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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem, welches
eine Systemzusammenschaltung aufweist, die durch mehrere Wechselstrommodule
bewirkt wird, die an eine Einphasen-Dreileiter-Verteilerleitung
angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein hierbei
eingesetztes Wechselstrommodul
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Schilderung des Stands der
Technik
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Momentan
wird ein Stromversorgungssystem, welches eine Systemzusammenschaltung
aufweist, in die Praxis umgesetzt. Wie in der
JP-A-05-308780 geschildert,
weist dieses Stromversorgungssystem eine Solarbatterie auf, die
an ein Einphasen-Dreileiter-Netzstromversorgungssystem angeschlossen
ist, über
einen Wechselrichter, so dass elektrische Energie, die von der Solarbatterie erzeugt
wird, einem Verbraucher zugeführt
werden kann, beispielsweise einem elektrischen Haushaltsgerät.
6 dieses Dokuments und die zugehörige Beschreibung
schildern ein Stromversorgungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1, wobei weiterhin zwei AC-Module vorgesehen sind, von denen eines
an den ersten äußeren Leiter
und das andere an den zweiten äußeren Leiter
angeschlossen ist.
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Beispielsweise
liefert eine Solarbatterie eine Klemmenspannung von 180 V, wenn
sechs Solarzellenmodule, die jeweils eine Gleichspannung von etwa
30 V liefern können,
elektrisch in Reihe geschaltet sind, zur Ausbildung der Solarbatterie.
Eine Gleichspannung von 180 V, die so erhalten wird, wird durch
einen Wechselrichter in eine einphasige Wechselspannung von 100
V umgewandelt. Die Ausgangsklemmen des Wechselrichters sind an zwei äußere Leiter
R und T einer Einphasen-Dreileiter-Verteilerleitung angeschlossen.
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Um
eine Gleichspannung von etwa 180 oder 360 V an den Wechselrichter
anzulegen, setzt daher das Stromversorgungssystem der voranstehend
geschilderten Art etwa 6 bis 12 Solarzellenmodule ein, die elektrisch
in Reihe geschaltet sind, wobei der Nachteil auftritt, dass dann,
wenn bei einem einzigen Solarzellenmodul eine Störung auftritt, sämtliche
Solarzellenmodule nicht mehr eingesetzt werden können.
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Das
Stromversorgungssystem der wie voranstehend geschildert ausgebildeten
Art weist einen weiteren Nachteil in der Hinsicht auf, dass bei
einigen Orten, an welchen die Solarzellenmodule installiert sind,
ein Zeitraum vorhanden ist, in welchem ein Gebäude oder dergleichen einige
der Solarzellenmodule abdeckt. Eine Verringerung der Ausgangsleistung von
den abgeschatteten Solarzellenmodulen führt dazu, dass die erzeugte
Energie sich bei den Solarzellenmodulen in solchem Ausmaß ändert, dass
die maximale Ausgangsleistung nicht von der Solarbatterie abgenommen
werden kann, selbst bei einer Steuerung durch eine Nachführeinrichtung
für den Punkt
der maximalen Leistung (MPPT).
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Das
Stromversorgungssystem nach dem Stand der Technik der voranstehend
geschilderten Art ist mit einer Schutzvorrich tung versehen, um die Verbindung
zwischen dem Wechselrichter und dem Netzstromsystem zu unterbrechen,
wenn ein anormaler Zustand auftritt, oder ein versehentlicher Stromausfall
in dem Netzstromversorgungssystem auftritt. Die Schutzvorrichtung
erfasst den anormalen Zustand oder den versehentlichen Stromausfall, öffnet einen
Schalter, um die Verbindung zwischen dem Wechselrichter und dem
Netzstromsystem innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer zu unterbrechen,
und unterbricht den Betrieb des Wechselrichters.
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In
diesem Fall wird daher elektrische Energie, die von der Solarbatterie
erzeugt wird, nicht genutzt. Ein derartiger Ausfall in Bezug auf
eine ordnungsgemäße Verwendung
des Sonnenlichts stellt ein ernsthaftes Problem dar.
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Die
WO 94/03857 A und
die zugehörige
EP 0 612 133 A1 beschreiben
ein Stromversorgungssystem, das eine einzelne Solarbatterie und
einen einzelnen Wechselrichter aufweist. Die
EP 0 570 976 A beschreibt
ein Stromversorgungssystem zum Einsatz beispielsweise in einem Flugzeug,
welches eine Wechselstromenergiequelle aufweist, beispielsweise einen
Generator, und einen Energiewandler, beispielsweise einen Wechselrichter,
die parallel betrieben werden. Die
EP 0 718 952 A , welche Stand der Technik gemäß Art. 54(3)
EPÜ darstellt,
und die
EP 0 591 620
A1 beschreiben ein Stromversorgungssystem, das ein Solarzellen-Array
aufweist, das mehrere Solarzellenmodule und einen Wechselrichter
aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
primäre
Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stromversorgungssystems
der voranstehend geschilderten Art, welches arbeitsfähig gehalten
werden kann, selbst wenn eine Störung
bei einem der Solarzellenmodule auftritt, wodurch ermöglicht wird,
eine maximale Ausgangsleistung von der Solarbatterie abzuziehen,
und welches einen hohen Umwandlungswirkungsgrad aufweist.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stromversorgungssystems
der voranstehend geschilderten Art, bei welchem ein Wechselrichter
arbeitsfähig
gehalten werden kann, selbst wenn die Verbindung zwischen dem Wechselrichter
und dem Netzstromsystem unterbrochen wird. Diese Anordnung ermöglicht einen
effektiven Einsatz elektrischer Energie, die von der Solarbatterie
erzeugt wird.
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Das
Stromversorgungssystem gemäß der Erfindung
weist die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Bevorzugte
Ausführungsformen der
Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Das
Stromversorgungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann darüber
hinaus eine unabhängige
Betriebssteuervorrichtung zum unabhängigen Betreiben des Wechselstrommoduls
aufweisen, wenn die Verbindung zwischen dem Wechselstrommodul und
dem Netzwerkversorgungssystem unterbrochen wird.
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Ein
Solarzellenmodul kann eine Gleichspannung von etwa 30 V liefern.
Der Wechselrichter weist einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler auf, der das
Ausgangssignal von dem Solarzellenmodul in eine Gleichspannung von
etwa 180 V umwandelt, und einen Spannungswandler, der das Ausgangssignal
von dem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler in eine Wechselspannung
von etwa 100 V umwandelt, die eine Frequenz von 50 oder 60 Hz aufweist.
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Bei
einer geschilderten Ausführungsform sind
mehrere Wechselstrommodule an die Einphasen-Dreileiter-Verteilerleitung
angeschlossen, so dass die Anzahl an Wechselstrommodulen, die an den äußeren Leiter
R angeschlossen sind, ebenso groß ist wie die Anzahl an Wechselstrommodulen, die
an den äußeren Leiter
T angeschlossen sind. Bei einer Anschlussverzweigung ist ein Ende
an eine der drei Klemmen angeschlossen, die bei jedem Wechselstrommodul
vorgesehen sind, und ist deren anderes Ende an ein Kabel angeschlossen.
