Modulschalter, Solarmodul, Solarkabel, Sammelschiene sowie Gerät Modular switch, solar module, solar cable, busbar and device
Das Gebiet der Erfindung sind Photovoltaikanlagen und insbesondere Solarmodule sowie Sicherheitseinrichtungen wie Modulschalter hierfür. The field of the invention are photovoltaic systems and in particular solar modules as well as safety devices such as module switches for this purpose.
Modulschalter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 sowie Solarmodule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 sind beispielsweise aus der DE 10 2007 032 605 A1 bekannt. Module switches according to the preambles of claims 1 and 3 and solar modules according to the preamble of claim 10 are known for example from DE 10 2007 032 605 A1.
Photovoltaik wird seit mehr als 50 Jahren erfolgreich eingesetzt, zuerst als Stromversorgung bei Raumfahrttechnik, dann in Versuchsanlagen und bedingt durch staatliche Fördermaßnahmen in immer größerer Anzahl und mit steigender Leistung von Einzelpersonen. Nennwerte von Strom und Spannung sind inzwischen erheblich gestiegen und damit auch die Auswirkungen eines Störlichtbogens. Photovoltaic has been used successfully for more than 50 years, first as a power supply in space technology, then in experimental facilities and due to government incentives in ever greater numbers and with increasing performance of individuals. Nominal values of current and voltage have meanwhile increased considerably and with it the effects of an arc fault.
Ein Schaltbild einer herkömmlichen Photovoltaik-Anlage 1 ist in Fig. 29 dargestellt. Sie besteht üblicherweise aus einem Photovoltaik-Generator 2 und einem oder mehreren Wechselrichtern 3 oder Ladereglern, sofern der Verbraucher nicht direkt aus dem Photovoltaik-Generator 2 gespeist wird. In diesem Dokument steht ein Wechselrichter 3 immer beispielhaft auch für mehrere Wechselrichter, einen oder mehrere Laderegler oder einen oder mehrere andere Verbraucher und kann durch diese ersetzt werden. Der Photovoltaik-Generator 2 ist zumeist aus mehreren Solarmodulen 4 aufgebaut, die in Reihe zu einem oder mehreren Strings 5 verschaltet sind. Bei Betrieb mehrerer Strings 5 an einem gemeinsamen Wechselrichter 3 oder Laderegler können die Strings 5 parallel über zwei Sammelschienen 8 und 9 miteinander verschaltet sein. Um in diesem Fall Rückströme in einen String auszuschließen, verfügt jeder String über eine Seriendiode 6. Eine Sicherung 7 in jedem String soll bei Defekten den entsprechenden String vom Rest der Photovoltaik-Anlage 1 trennen. Bypass-Dioden in den Solarmodulen tragen im Fall der Verschattung des Moduls den Strom der unverschatteten Module des Strings. A circuit diagram of a conventional photovoltaic system 1 is shown in FIG. 29. It usually consists of a photovoltaic generator 2 and one or more inverters 3 or charge controllers, unless the consumer is fed directly from the photovoltaic generator 2. In this document, an inverter 3 is always exemplary also for multiple inverters, one or more charge controllers or one or more other consumers and can be replaced by them. The photovoltaic generator 2 is usually constructed of a plurality of solar modules 4, which are connected in series with one or more strings 5. When operating multiple strings 5 to a common inverter 3 or charge controller, the strings 5 can be connected in parallel via two bus bars 8 and 9 with each other. In this case, to exclude reverse currents in a string, each string has a series diode 6. A fuse 7 in each string is to separate the corresponding string from the rest of the photovoltaic system 1 in case of defects. Bypass diodes in the solar modules carry the current of the unshaded modules of the string in case of shading of the module.
Üblicherweise sind sämtliche Solarzellen innerhalb eines Modules in Serie geschaltet um die Zahl der äußeren Kontaktstellen gering zu halten. In Fig. 30 ist ein Solarmodul 14 mit mehreren Teilstrings 15 innerhalb des Solarmoduls 14 dargestellt, wobei die Teilstrings 15 nicht einzeln herausgeführt sind, sondern in der Anschlussdose 17 parallel geschaltet sind. In einer anderen Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik können die Teilstrings 15 auch im Zellenarray parallel geschaltet sein. Infolgedessen weisen viele Module bei den mittlerweile eingesetzten 150 mm x 150
mm-Solarzellen Nennstromstärken >5 A auf. Die Bypass-Diode 18 in dem Solarmodul 14 trägt im Fall der Verschattung des Moduls den Strom der unverschatteten Module des Strings. Usually all solar cells within a module are connected in series to keep the number of external contact points low. In Fig. 30, a solar module 14 is shown with multiple substrings 15 within the solar module 14, wherein the substrings 15 are not led out individually, but are connected in parallel in the junction box 17. In another embodiment according to the prior art, the substrings 15 can also be connected in parallel in the cell array. As a result, many modules feature the 150mm x 150 now used mm solar cells rated currents> 5 A up. The bypass diode 18 in the solar module 14 carries in the case of shading of the module, the stream of unshaded modules of the string.
Figur 31 zeigt ein Schaltzeichen eines Solarmoduls 14. In den Anlagen sind meist nur unzureichende Vorkehrungen zum Lichtbogenschutz getroffen. Inzwischen gibt es verbesserte Steckverbinder und Anschlussdosen. Die Maßnahmen zielen im Wesentlichen auf eine Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit an den Kontaktstellen wie z.B. optimierte Steckkontakte und die Vermeidung von Wassereintritt als auch auf eine Verringerung der Lichtbogenfolgen wie z.B. Anschlussdosen aus Aluminium (Elektroprofi 2/2008, S. 43 - 45). Weiter gibt es spezielle UV-resistente Solarkabel und Kabelbinder. Außerdem kann die Isolierung von Solarkabeln aus einem lichtbogenhemmenden Material, z. B. aus strahlenvernetztem Polyamid 66 bestehen. Entsteht ein Lichtbogen, gast das lichtbogenhemmende Material aus und/oder verdampft teilweise. So wird dem Lichtbogenplasma Energie entzogen und der Lichtbogen verlöscht. Alle diese Maßnahmen können den eigentlichen Lichtbogen nicht vermeiden. FIG. 31 shows a circuit diagram of a solar module 14. In the systems, only inadequate provisions for arc protection are usually made. There are now improved connectors and junction boxes. The measures are essentially aimed at reducing the probability of failure at the contact points, e.g. optimized plug contacts and the prevention of water ingress as well as a reduction in the arc consequences such. Junction boxes made of aluminum (Elektroprofi 2/2008, p. 43 - 45). There are also special UV-resistant solar cables and cable ties. In addition, the isolation of solar cables from an arc-inhibiting material, for. B. consist of irradiated polyamide 66. If an arc occurs, the arc-inhibiting material will escape and / or evaporate partially. Thus, the arc plasma is deprived of energy and the arc extinguished. All these measures can not avoid the actual arc.
Ein Lichtbogen in der Anlage kann erkannt werden (US 2006/0171085 A1 , US 6,259,996 B1 , US 6,633,824 B2, speziell für Photovoltaik-Anlagen: WO 95/25374 AI), nur gibt es bis jetzt keine Möglichkeit, auf den Bogen in einer Photovoltaik-Anlage zu reagieren. Wie Schaltgeräte in Photovoltaik- Anlagen zur Reaktion auf einen Lichtbogen einzusetzen sind, ist in I. Müller: "Störlichtbogenschutz im Gleichstromteil von Photovoltaik-Anlagen", Wissenschaftsverlag Ilmenau, 2002, ISBN: 3-936404-02-X (im Folgenden: Müller02) beschrieben. Dort werden ganze Strings geschaltet. Außerdem wird in EP 1 709 504 B1 das in Müller02 beschriebene Verfahren an Solarquellen von Raumfahrzeugen eingesetzt. An arc in the system can be detected (US 2006/0171085 A1, US 6,259,996 B1, US 6,633,824 B2, especially for photovoltaic systems: WO 95/25374 AI), only there is up to now no way to the arc in a photovoltaic Plant react. How switching devices in photovoltaic systems are to be used for the reaction to an arc is described in I. Müller: "Arc Fault Protection in the DC Part of Photovoltaic Systems", Wissenschaftsverlag Ilmenau, 2002, ISBN: 3-936404-02-X (in the following: Müller02) described. There, whole strings are switched. Moreover, EP 1 709 504 B1 uses the method described in Müller02 on solar sources of spacecraft.
Ein inhärent wirkendes Verfahren, das den Lichtbogen vermeiden kann, basiert auf dem Einsatz von Kondensatoren und ist in der WO 2004/010556 A3 beschrieben. Leider sind die dafür benötigten Kondensatoren aufgrund der hohen Temperaturen auf dem Dach bei Sonneneinstrahlung am Markt nicht mit einer ausreichenden Lebensdauer beschaffbar. Sie könnten aber entwickelt werden. An inherently effective method which can avoid the arc is based on the use of capacitors and is described in WO 2004/010556 A3. Unfortunately, due to the high temperatures on the roof when exposed to solar radiation, the capacitors required for this purpose can not be procured on the market with sufficient life expectancy. But they could be developed.
Der Photovoltaik-Generator ist durch DC-Lasttrennschalter nach DIN VDE 0100-712, der üblicherweise nur am Wechselrichter vorhanden ist, abschaltbar. Die Module sind
dann noch unter Spannung, so dass für in der Nähe der Anlage agierende Personen z.B. bei Montage oder Feuerwehr eine Gefährdung nicht ausgeschlossen werden kann. The photovoltaic generator can be switched off by means of DC switch disconnectors in accordance with DIN VDE 0100-712, which is usually only available on the inverter. The modules are then still under tension, so that for persons acting in the vicinity of the plant, for example during assembly or fire, a risk can not be excluded.
