WO2010078669A1 - Vorrichtung für photovoltaikkraftwerke zur einstellung des elektrischen potentials an photovoltaikgeneratoren - Google Patents

Vorrichtung für photovoltaikkraftwerke zur einstellung des elektrischen potentials an photovoltaikgeneratoren Download PDF

Info

Publication number
WO2010078669A1
WO2010078669A1 PCT/CH2010/000004 CH2010000004W WO2010078669A1 WO 2010078669 A1 WO2010078669 A1 WO 2010078669A1 CH 2010000004 W CH2010000004 W CH 2010000004W WO 2010078669 A1 WO2010078669 A1 WO 2010078669A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
potential
inverter
photovoltaic
transformer
Prior art date
Application number
PCT/CH2010/000004
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arthur BÜCHEL
Original Assignee
Iworks Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iworks Ag filed Critical Iworks Ag
Publication of WO2010078669A1 publication Critical patent/WO2010078669A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • inverters which allow the photovoltaic generator to have a defined potential with respect to the ground potential, which can be achieved, for example, by means of an inverter with a transformer (“transformer”) galvanic separation can take place.
  • transformer transformer
  • a new inverter was launched that was specifically designed for the use of thin-film solar module technologies. It basically uses the circuit type of the transformerless inverter, but has also integrated an additional DC / DC converter on the inverter input side to the modules. This avoids the disturbing DC potential, but due to the additional components in the inverter, both lower efficiency and higher production costs result.
  • the object of this invention is to propose a device which on the one hand comprises highly efficient transformerless inverters, but on the other hand ensures that only permissible voltage potentials are applied to the photovoltaic generator, without providing an additional DC / DC conversion stage and having to accept a loss of efficiency and a cost increase ,
  • This is in particular a device for converting an input voltage applied from a photovoltaic generator, with at least one transformerless inverter with an input for connecting a photovoltaic generator and an output for connecting a transformer (preferably a high voltage transformer), characterized in that there is additionally a potential shift device which generates a voltage on the one hand between the inverter input or inverter output and on the other hand the ground potential that the potential at the photovoltaic generator can be raised or lowered as required relative to ground potential.
  • a potential shift device which generates a voltage on the one hand between the inverter input or inverter output and on the other hand the ground potential that the potential at the photovoltaic generator can be raised or lowered as required relative to ground potential.
  • This device serves to convert an input voltage applied to the input side, in particular from photovoltaic generators. It comprises at least one transformer-less inverter. With this inverter, the input-side electrical voltage is converted into an output-side AC voltage, which is then transformed by a transformer into a transmission voltage.
  • the device according to the invention is provided with a potential shift device.
  • This potential shift device is an electronic circuit and is used, depending on the case, either the increase of the existing voltage in the inverter voltage on an input side minimum level compared to the ground potential or to reduce the voltage present in the inverter voltage potential on an input side maximum level relative to the ground potential.
  • An essential feature of the potential shift device is that it shifts the working voltage potential in the inverter such that a limit value (i.e., a lower limit, "minimum level”, or an upper limit, “maximum level”) is not exceeded or undershot on the input side.
  • a limit value i.e., a lower limit, "minimum level”, or an upper limit, "maximum level”
  • This limit depends on the sensitivity of the photovoltaic generators connected to the inverter. Appropriate limits for thin-film modules are - 100 volts (minimum level: minus 100 volts).
  • the invention takes advantage of the fact that in large power plants, the AC voltage generated, typically 3 x 400 VAC, then transformed by means of a transformer to the desired transmission voltage of, for example 10 KV or 20 KV and is therefore galvanically isolated from the transmission voltage. Therefore, the output side voltage level of the inverter is insignificant for the transformation to the transfer voltage.
  • This additionally required potential shift device for raising or lowering the voltage potential at the photovoltaic generator with respect to the ground potential can be constructed separately from the inverter or else integrated in the inverter. With several inverters, only one potential shift device is necessary.
  • the proposed principle of earthing voltage management need not be limited to DC voltages, but can also be transferred to alternating signals or it could be superimposed on a combination of DC and AC voltage. With an alternating voltage superposition, it is also possible to reduce capacitive leakage currents from the photovoltaic generator to earth.
  • the superimposed potential can be a fixed voltage or else actively readjusted by means of a measurement of the potential at the photovoltaic generator.
  • the device according to the invention is therefore advantageously suitable for photovoltaic generators connected to the device on the input side, which operate with negative voltage potential and only tolerate a positive voltage potential up to a maximum value of, for example + 200V, or operate with a positive voltage potential and only a negative voltage potential, for example up to - Tolerate 200V.
  • the inventive device allows the operation of such photovoltaic generators without an expensive intermediate DC / DC converter or the use of an inverter with transformer.
  • Such photovoltaic generators expediently have thin-film modules or crystalline solar modules contacted on the back side.