Wenn jedes Wechselstrommodul mit einer Vorrichtung zur Durchführung einer
Umschaltung von der Verbindung mit dem äußeren Leiter R zur Verbindung
mit dem äußeren Leiter
T und umgekehrt versehen ist, werden bislang erforderliche Unterbrechungen
zur Durchführung
einer derartigen Umschaltung nicht mehr erforderlich. Weiterhin
erleichtert diese Umschaltungsvorrichtung das Zuordnen von Wechselstrommodulen zu
den äußeren Leitern
R und T. Eine Jumper-Schaltung oder ein Umschaltschalter kann als
die Umschaltvorrichtung eingesetzt werden.
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Bei
einer anderen geschilderten Ausführungsform
weist die unabhängige
Betriebssteuervorrichtung einen Bezugssignalgenerator auf, einen
Akkumulator, einen Batterielader, einen zweiten Wechselrichter,
und eine allgemeine Steuereinheit.
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Wenn
die Verbindung zwischen dem erstgenannten Wechselrichter und dem
Netzstromversorgungssystem unterbrochen wird, schickt der Bezugssignalgenerator
ein Signal an die Wechselstrommodule über die Verteilerleitung. Die
Spannung und die Frequenz des Signals sind ebenso wie bei jenem Strom,
der durch das Netzstromversorgungssystem geflossen ist, beispielsweise
100 V bzw. 50 oder 60 Hz. Zum Zeitpunkt des unabhängigen Betriebs
erfassen die Wechselstrommodule das Bezugssignal, das von dem Bezugssignalgenerator übertragen
wird, und geben einen Strom mit derselben Frequenz wie jener des
Bezugssignals aus.
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Die
allgemeine Steuereinheit steuert den Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung,
die von dem erstgenannten Wechselrichter geliefert werden so, dass
der Akkumulator nicht durch den Batterielader überladen wird. Wenn beispielsweise
die Klemmenspannung des Akkumulators ansteigt, mit fortschreitender
Ladung, schickt die allgemeine Steuereinheit ein Befehlssignal,
so dass eine wesentliche Verringerung des Ladestroms erhalten wird.
Die allgemeine Steuereinheit schickt ein anderes Befehlssignal zum
Steuern des Ausgangsstroms der Wechselstrommodule so, dass die Eingangsspannung,
die an den Batterielader angelegt wird, ordnungsgemäß innerhalb
einer vorgegebenen Toleranz liegt.
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Der
Akkumulator dient als Energieversorgungsquelle für den zweiten Wechselrichter,
der beispielsweise einen Netzstromversorgungs-Wechselstrom ausgibt,
der in einem Notfall eingesetzt werden soll. Eine Brennstoffzelle
oder eine Speicherzelle kann als der Akkumulator eingesetzt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung, die in
einem Stromversorgungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wird.
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2 ist
eine Darstellung des darin eingesetzten Wechselstrommoduls;
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3 ist
eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung, die in
dem Wechselstrommodul eingesetzt wird;
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4 ist
eine schematische Darstellung, welche die Wechselstrommodule zeigt,
die an eine Verteilerleitung angeschlossen sind;
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5 ist
eine Darstellung zur Unterstützung der
Erläuterung
eines Anschlusses der Wechselstrommodule;
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6(A) und 6(B) zeigen
schematisch die Relativpositionen der Wechselstrommodule;
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7 ist
eine Darstellung zur Unterstützung der
Erläuterung
eines anderen Anschlusses der Wechselstrommodule;
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8 ist
eine Darstellung zur Unterstützung der
Erläuterung
eines weiteren Anschlusses der Wechselstrommodule;
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9 ist
ein Flussdiagramm, das die Art und Weise darstellt, auf welche die
unabhängige
Betriebssteuervorrichtung arbeitet; und
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10 ist
ein Flussdiagramm, das aufeinander folgende Schritte bei einer typischen
Umsetzung in die Praxis des unabhängigen Betriebs darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 weist
ein Stromversorgungssystem 1 gemäß der Erfindung eine Einphasen-Dreileiter-Verteilerleitung 3 auf,
die eine Art des Netzstromversorgungssystems darstellt, eine Schutzvorrichtung 4,
Wechselstrommodule 5a, 5b, 5c, usw.,
eine unabhängige
Betriebssteuervorrichtung 6, sowie einen Personal Computer 7.
Sämtliche
Wechselstrommodule 5a, 5b, 5c, usw.,
oder einige von diesen, können
nachstehend als Wechselstrommodul 5 oder die Wechselstrommodule 5 bezeichnet
werden.
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Ein
Einphasen-Wechselstrom kann durch die Verteilerleitung 3 fließen, die
einen neutralen Leiter N und zwei äußere Leiter R und T aufweist.
Der neutrale Leiter N wird auf einer Potentialdifferenz von 100
V gegenüber
jedem der beiden äußeren Leiter
R und T gehalten. Diese beiden äußeren Leiter
weisen an sich eine Potentialdifferenz von 200 V zwischen ihnen
auf.
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Die
Schutzvorrichtung 4 weist Schalter 11 auf, eine
Funktionsstörungsdetektorschaltung 12, und
eine Zusammenschaltungssteuerschaltung 13.
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Die
Verbindung zwischen den Wechselstrommodulen 5 und der Verteilerleitung 3 wird
unterbrochen, wenn die Schalter 11 in Reaktion auf ein
Signal geöffnet
werden, das von der Funktionsstörungsdetektorschaltung 12 empfangen
wird.
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Die
Funktionsstörungsdetektorschaltung 12 weist
ein Überspannungsrelais
auf, ein Unterspannungsrelais, ein Überfrequenzrelais und ein Unterfrequenzrelais,
und untersucht das Netzstromversorgungssystem in Bezug auf das Auftreten
einer anormalen Spannung und/oder Frequenz. Wenn eine anormale Spannung
und/oder Frequenz festgestellt wird, gibt die Funktionsstörungsdetektorschaltung 12 ein
Signal zum Öffnen
der Schalter 11 aus. Die Funktionsstörungsdetektorschaltung 12 führt weiterhin
aktive und passive Funktionen aus, zur Anpassung an den isolierten
Betrieb eines Wechselstrommoduls oder von Modulen 5. Wenn
ein oder mehrere Wechselstrommodule 5 in einen isolierten
Betriebszustand versetzt werden, infolge eines versehentlichen Stromausfalls
oder dergleichen, der in dem Netzstromversorgungssystem auftritt,
stellt die Funktionsstö rungsdetektorschaltung 12 einen
derartigen Betriebszustand fest, und gibt ein Signal zum Öffnen der Schalter 11 aus.
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Die
Zusammenschaltungssteuerschaltung 13 weist Kommunikationsklemmen
auf, die als Schnittstelle RS485 festgelegt sind, und führt eine Steuerung
der gesamten Schutzvorrichtung 4 durch. Wenn die Schalter 11 durch
die Funktionsstörungsdetektorschaltung 12 geöffnet werden,
die eine anormale Spannung und/oder Frequenz feststellt, schickt die
Zusammenschaltungssteuerschaltung 13 einen Befehl an sämtliche
Wechselstrommodule 5, um den dort hindurch fließenden Strom
zu unterbrechen. Die Zusammenschaltungssteuerschaltung 13 empfängt ein
Signal SK, welches anzeigt, dass die Schalter 11 geöffnet oder
geschlossen sind, gibt das Signal SK an die unabhängige Betriebssteuervorrichtung 6 weiter,
und sammelt Information von den Wechselstrommodulen 5 in
Bezug auf den Zustand des Betriebs und der Energieerzeugung.