Die US 2009/01 14263 A1 offenbart schaltbare Module, die den Modulkontakt zur restlichen Anlage mittels eines in Serie eingesetzten Schaltgerätes (Kontakt oder elektronisch) auftrennen. So etwas ist bei höheren Stringspannungen nicht einsetzbar, weil der erste öffnende Kontakt immer die gesamte Stringspannung (ULL - UMPP; Leerlaufspannung - Spannung im Punkt maximaler Leistung; siehe Ul-Kennlinie für Modul, Fig. 2) sieht, deshalb erheblich beansprucht wird und entsprechend bemessen sein muss. Auch in der DE 10 2007 032 605 A1 mit den Familienmitgliedern WO 2009/006879 A2 und EP 2 168 173 A2 schlagen die Erfinder Lösungen zum Abschalten von Photovoltaik-Anlagen vor. Gemäß dieser Schrift ist die Photovoltaik-Anlage aus einzelnen Photovoltaik-Modulen aufgebaut, die gruppenweise in Serie (sog. "String") und mehrere Gruppen gegebenenfalls parallel geschaltet sind. Das in Fig. 4 der DE 10 2007 032 605 A1 dargestellte Photovoltaik-Modul weist eine Steuereinheit mit Verstärker und Empfänger auf, welche zur Schaltung eines Relais insbesondere des darin integrierten Schalters 24 dient. Durch Schließen des Schalters 24 kann ein interner Kurzschluss im Photovoltaik-Modul erzeugt werden, so dass ein Potentialausgleich zwischen den Anschlüssen des Photovoltaik-Moduls hergestellt wird. Dadurch wird erreicht, dass außen am Photovoltaik-Modul keine gefährdungsrelevante oder auch nur störende bzw. zu steuernde Spannung anliegt oder Strom [sie!] fließt. Man kann so beispielsweise bei Berührung der äußeren Kontakte des Photovoltaik- Moduls keinen elektrischen Stromschlag mehr erhalten, weil dort keine hinreichende Potentialdifferenz mehr anliegt und das Photovoltaik-Modul intern kurzgeschlossen wurde. Bei allen Ausführungsformen kann das Steuersignal durch insbesondere Funk, Licht, elektrisch (allgemein elektromagnetisch) übermittelt oder intern mittels Sensoren etc. ausgelöst werden. Durch Abtrennen des Wechselrichters wird zunächst der geschlossene Stromkreis unterbrochen und die einzelnen Module müssen weitaus weniger Stromfluss aushalten als bei einem geschlossenen Stromkreis. Dadurch müssen die Module nicht exakt zur selben Zeit abgeschaltet werden, um diese nicht zu beschädigen. US 2009/01 14263 A1 discloses switchable modules which separate the module contact to the rest of the system by means of a switching device used in series (contact or electronic). This can not be used with higher string voltages because the first opening contact always sees the entire string voltage (ULL - UMPP, no-load voltage - voltage at the maximum power point, see UL characteristic for module, Fig. 2) and is therefore subject to considerable wear and tear must be measured. Also in DE 10 2007 032 605 A1 with family members WO 2009/006879 A2 and EP 2 168 173 A2, the inventors propose solutions for switching off photovoltaic systems. According to this document, the photovoltaic system is composed of individual photovoltaic modules, which are connected in groups in series (so-called "string") and possibly several groups in parallel. The photovoltaic module shown in Fig. 4 of DE 10 2007 032 605 A1 has a control unit with amplifier and receiver, which serves to switch a relay, in particular of the switch 24 integrated therein. By closing the switch 24, an internal short circuit in the photovoltaic module can be generated, so that a potential equalization between the terminals of the photovoltaic module is produced. This ensures that the outside of the photovoltaic module no hazardous or even disturbing or voltage to be controlled is applied or power [she!] Flows. For example, it is no longer possible to obtain an electric shock when the outer contacts of the photovoltaic module are touched because there is no longer sufficient potential difference there and the photovoltaic module has been internally short-circuited. In all embodiments, the control signal can be transmitted by, in particular, radio, light, electric (generally electromagnetic) or triggered internally by means of sensors, etc. By disconnecting the inverter, the closed circuit is first interrupted and the individual modules must withstand much less current flow than with a closed circuit. As a result, the modules do not have to be switched off at exactly the same time so as not to damage them.
Dieses Verfahren entspricht einem Spezialfall des in Müller02 beschriebenen Einsatzes von Schaltgeräten in unmittelbarer Nähe der Energiewandler, also der Solarmodule von Photovoltaik-Anlagen, ohne aber die Besonderheiten beim Einsatz in Teilstrings
berücksichtigen. Bei größeren Anlagen werden Module und/oder Schaltgeräte überbeansprucht oder weisen unpraktikable Bauformen und damit zu hohe Kosten auf. Aus Sicherheitserwägungen nachteilig sind die mangelnde Eigensicherheit und das durch Einbindung des Gleichstromhauptschalters aufwändige und fehleranfällige Schalterregime bis zum Erreichen eines sicheren Zustandes. This method corresponds to a special case of the use described in Müller02 switching devices in the immediate vicinity of the energy converter, so the solar modules of photovoltaic systems, but without the peculiarities when used in substrings consider. For larger systems modules and / or switching devices are overused or have impractical designs and thus too high costs. For safety reasons disadvantageous are the lack of intrinsic safety and the complicated by the involvement of the DC main switch and fault-prone switch regime until it reaches a safe state.
Üblicherweise weisen die Modulanschlussdosen ein Einzelvolumen auf, in das alle Kontaktstellen auf einer gemeinsamen Klemmleiste eingebettet sind. Usually, the module junction boxes have a single volume, in which all contact points are embedded on a common terminal block.
Solarkabel bestehen nur aus einer Einzelader. Solar cables only consist of a single core.
Üblicherweise sind die Solarzellen in EVA (Ethylenvienylacetat) eingebettet. Die Rückwand besteht aus einem mehr oder weniger brennbaren Kunststoff. Usually, the solar cells are embedded in EVA (ethylene-vinyl acetate). The rear wall consists of a more or less flammable plastic.
Es ist Aufgabe der Erfindung sichere Solarmodule, Modulschalter, sichere Solarkabel, sichere Sammelschienen und sichere Steckverbinder anzugeben. It is an object of the invention to provide safe solar modules, module switches, safe solar cables, secure busbars and secure connectors.
Diese Aufgabe wird durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche gelöst. This object is achieved by the teaching of the independent claims.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims. In the following, a preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Solarmodul; 1 shows a solar module according to the invention;
Fig. 2 die Kennlinien einer Einzelstringanordnung und unterschiedlich langer Lichtbögen; Fig. 3 die Kennlinien eines Strings einer Multistringanordnung und unterschiedlich langer Lichtbögen; FIG. 2 shows the characteristics of a single-string arrangement and arcs of different lengths; FIG. 3 shows the characteristics of a string of a multi-string arrangement and different length arcs;
Fig. 4 und 5 erfindungsgemäße Solarmodule; Fig. 4 and 5 according to the invention solar modules;
Fig. 6 und 7 den Aufbau von erfindungsgemäßen Photovoltaik-Anlagen; 6 and 7 show the structure of photovoltaic systems according to the invention;
Fig. 8 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Anlage in Fischernetz- Topologie; 8 shows the construction of a photovoltaic system according to the invention in a fishing net topology;
Fig. 9 einen allgemeinen, erfindungsgemäßen Modulschalter;
Fig. 10 bis 14 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Modulschalters, bei dem die galvanische Trennung und das Kurzschließen der Solarmodule durch Relais erfolgt; 9 shows a general, inventive module switch. 10 to 14 different embodiments of a module switch according to the invention, in which the electrical isolation and the short-circuiting of the solar modules takes place by means of relays;
Fig. 15 bis 18 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Modulschalters, bei dem das Kurzschließen der Solarmodule durch einen npn-15 to 18 different embodiments of a module switch according to the invention, in which the short-circuiting of the solar modules by a npn
Transistor erfolgt; Transistor takes place;
Fig. 19 bis 22 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Modulschalters, bei dem das Kurzschließen der Solarmodule durch einen PMOS erfolgt; Figur 23 eine Topologie, bei der zwei gegenphasige Steuersignale verwendet werden; FIGS. 19 to 22 show various embodiments of a module switch according to the invention, in which the short-circuiting of the solar modules takes place by means of a PMOS; Figure 23 is a topology in which two out of phase control signals are used;
Fig. 24 und 25 Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Modulschalters für 2 gegenphasige Steuersignale; FIGS. 24 and 25 show embodiments of a module switch according to the invention for 2 antiphase control signals;
Fig. 26 und 27 erfindungsgemäße Solarkabel; Fig. 28 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Solarmodul; Fig. 26 and 27 solar cable according to the invention; 28 shows a cross section through a solar module according to the invention;
Fig. 29 ein Schaltbild einer herkömmlichen Photovoltaik-Anlage; Fig. 29 is a circuit diagram of a conventional photovoltaic system;
Fig. 30 ein Solarmodul mit mehreren Teilstrings; und FIG. 30 shows a solar module with several partial strings; FIG. and