  • a transformer preferably a high-voltage transformer, connected to the output side of the device, which transforms the output AC voltage into a transmission AC voltage.
  • a simple variant of the potential shift device is expediently designed such that it superimposes a direct voltage on the voltage potential in the inverters.
  • the voltage potential supplied to the transformer can, as stated above, assume an almost arbitrary voltage potential with respect to the earth (> +/- 500 volts). Essential for the transformer is the difference between the two outputs of the inverter.
  • a control device for controlling the superimposed voltage due to a measured value at the input of the inverter or the inverter may be present.
  • a measuring device is expediently connected to the photovoltaic generator or to the inverter on the input side.
  • a current monitoring against earth potential be set up to initiate circuit measures at the occurrence of impermissible leakage to ground potential.
  • Fig. 1. shows schematically a known inverter arrangement with a
  • Fig. 2. shows schematically a device according to the invention.
  • FIG. 3 shows schematically the voltage time profile with respect to FIG.
  • Ground potential at the output of the known inverter. 4 shows schematically the voltage curve with respect to the ground potential at the photovoltaic generator.
  • 5 shows schematically the voltage curve with respect to the ground potential at the output of the device according to the invention.
  • Fig. 6 shows schematically the voltage curve with respect to the ground potential at one and the other terminal of the photovoltaic generator.
  • FIG. 1 shows a known inverter arrangement consisting of photovoltaic generator 11, inverter 13 is shown with the terminals 17 and 18 for feeding in the grid.
  • the voltage potentials with respect to the ground potential occurring in this known arrangement are shown in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 shows the profile of the voltage potential at the output 17, while FIG. 4 shows the profile of the voltage potential at the two poles 14 and 15 of the input.
  • the comparison shows that at both inputs, the AC voltage of the output leads to a wave-shaped course of the input voltage, wherein the distance between the two wave-shaped voltage curves 71 and 73 at the inputs 14 and 15 corresponds to the voltage produced by the photovoltaic generator 11 voltage potential.
  • An embodiment of the invention is shown in FIG.
  • a photovoltaic generator 11, an inverter or inverter 13 with inputs 14 and 15 and terminals 17 and 18 for grid connection. Furthermore, the device is equipped with a potential shift device 23 (here: DC voltage source, see below) for generating a DC voltage 21 between the ground potential 19 and the terminal 18. Furthermore, the input-side part of the transformer 39 is shown with the terminals 31 (star point) and the terminals 33, 35, 37 for the individual phases.
  • the photovoltaic generator 11 is connected to a typical high-efficiency inverter 13.
  • the output 18 of the inverter 13 is supplied with a DC potential 21.
  • the DC potential is generated by the potential shifter 23, which consists of a transformer 25, a rectifier 27 and a voltage regulator 29 here.
  • the terminals 17 and 18 of the inverter are connected to the transformer 39, the terminal 18 is connected to the Stemddling 31 of the transformer 39 and the terminal 17 is connected to the input 33. At the terminals 33, 35 and 37 more inverters can be connected.
  • a DC voltage is superimposed on the output side AC voltage by the potential shifter 23, whereby the voltage profile from the level 53, where it oscillates around the voltage potential of the earth, is raised to a more positive voltage potential 91.
  • This causes the increase of the input side voltage curves 71 (input 14) and 73 (input 15) by the same amount.
  • This results in a voltage curve 75 at the input 14, and at the input 15 a voltage curve 77 with respect to the ground potential.
  • the amount by which the two voltage curves are raised on the input side can be determined by the potential shift device 23.
  • the lowest occurring voltage potential or the highest positive voltage potential can be determined.
  • the lowest occurring negative potential is limited in Figure 6 to the value at reference numeral 79.
  • the invention relates in summary to a device which allows the use of highly efficient transformerless inverters with photovoltaic generators, with only limited positive or negative input voltages may be charged.
  • the device for converting an input-side applied electrical voltage from the photovoltaic generators comprises a transformer-less inverter, which converts this input-side voltage into an output-side AC voltage. This alternating voltage is transformed by a transformer into a transmission voltage.
  • the transformerless inverter is provided with a device for shifting the voltage potential present in the inverter to a desired level with respect to the ground potential. This has no influence on the output power and the voltage potential of the high voltage or medium voltage generated by the transformers, since the transfer potential is galvanically isolated from the input potential in the transformers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die eine Nutzung von hoch-effizienten Trafo-losen Wechselrichtern (13) mit Photovoltaikgeneratoren (11) erlaubt, die nur mit beschränkten positiven oder negativen Eingangsspannungen beaufschlagt werden dürfen. Die Vorrichtung zur Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung aus den Photovoltaikgeneratoren (11) umfasst einen Trafo-losen lnverter (13), der diese eingangsseitige Spannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umsetzt. Diese Wechselspannung wird mit einem Transformator (39) in eine Übertragungsspannung transformiert. Der Trafo-lose Inverter (13) ist mit einer Potentialschiebeeinrichtung (23) zur Verschiebung des im Inverter (13) vorhandenen Spannungspotentials auf ein gewünschtes Niveau gegenüber dem Erdpotential versehen.

