WO2009049603A2 - Steuerungssystem für solaranlagen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a control system for solar systems with at least one pivotable about at least one pivot axis solar module according to the preamble of patent claim 1, claim 11 and claim 14.
- a control system for solar systems wherein a pivotally mounted solar module is associated with a drive device.
- the drive device comprises, on the one hand, a drive motor as drive unit and, on the other hand, a drive unit for driving the drive motor.
- the drive unit allows a sunlight-dependent tracking of the solar module, so that the solar module is always oriented at an optimum angle to the sunlight. With increasing number of solar modules, however, the driving effort increases.
- the drive unit may include, for example, an asynchronous motor, which is designed relatively robust and reliable.
- asynchronous motors are always used only with a single speed, so that in emergency fall operation, ie when hurricanes and storms occur, a lowering of the solar modules takes a relatively long time, which can lead to their destruction.
- relatively complex emergency generators are required so that in a power failure, the solar modules can be pivoted into an example horizontal safety position.
- a control system for solar systems with a pivotable about at least one pivot axis solar module is known, the same for sun position tracking tracking a drive device with a two drive motors drive unit and a drive unit or control module assigned to drive the drive motors is.
- the control module is coupled to a sensor unit that provides weather-dependent sensor data, such as wind speed, temperature and the like. These weather-dependent sensor data are processed in the control module and allow a situation-dependent current influencing the already present in the control module default data for controlling the drive unit, so that the solar module is always controlled or controlled in normal operation at right angles to the direction of the sun.
- a disadvantage of the known control system is that the control effort is relatively high, since the drive device must provide a separate control module for each solar module.
- Object of the present invention is therefore to develop a control system for solar systems such that the precision in tracking the solar module improves and preferably reduces the control effort and the control is facilitated.
- the invention has the features of claim 1.
- a drive unit to a power converter by means of which a precise control of one or more motors of the drive unit is made possible.
- the provision of electrical energy by means of a charger connected to the electrical power supply network and a battery unit enables a reliable and long-term stable power supply of the at least one drive unit or drive unit. In particular, this makes it possible to branch off a small charging current parallel to the energy generation by the solar module. Switching the control system to the effect that in normal operation, the control units or drive units are connected to the power grid and in an emergency operation to an emergency generator, is not required.
- regardless of the operating mode normal operation, emergency operation
- the battery unit can store the operating voltage required for the continued operation of the solar modules. Characterized in that the battery unit charged in predetermined charging cycles quasi continuously by means of the charger - A -
- the charger has a control, so that the battery unit can be charged via long-lasting charging cycles.
- a relatively low charging current advantageously flows, so that current drainage peaks can be avoided.
- the control of the charger is designed such that the output from the battery unit battery voltage is compared with a predetermined threshold. If the battery voltage is equal to or higher than the threshold, the battery pack will not charge. If the battery voltage is lower than the threshold value, the battery unit is charged.
- the drive unit has a first drive motor for pivoting the solar module about a vertical pivot axis and a second drive motor for pivoting the solar module about a horizontal pivot axis.
- the drive unit may have a third motor for linear adjustment of the solar module in the height relative to a fixedly connected to the ground frame of the solar module.
- the solar module can be adjusted in height, so that unwanted shadowing on the Surface of the solar module can be avoided by local conditions at certain times of day or by other solar modules.
- the drive unit has a transmission which is arranged between the first drive motor and / or the second drive motor and / or the third drive motor on the one hand and a support part of the solar module on the other hand.
- this can be used to improve the positioning accuracy of the solar module in conjunction with the power converter-controlled motor.
- This can be improved, in particular in the case of lens-based solar modules, in which a focusing of the solar radiation by optical elements (lenses) takes place.
- the angular accuracy can be advantageously improved to less than 1 °.
- the solar modules are arranged grouped into a solar unit, wherein each solar module is assigned a separate battery unit or a separate charger.
- the respective battery units and chargers connected one behind the other can be dimensioned smaller, wherein the respective solar modules and the respectively associated drive unit, drive unit and energy supply unit (battery unit, charger) form a self-sufficient functional module.
- These self-sufficient function modules only need to be set up in a predetermined field and connected to an electrical power supply network.
- a plurality of drive units or solar modules or a single solar unit can be assigned to an energy supply unit consisting of a single battery unit and a single charger. In this case, an adaptation of the energy supply unit to a certain number of solar modules is required.
- this can be a component cost in the energy supply can be reduced.
- the invention has the features of claim 11.
- the invention allows by assigning one or more power converters to the drive unit a more precise tracking of the solar module in dependence on the current position of the sun.
- a drive device of the control system provides a control module which transmits a power converter (frequency converter) control signals or pre-charge signals by means of a power converter control program. Characterized in that the control module is associated with a plurality of power converters, which are each assigned to different solar modules, the control effort for the individual drive units can be reduced.
- a further reduction of the control effort results from the fact that a preferred control unit of a group of solar modules (solar unit) combined into a solar unit can be coupled via a data network with one or more further control modules, which are each assigned to further solar units consisting of a plurality of solar modules ,
- the additional control module (s) merely require means for controlling the current judge.
- the default signal for driving the power converters receives the respective control module through the preferred control module of the first solar unit.
- only the preferred control module requires a connection to the sensor unit (wind sensor, hail sensor, sun sensor, etc.), whereby the control modules of the further solar units take over the current default data provided by the preferred control module through a corresponding communication connection (data network).
- the solar modules and / or the drive units and / or the drive units of the respective solar units are identical. In this way, the control effort can be reduced, since the default data once determined by the preferred control module apply to all functional units (drive unit, solar module) of the solar units.
- the data network can be designed as a wired network or as a radio network.
- the radio network can be configured as a WLAN network, so that a simple transmission of the control signals / default signals between the solar units is ensured.
- the invention has the features of claim 14.
- a particular advantage of the invention is that a monitoring of the power converter or of the solar module is always made possible by integration of a monitoring program in the control module.
- the control of the drive unit can be changed or the pre-programmed according to the power converter control program predetermined positioning of the solar module can be changed.
- the state of the solar system can be logged or error conditions can be detected and documented.
- the energy yield of the solar system or one or more solar units or one or more solar modules can be logged, so that evaluation data are available, which can be used, for example, to correct the control of the solar modules.
- the efficiency of the solar modules can thus be increased or the maintenance of the same simplified.
- the preferred control module has a maintenance routine, so that the default data determined for the power converters determined in the control module can be manipulated in such a way that the solar modules are moved into a predefined preferred position (eg flat position) for maintenance or cleaning purposes. can be brought.
- a predefined preferred position eg flat position
- a required maintenance or cleaning can be initiated, which increases the efficiency of the solar unit.
- a refinement of the invention consists in that the provision of control effort can be reduced by providing a decentralized control module, which is connected via a bus system to the respective control units assigned to the solar modules.
- the wiring can be reduced.
- the effectiveness of the drive can be improved because a single decentralized control module is provided for a plurality of drive units.
- the bus system has a hierarchical structure, wherein the decentralized control module sends control signals to the plurality of drive units designed as a bus slave as bus master.
- the decentralized control module is connected to a number of sensor units via the bus system, so that the control signals to be sent to the respective drive units are transmitted in dependence on the sensor data contained in the current environmental conditions of the sensor unit.
- the control effort can be reduced by the fact that the decentralized control module is assigned only to a single sensor unit.
- This sensor unit determines the sensor data for several solar modules combined in a solar unit, which are exposed to the same environmental conditions. To determine the ambient conditions of a solar unit only one sensor unit of the same type is required. Thus, for example, solar modules that have the same wind conditions can be assigned to the same distributed control module with a single wind sensor sensor unit.
- the decentralized control module is connected via a data network with a centrally located central control / monitoring unit. direction connected.
- the central control / monitoring device enables a central control of a plurality of solar units, which each have a single decentralized control module and a plurality of solar modules. On the other hand, this allows the majority of solar units to be monitored centrally.
- the drive unit has a three-phase asynchronous motor, which is robust and durable.
- the variable-speed asynchronous motor in conjunction with the control system, enables lowering of the solar modules from a working position into an operating position, for example relatively quickly when unacceptably high wind forces occur. Horizon safety position is possible without an unwanted failure or destruction of the solar modules can occur.
- the drive units are powered by means of a rechargeable battery unit, which preferably has a capacity such that, in the event of a power grid failure, a solar unit's solar modules can be operated for several days.
- the battery unit can also serve as an emergency generator for the solar unit.
- Figure 1 is a block diagram of a control system according to the invention for solar systems according to a first embodiment
- FIG. 2 is a block diagram of a control system according to the invention for solar systems according to a second embodiment.