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Die
Zusammenschaltungssteuerschaltung 13 steht in Kommunikation
mit dem Personal Computer 7, der Information von der Schutzvorrichtung 4 empfängt, und überwacht,
ob elektrische Energie ordnungsgemäß erzeugt wird, und ob irgendeine Störung in
den Wechselstrommodulen 5 auftritt oder nicht.
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Wie
in 2 gezeigt, weist das Wechselstrommodul 5 ein
Solarzellenmodul PVM und eine Wechselrichtereinheit VTU auf. Das
Solarzellenmodul PVM kann eine Gleichspannung von etwa 30 V liefern.
Die Wechselrichtereinheit VTU weist einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler
auf (also eine Wandlerschaltung 21, wie sie in 3 gezeigt
ist), welcher das Ausgangssignal von dem Solarzellenmodul PVM in
eine Gleichspannung von etwa 180 V umwandelt, und einen Spannungswechselrichter
(also eine Wechselrichterschaltung 23, die in
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3 gezeigt
ist), welcher das Ausgangssignal von dem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler
in eine Wechselspannung umwandelt, die eine Frequenz von 50 oder
60 Hz aufweist.
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Um
eine Zusammenschaltung mit einem Netzstromsystem zu erzielen, sind
mehrere Wechselstrommodule 5 an die Verteilerleitung 3a angeschlossen,
so dass die Anzahl an Wechselstrommodulen, die an den äußeren Leiter
R angeschlossen sind, ebenso groß ist wie die Anzahl der Wechselstrommodule,
die an den äußeren Leiter
T angeschlossen sind. Unter Bezugnahme auf die 6(A) und 6(B) wird
deutlich, dass nur zwei Beispiele für die Relativpositionen dargestellt
sind, die von den Wechselstrommodulen 5 zum Zeitpunkt der
Anbringung im Außenbereich
eingenommen werden. Diese Anordnungen weisen die folgenden Vorteile
auf:
- (1) Obwohl jedes der Solarzellenmodule
PVM unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt ist, beispielsweise
in Bezug auf die Himmelsrichtung, die Abschattierung und die Temperatur,
können
negative Einflüsse,
die durch einen Unterschied dieser Umweltbedingungen einwirken, durch
die voranstehend geschilderten Anordnungen ausgeschaltet werden.
Jedes der Solarzellenmodule PVM kann durch eine Nachführeinrichtung
für den
Punkt der maximalen Leistung zu dem Zweck gesteuert werden, dass
die Energieerzeugung effizient verläuft.
- (2) Einige der Solarzellenmodule PVM sind parallel zum neutralen
Leiter und dem äußeren Leiter
R geschaltet, wogegen andere parallel zum neutralen Leiter und dem äußeren Leiter
T geschaltet sind. Die voranstehend geschilderten Anordnungen nutzen
daher den verfügbaren
Raum gut, und erleichtern die Auslegung und die Ausführung des Installierungsvorgangs.
- (3) Die Ausgangsleistung eines Wechselstrommoduls 5 ist
niedrig und beträgt
etwa 100 Watt. Dies bedeutet, dass das Stromversorgungssystem gemäß der Erfindung
in verschiedenen Bereichen betrieben werden kann, die von etwa 100 Watt
bis zu einigen Kilowatt betragen, abhängig davon, wie viele Wechselstrommodule 5 vorgesehen
sind, wobei trotz der Tatsache, dass eine gerade Anzahl an Wechselstrommodulen 5 dazu
erforderlich ist, einen Phasenausgleich zwischen den äußeren Leitern
R und T der Verteilerleitung 3 zu erreichen, ein Ungleichgewicht,
das durch eine ungeradzahlige Anzahl an Wechselstrommodulen 5 hervorgerufen
wird, höchstens
etwa 100 Watt beträgt.
- (4) Das Stromversorgungssystem gemäß der Erfindung weist keine
Gleichstromschaltung auf, und schaltet das Erfordernis aus, eine
in Rückwärtsrichtung
sperrende Diode vorzusehen, die zu einem Energieverlust führen würde. Die
Verdrahtung, die nur für
die Wechselstromschaltung benötigt
wird, kann auf dieselbe Art und Weise ausgeführt werden wie bei der üblichen
Verdrahtung.
- (5) Die Anzahl an Wechselrichtereinheiten VTU, die bei dem Stromversorgungssystem
gemäß der Erfindung
vorgesehen sind, und die größer ist
als das Zehnfache der Anzahl jener Einheiten, die bei einem Wechselrichtermodul
mit 3 Kilowatt verwendet werden, ist ausreichend groß, um die
Auswirkung hervorzurufen, die Kosten zu verringern, wenn die Wechselrichtereinheiten
VTU mittels Massenproduktion hergestellt werden.
- (6) Jedes der AC-Module 5 weist nicht die komplizierte
und mühsame
Funktionsweise auf, die Systemzusammenschaltung zu schützen, und
einen unabhängigen
Betrieb zu steuern, sondern hat nur die Funktion, einen Eigenschutz
bereitzustellen. Daher weist die elektrische Schaltung jedes Wechselstrommoduls 5 einen
einfachen Aufbau auf, der dazu dient, wesentlich die Anzahl an Schaltungselementen
zu verringern. Dies bedeutet eine weitere Einsparung an Kosten und
führt zu
einer äußerst verlässlichen
elektrischen Schaltung.
- (7) Eine kompakte Anordnung wird erzielt, wenn eine integrierte
Schaltung mit einem dicken Film oder dergleichen in der Hauptschaltung
jedes Wechselstrommoduls 5 verwendet wird.
- (8) Die Ausgangsspannung, die sich über jeder Wechselrichtereinheit
VTU einstellt, beträgt
100 V, also die Hälfte
von 200 V, die zwischen den beiden äußeren Leitern R und T der Verteilerleitung 3 aufrechterhalten
werden. Dies bedeutet, dass die Wechselrichtereinheiten VTU einen
hohen Gesamtwandlerwirkungsgrad aufweisen.
- (9) Wenn die Verbraucher so angeordnet sind, dass sie nicht
ausgeglichen sind, und beispielsweise die Spannung von Wechselstrommodulen 5,
die an den äußeren Leiter
R angeschlossen sind, 102 V beträgt,
und die Spannung von Wechselstrommodulen 5, die an den äußeren Leiter
T angeschlossen sind, gleich 98 V beträgt, kann das Ungleichgewicht
dadurch ausgeschaltet oder verringert werden, dass die Anzahl an
Wechselstrommodulen 5 erhöht wird, die an den äußeren Leiter
T (der stärker
belastet ist) angeschlossen sind, so dass mehr Wechselstrommodule
vorhanden sind, die an den äußeren Leiter
T angeschlossen sind, als Wechselstrommodule 5, die an
den äußeren Leiter
R angeschlossen sind.
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Wie
nunmehr aus 3 hervorgeht, weist die Wechselrichtereinheit
VTU eine Wandlerschaltung 21 auf, eine MPPT-Schaltung 22,
eine Wechselrichterschaltung 23, eine Gate-Steuerschaltung 24, einen
Operationsverstärker 25,
einen Multiplizierer 26, Operationsverstärker 27 und 28,
ein Bandpassfilter 29, eine Schnittstelle 30,
einen Stromtransformator 31, und einen Transformator 32.
