgangsspannung

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und einen Lastschalter 7 ist der netzgeführte Stromrichter mit einem Wechsel- oder Drehstromnetz 8 verbunden. Alle von den Solargeneratoren angebotenen Leistungen werden bei diesem System an das Wechsel- oder Drehstromnetz 8 geliefert.

Zur Steuerung und Regelung der Gleichstromumrichter werden die Netzspannung Ujj mit dem Spannungswandler 19 und die Gleichspannung TK der Sammelschiene mit dem Spannungswandler 18 erfaßt. Die erfaßten Spannungen werden einer Steuerungseinrichtung 17 zugeführt, die ihrerseits die Steuersignale für die Gleichstromumrichter 21-2n bildet und abgibt.

Die Steuerungseinrichtung I7 steuert die Gleichstromumrichter so, daß zwischen Netzspannung und der Sammelschienenspannung ein konstantes Verhältnis zu jedem Zeitpunkt erfüllt ist. Infolge des konstanten Spannungsverhältnisses Ua/TIv. bleibt der Steuerwinkel <X des netzgeführten Stromrichters konstant, so daß die Blindleistungsbelastung des Netzes ebenfalls konstant bleibt. Wird außerdem ein Steuerwinkel nahe an der Trittgrenze vorgegeben, so ist die Blindleistungsbelastung nicht nur konstant, sondern auch gering.

Bei der Steuerung und Regelung der Ausgangsspannung der Gleichstromumrichter können natürlich auch stromabhängige Spannungsabfälle in den Stromrichtern berücksichtigt werden.

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Das Energieversorgungssystem nach Figur 2 enthält gegenüber dem nach Figur 1 einen Speicher 10. Mit Hilfe des Speichers ist es möglich, von den Solargeneratoren 11-1η gelieferte Energie, die vom Netz nicht aufgenommen werden kann, zu speichern. Je nach Bedarf kann die Energie des Speichers 10 in das Netz eingespeist werden.

Zur Energielieferung in das Netz aus dem Speicher 10 "bestehen zwei Möglichkeiten:

Bei der ersten wird Energie über einen weiteren Gleichstromumrichter 15 und den netzseitigen netzgeführten Stromrichter 4 an das Netz abgegeben.

Bei der zweiten Möglichkeit wird über einen zweiten netzseitigen Stromrichter 11, der jedoch im Gegensatz zum ersten selbstgeführt ist, Energie aus dem Speicher 10 in das Netz geliefert.

Vorteil der zweiten Möglichkeit ist, daß die Energie nur einmal umgewandelt zu werden braucht.

Der Speicher 10 kann außer der Speicherung der Solarenergie für Aufgaben des Netzes herangezogen werden, wie z.B. für den Spitzenlastausgleich oder die Sofortreserve, wenn Kraftwerkseinheiten ausgefallen sind.

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Bezeichnungen

11..	.1n
21,.	.2n, 91...9n, 15
3,	16
4,	11
5,	12
10
6,	13
7,	14
8
17
18
19

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Solargenerator

Gleichstromumrichter

Gleichstrom-Sammelschiene netzseitiger Stromrichter Transformator

Speicher, Akkumulatorbatterie Filteranordnung

Lastschalter

Wechsel- oder Drehstromnetz Steuerungs- und Regelungseinrichtung für die Gleichstromumrichter 21...2n Erfassung der Gleichspannung U-, Erfassung der Wechselspannung ILg

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Leerseite

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt/Main

.13.6.1980 B 79/64

Sp/schf

Photovoltaisches Energieversorgung^system Patentansprüche

j 1. !Verfahren zur Energieeinspeisung in ein Wechsel- oder Drehstromnetz aus einem photovoltaischen Energieversorgungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß Solargeneratoren (11-1n) je einen Gleichstromumrichter (21-2n) speisen, der auf eine Sammelschiene (3) arbeitet, an die ein netzgeführter Stromrichter (4-) angeschlossen ist, der auf ein Wechsel- oder Drehstromnetz (8) arbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Solargenerator (11-1n) ein weiterer Gleichstromumrichter (91-9n) zugeordnet ist, der auf einen Energiespeicher (10) arbeitet.

— 2 —

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QRIGH4AWNSPECTED

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5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Energiespeicher (10) ein weiterer netzgeführter Stromrichter (11) angeschlossen ist, der auf das Wechsel- oder Drehstromnetz (8) arbeitet.

4-, Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Energiespeicher (10) ein zusätzlicher Gleichstromumrichter (15) angeschlossen ist, der auf die Sammelschiene (3) arbeitet.

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