- a control system according to the invention for solar systems as a holistic system, enables improved efficiency and a higher degree of utilization of solar systems.
- a solar system consists of a plurality of solar units 1 shown in Figure 1, each of which a drive device 2 are assigned.
- the solar unit 1 has a plurality of solar modules 3, which are designed in the form of photovoltaic modules and convert the solar radiation into electrical energy.
- the solar modules 3 of the solar units 1 are arranged on a frame, not shown, at a distance from each other.
- Each of the solar modules 3 is assigned a drive unit 4, so that the solar modules 3 are pivoted about a vertical pivot axis and / or horizontal pivot axis as a function of current state conditions in such a way that the solar modules 3 have an optimal orientation to the solar radiation.
- the drive unit 4 has a suitable electric motor, for. B. a three-phase asynchronous, z. B. at a low voltage, z. B. of 36 V is operable. Alternatively, it can also have a preferably variable-speed synchronous motor.
- the drive unit 4 enables a sun-position-dependent tracking of the solar modules.
- the drive units 4 are each preceded by a drive unit 5 which comprises a power converter 6 and a drive subscriber module 7.
- the power converter 6 is designed as a preferably frequency-variable inverter, which is connected on the input side to a battery unit 8 and on the output side to the drive unit 4.
- the power converters 6, which are assigned to a solar unit 1 or a drive device 2, are connected on the input side to the same battery unit 8.
- the battery unit 8 is connected on the input side via a charger 9 to a power supply network 10, which provides, for example, an AC voltage in the amount of 230 V.
- the charger 9 allows for low power consumption, a continuous charging of the battery unit 8, so that in case of failure of the power supply network 10, the power converter 6 a solar unit 1 several days, preferably at least 5 days, can be supplied with electrical energy.
- the charger 9 has a switching power supply with a rectifier and a DC-DC converter, so that the rechargeable battery unit 8, a DC voltage of 36 V, for example, is provided.
- the charger 9 preferably has a control for controlling the charging of the battery unit 8.
- This controller may include a microprocessor or a microcontroller.
- the controller is designed such that it compares the battery voltage output by the battery unit 8 with a predetermined threshold value. If the battery voltage is lower than the threshold value, the battery unit 8 is charged, with the input side of the battery unit 8 being switched through to the power supply network 10. When the battery voltage is equal to or higher than the threshold value, the charging of the battery unit 8 is stopped by turning off the same from the power supply network 10.
- the threshold value is selected to be so high that the charging cycle flows relatively long or during charging a relatively small charging current into the battery unit 8.
- the drive device 2 of a solar unit 1 comprises, in addition to the plurality of drive units 4 and the plurality of drive units 5, a decentralized control module 11 which is connected to the drive subscriber modules 7 of the drive units 5 via a bus system 12.
- the bus system 12 is designed as a fieldbus system, for example as a serial CAN bus, such that communication can take place between the drive subscriber modules 7 on the one hand and the decentralized control module 11 on the other hand.
- the bus system 12 is hierarchical, wherein the decentralized control module 11 is designed as a bus master and the drive subscriber modules 7 as a bus slave.
- the drive subscriber modules 7 each have addresses, so that the individual drive units 5 can be actuated by the decentralized control module 11.
- the decentralized control module 11 is coupled to one or more sensor units 13, so that corresponding control signals are calculated and transmitted to the control units 5 via the CAN bus 12 as a function of the current state conditions determined by the sensor unit 13 in a computing unit of the decentralized control module 11 can be. If, for example, an anemometer sensor module of the sensor unit 13 detects an impermissibly high wind speed for the operation of the solar modules, this is detected in the control module 11 on the basis of a comparison with a predefined threshold value and a corresponding emergency control signal is transmitted via the bus 12 to the drive units 5, so that the drive units 4 are controlled such that the solar modules 3 are pivoted from the working position into a horizontal safety position.
- the decentralized control module 11 preferably has a microcontroller with a memory, wherein during operation of the same a solar status program runs.
- the sunbed program includes sun position data per calendar year, so that corresponding control signals can be determined and transmitted to the control units 5, so that the drive units 4 can be controlled in such a way that the solar modules 3 are tracked depending on the stand.
- the decentralized control module 11 is preferably connected to a data network 14 via a router, to which further decentralized control modules are connected from locally adjacent or remotely located further solar units, so that a data exchange with a centrally located central control / monitoring device 15 is ensured ,
- the data network 14 may be designed, for example, as an Internet.
- a data transfer from the decentralized control module 11 to the control / monitoring device 15 can take place so that current state data of the drive units 4 or the drive units 5 or the decentralized control module 11 can be detected or monitored. It is also possible to carry out a data transfer from the control / monitoring device 15 to the decentralized control module 11, wherein, for example, the solar status program of the decentralized control modules 11 is updated. For example, control signals directed to at least one control unit 5 can be changed and / or adjusted, so that specific solar modules 3 can be selectively controlled, for example can be moved to a specific position for maintenance purposes.
- a solar system has a plurality of solar units 1, wherein the decentralized control modules 11 are connected via the data network 14 with the common control / monitoring device 15.
- the battery unit 8 can also be assigned to a plurality of solar units.
- the solar drive modules 20 formed from a respective solar module 3, a drive unit 4 and a drive unit 5 may each be assigned a (separate) battery unit 8 and / or charger 9.
- the solar system - as in the embodiment of Figure 1 - a plurality of solar drive modules 20.
- the drive unit 4 for sun position-dependent tracking of the solar module 3 has a first drive motor for driving pivot means for pivoting the solar module 3 about a vertical pivot axis and a second drive motor for driving pivot means for pivoting the solar module 3 about a horizontal pivot axis
- the drive unit 4 has a third drive motor for the linear adjustment of the solar module 3 in height relative to a fixed to a bottom 21 frame 22, see Figure 2.
- the third drive motor for driving telescopically relative serve each other movable lifting elements 23, so that a daytime-dependent shadowing of the relevant solar module 3 due to local conditions or adjacent solar modules 3 can be prevented.
- the solar module 3 not only a plurality of solar cells, but in each case the solar cells associated optical elements (lenses) for focusing the solar radiation on the solar module 3, thereby increasing the positioning accuracy increases the effectiveness of the solar system.
- the power converter 6 is designed as a frequency converter with a DC voltage input, a high travel speed or a predetermined travel speed profile or travel speed profile of the solar module 3 can be realized.
- the solar unit 1 can be configured such that the energy supply unit 24 formed from a battery unit 8 and a charger 9 is formed by the solar drive module 20 formed in each case by the drive unit 5, the drive unit 4 and the solar module 3 assigned.
- the generated electrical energy can then be fed via unillustrated inverter in the power grid.
- a plurality of solar units 25, 26, 27 provided, which are each connected to each other via the data network 14.
- the same components or component functions of the embodiments are provided with the same reference numerals.
- the solar units 25, 26, 27 each have a plurality of solar drive modules 28, each of which - as in the first embodiment of the invention according to FIG. 1 - comprise a solar module 3, a drive unit 4 and a drive unit 5.
- the drive unit 4 is preceded by a power converter 29, at the input directly an AC voltage U from the power supply network 10 is applied.
- the power converter 29 can be equipped as a frequency converter with a rectifier 30, an intermediate circuit 31 and an inverter 32, and provide on the output side a rotary voltage of variable size and frequency.
- the control of the frequency converter 29 by means of the control module 11 and 11 '.
- the first solar unit 25 has the preferred control module 11, which is connected via a connecting line (bus system 12) to the sensor unit 13.
- the control modules 11 'of the second solar unit 26 and the third solar unit 27 are not connected to the sensor unit 13, but receive the relevant for the control of the solar modules 3 default data via the data network 14 with each other from the preferred control module 11 of the first solar unit 25.
- the preferred control module 11 and the other control modules 11 ' are identical or have the same drive function with respect to the frequency converter 29. The difference is essentially that the preferred control module 11 is connected to the sensor unit 13. Thus, only the preferred control module 11 can interpret the sensor data provided by the sensor unit 13, and the information obtained thereby, such as e.g. the command "spend solar modules in a horizontal position due to high wind force" via the data network
- control modules 11 ' are then - as the preferred control module 11 - able to generate from this position command a control command (indicating the position address), which is transmitted as a default signal 33 to the frequency converter 29, so that the solar modules 3 in the predetermined position be adjusted.