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Die
Wandlerschaltung 21 führt
eine Funkfrequenz-Schaltwirkung beim Umwandeln einer Gleichspannung
von etwa 30 V, die von dem Solarzellenmodul PVM abgegeben wird,
in eine Gleichspannung von etwa 180 V durch. Um eine maximale Ausgangsleistung
von dem Solarzellenmodul PVM zu erhalten, verfolgt die MPPT-Schaltung 22 einen
optimalen Arbeitspunkt auf eine auf diesem Gebiet wohlbekannte Weise.
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Die
Wechselrichterschaltung 23 besteht aus mehreren Schaltelementen,
die in Brückenschaltung angeordnet
sind. Die Gate-Steuerschaltung 24 weist einen
Mikroprozessor auf, und überträgt ein Schaltsteuersignal
an die Wechselrichterschaltung 23, nachdem mit dem Signal
eine Impulsbreitenmodulation durchgeführt wurde.
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Die
Spannung V11, die der Wechselrichterschaltung 23 zugeführt wird,
wird auch dem Operationsverstärker 25 zugeführt, der
ein Eingangsfehlersignal Sa in Form einer Differenz zwischen der
Spannung V11 und dem Spannungsführungsgrößensignal Vref
entwickelt. Das Eingangsfehlersignal Sa wird an einer Eingangsleitung
des Multiplizierers 26 empfangen, während ein Signal S12 an dessen
anderer Eingangsleitung empfangen wird. Das Signal S12 stammt von
dem Operationsverstärker 28,
bei welchem ein Spannungssteuersignal S13, das von einem Signal
Sc stammt, der Fundamentalfrequenzkomponente S11 der Spannung V3
an dem Verbindungspunkt zwischen der Wechselrichtereinheit VTU und
dem Netzstromversorgungssystem hinzugefügt wird, und die Spannung V3
wird dem Operationsverstärker 28 über das
Bandpassfilter 29 zugeführt.
Das Signal S12, das mit dem Ein gangsfehlersignal Sa multipliziert
wurde, wird zu einem Stromführungsgrößensignal
Si, welches den erforderlichen Steuerpegel anzeigt. Das Stromführungsgrößensignal
Si, ein momentaner Ausgangsstrom, der von dem Stromtransformator 31 erfasst
wird, und ein Stromsteuersignal S14, das von dem Signal Sc stammt,
werden dem Operationsverstärker 27 zugeführt, der
ein Stromfehlersignal SΔi
entwickelt, welches der Gate-Steuerschaltung 24 zugeführt werden
soll.
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Die
Gate-Steuerschaltung 24 erzeugt ein Schaltsignal, welches
der Wechselrichterschaltung 23 zugeführt werden soll. Die Impulsbreite
des Schaltsignals wurde eingestellt als Ergebnis eines Vergleichs
des Stromfehlersignals SΔi
mit einem Bezugssignal, welches die Form von Dreiecksimpulsen aufweist,
die eine Frequenz von etwa 20 kHz aufweisen.
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Die
Schnittstelle 30 führt
eine digitale und serielle Kommunikation mit externen Geräten über eine Schnittstelle
RS485 durch, empfängt
das Spannungssteuersignal S13 und das Stromsteuersignal S14 von
den externen Geräten,
und überträgt Information
an die externen Geräte
in Bezug auf den Arbeitszustand der Wechselrichtereinheit VTU.
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Die
voranstehend geschilderte Rückkopplungsregelung
ermöglicht,
dass Wechselstromenergie mit einem Leistungsfaktor von 1 von
der Wechselrichterschaltung 23 an die Verbraucher abgegeben wird,
die an die äußeren Leiter
R und T der Verteilerleitung 3 angeschlossen sind, wobei
der Wert des Stroms ordnungsgemäß eingestellt
wird, und der Strom in Phase mit der Spannung des Netzstromversorgungssystems
ist.
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Wenn
die Wechselrichtereinheit VTU in Verbindung mit dem Netzstromversorgungssystem steht,
ist die Spannung V3 am Ver bindungspunkt zwischen der Wechselrichtereinheit
VTU und dem Netzstromversorgungssystem gleich der Spannung des Netzstromversorgungssystems.
Allerdings wird die Spannung V3 auf Null abgesenkt, wenn die Verbindung
zwischen der Wechselrichtereinheit VTU und dem Netzstromversorgungssystem
unterbrochen wird. In diesem Fall wird eine Wechselspannung, die ebenso
ist wie jene, die von dem Netzstromversorgungssystem geliefert wird,
von einem Bezugssignalgenerator 61 (1) geliefert,
anstatt von dem Netzstromversorgungssystem, so dass die Wechselrichtereinheit
VTU weiter arbeiten kann. Weiterhin kann in diesem Fall, beispielsweise
wenn die in der Schutzvorrichtung 4 vorgesehenen Schalter 11 geöffnet sind,
die Steuerung mit Hilfe des Spannungssteuersignals S13 durchgeführt werden,
das anstelle der Spannung V3 eingesetzt wird. Das Spannungssteuersignal
S13 muss mit hoher Geschwindigkeit gesteuert werden, da es eine
vorgeschriebene Signalform mit einer geeigneten Frequenz aufweisen
muss. Um diese Anforderung zu erfüllen, kann die Wechselrichtereinheit
VTU einen Oszillator aufweisen, von welchem eine vorzuziehende Signalform
in einem geeigneten Frequenzbereich erhalten werden kann. Die Amplitude
des Ausgangssignals von dem Oszillator kann mit Hilfe des Signals
SC gesteuert werden. Die Stärke
des Ausgangsstroms kann mit Hilfe des Stromsteuersignals S14 gesteuert
werden.
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Nachstehend
erfolgt eine Zusammenfassung eines typischen Verfahrens zum Anschließen der
Wechselstrommodule 5 an die Verteilerleitung 3a (oder 3):
Nunmehr
wird auf 4 Bezug genommen, in welcher
zwei ortsfeste Verbinder 41a und 41b auf der Wechselrichtereinheit
VTU angebracht sind. Jeder der ortsfesten Verbinder 41a und 41b ist
mit fünf
Verbindungs-Polschuhen R, N, T, PO und E verse hen, zum Anschließen einer
Ausgangsklemme der Wechselrichterschaltung 23 an den äußeren Leiter
R oder T. Die Verbindungs-Polschuhe,
die auf dem ortsfesten Verbinder 41a vorgesehen sind, sind
parallel zu den entsprechenden Verbindungs-Polschuhen geschaltet,
die auf dem ortsfesten Verbinder 41b vorgesehen sind.
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Alternativ
kann jeder der ortsfesten Verbinder 41a und 41b nur
mit drei Verbindungs-Polschuhen R, N und T versehen sein, und können die übrigen zwei
Verbindungs-Polschuhe PO und E über Verbindungsleitungen
angeschlossen sein, die zu einem getrennten System gehören, welches
weitere Verbindungs-Polschuhe zusätzlich zu PO und E aufweisen
kann.
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Eine
Jumper-Schaltung 42 ist zwischen den Verbindungs-Polschuhen
R, T und einer Ausgangsklemme der Wechselrichterschaltung 23 angeordnet. Durch
Umlegen eines Jumper-Drahts 42a auf die eine oder andere
Seite wird die Ausgangsklemme der Wechselrichterschaltung 23 wahlweise
mit dem äußeren Leiter
R oder T verbunden.
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Nunmehr
wird auf die 4 und 5 Bezug
genommen, in welchen benachbarte Wechselrichtereinheiten VTU miteinander über ein
Verbindungskabel 50 verbunden sind. Verbinder 51a und 51b sind
jeweils an jedem Ende des Verbindungskabels 50 vorhanden.