Fig. 31 ein Schaltzeichen eines Solarmoduls. Fig. 31 is a circuit diagram of a solar module.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarmodul 24, das aus einem Solarzellenarray 22 und einer Modulanschlussdose 27 besteht. Das Solarzellenarray 22 umfasst die Solarzellen 21 , die in einem eindimensionalen Feld von mehreren Teilstrings 25 zusammengeschaltet sind. Jeder Teilstring 25 besteht aus einer Serienschaltung mehrerer Solarzellen 21 . Jeder Teilstring 25 weist einen Plusanschluss 30 und einen Minusanschluss 31 auf. Der Plusanschluss 30 ist gleichzeitig der Anodenanschluss der in Figur 1 zu oberst dargestellten Solarzelle des entsprechenden Teilstrings. Der Minusanschluss 31 ist der Katodenanschluss der in Figur 1 zu unterst dargestellten Solarzelle des entsprechenden Teilstrings. Darüber hinaus kann jeder Teilstring 25 eine oder mehrere Anzapfungen 32 aufweisen, die den Teilstring 25 in Teilstringabschnitte unterteilen. Jeder Teilstringabschnitt in einem Solarzellenarray 22 enthält in einer Ausführungsform die gleiche Anzahl von Solarzellen 21 . Zu jedem Teilstringabschnitt ist
eine Bypass-Diode 28 antiparallel geschaltet. Darüber hinaus ist zu jedem Teilstringabschnitt ein Schaltelement 23 parallel geschaltet, das den Teilstringabschnitt kurzschließt, wenn das Schaltelement nicht durch ein Steuerelement 29 für den normalen Betrieb geöffnet wird. Die Schaltelemente 23 können also als "normalerweise geschlossen" bezeichnet werden. Im Folgenden wird der offene hochohmige Zustand des Schaltelements 23 als Betriebszustand und der geschlossene Zustand als Grundzustand bezeichnet. FIG. 1 shows a solar module 24 according to the invention, which consists of a solar cell array 22 and a module junction box 27. The solar cell array 22 comprises the solar cells 21, which are connected together in a one-dimensional array of a plurality of partial strings 25. Each partial string 25 consists of a series connection of a plurality of solar cells 21. Each partial string 25 has a plus terminal 30 and a minus terminal 31. The positive terminal 30 is at the same time the anode terminal of the solar cell of the corresponding partial string which is shown at the top in FIG. The negative terminal 31 is the cathode terminal of the solar cell of the corresponding partial string, which is shown at the bottom in FIG. In addition, each partial string 25 may have one or more taps 32 which divide the partial string 25 into partial string sections. Each partial string section in a solar cell array 22 contains the same number of solar cells 21 in one embodiment. To each substring section is a bypass diode 28 connected in anti-parallel. In addition, a switching element 23 is connected in parallel to each Teilstringabschnitt, which shorts the Teilstringabschnitt when the switching element is not opened by a control element 29 for normal operation. The switching elements 23 can therefore be referred to as "normally closed". Hereinafter, the open high-resistance state of the switching element 23 is referred to as the operating state and the closed state as the ground state.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind alle Bypass-Dioden 28, alle Schaltelemente 23 sowie das Steuerelement 29 in der Modulanschlussdose 27 untergebracht. Hierdurch können existierende Solarmodule zumindest teilweise nachgerüstet werden. Hierzu ist es erforderlich, dass die Kontakte zwischen den Solarzellenarray 22 und der Modulanschlussdose 27 leicht trennbar, also beispielsweise steckbar über mehrere Stecker und entsprechende Buchsen realisiert sind, die miteinander mechanisch im Solarzellenarray und in der Modulanschlussdose verbunden sind. Andererseits erfordert dies, dass nicht nur die Plusanschlüsse 30 und die Minusanschlüsse 31 zur Modulanschlussdose 27 geführt werden müssen, was sowieso erforderlich ist, sondern auch alle Anzapfungen 32. In the embodiment illustrated in FIG. 1, all the bypass diodes 28, all the switching elements 23 and the control element 29 are accommodated in the module connection box 27. As a result, existing solar modules can be retrofitted at least partially. For this purpose, it is necessary that the contacts between the solar cell array 22 and the module junction box 27 are easily separable, so for example pluggable realized via a plurality of plugs and corresponding sockets, which are mechanically connected to each other in the solar cell array and in the module junction box. On the other hand, this requires that not only the positive terminals 30 and the minus terminals 31 must be led to the module junction box 27, which is required anyway, but also all the taps 32nd
Um eine bessere Wärmeableitung von den Bypass-Dioden 28 und den Schaltelementen 23 zu gewährleisten und auch um die Kabelführung im Solarmodul 24 zu vereinfachen, können in einer anderen Ausführungsform die Bypass-Dioden 28 und das Schaltelement 23 verteilt über das Solarmodul montiert sein. In dieser Ausführungsform können die Verbindungen zwischen dem Solarzellenarray 22 und der Modulanschlussdose 27 fest verdrahtet sein, was billiger und zuverlässiger sein dürfte. In order to ensure better heat dissipation from the bypass diodes 28 and the switching elements 23 and also to simplify the cable guide in the solar module 24, in another embodiment, the bypass diodes 28 and the switching element 23 can be mounted distributed over the solar module. In this embodiment, the connections between the solar cell array 22 and the module junction box 27 may be hard-wired, which may be cheaper and more reliable.
In der Modulanschlussdose 27 sind ferner Seriendioden 26 untergebracht, wobei eine Seriendiode 26 in Serie zu jedem Teilstring 25 geschaltet ist. Die Seriendioden 26 sind bei einer in Fig. 8 dargestellten Fischernetz-Topologie vorteilhaft und verhindern Defekte in Solarmodulen beim Abschalten. Letzteres wird genauer im Zusammenhang mit Fig. 7 erläutert. An der Modulanschlussdose ist ein Plussolarkabel 33 und ein Minussolarkabel 34 angeschlossen. Auch die Verbindung zwischen den Solarkabeln 33 und 34 und der Modulanschlussdose 27 kann entweder fest oder lösbar sein. Im Fall einer lösbaren Verbindung kann jedes Solarmodul 24 mit zwei vormontierten Solarkabeln 33 und 34 geliefert werden. Jedes der Solarkabel 33 und 34 weist für jeden Teilstring 25 einen elektrischen Leiter 36 auf, der mit dem entsprechenden Teilstring 25 elektrisch verbunden ist. Jedes Solarkabel 33 und 34 weist an dem losen Ende, an dem es nicht
mit der Modulanschlussdose 27 verbunden ist, eine Kontaktstelle auf, so dass das lose Ende eines Plussolarkabels 33 mit dem losen Ende eines Minussolarkabels 35 eines anderen Solarmoduls oder der Plus-Sammelschiene verbunden werden kann. Kontakt oder Kontaktstelle wird in diesem Dokument als Oberbegriff für Stecker und Buchse verwendet. In the module junction box 27 further series diodes 26 are housed, wherein a series diode 26 is connected in series with each sub-string 25. The series diodes 26 are advantageous in a fishing net topology illustrated in FIG. 8 and prevent defects in solar modules during shutdown. The latter will be explained in more detail in connection with FIG. 7. At the module junction box a Plussolarkabel 33 and a Minussolarkabel 34 is connected. The connection between the solar cables 33 and 34 and the module connection box 27 can either be fixed or detachable. In the case of a detachable connection, each solar module 24 may be supplied with two preassembled solar cables 33 and 34. Each of the solar cables 33 and 34 has for each sub-string 25 an electrical conductor 36 which is electrically connected to the corresponding sub-string 25. Each solar cable 33 and 34 has at the loose end, where it is not is connected to the module junction box 27, a contact point, so that the loose end of a Plussolarkabels 33 can be connected to the loose end of a Minussolarkabels 35 of another solar module or the plus busbar. Contact or point of contact is used in this document as a generic term for plug and socket.
Wie man aus Figuren 29, 6, 7 und 8 erkennt, sind die Solarmodule 4 in Serie geschaltet und bilden so Strings 5. Dies erfolgt in herkömmlicher Weise, so dass bei der Montage eines Solarkabels das neu zu montierende Solarmodul mit einem Solarkabel des zuvor montierten Solarmoduls verbunden wird. Die erfindungsgemäßen Solarmodule 24 können also in vorteilhafter Weise genauso wie die herkömmlichen Solarmodule 4 montiert werden. Aus Gründen der besseren Wärmeableitung von den Schaltelementen und/oder Stringdioden und der besseren thermischen Stabilität ist es vorteilhaft, die Modulanschlussdosen 27 aus Metall, insbesondere Aluminium herauszustellen. As can be seen from Figures 29, 6, 7 and 8, the solar modules 4 are connected in series and thus form strings 5. This is done in a conventional manner, so that when mounting a solar cable the newly installed solar module with a solar cable of the previously mounted Solar module is connected. The solar modules 24 according to the invention can thus be mounted in the same way as the conventional solar modules 4 in an advantageous manner. For reasons of better heat dissipation from the switching elements and / or string diodes and the better thermal stability, it is advantageous to highlight the module junction boxes 27 made of metal, in particular aluminum.
Wichtig für einen Aspekt der Erfindung ist, dass alle Teilstrings 25 eines Solarmoduls gegeneinander elektrisch isoliert, also galvanisch getrennt sind. Sogar nach der Montage aller erfindungsgemäßen Solarmodule 24 eines Photovoltaik-Generators 2 sind in einer Ausführungsform der Erfindung die Teilstrings 25 lediglich auf den Sammelschienen 8 und 9 parallel verbunden. It is important for one aspect of the invention that all partial strings 25 of a solar module are electrically insulated from one another, ie are electrically isolated. Even after the assembly of all the solar modules 24 according to the invention of a photovoltaic generator 2, in one embodiment of the invention, the partial strings 25 are connected in parallel only on the busbars 8 and 9.