- the sensor unit 13 can have, for example, a wind direction sensor and a wind force sensor and a hail impact sensor, by means of which weather-dependent sensor data can be provided to the control module 11. Depending on the weather-dependent sensor data, regulation of the respective solar modules 3 can then take place.
- the control module 11, 11 ' has a program memory in which a solar status algorithm or a mathematical solar status formula is stored, so that depending on the geographical position of the solar unit 25, 26, 27, the current position of the sun can be calculated.
- a power converter control program Pl the solar coordinates (horizontal angle, vertical angle) are related to the current position of the solar modules, in particular to a zero position of the solar modules, so that a program-controlled tracking of the solar modules 3 to the current position of the sun is always possible.
- These default data or default signals 33 are transmitted to the solar drive modules 28 of the solar unit 25, 26, 27.
- control module 11, 11 has a monitoring routine P2 (monitoring program) for detecting and / or monitoring the current data of the inverter, not shown, which converts the electrical DC voltage generated by the solar modules 3 into an AC voltage and fed into the power grid.
- P2 monitoring routine
- each control module 11, 11 'a maintenance routine (maintenance program) P3 so that depending on current state variables or default data, the solar modules 3 for maintenance or cleaning purposes in a preferred position (flat position) can be brought.
- control modules 11, 11 'associated programs Pl, P2, P3 in FIG 2 is shown as an example only as part of the control module 11.
- each control module 11, 11 ' may have data storage for geographic coordinates. Alternatively, the position can also be preprogrammed or entered manually. Alternatively, the control module 11, 11 'also have a GPS receiver, so that an optimization of the setting parameters / default data is made possible. By means of the GPS receiver, the current position of the preferred control module 11 or the associated solar modules 3 can be detected.
- control module 11 may find application not only for the solar system according to FIG. 2, but also for the solar system according to FIG.
- the energy supply unit 24 battery unit 8, charger 9
- the solar drive modules 28 can be combined with the solar drive modules 28 according to the embodiment of FIG. 2 or vice versa.
- the drive unit 5 formed by a frequency converter 29 can be combined with the drive unit 4, which for pivoting about the vertical or horizontal pivot axis in each case one the electric motor has downstream transmission.
- the frequency converter 29 may also be connected to the battery unit 8, which is connected to the power supply network 10 via the charger 9.
- this embodiment of the invention allows a relatively fast movement of the solar module 3 in a predetermined tilt position. By providing an adapted gear, a relatively high position accuracy is ensured, with an accuracy of ⁇ 1 ° being achieved for setting the corresponding horizontal and vertical angles. The relatively high traversing speed favors the rapid pivoting of the solar module 3 into a zero position during emergency operation. If the solar module 3 has angle-sensitive optical elements for improving the efficiency of the solar cells, for example lens-based optical elements, it is possible in accordance with the invention to achieve a relatively angular adjustment of the position of the solar module 3.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für Solaranlagen mit mindestens einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmodul, dem eine Antriebseinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen des Solarmoduls zugeordnet ist, wobei die Antriebseinrichtung eine Antriebseinheit und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Antriebseinheit aufweist, wobei die Ansteuereinheit (5) einen Stromrichter (6) umfasst, dass die Ansteuereinheit (5) und/oder die Antriebseinheit (4) mittels einer Batterieeinheit (8) mit elektrischer Energie versorgt sind, wobei die Batterieeinheit (8) im Normalbetrieb des Solarmoduls (3) mittels eines zwischen einem Stromversorgungsnetz (10) und der Batterieeinheit (8) angeordneten Ladegeräts (9) aufladbar ist.
Description
Steuerungssystem für Solaranlagen
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für Solaranlagen mit mindestens einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, des Patentanspruchs 11 und des Patentanspruchs 14.
Aus der DE 20 2004 018 286 Ul ist ein Steuerungssystem für Solaranlagen bekannt, wobei einem verschwenkbar gelagerten Solarmodul eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Die Antriebseinrichtung umfasst zum einen als Antriebseinheit einen Antriebsmotor und zum anderen eine Ansteuereinheit zum Ansteuern des Antriebsmotors. Die Antriebseinheit ermöglicht ein sonnenstandsabhängiges Nachführen des Solarmoduls, so dass das Solarmodul stets in einem optimalen Winkel zu der Sonneneinstrahlung orientiert angeordnet ist. Mit steigender Anzahl von Solarmodulen steigt jedoch der Ansteuerungsaufwand.
Die Antriebseinheit kann beispielsweise einen Asynchronmotor umfassen, der relativ robust und zuverlässig ausgelegt ist. Allerdings werden diese Asynchronmotoren stets nur mit einer einzigen Drehzahl eingesetzt, so dass im Not-
fallbetrieb, also bei Auftreten von Orkan- und Sturmböen, ein Absenken der Solarmodule relativ lange dauert, was zu einer Zerstörung derselben führen kann. Darüber hinaus sind relativ aufwändige Notstromaggregate erforderlich, damit bei einem Stromausfall die Solarmodule in eine z.B. horizontale Sicherheitsstellung verschwenkt werden können.
Aus der DE 10 2005 013 334 Al ist ein Steuerungssystem für Solaranlagen mit einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmodul bekannt, dem zum sonnenstandsabhängigen Nachführen desselben eine Antriebseinrichtung mit einer aus zwei Antriebsmotoren bestehenden Antriebs- einheit und einer Ansteuereinheit bzw. Steuermodul zum Ansteuern der Antriebsmotoren zugeordnet ist . Das Steuermo- dul ist mit einer Sensoreinheit gekoppelt, die witterungsabhängige Sensordaten, wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, Temperatur und dergleichen bereitstellt. Diese witterungsabhängigen Sensordaten werden in dem Steuermodul verarbeitet und ermöglichen eine situationsabhängige aktu- eile Beeinflussung der in dem Steuermodul bereits vorliegenden Vorgabedaten für die Ansteuerung der Antriebseinheit, so dass das Solarmodul im Normalbetrieb stets im rechten Winkel zur Richtung des Sonnenstandes gesteuert bzw. geregelt wird. Nachteilig an dem bekannten Steue- rungssystem ist, dass der Steuerungsaufwand relativ hoch ist, da die Antriebseinrichtung für jedes Solarmodul ein gesondertes Steuermodul bereitstellen muss . Ferner ist die Nachführgenauigkeit des Solarmoduls beschränkt, da der Antriebsmotor der Antriebseinrichtung durch das Steuermodul direkt angesteuert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Steuerungssystem für Solaranlagen derart weiterzubilden, dass die Präzision beim Nachführen des Solarmoduls verbessert und vorzugsweise der Steuerungsaufwand verringert und die Steuerung erleichtert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf .
Nach der Erfindung weist eine Ansteuereinheit einen Stromrichter auf, mittels dessen eine präzise Ansteuerung einer oder mehrerer Motoren der Antriebseinheit ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht die Bereitstellung der elektrischen Energie mittels eines an das elektrische Stromver- sorgungsnetz angeschlossenen Ladegerätes und einer Batterieeinheit eine zuverlässige und langzeitstabile Stromversorgung der mindestens einen Antriebseinheit bzw. Ansteuereinheit . Insbesondere ist hierdurch die Abzweigung eines geringen Ladestroms parallel zur Energieerzeugung durch das Solarmodul möglich. Ein Umschalten des SteuerungsSystems dahingehend, dass im Normalbetrieb die Ansteuerein- heiten bzw. Antriebseinheiten an dem Stromversorgungsnetz und in einem Notfallbetrieb an ein Notstromaggregat angeschlossen sind, ist nicht erforderlich. Nach der Erfindung besteht unabhängig von der Betriebsart (Normalbetrieb, Notfallbetrieb) stets eine galvanische Verbindung zwischen der Batterieeinheit und dem Ladegerät. Im Notfallbetrieb, beispielsweise bei Ausfall des Stromversorgungsnetzes, kann die Batterieeinheit die für den Weiterbetrieb der So- larmodule erforderliche Betriebsspannung vorhalten. Dadurch, dass die Batterieeinheit in vorgegebenen Ladezyklen quasi kontinuierlich mittels des Ladegerätes aufgeladen
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wird, wird die Abnahme von relativ teuren Stromspitzen bei den entsprechenden Energieversorgungsunternehmen vermieden. Hierdurch können Kosten reduziert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ladegerät eine Steuerung auf, so dass die Batterieeinheit über lang andauernde Ladezyklen aufladbar ist. Vorteilhaft fließt hierbei ein relativ niedriger Ladestrom, so dass Stromabnahmespitzen vermieden werden können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung des Ladegerätes derart ausgebildet, dass die von der Batterieeinheit abgegebene Batteriespannung mit einem vorgegeben Schwellwert verglichen wird. Ist die Bat- teriespannung gleich oder höher als der Schwellwert wird die Batterieeinheit nicht geladen. Ist die Batteriespannung kleiner als der Schwellwert, wird die Batterieeinheit geladen. Durch Wahl eines relativ hohen Schwellwertes wird eine Steuerung ermöglicht, bei der die Ladezyklen relativ lang und der Ladestrom relativ klein ist. Hierdurch können unerwünschte Stromabnahmespitzen vermieden werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Antriebs- einheit einen ersten Antriebsmotor zum Verschwenken des Solarmoduls um eine vertikale Schwenkachse und einen zweiten Antriebsmotor zum Verschwenken des Solarmoduls um eine horizontale Schwenkachse auf. Zusätzlich kann die Antriebseinheit einen dritten Motor zur Linearverstellung des Solarmoduls in der Höhe relativ zu einem fest mit dem Boden verbundenen Gestell des Solarmoduls aufweisen. Vorteilhaft kann hierdurch das Solarmodul in der Höhe verstellt werden, so dass unerwünschte Abschattungen auf der
Fläche des Solarmoduls durch örtliche Gegebenheiten zu bestimmten Tageszeiten oder durch andere Solarmodule vermieden werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Antriebseinheit ein Getriebe auf, das zwischen dem ersten Antriebsmotor und/oder dem zweiten Antriebsmotor und/oder dem dritten Antriebsmotor einerseits und einem Tragteil des Solarmoduls andererseits angeordnet ist. Vorteilhaft kann hierdurch die Positioniergenauigkeit des Solarmoduls in Verbindung mit dem stromrichtergeführten Motor verbessert werden. Dies kann insbesondere bei linsenbasierten Solarmodulen, bei denen eine Fokussierung der Sonnenstrahlung durch Optikelemente (Linsen) erfolgt, verbessert wer- den. Die Winkelgenauigkeit kann vorteilhaft auf kleiner als 1° verbessert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Solarmodule gruppiert zu einer Solareinheit angeordnet, wobei jedem Solarmodul eine gesonderte Batterieeinheit bzw. ein gesondertes Ladegerät zugeordnet ist . Vorteilhaft können die jeweils hintereinander geschalteten Batterieeinheiten und Ladegeräte kleiner dimensioniert sein, wobei die jeweiligen Solarmodule sowie die jeweils denselben zugeordnete Antriebseinheit, Ansteuereinheit sowie Energiebereitstellungseinheit (Batterieeinheit, Ladegerät) ein autarkes Funktionsmodul bilden. Diese autarken Funktionsmodule brauchen lediglich in einem vorgegebenen Feld aufgestellt und an ein elektrisches Stromversorgungsnetz angeschlossen zu werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann einer aus einer einzigen Batterieeinheit und einem einzigen Ladegerät bestehenden Energiebereitstellungseinheit eine Mehrzahl von Antriebseinheiten bzw. Solarmodulen bzw. einer einzi- gen Solareinheit zugeordnet werden. In diesem Fall ist eine Anpassung der Energiebereitstellungseinheit auf eine bestimmte Anzahl von Solarmodulen erforderlich. Vorteilhaft kann hierdurch aber ein Bauteileaufwand bei der Energiebereitstellung verringert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 11 auf.
Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung durch die Zuordnung eines oder mehrerer Stromrichter zu der Antriebseinheit ein präziseres Nachführen des Solarmoduls in Abhängigkeit von dem aktuellen Sonnenstand. Eine Antriebseinrichtung des Steuerungssystems sieht ein Steuermodul vor, das einen Stromrichter (Frequenzumrichter) Steuersignale bzw. Vorga- besignale mittels eines Stromrichter-Steuerungsprogramms überträgt. Dadurch, dass dem Steuermodul eine Mehrzahl von Stromrichtern zugeordnet ist, die jeweils unterschiedlichen Solarmodulen zugeordnet sind, kann der Steuerungsaufwand für die einzelnen Antriebseinheiten reduziert werden. Eine weitere Reduzierung des Steuerungsaufwandes ergibt sich dadurch, dass ein bevorzugtes Steuergerät einer zu einer Solareinheit zusammengefassten Gruppe von Solarmodulen (Solareinheit) über ein Datennetz mit einem oder mehreren weiteren Steuermodul koppelbar ist, die jeweils wei- teren Solareinheiten bestehend aus einer Mehrzahl von Solarmodulen zugeordnet sind. Das bzw. die weiteren Steuermodule benötigen lediglich Mittel zum Ansteuern der Strom-
richter. Das Vorgabesignal zum Ansteuern der Stromrichter erhält das jeweilige Steuermodul durch das bevorzugte Steuermodul der ersten Solareinheit . Vorteilhaft benötigt lediglich das bevorzugte Steuermodul eine Verbindung zu der Sensoreinheit (Windsensor, Hagelsensor, Sonnensensor usw.), wobei die Steuermodule der weiteren Solareinheiten die durch das bevorzugte Steuermodul bereitgestellten, aktuellen Vorgabedaten durch eine entsprechende Kommunikationsverbindung (Datennetz) übernehmen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Solarmodule und/oder die Antriebseinheiten und/oder die Ansteuereinheiten der jeweiligen Solareinheiten gleich ausgebildet . Hierdurch kann der Steuerungsaufwand reduziert wer- den, da die einmal durch das bevorzugte Steuermodul ermittelten Vorgabedaten für alle Funktionseinheiten (Antriebs- einheit, Solarmodul) der Solareinheiten gelten.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Datennetz als ein kabelgebundenes Netz oder als ein Funknetz ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Funknetz als WLAN- Netz ausgebildet sein, so dass eine einfache Übertragung der Steuersignale/Vorgabesignale zwischen den Solareinheiten gewährleistet ist .
Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 14 auf .
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Integration eines Überwachungsprogramms in das Steuermodul stets eine Überwachung des Stromrichters bzw. des Solarmoduls ermöglicht wird. In Abhängigkeit von den aktu-
eilen Zustandsdaten kann die Ansteuerung der Antriebseinheit geändert werden bzw. die vorprogrammierte nach dem Stromrichter-Steuerungsprogramm vorgegebene Positionierung des Solarmoduls verändert werden. Beispielsweise kann der Zustand der Solaranlage protokolliert bzw. Fehlerzustände erkannt sowie dokumentiert werden. Beispielsweise kann die Energieausbeute der Solaranlage oder einer oder mehrerer Solareinheiten oder einer oder mehrerer Solarmodule protokolliert werden, so dass Auswertedaten zur Verfügung ste- hen, die beispielsweise zur Korrektur der Ansteuerung der Solarmodule verwendet werden können. Vorteilhaft kann somit der Wirkungsgrad der Solarmodule erhöht bzw. die Wartung derselben vereinfacht werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das bevorzugte Steuermodul eine Wartungsroutine auf, so dass die für die Stromrichter vorgesehenen in dem Steuermodul ermittelten Vorgabedaten so manipulierbar sind, dass die Solarmodule zu Wartungs- oder Reinigungszwecken in eine vorgegeb- ne Vorzugsposition (z. B. Flachposition) bringbar sind. Vorteilhaft kann hierdurch in Abhängigkeit von durch das Steuermodul ermittelten Zustandsdaten/Zustandsgrößen des Solarmoduls bzw. der Antriebseinheit, die auf einen eingeschränkten Betrieb des Solarmoduls hinweisen, eine erfor- derliche Wartung bzw. Reinigung eingeleitet werden, was den Wirkungsgrad der Solareinheit erhöht .