Jeder der Verbinder 51a und 51b ist mit fünf Verbindungs-Polschuhen
R, N, T, PO und E versehen, die an die entsprechenden Verbindungs-Polschuhe
angeschlossen werden sollen, die auf dem ortsfesten Verbinder 41a oder 41b vorhanden
sind. Die Verbinder 51a und 51b werden in die ortsfesten
Verbinder 41b und 41a eingeführt, die jeweils auf den benachbarten
Wechselrichtereinheiten VTU angebracht sind. Auf diese Weise werden
mehrere Wechselrichtereinheiten VTU, also mehrere Wechselstrommodule 5,
hintereinander geschaltet.
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Das
Bezugszeichen VTU1 bezeichnet eine Wechselrichtereinheit, die sich
an erster Stelle in der Reihe der voranstehend geschilderten mehreren Wechselrichtereinheiten
VTU befindet. Ein Verbinder 51a, der an einem Ende eines
Verbindungskabels 55 vorgesehen ist, wird in den ortsfesten
Verbinder 41a der Wechselrichtereinheit VTU1 eingeführt. Das
Verbindungskabel 55 enthält fünf Leitungen, von welchen drei,
nämlich
R, N und T, an die Verteilerleitung 3a angeschlossen sind,
und zwei, nämlich
PO und E, an die Schutzvorrichtung 4 bzw. eine Schnittstellenschaltung
angeschlossen sind, die in der unabhängigen Betriebssteuervorrichtung 6 vorgesehen
sind.
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Daher
wird eine Ausgangsklemme jedes der Wechselstrommodule 5 an
den äußeren Leiter
R oder T der Verteilerleitung 3 angeschlossen. Die Schnittstelle 30,
die in jedem der Wechselstrommodule 5 vorgesehen ist, überträgt ein Signal
SC an die Schutzvorrichtung 4 und die unabhängige Betriebssteuervorrichtung 6 über die
Verbindungs-Polschuhe PO und E.
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Nunmehr
wird Bezug genommen auf 6(A),
bei welcher mehrere Wechselstrommodule 5 (oder 24 Wechselstrommodule
bei dieser Ausführungsform)
schachbrettartig angeordnet sind. Wie durch eine gepunktet-gestrichelte
Linie angedeutet, sind benachbarte Wechselstrommodule 5 miteinander über Verbindungskabel 50 verbunden.
Sowohl in Zeilen als auch in Spalten wechseln sich die Wechselstrommodule 5,
die an den äußeren Leiter
R angeschlossen sind, mit jenen ab, die an den äußeren Leiter T angeschlossen
sind. Eine derartige versetzte Anordnung wird durch die Bereitstellung
der Jumper-Drähte 42a erleichtert.
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Die
versetzte Anordnung, die in 6(A) gezeigt
ist, weist den Vorteil auf, dass dann, wenn ein Gebäude oder
dergleichen einige der Wechselstrommodule 5 abschattet,
sich herausstellt, dass annähernd
die Hälfte
der abgeschatteten Wechselstrommodule 5 an den äußeren Leiter
R angeschlossen ist, und die andere Hälfte an den äußeren Leiter
T angeschlossen ist. Daher kann ein erhebliches Ungleichgewicht
verhindert werden.
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Die
Verdrahtung für
den Anschluss der Wechselstrommodule 5 an die Verteilerleitung 3a wird
durch den Einsatz der Verbindungskabel 50 erleichtert,
die mit standardisierten Verbindern versehen sind, durch welche
benachbarte Wechselstrommodule 5 miteinander verbunden
werden, unabhängig
davon, ob sie an den äußeren Leiter
R oder T angeschlossen werden sollen. Bei einer derartigen Anordnung
ist es unmöglich,
einen Fehler beim Anschluss hervorzurufen. Die für die Verdrahtung benötigte Zeit
kann wesentlich verringert werden. Durch Umlegen des Jumper-Drahts 42a auf
die eine oder andere Seite kann die Umschaltung von dem Anschluss
an den äußeren Leiter
R auf den Anschluss an den äußeren Leiter
T und entgegengesetzt einfach durchgeführt werden, ohne dass das Wechselstrommodul 5 zu
einem anderen Ort bewegt wird.
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Wie
nunmehr aus 6(B) hervorgeht, bilden die
Wechselstrommodule 5, die an den äußeren Leiter R angeschlossen
sind, eine obere Doppelleitung, wogegen die Wechselstrommodule 5,
die an den äußeren Leiter
T angeschlossen sind, eine untere Doppelleitung ausbilden. Daher
sind die Wechselstrommodule 5 in zwei Gruppen gesammelt,
was dazu führt,
dass sie einfach überwacht
werden können.
Wenn sie teilweise abgeschattet werden, ist jedoch eine erhebliche
Wahrscheinlich keit dafür
vorhanden, dass das Gleichgewicht zwischen den beiden Gruppen verloren
geht.
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Wenn
bei einem der Wechselstrommodule 5 eine Störung auftritt,
und wenn die Verbraucher so angeordnet sind, dass sie nicht ausgeglichen
sind, oder wenn die Anzahl von Wechselstrommodulen 5 erhöht oder
verringert wird, werden die arbeitenden Wechselstrommodule 5 insgesamt
dadurch ausgeglichen, dass der Jumper-Draht 42a in einem
der arbeitenden Wechselstrommodule 5 umgelegt wird.
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Aus
den 6(A) und 6(B) geht
hervor, dass die Gesamtlänge
einer Leitung, die dazu erforderlich ist, dass sie in den Verbindungskabeln 50 enthalten
ist, wesentlich verringert werden kann, da jedes Verbindungskabel
nur drei Leitungsteile zum Anschluss der Wechselstrommodule 5 an
die Verteilerleitung aufweisen muss. Dies führt zu einer weiteren Kosteneinsparung,
zu einer höheren
Verlässlichkeit, und
zu einer einfacheren Wartung. Um eine versetzte Anordnung zu erzielen,
wie in 6(A) gezeigt ist, können die
Wechselstrommodule 5, die an den äußeren Leiter R angeschlossen
werden sollen, selbstverständlich
getrennt von den Wechselstrommodulen 5 angeschlossen werden,
die an den äußeren Leiter
T angeschlossen werden sollen. In diesem Fall ist jedoch die Gesamtlänge einer
Leitung, die dazu erforderlich ist, in den Verbindungskabeln enthalten
zu sein, groß,
da zwei Leitungsteile zum Anschluss an den äußeren Leiter R und weitere
zwei Leitungsteile zum Anschluss an den äußeren Leiter T in der Gesamtheit
der Verbindungskabel vorhanden sein müssen. Daher besteht eine hohe
Wahrscheinlichkeit dafür,
dass ein Verdrahtungsfehler auftritt, und Wartungsarbeiten nicht
einfach durchgeführt
werden können.
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Nachfolgend
erfolgt eine Zusammenfassung eines weiteren Verfahrens zum Anschluss
der Wechselstrommodule 5 an die Verteilerleitung 3a:
Wie
aus 7 hervorgeht, ist die Wechselrichtereinheit VTUA1
mit einem Klemmenblock 43 versehen, der sechs Verbindungs-Polschuhe
R1, R2, N1, N2, T1 und T2 aufweist, in Gruppen von jeweils dreien. Die
Verbindungs-Polschuhe R1, N1 und T1 sind parallel zu den jeweiligen
Verbindungs-Polschuhen R2, N2 und T2 geschaltet.