Bypass-Dioden 18 sind auf Solarmodulebene bekannt, wie in Figur 25 dargestellt. Das Vorsehen einer Bypass-Diode 28 für jeden Teilstringabschnitt ergibt günstigeres Verhalten bei Teil-Verschattung des Moduls, weil nur die tatsächlich (teilweise) verschatten Teilstringsabschnitte ausfallen und nicht mehr das gesamte Modul. Insofern ist die Aufteilung eines Moduls in Teilstrings oder Teilstringabschnitte die Voraussetzung für eine bessere Leistung bei Teil-Verschattung. Als Bypass-Dioden 28 und/oder Seriendioden 26 können in vorteilhafter Weise Schottky-Dioden aufgrund der geringeren Durchlassspannung eingesetzt werden. Die geringere Durchlassspannung verringert die Anforderungen an die Wärmeableitung und erhöht gleichzeitig den Wirkungsgrad. Bypass diodes 18 are known at the solar module level, as shown in FIG. The provision of a bypass diode 28 for each Teilstringabschnitt results in more favorable behavior in partial shading of the module, because only the actual (partially) shaded Teilstringsabschnitte fail and not the entire module. In this respect, the division of a module into partial strings or partial string sections is the prerequisite for better performance with partial shading. As bypass diodes 28 and / or series diodes 26 Schottky diodes can be used advantageously due to the lower forward voltage. The lower forward voltage reduces the heat dissipation requirements while increasing efficiency.
Ziel der Aufteilung in Teilstrings ist die Reduktion der Ströme in den stromführenden Leitern und vorgesehenen und nicht vorgesehenen Kontaktstellen. Vorgesehene Kontaktstellen können beispielsweise Steckverbinder sein. Nicht vorgesehene Kontaktstellen sind Fehlerstellen, also beispielsweise schlechte, korrodierte Kontakte oder Leitungsbrüche. Wie aus Müller02 bekannt ist, verschlechtern sich die Existenzbedingungen für einen Lichtbogen, wenn der Strom in einem String oder
Teilstring sinkt. Bei einem Strom <2 A brennt der Lichtbogen bereits deutlich instabiler als bei 5 A oder 8 A, unterhalb von 0,5 A kann er nicht mehr existieren, weil die erzeugte Menge von Ladungsträgern nicht mehr zur Aufrechterhaltung einer Bogenentladung ausreicht. Zweckmäßigerweise wählt man einen Teilstringstrom <1 A als Kompromiss zwischen Verschlechterung der Existenzbedingungen und Kosten. The aim of the division into substrings is to reduce the currents in the live conductors and provided and not provided contact points. Provided contact points may be, for example, connectors. Unintended contact points are fault locations, that is, for example, bad, corroded contacts or wire breaks. As is known from Müller02, the conditions of existence for an arc deteriorate when the current in a string or Substring decreases. At a current <2 A, the arc already burns significantly more unstable than at 5 A or 8 A, below 0.5 A, it can no longer exist because the amount of charge carriers generated is no longer sufficient to maintain an arc discharge. Conveniently, one chooses a partial current <1 A as a compromise between deterioration of the conditions of existence and costs.
Gegenüber der Einzelstring-Anordnung sind bei der Multi-String-Anordnung mit gleicher Nennleistung, wenn überhaupt, nur noch wesentlich kleinere Lichtbogenlängen mit wesentlich kleinerer Leistung über der Fehlerstelle möglich. Compared to the single-string arrangement, in the case of the multi-string arrangement with the same nominal power, only significantly smaller arc lengths with significantly smaller power over the fault location are possible, if at all.
Als zusätzliche Maßnahme gegen Querfehler ist in Fig. 1 jeder Kontakt zu einer Ader des Plus- und Minussolarkabels in einer eigenen Kammer 38 untergebracht. So ist eine hinreichende Isolierung der Kontakte eher gegeben, auch wenn die Kabelisolierung brüchig wird oder sich Kontaktstellen lösen. As an additional measure against transverse defects, in FIG. 1, each contact to a vein of the positive and negative solar cable is housed in a separate chamber 38. Thus, a sufficient insulation of the contacts is more likely, even if the cable insulation is brittle or loose contact points.
Am Beispiel von Figuren 2 und 3 ist das Wirkprinzip für eine Aufsplittung auf 8 Teilstrings mit insgesamt gleicher Leistung und identischer Nennspannung verdeutlicht. In den Figuren 2 und 3 ist nach oben die String- beziehungsweise Teilstringspannung und nach rechts der String- beziehungsweise Teilstringstrom eingezeichnet. In den Figuren 2 und 3 sind drei Kennlinien 42, 43 und 44 von Lichtbögen für unterschiedliche Bogenlängen , l2 beziehungsweise l3 eingetragen. In Figur 2 ist ferner eine Kennlinie 41 eines herkömmlichen Solarmoduls mit einem Einzelstring und etwa 5 A Strom beim Punkt maximaler Leistung 45 eingetragen, bei dem das Solarmodul normalerweise betrieben wird, was etwa 8 A Kurzschlussstrom lk entspricht. Aus Figur 2 kann man ablesen, dass ein Lichtbogen der Länge mit einem stabilen Arbeitspunkt 46 existieren kann. Da auch die Kennlinien 43 und 44 die Kennlinien 41 schneiden, können auch Lichtbögen mit einer größeren Länge l2 oder l3 existieren. In Figur 3 ist die Kennlinie 51 für einen Teilstring eingezeichnet, der lediglich ein Achtel des Stroms des Einzelstrings liefert, dessen Kennlinie 41 in Figur 2 dargestellt ist. Der Punkt maximaler Leistung 55 liegt bei der gleichen Spannung UMpp wie der Punkt 45, aber nur bei einem Achtel des Stroms. Der Kurzschlussstrom des Teilstrings in Figur 3 beträgt etwa 1A. Ein Lichtbogen der Länge kann nur in dem kleinen Bereich oberhalb des Punkts 56 existieren. Lichtbögen der Längen l2 und l3 können mangels eines Schnittpunkts der Kennlinien 43 und 44 mit der Kennlinie 51 nicht existieren. Würde man die Anzahl der Teilstrings von 8 auf 9 erhöhen und damit den Strom um weitere etwa 1 1 % absenken, wären auch keine Lichtbögen der Länge mehr möglich.
Gegenüber der herkömmlichen Einzelstring-Anordnung in Figur 2 sind bei den Multi- String-Anordnungen, wenn überhaupt, nur noch wesentlich kleinere Lichtbogenlängen mit wesentlich kleinerer Leistung über der Fehlerstelle möglich. Using the example of Figures 2 and 3, the operating principle for a split into 8 partial strings with a total of the same power and identical rated voltage is illustrated. In FIGS. 2 and 3, the string or partial string voltage is shown at the top and the string or partial string current is drawn to the right. FIGS. 2 and 3 show three characteristic curves 42, 43 and 44 of arcs for different arc lengths, l 2 and l 3, respectively. In Figure 2, a characteristic curve 41 of a conventional solar module with a single string and about 5 A current at the point of maximum power 45 is also entered, in which the solar module is normally operated, which corresponds to about 8 A short-circuit current l k . From Figure 2 it can be seen that an arc of length with a stable operating point 46 can exist. Since the characteristic curves 43 and 44 intersect the characteristic curves 41, arcs with a greater length l 2 or l 3 can also exist. FIG. 3 shows the characteristic curve 51 for a partial string which supplies only one-eighth of the current of the individual string whose characteristic curve 41 is shown in FIG. The maximum power point 55 is at the same voltage U M pp as point 45, but only at one-eighth of the current. The short-circuit current of the substring in FIG. 3 is approximately 1A. An arc of length may only exist in the small area above point 56. Arcs of lengths l 2 and l 3 can not exist for lack of an intersection of the characteristic curves 43 and 44 with the characteristic 51. If one were to increase the number of substrings from 8 to 9 and thus lower the current by a further 1 1%, arcs of length would no longer be possible. Compared with the conventional single-string arrangement in FIG. 2, in the case of the multi-string arrangements, only substantially smaller arc lengths with significantly smaller power over the fault location are possible, if at all.
Figur 4 zeigt ein Solarmodul 64, das dem in Figur 1 dargestellten Solarmodul 24 ähnlich ist. Im Wesentlichen wurden die Teilstrings 25, die in Figur 1 durch die in Serie geschaltete Solarzellen 21 dargestellt sind, durch Schaltzeichen für Solarmodule 65 ersetzt. Jeder Teilstring 65 kann insgesamt über ein Schaltelement 63 kurz geschlossen werden, da er nur aus einem Abschnitt besteht. Die Schaltelemente 63 werden von einem Steuerelement 29 gesteuert. Auch die Seriendioden 26 sind explizit dargestellt. Bypassdioden können Teil der Teilstrings 65 sein. Alle Anschlüsse zu einem Plussolarkabel und alle Anschlüsse zu einem Minussolarkabel sind in 2 getrennten Kammern 69 bzw. 68 untergebracht. FIG. 4 shows a solar module 64, which is similar to the solar module 24 shown in FIG. Essentially, the partial strings 25, which are represented in FIG. 1 by the series-connected solar cells 21, have been replaced by circuit diagrams for solar modules 65. Each partial ring 65 can be shorted overall via a switching element 63, since it consists of only one section. The switching elements 63 are controlled by a control 29. The series diodes 26 are also shown explicitly. Bypass diodes may be part of the substrings 65. All connections to a Plussolarkabel and all connections to a Minusolarkabel are housed in two separate chambers 69 and 68, respectively.
Figur 5 zeigt ein neues Schaltzeichen für ein erfindungsgemäßes Solarmodul 74. Das Solarmodul enthält H Teilstrings 75, die unter Kontrolle des Steuerelements 29 kurz geschlossen werden können. Dabei ist nicht spezifiziert, ob wie in Figur 1 einzelne Teilstringabschnitte durch Schaltelemente 23 kurz geschlossen werden können oder ob wie in Figur 4 jeder Teilstring durch ein entsprechendes Schaltelement 63 kurz geschlossen werden kann. FIG. 5 shows a new circuit diagram for a solar module 74 according to the invention. The solar module contains H partial strings 75, which can be short-circuited under control of the control element 29. It is not specified whether, as in FIG. 1, individual partial string sections can be short-circuited by switching elements 23 or, as in FIG. 4, each partial string can be short-circuited by a corresponding switching element 63.