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch Vorsehen eines dezentralen Steuermoduls, das über ein Bus- system mit den jeweils den Solarmodulen zugeordneten Ansteuereinheiten verbunden ist, der Ansteuerimgsaufwand verringert werden kann. Vorteilhaft erfolgt eine dezentra-
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Ie Ansteuerung der Anzahl von Solarmodulen, wobei durch das Bussystem insbesondere der Verdrahtungsaufwand reduziert werden kann. Die Effektivität der Ansteuerung kann verbessert werden, da ein einziges dezentrales Steuermodul für eine Mehrzahl von Ansteuereinheiten vorgesehen ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bussystem hierarchisch aufgebaut, wobei das dezentrale Steuermodul als Bus-Master Steuersignale an die Mehrzahl als Bus-Slave ausgebildete Ansteuereinheiten sendet .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dezentrale Steuermodul mit einer Anzahl von Sensoreinheiten über das BusSystem verbunden, so dass die an die jeweiligen Ansteuereinheiten zu sendenden Steuersignale in Abhängigkeit von den die aktuellen Umgebungsbedingungen enthaltenen Sensordaten der Sensoreinheit übertragen werden. Vorteilhaft kann der Steuerungsaufwand dadurch reduziert werden, dass das dezentrale Steuermodul lediglich einer einzigen Sensoreinheit zugeordnet ist. Diese Sensoreinheit ermittelt die Sensordaten für mehrere in einer Solareinheit zusammengefassten Solarmodule, die den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Zur Bestimmung der Umgebungsbedingungen einer Solareinheit ist lediglich eine Sensoreinheit des gleichen Typs erforderlich. Somit können beispielsweise Solarmodule, für die die gleichen Windverhältnisse gelten, demselben dezentralen Steuermodul mit einer einzigen Windmesser-Sensoreinheit zugeordnet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dezentrale Steuermodul über ein Datennetz mit einer ortsfern angeordneten zentralen Steuer-/Überwachungsein-
richtung verbunden. Die zentrale Steuer-/Überwachungseinrichtung ermöglicht eine zentrale Ansteuerung einer Mehrzahl von Solareinheiten, die jeweils über ein einziges dezentrales Steuermodul und eine Mehrzahl von Solarmodulen verfügen. Zum anderen können hierdurch die Mehrzahl von Solareinheiten zentral überwacht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebseinheit einen dreiphasigen Asynchronmotor auf, der robust und langlebig ist . Der drehzahlregelbare Asynchronmotor ermöglicht in Verbindung mit der Ansteuerung, dass relativ schnell bei Auftreten von unzulässig hohen Windstärken eine Absenkung der Solarmodule aus einer Arbeitsstellung in eine z.B. horizontale Sicherheitsstellung ermöglicht wird, ohne dass ein unerwünschter Ausfall oder Zerstörung der Solarmodule eintreten kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Ansteuereinheiten mittels einer aufladbaren Batte- rieeinheit gespeist, die vorzugsweise eine solche Kapazität aufweist, dass bei Ausfall des Stromnetzes ein mehrtägiger Betrieb der Solarmodule einer Solareinheit gewährleistet ist. Vorteilhaft kann somit die Batterieeinheit zugleich als Notstromaggregat für die Solareinheit dienen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an- hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems für Solaranlagen nach einer ersten Ausführungsform und
Figur 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems für Solaranlagen nach einer zweiten Ausführungsform.
Ein erfindungsgemäßes SteuerungsSystem für Solaranlagen ermöglicht als ganzheitliches System eine verbesserte Wirtschaftlichkeit und einen höheren Nutzungsgrad von Solaranlagen.
Eine Solaranlage nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Mehrzahl von in Figur 1 dargestellten Solareinheiten 1, denen jeweils eine Antriebseinrichtung 2 zugeordnet sind.
Die Solareinheit 1 weist eine Mehrzahl von Solarmodulen 3 auf, die in der Art von Photovoltaikmodulen ausgebildet sind und die Sonnenstrahlung in elektrische Energie umwandeln.
Die Solarmodule 3 der Solareinheiten 1 sind auf einem nicht dargestellten Gestell in einem Abstand zueinander angeordnet. Den Solarmodulen 3 ist jeweils eine Antriebseinheit 4 zugeordnet, so dass die Solarmodule 3 in Abhängigkeit von aktuellen Zustandsbedingungen um eine vertika- Ie Schwenkachse und/oder horizontale Schwenkachse derart verschwenkt werden, dass die Solarmodule 3 eine optimale Ausrichtung zu der Sonneneinstrahlung aufweisen. Die An-
triebseinheit 4 weist einen geeigneten Elektromotor, z. B. einen Drehstromasynchronmotor auf , der z . B . an einer Kleinspannung, z. B. von 36 V betreibbar ist. Alternativ kann sie auch einen vorzugsweise drehzahlvariablen Syn- chronmotor aufweisen.
Die Antriebseinheit 4 ermöglicht ein sonnenstandsabhängiges Nachführen der Solarmodule 3.
Den Antriebseinheiten 4 ist jeweils eine Ansteuereinheit 5 vorgelagert , die einen Stromrichter 6 und ein Antriebsteilnehmermodul 7 umfasst.
Der Stromrichter 6 ist als ein vorzugsweise frequenzvari- abier Wechselrichter ausgebildet, der eingangsseitig mit einer Batterieeinheit 8 und ausgangsseitig mit der Antriebseinheit 4 verbunden ist. Die Stromrichter 6, die einer Solareinheit 1 bzw. einer Antriebseinrichtung 2 zugeordnet sind, sind eingangsseitig mit derselben Batterie- einheit 8 verbunden. Die Batterieeinheit 8 ist eingangsseitig über ein Ladegerät 9 mit einem Stromversorgungsnetz 10 verbunden, das beispielsweise eine Wechselspannung in Höhe von 230 V bereitstellt. Das Ladegerät 9 ermöglicht bei geringer Stromaufnahme ein kontinuierliches Aufladen der Batterieeinheit 8, so dass bei Ausfall des Stromversorgungsnetzes 10 die Stromrichter 6 einer Solareinheit 1 mehrere Tage, vorzugsweise mindestens 5 Tage, mit elektrischer Energie versorgt werden können. Vorteilhaft kann bei Stromausfall hierdurch eine Nachführung der Solarmodule 3 über mehrere Tage gewährleistet sein.
Das Ladegerät 9 weist ein Schaltnetzteil mit einem Gleichrichter und einem Gleichspannungswandler auf, so dass der aufladbaren Batterieeinheit 8 eine Gleichspannung von z.B. 36 V zur Verfügung gestellt wird.
Das Ladegerät 9 weist vorzugsweise eine Steuerung zum Steuern des Ladens der Batterieeinheit 8 auf. Diese Steuerung kann einen Mikroprozessor bzw. einen Mikrokontroller umfassen. Die Steuerung ist derart ausgelegt, dass sie die von der Batterieeinheit 8 abgegebene Batteriespannung mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Ist die Batteriespannung kleiner als der Schwellwert, erfolgt ein Laden der Batterieeinheit 8 , wobei die Eingangsseite der Batterieeinheit 8 zu dem Stromversorgungsnetz 10 durchgeschal- tet wird. Ist die Batteriespannung gleich oder größer als der Schwellwert, wird das Laden der Batterieeinheit 8 durch Abschalten derselben von dem Stromversorgungsnetz 10 beendet . Vorzugsweise ist der Schwellwert derart hoch gewählt, dass der Ladezyklus relativ lang bzw. während des Ladens ein relativ kleiner Ladestrom in die Batterieeinheit 8 fließt.
Die Antriebseinrichtung 2 einer Solareinheit 1 umfasst neben der Mehrzahl von Antriebseinheiten 4 und der Mehrzahl von Ansteuereinheiten 5 ein dezentrales Steuermodul 11, das mit den Antriebsteilnehmermodulen 7 der Ansteuereinheiten 5 über ein Bussystem 12 verbunden ist. Das Bussystem 12 ist als ein FeldbusSystem, z.B. als serieller CAN- Bus ausgebildet, derart, dass zwischen den Antriebsteil- nehmermodulen 7 einerseits und dem dezentralen Steuermodul 11 andererseits eine Kommunikation erfolgen kann. Vorzugsweise ist das Bussystem 12 hierarchisch aufgebaut, wobei
das dezentrale Steuermodul 11 als ein Bus-Master und die Antriebsteilnehmermodule 7 als Bus-Slave ausgebildet sind. Die Antriebsteilnehmermodule 7 weisen jeweils Adressen auf, so dass die einzelnen Ansteuereinheiten 5 von dem de- zentralen Steuermodul 11 aus ansteuerbar sind.
Das dezentrale Steuermodul 11 ist mit einer oder mehreren Sensoreinheiten 13 gekoppelt, so dass in Abhängigkeit von den mittels der Sensoreinheit 13 ermittelten aktuellen Zu- Standsbedingungen in einer Recheneinheit des dezentralen Steuermoduls 11 entsprechende Steuersignale berechnet und an die Ansteuereinheiten 5 über den CAN-Bus 12 übertragen werden können. Wenn beispielsweise ein Windmesser- Sensormodul der Sensoreinheit 13 eine für den Betrieb der Solarmodule unzulässig hohe Windstärke detektiert, wird dies in dem Steuermodul 11 anhand eines Vergleichs mit einem vorgegebenen Schwellwert erkannt und ein entsprechendes Notfall-Steuersignal über den Bus 12 an die Ansteuereinheiten 5 ausgesendet, so dass die Antriebseinheiten 4 derart angesteuert werden, dass die Solarmodule 3 aus der Arbeitsstellung in eine horizontale Sicherheitsstellung verschwenkt werden.