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Mehrere
Wechselrichtereinheiten VTUA werden miteinander durch Anschluss
von Kabeln 52 verbunden, die an die Klemmenblöcke 43 angeschlossen
werden. Die Wechselrichtereinheit VTUA1, die als erste in der Reihe
der voranstehend geschilderten, mehreren Wechselrichtereinheiten
VTU angeordnet ist, ist an die Verteilerleitung 3a über ein
Anschlusskabel 56 angeschlossen, das mit den Verbindungs-Polschuhen
R1, N1 und T1 des Klemmenblocks 43 verbunden ist.
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Ein
Umschalter 44 ist zwischen den Verbindungs-Polschuhen R,
T und einer Ausgangsklemme U der Wechselrichterschaltung angeordnet.
Durch Umlegen des Umschalters 44 auf die eine oder andere
Seite wird die Ausgangsklemme der Wechselrichterschaltung wahlweise
mit dem äußeren Leiter
R oder T verbunden.
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Anstelle
eines einzelnen Klemmenblocks 43, der als Unterstützung für sechs
Verbindungs-Polschuhe bei der geschilderten Ausführungsform eingesetzt wird,
ist es ebenfalls möglich,
zwei Klemmenblöcke
einzusetzen, die jeweils drei Verbindungs-Polschuhe aufweisen. Alternativ kann
eine Wechselrichtereinheit mit einem einzelnen Klemmenblock versehen
sein, der drei Verbindungs-Polschuhe aufweist, an welche jeweils
zwei Lei tungen angeschlossen sind. Der einzelne Klemmenblock kann
darüber
hinaus zwei Verbindungs-Polschuhe aufweisen, an welche die Leitung
PO bzw. E angeschlossen ist.
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Wie
aus 8 hervorgeht, ist ein ortsfester Verbinder 45,
der drei Verbindungs-Polschuhe R, N und T aufweist, auf der Wechselrichtereinheit
VTUB1 angebracht. Mehrere Wechselrichtereinheiten VTUB sind miteinander
durch Verbindungskabel 53 verbunden, die wiederum gegenseitig
durch Verbinder 54 verbunden sind, so dass zwei Leitungen,
die sich jeweils von zwei Verbindungskabeln 53 aus erstrecken,.
an einen der Verbindungs-Polschuhe angeschlossen sind, die auf einem
Verbinder 54 vorgesehen sind. Die Wechselrichtereinheit
VTUB1, die zuerst in der Reihe der voranstehend geschilderten, mehreren
Wechselrichtereinheiten VTUB vorhanden ist, ist an die Verteilerleitung 3a über ein
Verbindungskabel 57 angeschlossen, das an den Verbinder 54 angeschlossen
ist.
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Anstelle
des ortsfesten Verbinders 45, der als Halterung für drei Verbindungs-Polschuhe
bei der geschilderten Ausführungsform
verwendet wird, ist es ebenfalls möglich, einen ortsfesten Verbinder
einzusetzen, der zwei Verbindungs-Polschuhe aufweist, an welche
die Leitung PO bzw. E angeschlossen ist.
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Die
unabhängige
Betriebssteuervorrichtung 6 betreibt unabhängig die
Wechselstrommodule 5, wenn die Schalter 11, die
in der Schutzvorrichtung 4 vorgesehen sind, geöffnet sind,
um die Verbindung zwischen den Wechselstrommodulen 5 und
dem Netzstromversorgungssystem zu unterbrechen. Daher sind die Wechselstrommodule 5 zum
Einsatz als Notfall-Energieversorgungsquelle ausgebildet. Die unabhängige Betriebssteuervorrichtung 6 weist
einen Bezugssignalgenerator 61 auf, eine Batterieladevorrichtung 62,
einen Notfall-Wechselrichter 63, eine allgemeine Steuereinheit 64,
eine Batterie 65, einen Umschalter 66, und eine
Steckerbuchse 67.
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Wenn
die Verbindung zwischen den Wechselstrommodulen 5 und dem
Netzstromversorgungssystem unterbrochen ist, schickt der Bezugssignalgenerator 61 ein
Signal an die Verteilerleitung 3a, so dass die Fundamentalfrequenzkomponente
S11 der Spannung V3 an dem Verbindungspunkt zwischen der Wechselrichtereinheit
VTU und dem Netzstromversorgungssystem den Wechselstrommodulen zugeführt werden
kann. Die Spannung und die Frequenz des Signals, das von dem Bezugssignalgenerator 61 übertragen
wird, sind ebenso wie bei der elektrischen Energie, die durch das
Netzstromversorgungssystem geliefert wurde. Dies bedeutet, dass der
Bezugssignalgenerator 61 nicht die Verteilerleitung 3a mit
elektrischer Energie versorgen muss, aber das Ausgangssignal von
dem Bezugssignalgenerator 61 nur die gleiche Signalform
aufweisen muss wie bei der Spannung V3. Vorzugsweise sollte jedoch
der Bezugssignalgenerator 61 dazu fähig sein, die Verteilerleitung 3a mit
elektrischer Energie in der Größenordnung
von einigen zehn bis hunderten Milliwatt zu versorgen, also in dem
Ausmaß,
um den erdfreien Zustand der Verteilerleitung 3a, usw.
sicherzustellen.
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Die
Batterieladevorrichtung 62 führt eine Gleichrichtung des
Ausgangssignals von den Wechselstrommodulen 5 durch, und
lädt die
Batterie 65 auf. Die Werte des Eingangsstroms, der Eingangsspannung,
des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung der Batterieladevorrichtung 62 werden durch
(nicht dargestellte) Detektoren erfasst, und der allgemeinen Steuereinheit 64 zugeführt. Die
Batterieladevorrichtung 62 weist einen elektromagnetischen
Schalter auf, der dazu ausgebildet ist, die Verbindung der Schaltung
zur Verteilerleitung 3a herzustellen oder zu unterbrechen,
so dass die Batterieladevor richtung 62 nur dann arbeitet,
wenn die Verbindung zwischen den Wechselstrommodulen 5 und dem
Netzstromversorgungssystem unterbrochen ist. Anstelle des elektromagnetischen
Schalters ist es ebenfalls möglich,
eine elektronische Steuerung einzusetzen. Der Ausgangsstrom der
Batterieladevorrichtung 62 wird durch Eingangssignale von
den Wechselstrommodulen 5 festgelegt, die durch die allgemeine
Steuereinheit 64 in Abhängigkeit
von dem Ladungszustand der Batterie 65 gesteuert werden, so
dass die Batterie 65 nicht durch die Batterieladevorrichtung 62 überladen
wird. Die Ausgangsspannung der Wechselstrommodule 5 wird
ebenfalls durch die allgemeine Steuereinheit 64 so gesteuert, dass
die an die Batterieladevorrichtung 62 angelegte Spannung
nicht die zulässige
Eingangsspannung überschreitet.