Figur 6 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Anlage 81 mit einem erfindungsgemäßen Photovoltaik-Generator 82 und einem Wechselrichter 3. Im Unterschied zu einem herkömmlichen Photovoltaik-Generator 82 ist für jeden Teilstring eine Seriendiode 86 sowie eine Sicherung 87 vorgesehen. Die einzelnen Teilstrings werden erst auf den Sammelschienen 8 und 9 elektrisch verbunden. FIG. 6 shows the structure of a photovoltaic system 81 according to the invention with a photovoltaic generator 82 according to the invention and an inverter 3. In contrast to a conventional photovoltaic generator 82, a series diode 86 and a fuse 87 are provided for each partial string. The individual substrings are electrically connected only on the busbars 8 and 9.
Die in Figur 6 dargestellten erfindungsgemäßen Solarmodule 84 weisen weder Schaltelemente zum Kurzschließen der Teilstrings oder Teilstringabschnitte noch ein Steuerelement auf. Zur einfachen Montage sollten die Sammelschienen 8 und 9 mit mehrpoligen Kontaktstellen 88, 89 für mehrpolige Solarkabel ausgerüstet sein. The solar modules 84 according to the invention shown in FIG. 6 have neither switching elements for short-circuiting the partial strings or partial string sections nor a control element. For easy installation, the busbars 8 and 9 should be equipped with multi-pole contact points 88, 89 for multi-pole solar cable.
Figur 7 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Anlage 91 mit einem erfindungsgemäßen Photovoltaik-Generator 92 und einem Wechselrichter 3. Im Unterschied zu den in Figur 6 dargestellten Solarmodulen weisen die Solarmodule 94 in Figur 7 Schaltelemente und je ein Steuerelement 29 auf. Alle Steuereingänge der Steuerelemente 29 sind in Serie geschaltet. Darüber hinaus ist ein oder mehrere Notschalter 95 und eine Steuersignalquelle 96 vorgesehen, die im normalen Betrieb die
Steuerelemente 29 mit elektrischer Energie versorgen, so dass die einzelnen Teilstrings oder Teilstringabschnitte der Solarmodule nicht kurz geschlossen werden. Bei einem Brand kann die Feuerwehr den Notschalter 95 öffnen oder eine Verbindung 97 trennen, wodurch die Teilstrings oder Teilstringabschnitte kurz geschlossen werden, so dass ein gefahrloser Löscheinsatz möglich wird. Der oder die Notschalter kann beziehungsweise können auch als Thermosicherung beziehungsweise Thermosicherungen ausgeführt sein, so dass die Solaranlage bei einer zu hohen Temperatur an einem Ort automatisch abgeschaltet wird. Die Steuersignalquelle 96 wird sinnvollerweise als Stromquelle ausgeführt, um Photovoltaik-Generatoren 92 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Solarmodulen 94 steuern zu können. FIG. 7 shows the structure of a photovoltaic system 91 according to the invention with a photovoltaic generator 92 according to the invention and an inverter 3. In contrast to the solar modules illustrated in FIG. 6, the solar modules 94 in FIG. 7 have switching elements and one control element 29 each. All control inputs of the controls 29 are connected in series. In addition, one or more emergency switch 95 and a control signal source 96 is provided which in normal operation the Provide controls 29 with electrical energy, so that the individual substrings or Teilstringabschnitte the solar modules are not shorted. In case of fire, the fire department can open the emergency switch 95 or disconnect a connection 97, whereby the partial strings or partial string sections are short-circuited, so that a safe fire fighting is possible. The emergency switch or switches can also be designed as thermal fuse or thermal fuses, so that the solar system is switched off automatically at too high a temperature in one place. The control signal source 96 is usefully designed as a power source to control photovoltaic generators 92 with a different number of solar modules 94.
Zur einfachen Montage sollten auch hier die Sammelschienen 8 und 9 mit Steckverbindern für mehrpolige Solarkabel ausgerüstet sein. Die Verkabelung in den Steckverbindern und zwischen den Sammelschienen ist aber etwas komplizierter als in Figur 6, weil ja alle Steuerelemente 29 in Serie geschaltet werden sollen und damit auch elektrische Verbindungen 97 zwischen den an den Sammelschienen 8 und 9 angebrachten Steckverbindern nötig sind. For ease of installation, the busbars 8 and 9 should also be equipped with connectors for multi-pole solar cables. However, the wiring in the connectors and between the busbars is somewhat more complicated than in Figure 6, because all the controls 29 are to be connected in series and thus electrical connections 97 between the attached to the busbars 8 and 9 connectors are needed.
In einer anderen Ausführungsform können auch nur die Steuerelemente 29 eines Strings zu einem Steuerelementstring in Serie zusammengeschaltet werden. Alle Steuerelementstrings werden dann parallel geschaltet. In diesem Fall kann die Steuersignalquelle bei vorgegebener Anzahl von in Serie geschalteten Solarmodulen auch als Spannungsquelle ausgeführt sein oder man kann die von der Steuersignalquelle gelieferte Spannung schrittweise an die Anzahl der Solarmodule in einem String anpassen. Falls die Steuersignalquelle als Stromquelle arbeitet, kann man in dieser Ausführungsform auch die Höhe des Steuerstroms schrittweise an die Anzahl der Strings anpassen. In another embodiment, only the controls 29 of a string can be interconnected to form a control string in series. All control strings are then switched in parallel. In this case, the control signal source for a given number of series-connected solar modules can also be designed as a voltage source or you can adjust the voltage supplied by the control signal source step by step to the number of solar modules in a string. If the control signal source operates as a current source, in this embodiment also the height of the control current can be adjusted stepwise to the number of strings.
Die Steuersignalquelle kann ihre Energie einerseits über die Leitungen 99 aus dem Stromnetz und damit auch aus dem Wechselrichter 3 beziehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuersignalquelle 96 auch mit dem DC-Leistungskreis der Photovoltaik-Anlage 91 , also mit den Sammelschienen 8 und 9 über die Leitungen 98 verbunden sein. Wenn die Leitungen 99 fehlen, ergibt sich das Problem, dass die Solarmodule auch am Tag eine zu geringe Spannung liefern, wenn sich die Schaltausgänge 1 16 der Modulschalter im niederohmigen Zustand befinden, wenn sich also die Photovoltaik-Anlage 91 im Grundzustand befindet. Wenn man andererseits durch sinnvolle Auslegung der Schaltausgänge dafür sorgt, dass trotz Grundzustand an
den Sammelschienen eine für Personen ungefährliche Spannung im Bereich von etwa 10 V anliegt, kann man beispielsweise durch einen DC-DC-Wandler mit weiteren Eingangsspannungsbereich aus dieser Restspannung ein ausreichend starkes Steuersignal erzeugen, so dass man durch Schließen des oder aller Notschalter 95 die Photovoltaik-Anlage 91 in dem Betriebszustand versetzen kann. Durch die Restspannung im Grundzustand wird die Photovoltaik-Anlage 91 autark. The control signal source can draw their energy on the one hand via the lines 99 from the power grid and thus also from the inverter 3. Additionally or alternatively, the control signal source 96 may also be connected to the DC power circuit of the photovoltaic system 91, that is to say to the busbars 8 and 9 via the lines 98. If the lines 99 are missing, there is the problem that the solar modules provide too low a voltage during the day when the switching outputs 1 16 of the module switches are in the low-resistance state, that is, when the photovoltaic system 91 is in the ground state. If, on the other hand, by meaningful design of the switching outputs, ensures that, despite the ground state The busbars are applied to a non-hazardous voltage in the range of about 10 V, you can for example by a DC-DC converter with another input voltage range from this residual voltage generate a sufficiently strong control signal, so that by closing the or all emergency switch 95, the photovoltaic Annex 91 can put in the operating condition. Due to the residual voltage in the ground state, the photovoltaic system 91 is self-sufficient.
Der Notschalter 95 kann auch die Steuersignalquelle 96 eingebaut sein. Die Steuersignalquelle 96 kann eventuell zusammen mit einem Notschalter 95 auch in den Wechselrichter 3 oder einen Laderegler eingebaut sein. Letztere Integration ist auch deshalb vorteilhaft, weil der Wechselrichter 3 oder der Laderegler den Photovoltaik- Generator 92 auch dann abschalten können, wenn ein Defekt im Wechselrichter 3 oder Laderegler vorliegt oder diese Geräte überhitzen. The emergency switch 95 may also be built in the control signal source 96. The control signal source 96 may possibly be installed together with an emergency switch 95 in the inverter 3 or a charge controller. The latter integration is also advantageous because the inverter 3 or the charge controller can switch off the photovoltaic generator 92 even if there is a defect in the inverter 3 or charge controller or these devices overheat.