Das dezentrale Steuermodul 11 weist vorzugsweise einen Mikrokontroller mit einem Speicher auf, wobei im Betrieb desselben ein Sonnenstandsprogramm abläuft . Das Son- nenstandsprogramm umfasst Sonnenstandsdaten pro Kalenderjahr, so dass zeitabhängig entsprechende Steuersignale ermittelbar und an die Ansteuereinheiten 5 übertragbar sind, so dass die Antriebseinheiten 4 derart ansteuerbar sind, dass die Solarmodule 3 sσnnenstandsabhängig nachgeführt werden .
Das dezentrale Steuermodul 11 ist vorzugsweise über einen Router, an dem weitere dezentrale Steuermodule von örtlich benachbarten oder ortsfern angeordneten weiteren Solarein- heiten angeschlossen sind, an ein Datennetz 14 angeschlossen, so dass ein Datenaustausch mit einer ortsfern angeordneten zentralen Steuer-/Überwachungseinrichtung 15 gewährleistet ist. Das Datennetz 14 kann beispielsweise als ein Internet ausgebildet sein.
Beispielsweise kann ein Datentransfer von dem dezentralen Steuermodul 11 zu der Steuer-/Überwachungseinrichtung 15 erfolgen, so dass aktuelle Zustandsdaten der Antriebseinheiten 4 bzw. der Ansteuereinheiten 5 bzw. des dezentralen Steuermoduls 11 erfassbar bzw. überwachbar sind. Es kann auch ein Datentransfer von der Steuer-/Überwachungseinrichtung 15 zu dem dezentralen Steuermodul 11 erfolgen, wobei beispielsweise das Sonnenstandsprogramm der dezentralen Steuermodule 11 aktualisiert wird. Beispielsweise können an mindestens eine Ansteuereinheit 5 gerichtete Steuersignale verändert und/oder eingestellt werden, so dass gezielt bestimmte Solarmodule 3 angesteuert werden können, beispielsweise zu Wartungszwecken in eine bestimmte Position verfahren werden können.
Vorzugsweise weist eine Solaranlage eine Mehrzahl von Solareinheiten 1 auf, wobei die dezentralen Steuermodule 11 über das Datennetz 14 mit der gemeinsamen Steuer- /Überwachungseinrichtung 15 verbunden sind.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungs- form kann die Batterieeinheit 8 auch mehreren Solareinheiten zugeordnet sein .
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungs- form können den aus jeweils einem Solarmodul 3, einer Antriebseinheit 4 und einer Ansteuereinheit 5 gebildeten So- lar-Antriebs-Modulen 20 jeweils eine (eigene) Batterieeinheit 8 und/oder Ladegerät 9 zugeordnet sein. Hierbei weist die Solaranlage - wie nach der Ausführungsform gemäß Figur 1 - mehrere Solar-Antriebs-Module 20 auf.
Es versteht sich, dass die Antriebseinheit 4 zum sonnenstandsabhängigen Nachführen des Solarmoduls 3 einen ersten Antriebsmotor zum Antrieb von Schwenkmitteln für das Verschwenken des Solarmoduls 3 um eine vertikale Schwenkachse und einen zweiten Antriebsmotor zum Antrieb von Schwenkmitteln für das Verschwenken des Solarmoduls 3 um eine horizontale Schwenkachse aufweist. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit 4 einen dritten Antriebsmotor zur Linearverstellung des Solarmoduls 3 in der Höhe relativ zu einem fest mit einem Boden 21 verbundenen Gestell 22 aufweist, siehe Figur 2. Beispielsweise kann der dritte Antriebsmotor zum Antrieb von telesko- pisch relativ zueinander beweglichen Hubelementen 23 dienen, so dass eine tageszeitabhängige Abschattung des betreffenden Solarmoduls 3 infolge örtlicher Gegebenheiten bzw. benachbarter Solarmodule 3 verhindert werden kann.
Vorzugsweise ist zwischen dem ersten Antriebsmotor und/oder dem zweiten Antriebsmotor auf der einen Seite und einem Tragteil des Solarmoduls 3 auf der anderen Seite ein
Getriebe angeordnet, das eine solche Übersetzung aufweist, dass eine Positionierung des Solarmoduls 3 mit einer Winkelgenauigkeit von < 1° ermöglicht wird. Insbesondere wenn das Solarmodul 3 nicht nur eine Mehrzahl von Solarzellen, sondern jeweils den Solarzellen zugeordnete Optikelemente (Linsen) zur Fokussierung der Sonnenstrahlung auf das Solarmodul 3 aufweist, erhöht eine hierdurch gewonnene Positioniergenauigkeit die Effektivität der Solaranlage. Dadurch, dass der Stromrichter 6 als Frequenzumrichter mit Gleichspannungseingang ausgebildet ist, kann eine hohe Verfahrgeschwindigkeit bzw. ein vorgegebenes Verfahrge- schwindigkeitsprofil oder Verfahrgeschwindigkeitsverlauf des Solarmoduls 3 verwirklicht werden.
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Solareinheit 1 derart ausgebildet sein, dass dem jeweils aus der Ansteuereinheit 5, der Antriebseinheit 4 und dem Solarmodul 3 gebildeten Solar-Antriebs-Modul 20 die aus jeweils einer Batterieeinheit 8 und einem Ladegerät 9 ge- bildete Energiebereitstellungseinheit 24 zugeordnet ist. Die Solar-Antriebs-Module 20 bilden zusammen mit den jeweils zugeordneten Energiebereitstellungseinheiten 24 jeweils ein autarkes Funktionsmodul, das unabhängig von anderen Funktionsmodulen und selbstständig elektrische Ener- gie aus der Sonnenstrahlung erzeugt und das eine ständige elektrische Energieversorgung der Ansteuer- bzw. Antriebseinheit auch im Notfallbetrieb sicherstellt. Die erzeugte elektrische Energie kann dann über nicht dargestellte Wechselrichter in das Stromnetz eingespeist werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Solaranlage gemäß Figur 2 sind eine Mehrzahl von Solareinheiten 25, 26, 27
vorgesehen, die jeweils über das Datennetz 14 miteinander verbunden sind. Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Solareinheiten 25, 26, 27 weisen jeweils eine Mehrzahl von Solar-Antriebs-Modulen 28 auf, die jeweils - wie nach der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 - ein Solarmodul 3 , eine Antriebseinheit 4 und eine Ansteu- ereinheit 5 umfassen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Antriebseinheit 4 ein Stromrichter 29 vorgelagert, an dessen Eingang direkt eine Wechselspannung U aus dem Stromversorgungsnetz 10 anliegt. Der Stromrichter 29 kann als ein Frequenzumrichter mit einem Gleichrichter 30, einem Zwischenkreis 31 und einem Wechselrichter 32 ausgestattet sein und ausgangsseitig eine Drehspannung variabler Größe und Frequenz bereitstellen. Die Ansteuerung der Frequenzumrichter 29 erfolgt mittels des Steuermoduls 11 bzw. 11' . Die erste Solareinheit 25 weist das bevorzugte Steuermodul 11 auf, das über eine Verbindungsleitung (Bus-System 12) mit der Sensoreinheit 13 verbunden ist. Die Steuermodule 11' der zweiten Solareinheit 26 bzw. dritten Solareinheit 27 sind nicht mit der Sensoreinheit 13 verbunden, sondern erhalten die für die Ansteuerung der Solarmodule 3 relevanten Vorgabedaten über das Datennetz 14 miteinander von dem bevorzugten Steuermodul 11 der ersten Solareinheit 25. Die Steuermodule 11, 11' sind dezentral angeordnet und lediglich über das Datennetz 14 verbunden. Sie sind jeweils derart ausgelegt, dass die jeweils zugeordneten Frequenzumrichter 29 ansteuerbar sind. Die Vorgabedaten 33 für die Positionierung der Solarmodule 3 in Abhängigkeit von der Tageszeit und/oder
in Abhängigkeit von der Witterung werden in dem bevorzugten Steuermodul 11 im Zusammenwirken mit der Sensoreinheit
13 oder durch manuelle Eingabe generiert und dann an die Frequenzumrichter 29 der ersten Solareinheit 25 und über das Datennetz 14 und die Verbindungsleitung 34 an die nebengeordneten Steuermodule 11' übertragen. Das bevorzugte Steuermodul 11 und die weiteren Steuermodule 11' sind gleich ausgebildet bzw. weisen die gleiche Ansteuerfunktion hinsichtlich der Frequenzumrichter 29 auf. Der Unter- schied besteht im wesentlichen darin, dass das bevorzugte Steuermodul 11 mit der Sensoreinheit 13 verbunden ist . Somit kann nur das bevorzugte Steuermodul 11 die von der Sensoreinheit 13 gelieferten Sensordaten interpretieren und die dadurch gewonnenen Informationen wie z.B. der Po- sitionsbefehl „aufgrund hoher Windstärke Solarmodule in eine horizontale Position verbringen" über das Datennetz
14 an die weiteren Steuermodule 11' übertragen. Diese Steuermodule 11' sind dann - wie das bevorzugte Steuermodul 11 - in der Lage, aus diesem Positionsbefehl einen Stellbefehl (Angabe der Positionsadresse) zu erzeugen, der als Vorgabesignal 33 an die Frequenzumrichter 29 übertragen wird, so das die Solarmodule 3 in die vorgegebene Position verstellt werden.