Description

Vorrichtung für Photovoltaikkraftwerke zur Einstellung des elektrischen Potentials an Photovoltaikgeneratoren
Vorrichtung, zur Nutzung von hocheffizienten Wechselrichtern für den Einsatz mit Photovoltaikgeneratoren, die nur ein beschränktes positives oder negatives Spannungspotential tolerieren.
Stand der Technik:
Die höchsten Wirkungsgrade bei Solarkraftwerken werden heutzutage mit sogenannten „Trafo-losen" (transformatorlosen) Wechselrichtern erreicht, welche die Leistung ohne galvanische Trennung des Photovoltaikgenerators in die Netzwechselspannung umwandeln. Dies hat allerdings zur Folge, dass dem Photovoltaikgenerator gegenüber dem Erdpotential ein Potential mit einem Gleichspannungsanteil überlagert wird und an den Modulen des Photovoltaikgenerators positive und auch negative Spannungen gegenüber dem Erdpotential entstehen können. Dieser Umstand ist bei Photovoltaikgeneratoren, die aus Solarmodulen mit klassischer kristallinen Solarzellen bestehen, problemlos. Es gibt allerdings Solarmodultypen, bei denen eine anliegende DC Potentialdifferenz zwischen den stromführenden Modulen und Erdpotential zu Problemen führt. So wird aufgrund dieses Spannungspotentials gegenüber Erdpotential in Dünnschichtmodulen die Stabilität der Teilschichten gefährdet und es kann zum Beispiel eine Zersetzung von Teilschichten im Solarmodul stattfinden. Dieser Effekt wird auf den Transport von Ionen zurückgeführt, sofern ein negatives Potential der stromführenden Anlagen-Teile gegen Erde und eine ausreichende Spannung gegen Erde von < - 100 Volt (kleiner minus 100 Volt) auftritt (Heribert Schmidt, OTTI PV Symposium Staffelstein, Deutschland März 2006). Bei kristallinen Solarmodulen mit rückseitiger Kontaktierung wurde beobachtet, dass eine Ertragsminderung stattfinden kann, falls sich ein Spannungspotential auf der Solarzellenvorderseite aufbaut.
Zur Behebung dieser Problematik werden heute Inverter eingesetzt, die erlauben, dass am Photovoltaikgenerator ein definiertes Potential gegenüber dem Erdpotential anliegt, was zum Beispiel mittels eines Wechselrichter mit Transformator („Trafo") zur galvanischen Trennung erfolgen kann. Dies führt aber wegen des Transformators zu einer Minderung des Wirkungsgrades der Energieumwandlung und verursacht zusätzliche Kosten bei der Herstellung der Inverter. Kürzlich wurde ein neuer Wechselrichter auf den Markt gebracht, der speziell für den Einsatz von Dünnschichtsolarmodul-Technologien konzipiert wurde. Er verwendet im Kern den Schaltungstyp des Trafo-losen Inverters, hat aber zusätzlich auf der Invertereingangsseite zu den Modulen einen zusätzlichen DC/DC Wandler integriert. Damit lässt sich das störende DC Potential vermeiden, es resultieren aber aufgrund der zusätzlichen Baugruppen im Inverter sowohl ein tieferer Wirkungsgrad als auch höhere Herstellkosten.
In der internationalen Anmeldung WO 2008/154918 wird beispielsweise ein Trafo-loser Inverter zur Verwendung mit Dünnfilmpaneelen beschrieben. Negative elektrische Potentiale zur Erde oder zu metallischen Teilen des Gehäuses, welche zu Korrosionsschäden führen können, werden durch die Verwendung einer Trafo-losen Wechselrichteinheit mit einem Hochsetzsteller bzw. Aufwärtswandler reduziert.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die einerseits hocheffiziente Trafo-lose Wechselrichter umfasst, anderseits aber sicherstellt, dass nur zulässige Spannungspotentiale am Photovoltaikgenerator anliegen, ohne eine zusätzliche DC/DC Wandlungsstufe vorsehen und entsprechend eine Wirkungsgradeinbusse und eine Kostenerhöhung hinnehmen zu müssen.
Die Erfindung:
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.
Dabei handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zur Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung aus einem Photovoltaikgenerator, mit wenigstens einem Trafo-losen Inverter mit einem Eingang für den Anschluss eines Photovoltaikgenerators und einem Ausgang für den Anschluss eines Transformators (vorzugsweise eines Hochspannungstransformators), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Potentialschiebeeinrichtung vorhanden ist, welche eine Spannung einerseits zwischen dem Inverter-Eingang oder Inverter-Ausgang und anderseits dem Erdpotential erzeugt, dass das Potential am Photovoltaikgenerator gegenüber Erdpotential je nach Bedarf angehoben oder abgesenkt werden kann.
Diese Vorrichtung dient der Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung, insbesondere aus Photovoltaikgeneratoren. Sie umfasst wenigstens einen Trafo-losen Inverter. Mit diesem Inverter wird die eingangsseitige elektrische Spannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umgewandelt, die anschliessend mit einem Transformator in eine Übertragungsspannung transformiert wird.
Im Gegensatz zum oben erwähnten Stand der Technik, in welchem ein Hochsetzsteller zur Anwendung kommt, ist die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Potentialschiebeeinrichtung versehen. Diese Potentialschiebeeinrichtung ist eine elektronische Schaltung und dient je nach Fall entweder der Anhebung des im Inverter vorhandenen Spannungspotentials auf ein eingangsseitig minimales Niveau gegenüber dem Erdpotential oder aber zur Absenkung des im Inverter vorhandenen Spannungspotentials auf ein eingangsseitig maximales Niveau gegenüber dem Erdpotential.