Damit eine hohe Sicherheit der Photovoltaik-Anlage erreicht wird ist es notwendig, dass jeder String der Photovoltaik-Anlage unabhängig vom Zustand der anderen Strings geschaltet werden kann. Ferner ist es wichtig, dass bei Schalthandlungen die Photovoltaik-Anlage nicht beschädigt wird. Zur Erreichung dieser Ziele dienen die Seriendioden 86 und 26. In order to achieve high safety of the photovoltaic system, it is necessary that each string of the photovoltaic system can be switched independently of the state of the other strings. Furthermore, it is important that the photovoltaic system is not damaged during switching operations. To achieve these goals serve the series diodes 86 and 26th
Zur Begründung der Notwendigkeit der Seriendioden 86 und 26 nimmt man an, dass die Seriendioden 86 und 26 nicht Bestandteil der Photovoltaik-Anlage sind. Weil wegen Bauelementetoleranzen und Signal-Laufzeitunterschieden in der Photovoltaik-Anlage praktisch nie alle Teilstrings eines Strings A gleichzeitig ausgeschaltet werden können, ist davon auszugehen, dass ein Teilstring eines Strings A der zuletzt geschaltete sein wird. In diesem Fall steht über dem zuletzt geschalteten Teilstring die Spannung zwischen den Sammelschienen der Photovoltaik-Anlage, die mehrere Hundert Volt betragen kann. To justify the need for the series diodes 86 and 26, it is assumed that the series diodes 86 and 26 are not part of the photovoltaic system. Because of component tolerances and signal runtime differences in the photovoltaic system virtually all partial strings of a string A can be switched off at the same time, it can be assumed that a substring of a string A will be the last switched. In this case, the voltage between the busbars of the photovoltaic system, which can be several hundred volts, is above the last-connected partial string.
Dieselbe Ereigniskette ergibt sich durch den praktisch in jedem Wechselrichter vorhandenen Pufferkondensator am Gleichspannungseingang auch für den zuletzt ausgeschalteten String. The same chain of events results from the buffer capacitor at the DC input, which is practically present in every inverter, also for the last switched-off string.
Bei den Spannungen zwischen den Sammelschienen gängiger Photovoltaik-Anlage im Bereich von 100 bis 900 Volt wird je nach Zellenanzahl der geschalteten Teilstrings die zulässige Sperrspannung der einzelnen Solarzellen, die im Bereich um die 15V liegt, überschritten. Dann kommt es zu einer irreversiblen Schädigung der pn-Übergänge der betroffenen Solarzellen und infolgedessen zu Folgefehlern. Unter ungünstigen
Umständen werden diese nicht sofort bemerkt. So können dadurch neben einer Ertragsminderung auch lokale thermische Überhitzungen entstehen. The voltages between the busbars of common photovoltaic systems in the range of 100 to 900 volts, depending on the number of cells of the switched substrings, the permissible reverse voltage of the individual solar cells, which is in the range around 15V exceeded. Then there is an irreversible damage to the pn junctions of the affected solar cells and consequently to follow-on errors. Under unfavorable Circumstances, these are not noticed immediately. Thus, in addition to a reduction in yield and local thermal overheating may arise.
Durch die Seriendioden 86 wird eine Polung in Sperrrichtung und damit das Fließen eines nennenswerten Sperrstroms und eine Schädigung der nicht kurzgeschlossenen Teilstringabschnitte verhindert. Wie bereits in den Figuren 1 und 4 dargestellt wurde, können auch mehrere Seriendioden 26 in einem String, nämlich für jeden String in jedem Solarmodul 24, 64 und 74 eine, eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtsperrspannung der Seriendioden 26 mit der Spannung zwischen den Sammelschienen skaliert, weil die Anzahl der in Serie geschalteten Solarmodule sowohl proportional zu der Gesamtsperrspannung als auch zu der Spannung zwischen den Sammelschienen ist. Es sei bemerkt, dass die Seriendioden 26 nicht durch die Schaltelemente 23 oder 63 kurz geschlossen werden. Wie in Figur 9 beispielhaft gezeigt, können die Seriendioden 126 auch in die Modulschalter 1 10, 120, 140, 150, 170, 180, 190, 210, 230, 250, 270, 280, 320 und 340 eingebaut werden. Figur 8 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Photovoltaik-Anlage 101 mit einem erfindungsgemäßen Photovoltaik-Generator 102 in Fischernetz-Topologie und einem Wechselrichter 3. Im Unterschied zu der in Figur 6 dargestellten Topologie sind zusätzliche Sammelschienen 108 als Querverbindungen zwischen den einzelnen Teilstrings vorgesehen. Damit kann erreicht werden, dass im gesamten Netzwerk kein Lichtbogen mehr brennt: Bei Begrenzung der Modulnennspannung auf Werte <15 V kann bei einem Querfehler über einem Modul kein stabiler Lichtbogen mehr existieren, ein Lichtbogen bei einem Längsfehler ist bereits bei Modulnennspannungen <55V ausgeschlossen, da bei diesem Fehler die Differenz zwischen Leerlaufspannung und Spannung für maximale Leistung die maximal verfügbare Spannung für den Lichtbogen darstellt. Die Fischernetz-Topologie eignet sich auch für die bekannten Ausführungsformen von Solarmodulen. The series diodes 86 prevent polarity in the reverse direction and thus the flow of a significant reverse current and damage to the non-short-circuited partial string sections. As already shown in FIGS. 1 and 4, a plurality of series diodes 26 can also be used in one string, namely for each string in each solar module 24, 64 and 74. This has the advantage that the total blocking voltage of the series diodes 26 scales with the voltage between the bus bars because the number of solar modules connected in series is both proportional to the total blocking voltage and to the voltage between the bus bars. It should be noted that the series diodes 26 are not short-circuited by the switching elements 23 or 63. As shown by way of example in FIG. 9, the series diodes 126 can also be installed in the module switches 110, 120, 140, 150, 170, 180, 190, 210, 230, 250, 270, 280, 320 and 340. FIG. 8 shows the construction of a photovoltaic system 101 according to the invention with a photovoltaic generator 102 according to the invention in a fishing net topology and an inverter 3. In contrast to the topology shown in FIG. 6, additional bus bars 108 are provided as cross connections between the individual partial strings. With this, it is possible to ensure that no arc burns throughout the entire network. If the nominal module voltage is limited to values <15 V, a stable arc can no longer exist in the event of a transverse fault across a module, an arc in the case of a longitudinal fault is excluded even at nominal module voltages <55V, since in this fault, the difference between no-load voltage and maximum power voltage represents the maximum available voltage for the arc. The fishing net topology is also suitable for the known embodiments of solar modules.
Figur 9 zeigt einen allgemeinen Modulschalter 1 10 mit einem Steuerelement 29 und einem Schaltelement 1 13. Der Modulschalter 1 10 ist ein Vierpol mit einem zweipoligen Steuereingang 1 1 1 und einem zweipoligen Schaltausgang 1 16, der parallel zu einem String oder Teilstring geschaltet ist, der durch das Schaltelement 1 13 kurz geschlossen werden kann. Der Modulschalter umfasst ferner eine Seriendiode 126, die in Serie zu dem Schaltausgang 1 16 und dem String 1 15 geschaltet ist. Wie oben erläutert verhindert die Seriendiode das Fließen eines Sperrstroms oberhalb kritischer Werte durch den String 1 15. Das Steuerelement 29 umfasst einen Signalempfangskreis 1 12
und eine Treiberstufe 1 14, wobei der Signalempfangskreis 1 12 und die Treiberstufe 1 14 galvanisch getrennt gekoppelt sind. Der Signalempfangskreis 1 12 ist mit dem Steuereingang 1 1 1 elektrisch verbunden. Die Treiberstufe 1 14 ist mit dem Schaltelement 1 13 gekoppelt. Bei den im Folgenden und in den Figuren 10-21 dargestellten Ausführungsformen eines Modulschalters wird nicht mehr zwischen Teilstring und String unterschieden, sondern String als Oberbegriff für String und Teilstring verwendet. Figure 9 shows a general module switch 1 10 with a control element 29 and a switching element 1 13. The module switch 1 10 is a quadrupole with a two-pole control input 1 1 1 and a two-pole switching output 1 16, which is connected in parallel to a string or partial string, the can be closed by the switching element 1 13 short. The module switch further comprises a series diode 126 connected in series with the switching output 16 and the string 15. As explained above, the series diode prevents the flow of a reverse current above critical values through the string 1 15. The control element 29 comprises a signal receiving circuit 12 and a driver stage 1 14, wherein the signal receiving circuit 1 12 and the driver stage 1 14 are coupled galvanically isolated. The signal receiving circuit 1 12 is electrically connected to the control input 1 1 1. The driver stage 1 14 is coupled to the switching element 1 13. In the embodiments of a module switch shown below and in FIGS. 10-21, a distinction is no longer made between substring and string, but string is used as a generic term for string and substring.
Optional kann der Modulschalter 1 10 noch ein Anzeigeelement 1 17 enthalten, das in vorteilhafter Weise mit Solarenergie aus dem String versorgt wird. Optional kann das Anzeigeelement 1 17 einen Anzeigeausgang 1 18 aufweisen, über den der Zustand des Schaltelements auf eine entfernte Anzeigeeinrichtung drahtgebunden oder drahtlos übertragen und dort angezeigt wird. Die entfernte Anzeigeeinrichtung kann sich beispielsweise im Wechselrichter 3 befinden. Optionally, the module switch 1 10 still contain a display element 1 17, which is supplied in an advantageous manner with solar energy from the string. Optionally, the display element 1 17 have a display output 1 18, via which the state of the switching element is transmitted to a remote display device wired or wireless and displayed there. The remote display device may be located, for example, in the inverter 3.
1 ) Die galvanische Trennung kann realisiert sein: a) (elektro-) magnetisch durch einen Magnetkreis mit Kontakten, nämlich einem elektromechanischen Relais, vorzugsweise einem Reed-Relais oder einem Magnetkreis mit Hallelement oder b) optisch durch 1) The galvanic isolation can be realized: a) (electro) magnetically by a magnetic circuit with contacts, namely an electromechanical relay, preferably a reed relay or a magnetic circuit with Hall element or b) optically by
A) einen Optokoppler mit diskreten Bauelementen, nämlich i) einem Sender, der beispielsweise aus einer Glühlampe, Leuchtdiode (LED) oder Gasentladungslampe bestehen kann und einem Empfänger, der beispielsweise aus einem Fotothyristor, einem Fotowiderstand, einer Fotodiode oder einemA) an opto-coupler with discrete components, namely i) a transmitter, which may consist for example of an incandescent lamp, light emitting diode (LED) or gas discharge lamp and a receiver, for example, a photothyristor, a photoresistor, a photodiode or a
Fototransistor bestehen kann oder als integriertes Bauelement, das Sender und Empfänger enthält.