Die Sensoreinheit 13 kann beispielsweise über einen Windrichtungssensor und einen Windstärkesensor und einen Hagelschlagsensor verfügen, mittels derer witterungsabhängige Sensordaten dem Steuermodul 11 bereitgestellt werden können. In Abhängigkeit von den witterungsabhängigen Sen- sordaten kann dann eine Regelung der jeweiligen Solarmodule 3 erfolgen.
Das Steuermodul 11, 11' weist einen Programmspeicher auf, in dem ein Sonnenstandsalgorithmus bzw. eine mathematische Sonnenstandsformel gespeichert ist, so das in Abhängigkeit von der geografischen Position der Solareinheit 25, 26, 27 der aktuelle Sonnenstand berechnet werden kann. Mittels eines Stromrichter-Steuerungsprogramms Pl werden die Solarkoordinaten (Horizontalwinkel, Vertikalwinkel) in Beziehung gesetzt zu der aktuellen Lage der Solarmodule, insbesondere zu einer Nulllage der Solarmodule, so dass stets eine programmgesteuerte Nachführung der Solarmodule 3 an den aktuellen Sonnenstand ermöglicht wird. Diese Vorgabedaten bzw. Vorgabesignale 33 werden an die Solar- Antriebs-Module 28 der Solareinheit 25, 26, 27 übertragen.
Darüber hinaus weist das Steuermodul 11, 11' eine Überwachungsroutine P2 (Überwachungsprogramm) auf zur Erfassung und/oder Überwachung der aktuellen Daten des nicht dargestellten Wechselrichters, der die von den Solarmodulen 3 erzeugte elektrische Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt und in das Stromnetz einspeist. Vorteilhaft kann aus den Daten auf die Energieausbeute der Solaranlage bzw. Fehlerzustände geschlossen werden.
Darüber hinaus weist jedes Steuermodul 11, 11' eine Wartungsroutine (Wartungsprogramm) P3 auf, so dass in Abhängigkeit von aktuellen Zustandsgrößen oder von Vorgabedaten die Solarmodule 3 zu Wartungs- oder Reinigungszwecken in eine Vorzugsposition (Flachposition) bringbar sind.
Aus vereinfachten Darstellungsgründen sind die den Steuermodulen 11, 11' zugeordneten Programme Pl, P2, P3 in Figur
2 nur exemplarisch als Teil des Steuermoduls 11 dargestellt.
Zusätzlich kann jedes Steuermodul 11, 11' einen Datenspei- eher für geografische Koordinaten aufweisen. Alternativ kann die Position auch manuell vorprogrammiert bzw. eingegeben werden. Alternativ kann das Steuermodul 11, 11' auch einen GPS-Empfänger aufweisen, so dass eine Optimierung der Einstellparameter/Vorgabedaten ermöglicht wird. Mit- tels des GPS-Empfängers ist die aktuelle Position des bevorzugten Steuermoduls 11 bzw. der zugeordneten Solarmodule 3 feststellbar.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Funktionen des Steuermoduls 11 nicht nur für die Solaranlage gemäß Figur 2 , sondern auch für die Solaranlage gemäß Figur 1 Anwendung finden kann.
Selbstverständlich können auch einzelne Funktionsbausteine der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 und der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 2 miteinander kombiniert werden, um die Effektivität der Solaranlage zu verbessern. Beispielsweise kann die Energiebereitstellungseinheit 24 (Batterieeinheit 8, Ladegerät 9) mit den Solar-Antriebs- Modulen 28 gemäß Ausführungsform nach Figur 2 kombiniert werden oder umgekehrt .
Beispielsweise kann die aus einem Frequenzumrichter 29 ge~ bildete Ansteuereinheit 5 mit der Antriebseinheit 4 kombiniert werden, die zum Verschwenken um die vertikale bzw. horizontale Schwenkachse jeweils ein dem Elektromotor
nachgeordnetes Getriebe aufweist . Zur Bereitstellung der elektrischen Energie ist der Freguenzumrichter 29 direkt an das Energieversorgungsnetz 10 angeschlossen. Alternativ kann der Freguenzumrichter 29 auch an der Batterieeinheit 8 angeschlossen sein, die über das Ladegerät 9 an dem Stromversorgungsnetz 10 angeschlossen ist. Vorteilhaft ermöglicht diese Ausführungsform der Erfindung ein relativ schnelles Verbringen des Solarmoduls 3 in eine vorgegebene Neigungsposition. Durch das Vorsehen eines angepassten Ge- triebes ist eine relativ hohe Positionsgenauigkeit gewährleistet, wobei zur Einstellung der entsprechenden Horizontal- und Vertikalwinkel eine Genauigkeit von < 1° erzielt wird. Die relativ hohe Verfahrgeschwindigkeit begünstigt im Notfallbetrieb das schnelle Einschwenken des Solarmo- duls 3 in eine Nullposition. Weist das Solarmodul 3 winkelempfindliche Optikelemente zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzellen auf, beispielsweise linsenbasierte Optikelemente, kann erfindungsgemäß eine relativ winkelgenaue Einstellung der Position des Solarmoduls 3 erzielt werden.
Claims
1. SteuerungsSystem für Solaranlagen mit mindestens einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solar- modul, dem eine Antriebseinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen des Solarmoduls zugeordnet ist, wobei die Antriebseinrichtung eine Antriebseinheit und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Antriebseinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- einheit (5) einen Stromrichter (6) umfasst, dass die Ansteuereinheit (5) und/oder die Antriebseinheit (4) mittels einer Batterieeinheit (8) mit elektrischer E- nergie versorgt sind, wobei die Batterieeinheit (8) im Normalbetrieb des Solarmoduls (3) mittels eines zwi- sehen einem Stromversorgungsnetz (10) und der Batterieeinheit (8) angeordneten Ladegeräts (9) aufladbar ist.
2. SteuerungsSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass das Ladegerät (9) eine Steuerung aufweist, derart, dass die Batterieeinheit (8) über lang andauernde Ladezyklen aufladbar ist .
3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Ladegerät (9) eine Steuerung aufweist, die die von der Batterieeinheit (8) abgegebene Batteriespannung mit einem vorgegebenen Schwell- wert vergleicht, wobei für den Fall, dass die Batteriespannung kleiner ist als der Schwellwert, ein Laden der Batterieeinheit (8) erfolgt, und wobei für den Fall, dass die Batteriespannung größer oder gleich dem Schwellwert ist, ein Nichtladen der Batterieeinheit (8) unter Abschalten des Stromversorgungsnetzes (10) erfolgt .
4. Steuerungssystem nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeich- net, dass der Schwellwert derart hoch gewählt ist, dass während des Ladezyklus' ein relativ kleiner Ladestrom in die Batterieeinheit (8) fließt.
5. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , da- durch gekennzeichnet, dass die Kapazität der Batterieeinheit (8) derart ausgelegt ist, dass im Notfallbetrieb bei einem Stromnetzausfall ein Betreiben der von der Batterieeinheit (8) gespeisten Antriebseinheiten (4) und/oder Ansteuereinheiten (5) von mehreren Tagen gewährleistet ist .
6. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4) einen ersten Antriebsmotor zum Antrieb eines Schwenkmit- tels für das Verschwenken des Solarmoduls (3) um eine vertikale Schwenkachse und einen zweiten Antriebsmotor zum Antrieb eines Schwenkmittels für das Verschwenken des Solarmoduls (3) um eine horizontale Schwenkachse aufweist .
7. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4) einen dritten Antriebsmotor zur Linearverstellung des Solarmoduls in der Höhe relativ zu einem fest mit ei- nem Boden (21) verbundenen Gestell (22) aufweist.
8. SteuerungsSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4) ein jeweils dem ersten Antriebsmotor und/oder dem zweiten Antriebsmotor und/oder dem dritten Antriebsmotor nach- geordnetes Getriebe aufweist .
9. SteuerungsSystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Solarmodulen (3) eine Solareinheit (1) bilden, wobei der So- lareinheit (1) die Antriebseinrichtung (2) mit einer Mehrzahl von jeweils den Solarmodulen (3) zugeordneten Antriebseinheiten (4) und/oder einer Mehrzahl von jeweils den Solarmodulen (3) zugeordneten Ansteuereinheiten (5) und/oder mit einer Mehrzahl von jeweils den Solarmodulen (3) zugeordneten Batterieeinheiten (8) und/oder mit einer Mehrzahl von jeweils den Solarmodulen (3) zugeordneten Ladegeräten (9) zugeordnet ist.
10. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da- durch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (8) und das Ladegerät (9) einer zu einer Solareinheit (1) zu- sammengefassten Gruppe von Solarmodulen (3) bzw. einer Gruppe von Antriebseinheiten (4) zugeordnet sind.
11. SteuerungsSystem für Solaranlagen mit mindestens einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmodul, dem eine Antriebseinrichtung zum sonnenstandsabhängigen Nachführen des Solarmoduls zugeordnet ist, wobei die Antriebseinrichtung eine Antriebseinheit und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Antriebseinheit aufweist, dass die Antriebseinrichtung ein Steuermodul aufweist zur Bereitstellung von tageszeitabhängigen und/oder witterungsabhängigen Vorgabedaten für die Antriebseinheit, wobei das Steuermodul elektrisch mit einer Sensoreinheit verbunden ist, mittels derer witterungsabhängige Sensordaten erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (11) als dezentrales Steuermodul mit Stromrichtern (29) einer Mehrzahl von Ansteuereinheiten (5) elektrisch verbunden ist, wobei die Mehrzahl von Ansteuereinheiten (5) bzw. die Mehrzahl von Antriebseinheiten (4) einer aus einer Mehrzahl von Solarmodulen (3) zusammengesetzten Solareinheit (1, 25, 26, 27) zugeordnet ist, dass das Steuermodul (11) ein Stromrichter- Steuerungsprogramm (Pl) aufweist zur Bestimmung der Vorgabedaten für den Stromrichter (29) und dass das Steuermodul (11) über ein Datennetz (14) mit mindestens einem weiteren dezentralen Steuermodul (H') einer zweiten Solareinheit (26, 27) verbunden ist, so dass das weitere dezentrale Steuer- modul (H') die Vorgabedaten des ersten dezentralen Steuermoduls (11) übernimmt zur Ansteuerung der denselben zugeordneten Stromrichtern (29) der Solareinheit (26, 27) .
12. SteuerungsSystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarmodule (3) und/oder die Antriebseinheiten (4) und/oder die Ansteuereinheiten (5, 29) der Solareinheit (1) gleich ausgebildet sind.
13. Steuerungssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Datennetz (14) als ein kabelgebundenes Netz oder als ein Funknetz ausgebildet ist.
14. Steuerungssystem für Solaranlagen mit , mindestens einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmodul, dem eine Antriebseinrichtung zum Sonnenstands- abhangigen Wachführen des Solarmoduls zugeordnet ist> wobei die Antriebseinrichtύng eine Äntriebseinheit und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern, der Äntriebseinheit aufweist,, dass die Antriebseinrichtung ein Steuermodul aufweist . zur Bereitstellung von tageszeitabhängigen und/oder witterungsabhängigen Vorgabedaten für die Äntriebseinheit, wobei das Steuermodul elektrisch mit einer Sensoreinheit verbunden ist, mittels derer witterungsabhängige Sensordaten erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet , - dass das1 Steuermodύl (11) als. dezentrales Steuermo- dύl mit Stromrichtern (6, 29.) . einer Mehrzahl von Änsteüereinheiten (5) elektrisch. verbunden ist, wobei die Mehrzahl von Ansteuereinheiten (5) bzw. die Mehrzahl von Antriebseinheiteή (4) einer aus einer Mehrzahl von Solarmodulen (3) zusammengesetzten Solareinheit (1, 25, 26, 27) zugeordnet ist, - dass das Steuermodul (11) ein Stromrichter- Steuerungsprogramm (Pl) aufweist zur Bestimmung der Vorgabedaten für die Ansteuereinheit (5, 29) und - dass das Steuermodul (11) eine Überwachungsroutine (P2) aufweist' zur Erfassung und/oder Überwachung der aktuellen Daten des die mittels der ■ Solarmodule (3) erzeugten elektrischen Energie in. das Stromnetz einspeisenden Wechselrichters .
15. Steuerungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Steuermodul (11) eine War-
BERSCHTSGTES BLATT (REGEL 91) tungsroutine (P3) umfasst zur Erzeugung von Vorgabedaten für die Ansteuereinheit (5, 29), so dass das Solarmodul (3) zu Wartungs- und/oder Reinigungszwecken in eine oder mehrere Vorzugspositionen bringbar ist .
16. Steuerungssystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuermodul (11) Mittel vorgesehen sind, das Zustandsgrößen der Ansteuereinheit
(5, 29) und/oder der Antriebseinheit (4) erfasst wer- den.
17. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (11) einen Speicher enthaltend geografische Standortdaten aufweist.
18. SteuerungsSystem nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Solarmodulen (3) zugeordneten Ansteuereinheiten (5, 29) ü- ber ein Bussystem (12) mit dem Steuermodul (11, 11') verbunden sind, derart, dass von dem dezentralen Steuermodul (11) gleiche oder unterschiedliche Steuersignale der Anzahl von Ansteuereinheiten (5) zur Ansteuerung der nachgeordneten Antriebseinheiten (4) über- tragbar sind.
19. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheiten (5) jeweils ein Antriebsteilnehmermodul (7) aufweisen, wo- bei die Antriebsteilnehmermodule (7) über einen Bus (12) mit dem dezentralen Steuermodul (11) verbunden sind.
20. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem dezentralen Steuermodul (11) erzeugten Steuersignale adressierbar sind, derart, dass die dem dezentralen Steuermodul (11) zugeordneten Antriebsteilnehmermodule (7) der Ansteuereinheiten (6) in Abhängigkeit von den aktuellen Zustandsbedingungen derselben das entsprechende Steuersignal erhalten.
21. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das dezentrale Steuermodul (11) mit mindestens einer Sensoreinheit (13) über das Bussystem (12) verbunden ist, wobei die Sensorein- heit (13) aktuelle Sensordaten über Umgebungsbedingungen an das dezentrale Steuermodul (11) überträgt.
22. SteuerungsSystem nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem dezentralen Steuermo- dul (11) eine räumlich festgelegte Anzahl von Solarmodulen (3) zugeordnet ist, für die die gleichen Umgebungsbedingungen gelten.
23. SteuerungsSystem nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das dezentrale Steuermodul (11) mit einer ortsfernen zentralen Steuer- /Überwachungseinrichtung (15) über ein Datennetz (14) verbunden ist, derart, dass in der zentralen Steuer- /Überwachungseinrichtung (15) die aktuellen Zustande- daten der Antriebseinheiten (4) und/oder der Ansteuereinheiten (5) und/oder des dezentralen Steuermoduls (11) erfassbar und/oder dass die für die Ansteuerein- heiten (5) vorgesehenen Steuersignale veränderbar und/oder einstellbar sind.
24. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem (12) als ein Feldbussystem, insbesondere als ein CAN-Bussystem, ausgebildet ist .
25. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (4) als Antriebsmotor einen Elektromotor, insbesondere mindestens einen dreiphasigen Asynchronmotor oder einen Synchronmotor, umfasst .
26. Steuerungssystem für Solaranlagen mit mindestens einem um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbaren Solarmodul, dem eine Antriebseinrichtung zum Sonnenstands- abhängigen Nachführen des Solarmoduls zugeordnet ist, wobei die Antriebseinrichtung eine Antriebseinheit und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Antriebseinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (5) einen Stromrichter (29) aufweist und dass die Antriebseinheit (4) mindestens einen Elektromotor und ein demselben zugeordnetes Getriebe aufweist, der- art, dass das Solarmodul (3) in Abhängigkeit von Randbedingungen in eine definierte Position bringbar ist .
27. Steuerungssystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (29) als ein Prequen- zumrichter ausgebildet ist.
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