Wesentlich an der Potentialschiebeeinrichtung ist, dass diese das Arbeits- Spannungspotential im Inverter so verschiebt, dass eingangsseitig ein Grenzwert (d.h. ein unterer Grenzwert, „minimales Niveau", bzw. ein oberer Grenzwert,„maximales Niveau") nicht über- oder unterschritten wird. Dieser Grenzwert ist abhängig von der Empfindlichkeit der Photovoltaikgeneratoren, die an den Inverter angeschlossen sind. Zweckmässige Grenzwerte liegen bei Dünnschichtmodulen bei - 100 Volt (minimales Niveau: Minus 100 Volt).
Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass bei Grosskraftwerken die erzeugte Wechselspannung, typischerweise 3 x 400 VAC, anschliessend mittels eines Transformators auf die gewünschte Übertragungsspannung von zum Beispiel 10 KV oder 20 KV transformiert wird und daher von der Übertragungsspannung galvanisch getrennt ist. Daher ist das ausgangsseitige Spannungsniveau des Inverters für die Transformation auf die Übertragungsspannung unerheblich.
Wenn nun dem Wechselspannungseingangspotential des Transformators, was gleichzeitig auch der Ausgang des Wechselrichters ist, ein Gleich- oder Wechselspannungsanteil überlagert wird, verschiebt sich auch das Spannungspotential an der Eingangsseite des Trafo-losen Wechselrichters entsprechend. Es kann somit sichergestellt werden, dass das Potential an den Photovoltaikmodulen nie einen bestimmten Spannungswert überschreitet, bzw. unterschreitet, je nach Anforderung.
Die Ueberlagerung einer Gleich- oder Wechselspannung am Niederspannungseingang des Tranformators führt allerdings zu den Einschränkungen, dass keine weiteren Standardgeräte für einen 220/380 VAC Anschluss an dieses aus überlagerten Potentialen erreichte Potential angeschlossen werden können und dass die hocheffizienten Trafo-losen Inverter eventuell eine entsprechende Anpassung benötigen. Ferner sind auch Sicherheits-relevante Aspekte aufgrund der Spannungsüberlagerung zu berücksichtigen.
Bei grossen Solaranlagen können mehrere Inverter einen Transformator speisen, wobei der nun zusätzlich auftretende DC Gleichspannungsanteil auf dem AC- Netzabschnitt beim Trafoeingang hier nicht weiter stört, da dieses Subnetz zwischen Photovoltaikgenerator und Transformator nur zum Zwecke der Solarinverter und der Solarstromerzeugung aufgebaut ist und keine anderen Standardverbraucher versorgt. Allerdings ist es vorteilhaft, möglichst gleiche Invertertypen, bzw. Schaltungstopologien in einem AC Subnetz einzusetzen.
Diese zusätzlich benötigte Potentialschiebeeinrichtung zur Anhebung oder Absenkung des Spannungspotentials am Photovoltaikgenerator gegenüber dem Erdpotential kann separat vom Inverter aufgebaut sein oder aber auch in den Inverter integriert sein. Bei mehreren Invertem ist lediglich eine Potentialschiebeeinrichtung notwendig.
Das vorgeschlagen Prinzip der Erdspannungsführung muss nicht auf DC- Spannungen beschränkt bleiben, sondern kann auch auf Wechselsignale übertragen werden oder es könnte eine Kombination von Gleichspannung und Wechselspannung überlagert werden. Mit einer Wechselspannungsüberlagerung ist es zusätzlich auch möglich, kapazitive Ableitströme vom Photovoltaikgenerator gegenüber Erde zu reduzieren. Das überlagerte Potential kann eine fixe Spannung sein oder aber auch aktiv nachgeregelt werden mittels einer Messung des Potentials am Photovoltaikgenerator.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist daher vorteilhaft geeignet für eingangsseitig an die Vorrichtung angeschlossene Photovoltaikgeneratoren, die mit negativen Spannungspotential arbeiten und lediglich ein positives Spannungspotential bis zu einem Maximalwert von zum Beispiel +200V tolerieren, oder mit positivem Spannungspotenzial arbeiten und lediglich ein negatives Spannungspotential zum Beispiel bis -200 V tolerieren. Die erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt das Betreiben solcher Photovoltaikgeneratoren ohne einen teuren zwischengeschalteten DC/DC-Wandler oder den Einsatz eines Wechselrichters mit Transformator. Solche Photovoltaikgeneratoren weisen zweckmässigerweise Dünnschichtmodule oder rückseitig kontaktierte kristalline Solarmodule auf.
Vorteilhaft ist an die Vorrichtung ausgangsseitig ein Transformator, vorzugsweise ein Hochspannungstransformator, angeschlossen, der die Ausgangs-Wechselspannung in eine Übertragungs-Wechselspannung transformiert.
Bei Grossanlagen mit mehreren Trafo-losen Invertem, deren Ausgänge zusammengeschaltet sind, ist zweckmässigerweise lediglich eine einzige Potentialschiebeeinrichtung notwendig. Dadurch können gegenüber Invertem mit DC/DC-Wandlern, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.erhebliche Kosten eingespart werden, da jeder derartige Inverter einen DC/DC-Wandler benötigt.
Eine einfache Variante der Potentialschiebeeinrichtung ist zweckmässigerweise derart ausgebildet, dass sie dem Spannungspotential in den Invertem eine Gleichspannung überlagert.
Sie kann aber auch derart ausgebildet sein, dass sie dem Spannungspotential in den Invertem eine Wechselspannung oder sowohl eine Wechselspannung als auch eine Gleichspannung überlagert. Das dem Transformator zugespiesene Spannungspotential kann, wie oben ausgeführt, ein beinahe beliebiges Spannungspotential gegenüber der Erde annehmen (>+/-500 Volt). Wesentlich für den Transformator ist die Differenz zwischen den beiden Ausgängen des Inverters.