C) induktiv durch einen Transformator, auch einen mehrphasigen Transformator oder induktiv gekoppelte Resonanzkreise, die letztlich auch einen Transformator darstellen; d) kapazitiv mittels einer Kondensatoranordnung. Daneben kommen Bauelemente in Frage, die bereits eine galvanische Trennung enthalten: e) DC/DC-Wandler besonders, zur Ansteuerung von MOSFETs, aber auch Bipolar-Transistoren; f) Isolationsverstärker; g) Halbleiterrelais (Solid-State-Relais ). Phototransistor may exist or as an integrated component containing transmitter and receiver. C) inductively by a transformer, also a multi-phase transformer or inductively coupled resonant circuits, which ultimately represent a transformer; d) capacitively by means of a capacitor arrangement. In addition, components are possible which already contain a galvanic isolation: e) DC / DC converters, in particular for driving MOSFETs, but also bipolar transistors; f) isolation amplifier; g) Solid state relay (solid state relay).
Schließlich kommen noch Spezialfälle in Betracht, bei denen es zu einer räumlichen Aufteilung der galvanischen Trennung kommt: h) Ansteuerung mit optischem (Glasfaser-) Kabel; i) Spulenanordnung mit/ohne Kern (z.B. Rahmenspule im Modul und Induktionsschleifen im Generator) k) elektromagnetisches Feld (Funk) ohne oder mit Protokoll (z. B. Bluetooth, ZigBee, WLAN, RFID). Finally, there are special cases in which there is a spatial division of the galvanic separation: h) control with optical (fiber) cable; i) coil arrangement with / without core (for example frame coil in the module and induction loops in the generator) k) electromagnetic field (radio) without or with protocol (eg Bluetooth, ZigBee, WLAN, RFID).
Reihen- und Parallelschaltungen im Signalempfangskreis des Steuerelementes eines Moduls, vorzugsweise bei Wicklungen (Relais) und Optokopplersendern sind möglich (vgl. Fig. 13). Aber auch im Ausgang der Treiberstufe, sofern mehrere Schaltelemente angesteuert werden sollen. Series and parallel circuits in the signal receiving circuit of the control of a module, preferably in windings (relays) and optocoupler transmitters are possible (see Fig. 13). But also in the output of the driver stage, if several switching elements are to be controlled.
Der Steuerkreis kann mit Gleich- und/oder Wechselspannung betrieben werden. Bei Einsatz von Wechselspannung sind gegebenenfalls Gleichrichtung und Siebung erforderlich (vgl. Fig. 19). Die Übertragung des Steuersignals kann auch mit einem Übertragungsprotokoll (z. B. CAN-Bus) leitungsgebunden erfolgen. Das erfordert den Einsatz von sequenziellen Schaltungen oder gar Microcontrollern im Steuerelement. Auch beim Einsatz von Übertragungsprotokollen sollte geprüft werden, ob ein gültiges Protokoll anliegt. Ist das nicht der Fall (loss of Signal), sollte der Modulschalter vorsichtshalber in den ungefährlichen Grundzustand wechseln. Dies entspricht dem
Vergleich mit einem Schwellenwert, falls der Modulschalter mit Gleich -und/oder Wechselspannung oder -ström gesteuert wird. The control circuit can be operated with DC and / or AC voltage. When alternating voltage is used, rectification and screening may be required (see Fig. 19). The transmission of the control signal can also be conducted with a transmission protocol (eg CAN bus). This requires the use of sequential circuits or even microcontrollers in the control. Even when using transmission protocols, it should be checked whether a valid protocol is available. If this is not the case (loss of signal), the module switch should, as a precaution, change to the non-hazardous basic state. This corresponds to the Comparison with a threshold if the module switch is controlled with DC and / or AC voltage or current.
Die galvanische Trennung kann auch mit mehreren Trennstrecken in Kettenschaltung erfolgen, zum Beispiel durch die Kombination von Transformator und Optokoppler. Ein DC/DC-Wandler mit Weitspannungseingangsbereich von z.B. 1 -60V, notfalls mit Extrastabilisierung, kann zur Eigenversorgung des Steuerelementes mit Hilfe der vom Modul selbst produzierten Leistung vorgesehen sein. The galvanic isolation can also be done with multiple isolation links in chain circuit, for example by the combination of transformer and optocoupler. A DC / DC converter with wide voltage input range of e.g. 1 -60V, if necessary with extra stabilization, can be provided for self-supply of the control by means of the power produced by the module itself.
Zweckmäßigerweise enthält das Steuerelement Schwellwertverhalten und Hysterese, damit das Schaltelement den sicheren Arbeitsbereich im Ausgangskennlinienfeld nicht verläßt. Conveniently, the control contains threshold behavior and hysteresis, so that the switching element does not leave the safe working area in the output characteristic field.
Als Schwellwertschalter und/oder Treiberstufe können Operationsverstärker eingesetzt werden. As a threshold and / or driver stage operational amplifier can be used.
Das Steuersignal und der Signalempfangskreis kann auch mehrphasig, insbesondere gegenphasig, ausgelegt sein. Damit lässt sich die Störsicherheit erhöhen. 2) Das Schaltelement kann als elektrisch bedienbarer Kontakt oder steuerbarer Halbleiter ausgeführt sein, also beispielsweise a) ein Kontakt, der Teil eines Relais, vorzugsweise eines Reed-Relais, ist; b) ein Bipolartransistor; c) ein Feldeffektransistor, z.B. ein MOSFET selbstleitend oder selbstsperrend; d) ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor); e) ein Thyristor, beispielsweise mit Hilfskreis zur Löschung; f) ein Triac, beispielsweise mit Hilfskreis zur Löschung; The control signal and the signal receiving circuit can also be multi-phase, in particular out of phase, designed. This can increase the immunity to interference. 2) The switching element may be embodied as an electrically operable contact or controllable semiconductor, that is, for example, a) a contact which is part of a relay, preferably a reed relay; b) a bipolar transistor; c) a field effect transistor, e.g. a MOSFET self-conducting or self-locking; d) an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor); e) a thyristor, for example, with auxiliary circuit for deletion; f) a triac, for example with auxiliary circuit for deletion;
Im Grundzustand (Sonneneinstrahlung auf Modul, kein Steuersignal) ist das Schaltelement geschlossen; entweder durch Ausführung als Ruhekontakt (Öffner) oder durch eine Selbsthalteschaltung. An den von außen zugänglichen Klemmen des Moduls liegt dann eine ungefährliche Spannung an, die deutlich geringer als die Nennspannung des Moduls ist, also 0V bis wenige Volt. Realisierbar ist <3 V über einem einzelnen Modulschalter. Der Vorteil des Kurzschließens im Gegensatz zu Patent US
2009/01 14263 A1 mit Schaltkontakt in Reihe zum Modul ist, dass über der Schaltstrecke nichtwesentlich mehr als die Leerlaufspannung des Strings angelegt ist (vgl. Fig. 2, Kennlinie 41 ). In the basic state (solar radiation on module, no control signal), the switching element is closed; either by execution as a normally closed contact (normally closed) or by a self-holding circuit. At the externally accessible terminals of the module is then at a safe voltage, which is significantly lower than the rated voltage of the module, ie 0V to a few volts. It is possible to realize <3 V over a single module switch. The advantage of short-circuiting unlike US Patent 2009/01 14263 A1 with switching contact in series with the module is that over the switching path is not applied substantially more than the open circuit voltage of the string (see Fig. 2, characteristic 41).
Das Schaltelement kann auch durch Zusammenfassung mehrerer Schaltelemente in Form einer Reihen- oder Parallelschaltung oder durch Gegentakt- oder Brückenschaltung realisiert werden. Die Bereitstellung der entsprechend notwendigen Spannungspotentiale und Steuerströme wird von der Treiberstufe gewährleistet. The switching element can also be realized by combining several switching elements in the form of a series or parallel connection or by push-pull or bridge circuit. The provision of the corresponding necessary voltage potentials and control currents is ensured by the driver stage.
3) Das optionale Anzeigelement zur Anzeige des Betriebszustandes eines Strings kann eines oder mehrere der folgenden Bauteile umfassen: a) eine LED b) eine Glühlampe c) ein Gasentladungselement d) ein Koppelelement (z. B. Optokoppler) zur Übertragung des Zustandes an eine entfernte Anzeige oder Auswerteeinheit. Das Anzeigeelement kann an Steuersignalkreis, Treiberstufe und/oder Schaltelement angekoppelt sein und Strom und/oder Spannungswerte anzeigen. 3) The optional display element for indicating the operating state of a string can comprise one or more of the following components: a) an LED b) an incandescent lamp c) a gas discharge element d) a coupling element (eg optocoupler) for transmitting the state to a remote one Display or evaluation unit. The display element may be coupled to control signal circuit, driver stage and / or switching element and display current and / or voltage values.
Anzeige für den Schaltzustand vorzugsweise auf Sonnenseite des Modules, kann aber auch Montage an/ in Anschlussdose erfolgen. Zum Beispiel mit Extra-Bohrungen für LED oder transluzente Gehäuse(bau)teile der Anschlussdose wie z.B. den Dosendeckel. Display for the switching state preferably on the sunny side of the module, but can also be mounted on / in junction box. For example, with extra holes for LED or translucent housing (construction) parts of the junction box such. the can lid.