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Der
Notfall-Wechselrichter 63 wandelt die Gleichspannungsenergie,
die in der Batterie 65 gespeichert ist, in Einphasen-Wechselstromenergie von
100 V für
eine Netzstromversorgung um. Durch Umlegen des Umschalters 66 auf
die eine oder andere Seite wird die erwähnte Wechselstromenergie der Steckerbuchse 67 zugeführt. Normalerweise
wird Wechselstromenergie der Steckerbuchse 67 über die Verteilerleitung 3b zugeführt, jedoch
wird, wenn die Verbindung zwischen den Wechselstrommodulen 5 und
dem Netzstromversorgungssystem unterbrochen ist, bei einem Energieversorgungsausfall,
oder wenn die Wechselstromenergie aus anderen Gründen nicht geliefert wird,
der Umschalter 66 umgelegt, und wird die Wechselstromenergie
der Steckerbuchse 67 von dem Notfall-Wechselrichter 63 zugeführt. Der
Notfall-Wechselrichter 63 ist vom trägen Typ, und kann momentan
einen Stoßstrom
ausgeben, der etwa das Zehnfache eines Nennstroms beträgt. Daher
können
induktive Verbraucher, die einen hohen Anlassstrom benötigen, beispielsweise
ein Motor, betrieben werden. Ein Kühlschrank, eine Waschmaschine,
eine Klimaanlage und dergleichen können an die Steckerbuchse 67 angeschlossen
werden.
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Die
allgemeine Steuereinheit 64 steuert insgesamt die unabhängige Betriebssteuervorrichtung 6 so,
dass ermöglicht
wird, dass die Wechselstrommodule 5 unabhängig von
dem Netzstromversorgungssystem arbeiten können, wenn die Verbindung dazwischen
durch Öffnen
der Schalter 11 unterbrochen wird. Die allgemeine Steuereinheit 64 erzeugt
ein Führungsgrößensignal
SC, aus welchem ein Stromsteuersignal S14 entsteht. Der Zweck des
Stromsteuersignals S14 besteht darin, den Ausgangsstrom jedes Wechselstrommoduls 5 so
zu steuern, dass ein Strom, der zum Aufladen der Batterie 65 verwendet werden
soll, einen geeigneten Wert annimmt. Das Führungsgrößensignal SC wird an jedes
Wechselstrommodul 5 über
die Schnittstelle RS485 in Abständen
von beispielsweise einer Sekunde übertragen. Jedes Wechselstrommodul 5 erzeugt
das Stromsteuersignal S14 auf Grundlage des Führungsgrößensignals SC.
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Daher
müssen
die Intervalle, in welchen das Führungsgrößensignal
SC zum Steuern des Ausgangsstroms für jedes Wechselstrommodul 5 ausgegeben
wird, nur in der Größenordnung
von einer Sekunde liegen. Dies bedeutet, dass der Ausgangsstrom
jedes Wechselstrommoduls 5 in derartigen geeigneten Intervallen
gesteuert werden kann, um zu ermöglichen,
dass eine serielle Kommunikation durchgeführt wird.
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Kurz
gefasst kann, durch Bereitstellung der unabhängigen Betriebssteuervorrichtung 6,
elektrische Energie, die von den Wechselstrommodulen 5 erzeugt
wird, als Notfall-Energieversorgungsquelle eingesetzt werden, wenn
Verbindungen in dem System unterbrochen werden, infolge eines Störfalls der Energieversorgung
oder dergleichen, der in dem Netzstromver sorgungssystem auftritt.
Der Grund für die
Bereitstellung der Batterie 65 besteht darin, dass die
elektrische Energie, die durch Sonnenlicht erzeugt wird, und direkt
den Verbrauchern zugeführt wird,
nicht dazu ausreicht, die Zufuhr elektrischer Energie zu den Verbrauchern
zu stabilisieren. Um das Sonnenlicht ausreichend zu nutzen, wird
elektrische Energie, die von den Solarzellenmodulen PVM erzeugt
wird, in der Batterie 65 gespeichert, von dort aus abgenommen,
in Netzstromenergie umgewandelt, und dann den Verbrauchern zugeführt. Elektrische
Haushaltsgeräte,
wie beispielsweise ein Home-Computer, die an die Verteilerleitung 3 oder 3a angeschlossen
waren, werden auf die Verteilerleitung 3b zu dem Zeitpunkt
umgeschaltet, wenn der Systemanschluss unterbrochen wird. Daher
kann das Stromversorgungssystem 1 gemäß der Erfindung als eine unterbrechungsfreie
Stromversorgung für
den Computer eingesetzt werden. Alle diese komplizierten Steuervorgänge werden
von der unabhängigen
Betriebssteuervorrichtung 6 durchgeführt, wodurch es nicht mehr
erforderlich ist, eine komplizierte elektrische Schaltung in jedem
der Wechselstrommodule 5 vorzusehen.
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Die
unabhängige
Betriebssteuervorrichtung 6 stellt sich als vorteilhaft
heraus, wenn sie eine Auswahl zwischen einem automatischen Start
und einem Handstart ermöglicht,
wenn die Systemverbindung unterbrochen wird. Obwohl nicht in der
Zeichnung dargestellt, wird darauf hingewiesen, dass daher die allgemeine
Steuereinheit 64 vorzugsweise einen Umschalter aufweist,
um eine Umschaltung der Vorgehensweise zum Starten der Steuerung
durch Ausführung
durch die unabhängige
Betriebssteuervorrichtung 6 vom automatischen Start zum
Handstart und entgegengesetzt durchzuführen. Andere Teile, die zur
Vereinfachung bei der Zeichnung weggelassen sind, umfas sen einen
Startschalter, der dann eingesetzt werden soll, wenn ein Handstart
ausgewählt wird.
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Die
Art und Weise, auf welche die unabhängige Betriebssteuervorrichtung 6 arbeitet,
wird nunmehr unter Bezugnahme auf 9 geschildert.
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Gemäß 9 wird
der Bezugssignalgenerator 61 in Betrieb gesetzt, und wird
ein Bezugssignal an die Verteilerleitung 3a (Schritt 14) übertragen, wenn
der unabhängige
Betrieb gestartet wird, wenn die Schalter 11 geöffnet sind,
und wenn die Leitungsspannung auf Null abgesunken ist (also wenn
sämtliche
Abfragen in den Schritten 11 bis 13 bejahend beantwortet
werden). Der Betrieb der Wechselstrommodule 5 wird fortgesetzt
(Schritt 15), und es wird eine Steuerung des unabhängigen Betriebsablaufs durchgeführt (Schritt 16).
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Der
Start des unabhängigen
Betriebs kann durch die Tatsache festgestellt werden, dass der voranstehend
erwähnte
Umschalter auf die Position "automatischer
Start" geschaltet
wurde, oder dass, wenn ein Handstart ausgewählt ist, der Starterschalter
geschlossen ist. Das Öffnen
der Schalter 11 kann durch das Signal SK erfasst werden,
das von den Schaltern 11 empfangen wird. Die Tatsache,
dass die Leitungsspannung auf Null abgesunken ist, kann durch die Tatsache
erfasst werden, dass die Spannung V3 an dem Verbindungspunkt zwischen
der Wechselrichtereinheit VTU und dem Netzstromversorgungssystem auf
Null abgesunken ist.
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Wie
nunmehr aus 10 hervorgeht, beginnt die Steuerung
des unabhängigen
Betriebs mit Abgabe einer Beurteilung, ob ein Stoppbefehl übertragen
wurde oder nicht (Schritt 21). Wenn der Starterschalter
geöffnet
ist, oder wenn ein Stoppschalter betätigt wird (also wenn die Abfrage
in Schritt 21 positiv beantwortet wird), werden der Prozess
der Unterbrechung der Ausgangssignale von der Batterieladevorrichtung 62,
den Wechselstrommodulen 5 und des Notfall-Wechselrichters 63 und
der Prozess zur Unterbrechung der Arbeit des Bezugssignalgenerators 61 durchgeführt (Schritt 31).