Um sicherzustellen, dass die gewünschten Grenzwerte der Photovoltaikgeneratoren eingehalten werden, kann eine Regeleinrichtung zur Regelung der überlagerten Spannung aufgrund eines Messwerts am Eingang des Inverters oder der Inverter vorhanden sein. Für die Messung dieses Messwerts ist zweckmässigerweise ein Messgerät an den Photovoltaikgenerator oder eingangsseitig an den Inverter angeschlossen. Weiter kann eine Stromüberwachung gegenüber Erdpotential eingerichtet sein, um beim Auftreten von unzulässigen Ableitströmen auf das Erdpotential, Schaltungsmassnahmen einzuleiten.
Kurzbeschrβibung der Figuren
Fig. 1. zeigt schematisch eine bekannte Inverter-Anordnung mit einem
Photovoltaikgenerator.
Fig. 2. zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
Fig. 3 zeigt schematisch den Spannungszeitverlauf gegenüber dem
Erdpotential am Ausgang des bekannten Inverters. Fig. 4 zeigt schematisch den Spannungsverlauf gegenüber dem Erdpotential am Photovoltaikgenerator. Fig. 5 zeigt schematisch den Spannungsverlauf gegenüber dem Erdpotential am Ausgang der erfindungsgemässen Vorrichtung. Fig. 6 zeigt schematisch den Spannungsverlauf gegenüber dem Erdpotential am einen und am anderen Anschluss des Photovoltaikgenerators.
Detaillierte Beschreibung der Figuren
In Figur 1 ist eine bekannte Inverter-Anordnung bestehend aus Photovoltaikgenerator 11 , Wechselrichter 13 mit den Anschlüssen 17 und 18 zur Netzeinspeisung dargestellt. Die bei dieser bekannten Anordnung auftretenden Spannungspotentiale gegenüber dem Erdpotential sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Figur 3 zeigt den Verlauf des Spannungspotentials am Ausgang 17, während Figur 4 den Verlauf des Spannungspotentials an den beiden Polen 14 und 15 des Eingangs zeigt. Die Gegenüberstellung zeigt, dass an beiden Eingängen die Wechselspannung des Ausgangs zu einem wellenförmigen Verlauf der Eingangsspannung führt, wobei der Abstand der beiden wellenförmigen Spannungsverläufe 71 und 73 an den Eingängen 14 und 15 dem vom Photovoltaikgenerator 11 produzierten Spannungspotential entspricht. Eine Ausführung der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Gezeigt ist ein Photovoltaikgenerator 11 , ein Wechselrichter oder Inverter 13 mit Eingängen 14 und 15 und Anschlüssen 17 und 18 zur Netzeinspeisung. Weiter ist die Vorrichtung mit einer Potentialschiebeeinrichtung 23 (hier: Gleichspannungsquelle, vgl. unten) zur Erzeugung einer Gleichspannung 21 zwischen dem Erdpotential 19 und dem Anschluss 18 ausgerüstet. Weiters ist der eingangsseitige Teil des Transformators 39 mit den Anschlüssen 31 (Sternpunkt) und den Anschlüssen 33, 35, 37 für die einzelnen Phasen dargestellt. Der Photovoltaikgenerator 11 ist mit einem typischen, hoch-effizienten Wechselrichter 13 verbunden. Der Ausgang 18 des Wechselrichters 13 ist mit einem Gleichspannungspotential 21 beaufschlagt. Das Gleichspannungspotential wird durch die Potentialschiebeeinrichtung 23 erzeugt, die hier aus einem Transformator 25, einem Gleichrichter 27 und einem Spannungsregler 29 besteht. Die Anschlüsse 17 und 18 des Wechselrichters werden mit dem Transformator 39 verbunden, wobei der Anschluss 18 mit dem Stempunkt 31 des Transformators 39 verbunden ist und der Anschluss 17 mit dem Eingang 33 verbunden wird. An den Anschlüssen 33, 35 und 37 können weitere Wechselrichter angeschlossen werden.
Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist, wird mit der Potentialschiebeeinrichtung 23 der ausgangsseitigen Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert, wodurch der Spannungsverlauf vom Niveau 53, wo es um das Spannungspotential der Erde pendelt, auf ein positiveres Spannungspotential 91 angehoben. Dies bewirkt die Anhebung der eingangsseitigen Spannungsverläufe 71 (Eingang 14) und 73 (Eingang 15) um denselben Betrag. Damit resultiert am Eingang 14 ein Spannungsverlauf 75, und am Eingang 15 ein Spannungsverlauf 77 gegenüber dem Erdpotential. Der Betrag, um welchen die beiden Spannungsverläufe auf der Eingangsseite angehoben werden, ist durch die Potentialschiebeeinrichtung 23 bestimmbar. Damit kann das tiefste auftretende Spannungspotential oder auch das höchste positive Spannungspotential bestimmt werden. Das tiefste auftretende negative Potential ist in Figur 6 auf den Wert bei Bezugsziffer 79 begrenzt.
Die Erfindung betrifft zusammengefasst eine Vorrichtung, die eine Nutzung von hoch-effizienten Trafo-losen Wechselrichtern mit Photovoltaikgeneratoren erlaubt, die nur mit beschränkten positiven oder negativen Eingangsspannungen beaufschlagt werden dürfen. Die Vorrichtung zur Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung aus den Photovoltaikgeneratoren umfasst einen Trafo-losen Inverter, der diese eingangsseitige Spannung in eine ausgangsseitige Wechselspannung umsetzt. Diese Wechselspannung wird mit einem Transformator in eine Übertragungsspannung transformiert. Der Trafo-lose Inverter ist mit einer Einrichtung zur Verschiebung des im Inverter vorhandenen Spannungspotentials auf ein gewünschtes Niveau gegenüber dem Erdpotential versehen. Dies hat auf die Ausgangsleistung und das Spannungspotential der von den Transformatoren generierten Hochspannung oder Mittelspannung keinerlei Einfluss, da das Übertragungspotential vom Eingangspotential in den Transformatoren galvanisch getrennt ist.

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung zur Wandlung einer eingangsseitig angelegten elektrischen Spannung aus einem Photovoltaikgenerator (11), mit wenigstens einem Trafo-losen Inverter (13) mit Eingängen (14, 15) für den Anschluss eines Photovoltaikgenerators (11 ) und Ausgängen (17, 18) für den Anschluss eines Transformators (39), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Potentialschiebeeinrichtung (23) vorhanden ist, welche eine Spannung einerseits zwischen den Eingängen (14, 15) oder Ausgängen (17,18) und anderseits dem Erdpotential (19) erzeugen und so das Potential am Photovoltaikgenerator (11 ) gegenüber Erdpotential anheben oder absenken kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eingangsseitig an die Vorrichtung angeschlossene Photovoltaikgeneratoren (11), die mit positivem Spannungspotenzial arbeiten und lediglich ein negatives Spannungspotential bis minus 100 V tolerieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikgeneratoren (11) Dünnschichtmodule aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikgeneratoren (11 ) rückseitig kontaktierte kristalline Solarmodule aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen ausgangsseitig angeschlossenen Transformator (39) zur Transformation der Ausgangs-Wechselspannung in eine Übertragungs-Wechselspannung.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit mehreren Trafo-losen Invertem (13), deren Ausgänge zusammengeschaltet sind, und einer einzigen Potentialschiebeeinrichtung (23).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialschiebeeinrichtung (23) derart ausgebildet ist, dass sie dem Spannungspotential in den Invertem (13) eine Gleichspannung überlagert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialschiebeeinrichtung (23) derart ausgebildet ist, dass sie dem Spannungspotential in den Invertem (13) eine Wechselspannung überlagert.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialschiebeeinrichtung (23) derart ausgebildet ist, dass sie dem Spannungspotential in den Invertem (13) eine Gleich- und eine Wechselspannung überlagert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zur Regelung der überlagerten Spannung aufgrund eines Messwerts an den Eingängen (14,15) des Inverters (13) oder der Inverter.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Stromüberwachung gegenüber Erdpotential, um beim Auftreten von unzulässigen Ableitströmen auf das Erdpotential, Schaltungsmassnahmen einzuleiten.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet dass die Potentialschiebeeinrichtung (23) ausgangsseitig des Inverters (13) angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung, welche die Spannung des Photovoltaikgenerators (11 ) gegenüber dem Erdpotential anpasst, wobei es sich dabei vorzugsweise um eine Regeleinrichtung für 3-phasig einspeisende Inverter handelt und wobei die Regelung über das Nulleiterpotential des Drehstromsystems oder eine abgeleitete Hilfsspannung des Drehstromsystems erfolgt.
PCT/CH2010/000004 2009-01-08 2010-01-08 Vorrichtung für photovoltaikkraftwerke zur einstellung des elektrischen potentials an photovoltaikgeneratoren WO2010078669A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH00018/09A CH700210A1 (de) 2009-01-08 2009-01-08 Vorrichtung für Photovoltaikkraftwerke zur Einstellung des elektrischen Potentials an Photovoltaikgeneratoren.
CH18/09 2009-01-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010078669A1 true WO2010078669A1 (de) 2010-07-15