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Es
wird eine Beurteilung weitergeleitet in der Hinsicht, ob ein Ausgangsstrombefehl
I1 an die Wechselstrommodule 5 erneut
werden sollte oder nicht (Schritt 22). Ob der Ausgangsstrombefehl
I1 erneut werden soll oder nicht hängt von
dem Zustand der Ladung oder Entladung der Batterie 65 ab,
und hierbei gibt beispielsweise die Klemmenspannung der Batterie 65 einen
Hinweis. Die Klemmenspannung der Batterie 65 wird innerhalb
eines geeigneten Zeitraums überwacht
(beispielsweise in Abständen von
einigen Minuten).
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Der
Wert der Ausgangsstromführungsgröße I1 wird aktualisiert (Schritt 23),
wenn die unabhängige Betriebssteuervorrichtung 6 festgestellt
hat, dass die Führungsgröße I1 aktualisiert werden sollte (also wenn bei
der in Schritt 22 erfolgenden Abfrage eine bejahende Antwort
erfolgt). Ein Korrekturfaktor α wird auf
1,0 eingestellt (Schritt 24). Eine Stromführungsgröße Ip (= α × I1) wird an einen Stromführungsgrößenport übertragen (Schritt 25).
Das Signal SC wird auf Grundlage der Stromführungsgröße Ip entwickelt, und
an die Wechselstrommodule 5 übertragen, in welchen das Stromsteuersignal
S14 auf Grundlage des Signals SC entwickelt wird.
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Der
Ausgangsstrom I0 der Wechselstrommodule 5 wird
gemessen (Schritt 26), und mit der Ausgangsstromführungsgröße I1 verglichen (Schritt 27). Die Prozeduren
der Schritte 21 bis 27 werden wiederholt, wenn
der Ausgangsstrom I0 kleiner ist als die Ausgangsstromführungsgröße I1 (also wenn bei der in Schritt 27 erfolgenden
Abfrage eine verneinende Antwort vorhanden ist). Wenn der Ausgangsstrom
I0 größer ist
als die Ausgangsstromführungsgröße I1 (also die Abfrage in Schritt 27 bejahend
beantwortet wird), wird der Korrekturfaktor α dadurch verkleinert, dass er
mit einem Faktor d multipliziert wird, der kleiner ist als 1 (Schritt 28).
Der Faktor d kann einen festen Wert aufweisen. Alternativ können Werte
für den Faktor
d entsprechend den verschiedenen Klemmenspannungen der Batterie 65 vorher
tabelliert werden. Die Prozedur des Schritts 28 wird bei
dem Zustand wiederholt, bei welchem der Korrekturfaktor α nicht einen
Minimalwert aufweist (Schritt 29).
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Wenn
der Korrekturfaktor α kleiner
wird als der Minimalwert (also wenn die in Schritt 29 erfolgende
Abfrage bejahend beantwortet wird), so wird festgestellt, dass die
Einstellung des Ausgangsstroms I0 unmöglich ist,
und werden Prozeduren durchgeführt, um
mit einer anormalen Situation fertig zu werden (Schritt 30),
so dass die Ausgangssignale von der Batterieladevorrichtung 62,
den Wechselstrommodulen 5 und dem Notfall-Wechselrichter 63 unterbrochen
werden, der Betrieb des Bezugssignalgenerators 61 ebenfalls
unterbrochen wird, und eine Alarmleuchte eingeschaltet wird.
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Daher
wird der Ausgangsstrom der Wechselstrommodule 5 in Abhängigkeit
von der Klemmenspannung der Batterie 65 eingestellt, so
dass der Ladestrom absinken kann, im Verlauf der Aufladung der Batterie 65.
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Selbst
wenn bei einigen der Solarzellenmodule PVM eine Störung auftritt,
kann der Betrieb der betreffenden Wechselstrommodule 5 unterbrochen werden,
und kann das Gleichgewicht zwischen den äußeren Leitern R und T durch
Betätigung
der Jumper-Schaltung 62 aufrechterhalten werden, so dass die übrigen Solarzellenmodule
PVM weiter arbeiten können.
Jedes der Solarzellenmodule PVM arbeitet unabhängig. Selbst wenn ein unterschiedlicher
Zustand der Energieerzeugung zwischen ihnen auftritt, können eine
maximale Ausgangsleistung und ein hoher Wandlungswirkungsgrad hierdurch
erzielt werden.
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Wenn
die Verbindung zwischen den Wechselstrommodulen 5 und dem
Netzstromversorgungssystem unterbrochen wird, sind die Wechselstrommodule 5 dazu
ausgebildet, dass sie unabhängig
arbeiten können,
so dass elektrische Energie, die von den Solarzellenmodulen PVM
erzeugt wird, effizient genutzt werden kann. Die Batterie 65 wird
durch das Ausgangssignal von den Wechselstrommodulen 5 geladen.
Netzstromversorgungsenergie wird von dem Notfall-Wechselrichter 63 geliefert,
der durch die Batterie 65 versorgt wird. Daher wird die
Zufuhr elektrischer Energie stabilisiert. Die Wechselstrommodule 5 und
die unabhängige
Betriebssteuervorrichtung 6 können als eine Notfall-Energieversorgungsquelle für elektrische
Haushaltsgeräte
verwendet werden.
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Anstelle
der Schnittstelle RS485, die dazu verwendet wird, in zwei Richtungen
das Signal SC zwischen der Schutzvorrichtung 4, den Wechselstrommodulen 5 und
der unabhängigen
Betriebssteuervorrichtung 6 abzugeben und zu empfangen, ist
es ebenfalls möglich,
eine andere Schnittstelle als RS485 einzusetzen, beispielsweise
RS422 oder RS232C, oder ein Analogsignal auszugeben und zu empfangen.
Anstelle der Jumper-Schaltung 42 ist es ebenfalls möglich, einen
Umschalter einzusetzen. Im Normalfall, bei welchem die Wechselstrommodule 5 in
Verbindung mit dem Netzstromversorgungssystem stehen, kann bei der
Batterie 65 eine Erhaltungsladung durchgeführt werden.
Die unabhängige
Betriebssteuervorrichtung 6 kann eine Auswahl zwischen
einem automatischen Start und einem Handstart ermöglichen,
wenn Verbindungen in dem System unterbrochen werden. Falls ein Handstart
ausgewählt
wird, kann die Tatsache, dass eine Verbindung in dem System unterbrochen
ist, mit Hilfe einer Signalleuchte oder einer Alarmvorrichtung zur
Kenntnis gebracht werden.
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Es
können Änderungen
in Bezug auf die Ausgangsspannung der Solarzellenmodule PVM, die Anzahl
der Wechselstrommodule 5, die Konstruktion der Wechselrichtereinheit
VTU, der Schutzvorrichtung 4 und der unabhängigen Betriebssteuervorrichtung 6 vorgenommen
werden, in Bezug auf die Art und Weise der Kommunikation zwischen
ihnen, in Bezug auf die Konstruktion und Abfolge des Betriebs des
Stromversorgungssystems 1, und diese Abänderungen können jene Maßnahmen
ersetzen, die hier dargestellt und beschrieben wurden, ohne von
der Erfindung abzuweichen, wie sie in den Patentansprüchen angegeben
ist.