Family

ID=40638195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH2010/000004 WO2010078669A1 (de) 2009-01-08 2010-01-08 Vorrichtung für photovoltaikkraftwerke zur einstellung des elektrischen potentials an photovoltaikgeneratoren

Country Status (2)

Country Link
CH (1) CH700210A1 (de)
WO (1) WO2010078669A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2375552A1 (de) * 2010-04-07 2011-10-12 SMA Solar Technology AG Verfahren zur Betriebsführung eines Wechselrichters
WO2012041317A3 (en) * 2010-09-27 2012-05-24 Danfoss Solar Inverters A/S Photovoltaic power plant
WO2013011046A1 (de) 2011-07-19 2013-01-24 Refusol Gmbh Photovoltaikanlage mit vorspannung am wechselrichter
DE102012109012A1 (de) 2011-10-07 2013-04-11 Sma Solar Technology Ag Schaltungsanordnung für ein Solarkraftwerk mit einer Gleichspannungsquelle für eine Offsetspannung
WO2013135578A1 (de) * 2012-03-12 2013-09-19 Sunways Ag Photovoltaic Technology Schaltungsanordnung und verfahren zum wandeln und anpassen einer gleichspannung, photovoltaikanlage
US20140139031A1 (en) * 2012-11-19 2014-05-22 Advanced Energy Industries, Inc. Passive unipolar referencing for non-isolated inverters
CN104201715A (zh) * 2014-08-21 2014-12-10 山亿新能源股份有限公司 另一种抗多机并联光伏发电系统潜在电势诱导衰减电路及调压装置
WO2015015112A1 (fr) * 2013-07-30 2015-02-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Centrale photovoltaique reliee a un reseau electrique haute tension

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1143594A2 (de) * 2000-03-29 2001-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Leistungsumwandlungsvorrichtung, Steuerungsverfahren dazu, und Sonnenenergieerzeugungsanlage
WO2008154918A1 (de) 2007-06-20 2008-12-24 Powerlynx A/S Trafolose wechselrichtereinheit für dünnfilm-solarpaneele

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1143594A2 (de) * 2000-03-29 2001-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Leistungsumwandlungsvorrichtung, Steuerungsverfahren dazu, und Sonnenenergieerzeugungsanlage
WO2008154918A1 (de) 2007-06-20 2008-12-24 Powerlynx A/S Trafolose wechselrichtereinheit für dünnfilm-solarpaneele

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HERIBERT SCHMIDT, OTTI PV SYMPOSIUM STAFFELSTEIN, March 2006 (2006-03-01)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2375552A1 (de) * 2010-04-07 2011-10-12 SMA Solar Technology AG Verfahren zur Betriebsführung eines Wechselrichters
WO2011124605A3 (en) * 2010-04-07 2012-03-15 Sma Solar Technology Ag Method for leakage current control in a inverter system
US9450512B2 (en) 2010-04-07 2016-09-20 Sma Solar Technology Ag Method for the operational control of an inverter
WO2012041317A3 (en) * 2010-09-27 2012-05-24 Danfoss Solar Inverters A/S Photovoltaic power plant
US10778005B2 (en) 2010-09-27 2020-09-15 Sma Solar Technology Ag Photovoltaic power plant
WO2013011046A1 (de) 2011-07-19 2013-01-24 Refusol Gmbh Photovoltaikanlage mit vorspannung am wechselrichter
DE102011051954A1 (de) 2011-07-19 2013-01-24 Refusol Gmbh Photovoltaikanlage mit Vorspannung am Wechselrichter
DE102011051954B4 (de) * 2011-07-19 2013-08-14 Refusol Gmbh Photovoltaikanlage mit Vorspannung am Wechselrichter
US9214817B2 (en) 2011-10-07 2015-12-15 Sma Solar Technology Ag Circuitry arrangement for a solar power plant comprising a DC voltage source for an offset voltage
DE102012109012B4 (de) * 2011-10-07 2016-09-15 Sma Solar Technology Ag Schaltungsanordnung für ein Solarkraftwerk mit einer Gleichspannungsquelle für eine Offsetspannung
DE102012109012A1 (de) 2011-10-07 2013-04-11 Sma Solar Technology Ag Schaltungsanordnung für ein Solarkraftwerk mit einer Gleichspannungsquelle für eine Offsetspannung
WO2013135578A1 (de) * 2012-03-12 2013-09-19 Sunways Ag Photovoltaic Technology Schaltungsanordnung und verfahren zum wandeln und anpassen einer gleichspannung, photovoltaikanlage
US9647570B2 (en) 2012-03-12 2017-05-09 Rct Power Gmbh Photovoltaic system and method of operation
US20140139031A1 (en) * 2012-11-19 2014-05-22 Advanced Energy Industries, Inc. Passive unipolar referencing for non-isolated inverters
US9287802B2 (en) * 2012-11-19 2016-03-15 Advanced Energy Industries, Inc. Passive unipolar referencing for non-isolated inverters
WO2015015112A1 (fr) * 2013-07-30 2015-02-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Centrale photovoltaique reliee a un reseau electrique haute tension
FR3009454A1 (fr) * 2013-07-30 2015-02-06 Commissariat Energie Atomique Centrale photovoltaique reliee a un reseau electrique haute tension
US9899840B2 (en) 2013-07-30 2018-02-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Photovoltaic plant linked to a high-voltage electrical network
CN104201715A (zh) * 2014-08-21 2014-12-10 山亿新能源股份有限公司 另一种抗多机并联光伏发电系统潜在电势诱导衰减电路及调压装置

Also Published As

Publication number Publication date
CH700210A1 (de) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2136449B1 (de) Solarkraftwerk
WO2010078669A1 (de) Vorrichtung für photovoltaikkraftwerke zur einstellung des elektrischen potentials an photovoltaikgeneratoren
DE102011051954B4 (de) Photovoltaikanlage mit Vorspannung am Wechselrichter
DE102017127311A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vormagnetisierung eines Netztransformators in einem Stromrichtersystem
DE102010026778B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bereitstellung einer Eingangsgleichspannung für einen Photovoltaikwechselrichter und Photovoltaikanlage mit dieser Vorrichtung
EP2463980B1 (de) Betrieb eines Energieerzeugers in einem Energieversorgungsnetz
DE102010055550A1 (de) Wechselrichter, Energieerzeugungsanlage und Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage
EP2283233A2 (de) Windenergieanlage und windenergiepark mit einer vielzahl von windenergieanlagen
EP2158671B1 (de) Trafolose wechselrichtereinheit für dünnfilm-solarpaneele
EP2408081A1 (de) Modularer Multiniveau Umrichter
WO2012104333A1 (de) Verfahren zur lieferung von blindstrom mit einem umrichter sowie umrichteranordnung und energieversorgungsanlage
WO2020052936A1 (de) Windpark mit einer leistungsflusseinheit sowie eine solche leistungsflusseinheit
WO2015004034A2 (de) Elektrische anordnung mit einem wechselrichter und zwischenschaltgerät für die elektrische anordnung
DE102012203836B4 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Wandeln und Anpassen einer Gleichspannung, Photovoltaikanlage
EP3780305A1 (de) Wechselrichteranordnung für windenergieanlagen und photovoltaikanlagen
DE10225020A1 (de) Schaltungsanordnung, Verfahren zur Wechselstromerzeugung
WO2022268689A1 (de) Verfahren zum betrieb eines energieversorgungssystems, vorrichtung zum austausch elektrischer leistung in einem energieversorgungssystem und energieversorgungssystem
DE102012106517A1 (de) Vorrichtung mit mehreren Windkraftanlagen und Verfahren zu deren Betrieb
EP3472909B1 (de) Energiemanagementeinheit, energieversorgungssystem und energiemanagementverfahren
DE102015008305A1 (de) Energiemanagementsystem für ein Energieerzeugungssystem
DE102011075658B4 (de) Verfahren zum Erzeugen von Energie mittels einer Photovoltaikanlage und Photovoltaikanlage
DE202012001297U1 (de) Dreiphasiger Stromrichter
DE102011001284A1 (de) Schaltungsanordnung für einen Speicher
WO2013164018A1 (de) Stromversorgungssystem
DE102012107165A1 (de) Wechselrichter und energieerzeugungsanlage mit getrennter erfassung von netzspannungen sowie verfahren zum betrieb von wechselrichtern und energieerzeugungsanlagen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10700147

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10700147

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1