Das Anzeigeelement kann auch Fensterdiskriminatorverhalten, z.B. Anzeige eines Spannungswertes von 1 ,5 V bis 3 V, aufweisen. The display element may also have window discriminator behavior, e.g. Display of a voltage value of 1, 5 V to 3 V, have.
Falls man bestehende Solarmodule aus Sicherheitsgründen mit Modulschaltern nachrüsten will, sollten die Modulschalter für diese Aufgabe vorbereitet sein. Dies kann man in einfacher Weise dadurch erreichen, dass die beiden Pole des Schaltausgangs 1 16 jeweils doppelt ausgeführt werden, so dass an jedem Pol ein Anschluss für einen String aus Solarzellen und ein Solarkabel zur Verfügung steht. If you want to retrofit existing solar modules with modular switches for safety reasons, the module switches should be prepared for this task. This can be achieved in a simple manner in that the two poles of the switching output 1 16 are each performed twice, so that there is a connection for a string of solar cells and a solar cable at each pole.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform des Modulschalters 120, bei der das Steuerelement 122 und das Schaltelement durch ein Relais mit Relaisspule 131 und
Ruhekontakt 123 gebildet werden. Eine Diode 132 schließt Induktionsspannungen kurz, wie beim Abschalten des Stroms durch die Relaisspule 131 auftreten. Im Grundzustand ist der Ruhekontakt 123 geschlossen, d.h. die Modulspannung ist nahe 0 V, also <3 V. Über den Shuntwiderstand 133 (0,47 Ω) fällt eine geringe Spannung ab, um über den Serienwiderstand 135 (27 Ω) die LED 134 mit Strom zu versorgen und damit leuchten zu lassen. Aber auch der Betriebszustand kann über die LED 138 angezeigt werden, die über die Zehnerdiode 136 und den Serienwiderstand 137 (2,2 k Ω) mit Strom versorgt wird. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode 136 ist größer als die Spannung am String 1 15 im Grundzustand, also >3 V, damit im Grundzustand sicher kein Strom über die LED 138 fließt und damit die LED 138 sicher nicht leuchtet. Figure 10 shows an embodiment of the module switch 120, in which the control element 122 and the switching element by a relay with relay coil 131 and Normally closed contact 123 are formed. A diode 132 short circuits inductive voltages as occur when the current through the relay coil 131 is turned off. In the ground state, the normally closed contact 123 is closed, ie the module voltage is close to 0 V, ie <3 V. About the shunt resistor 133 (0.47 Ω) falls from a low voltage to the series resistor 135 (27 Ω), the LED 134 with Supplying electricity and letting it shine. However, the operating state can also be displayed via the LED 138, which is supplied with power via the diode 136 and the series resistance 137 (2.2 kΩ). The breakdown voltage of the zener diode 136 is greater than the voltage at the string 1 15 in the ground state, ie> 3 V, so that certainly no current flows through the LED 138 in the ground state and thus the LED 138 certainly does not light.
Es ist sicherer, nur einen gefährlichen Zustand explizit anzuzeigen, weil eine Anzeigevorrichtung auch defekt sein kann. Wenn nichts angezeigt wird, ist somit immer von einer Gefährdung auszugehen, wie sie auch beim Einsatz der bislang eingesetzten Module auftritt. Wenn also nur eine LED eingesetzt werden soll, ist der LED 134 der Vorzug zu geben. Wenn die Feuerwehr bei dieser Ausführungsform die Modulanzeigen leuchten sieht, kann sie im Falle eines Brandes bedenkenlos mit Wasser löschen Vor diesem Hintergrund sollte die LED 134 für den Grundzustand grün und die LED 138 für den Betriebszustand rot sein. Die Farben kann man in anderen Ausführungsformen aber auch anders vergeben. Das Licht der LEDs kann auch über Glasfaserkabel zu einer entfernten Anzeige, beispielsweise im oder beim Laderegler, übertragen werden. It is safer to explicitly display only a dangerous condition because a display device may also be defective. If nothing is displayed, it is always assumed that there is a danger, as it also occurs when using the previously used modules. So if only one LED is to be used, the LED 134 is to give preference. In this embodiment, if the fire brigade sees the module lights illuminated, it can safely extinguish with water in the event of a fire. Against this background, the base state LED 134 should be green and the operating state LED 138 should be red. The colors can be awarded in other embodiments but also different. The light of the LEDs can also be transmitted via fiber optic cable to a remote display, for example in or at the charge controller.
Relais haben gegenüber rein elektronischen Lösungen zwei Vorteile: a) sie gestatten verblüffend einfache und kostengünstige Lösungen mit großem Störabstand (Sicherheitsrelevantes Bauelement) b) es tritt nur eine relativ geringe Verlustleistung in der Anschlussdose durch die ohmschen Verluste der Relaiswicklung auf. Auf eine zusätzliche Kühlung kann dadurch meist verzichtet werden. Relays have two advantages over purely electronic solutions: a) they allow startlingly simple and cost-effective solutions with high signal-to-noise ratio (safety-relevant component) b) only a relatively low power loss occurs in the connection socket due to the ohmic losses of the relay winding. An additional cooling can be dispensed with mostly.
Der durch die mechanischen Teile und die Kontakte bedingte Verschleiß ist bei den wenigen zu erwartenden Schalthandlungen von untergeordneter Bedeutung. The wear caused by the mechanical parts and the contacts is of minor importance in the few expected switching operations.
Die Bauelemente im Anzeigeelement 127 können auch weggelassen werden. Dann kann der Shuntwiderstand 133 durch einen Leiter ersetzt werden. Dadurch verringert sich die in der Modulanschlussdose auftretende Verlustleistung.
Figur 1 1 zeigt einen Modulschalter 140, der sich vom Modulschalter 120 lediglich durch die Optokoppler 141 und 142 (beide beispielsweise MB104C)unterscheidet. Die LEDs 134 und 138 sind im Modulschalter 140 Teil der Optokoppler 141 und 142. Der Fototransistor jedes der beiden Optokoppler 141 und 142 bildet einen Anzeigeausgang 5 143 bzw. 144. Entsprechende Anzeigeausgänge der Modulschalter mehrerer Solarmodule können in Serie geschaltet werden, so dass der tatsächliche Zustand der mehreren Solarmodule zusammengefasst wird und auf einer entfernten Anzeige dargestellt wird. Die entfernte Anzeige kann in vorteilhafter Weise beim Wechselrichter 3 angebracht oder in das Gehäuse des Wechselrichter 3 integriert sein. Je mehr Kabel0 von den Anzeigeausgängen der Solarmodule einer Photovoltaik-Anlage zur Anzeige zurückgeführt werden, desto genauer kann ein fehlerhaftes Solarmodul bestimmt werden. Vorteilhaft ist es insbesondere, alle entsprechenden Anzeigeausgänge der der Modulschalter eines Strings oder eines Teilstrings oder eines Teilstringabschnitts in Serie zu schalten und getrennt zur Anzeige zurückzuführen. 5 Eine Anzeige für den Zustand der Anlage ist durch die Überwachung der Spannung an den Sammelschienen möglich. Diese wird durch den Wechselrichter ohnehin ausgewertet und gegebenfalls angezeigt. In einer anderen Ausführungsform kann die Spannung an den Sammelschienen auch mit einem Schwellwert verglichen werden. Wenn im Betriebszustand die Spannung an den Sammelschienen über dem0 Schwellwert liegt, kann eine rote Lampe am Wechselrichter eingeschaltet sein. Falls die Spannung an den Sammelschienen unter dem Schwellwert liegt, kann eine grüne Lampe am Wechselrichter eingeschaltet sein. The components in the display element 127 can also be omitted. Then, the shunt resistor 133 can be replaced with a conductor. This reduces the power loss occurring in the module junction box. FIG. 11 shows a module switch 140 which differs from the module switch 120 only by the optocouplers 141 and 142 (both for example MB104C). The LEDs 134 and 138 are part of the optocouplers 141 and 142 in the module switch 140. The phototransistor of each of the two optocouplers 141 and 142 forms a display output 5 143 and 144 respectively. Corresponding display outputs of the module switches of several solar modules can be connected in series, so that the actual State of multiple solar modules is summarized and displayed on a remote display. The remote display can be advantageously attached to the inverter 3 or integrated into the housing of the inverter 3. The more Kabel0 are returned from the display outputs of the solar modules of a photovoltaic system to the display, the more accurate a faulty solar module can be determined. It is advantageous, in particular, to connect all the corresponding display outputs of the module switches of a string or of a substring or of a substring section in series and to feed them back separately for display. 5 An indication of the condition of the system is possible by monitoring the voltage at the busbars. This is evaluated by the inverter anyway and displayed if necessary. In another embodiment, the voltage at the busbars may also be compared to a threshold value. If, in the operating state, the voltage on the busbars is above the threshold value, a red lamp on the inverter may be switched on. If the voltage on the busbars is below the threshold, a green lamp on the inverter may be on.
Allerdings besteht bei der Auswertung der Spannung an den Sammelschienen die Gefahr, dass diese auch durch Anlagenfehler, wie z.B. Leitungsunterbrechung bei einer5 Teilzerstörung der Anlage, sehr gering werden kann. Es würde dann fehlerhaft ein sicherer Zustand der Anlage angezeigt, obwohl Anlagenteile noch unter Spannung stehen. Insofern besitzt die Anzeige des sicheren Zustandes mittels der Anzeigeelemente deutliche Vorteile hinsichtlich der Sicherheit, weil diese nur dann erfolgt, wenn tatsächlich Spannungsfreiheit vorliegt. 0 Figur 12 zeigt einen Modulschalter 147 mit einem Relais, das eine Relaisspule 131 und drei gegeneinander galvanisch isolierte Ruhekontakte 123 zum Kurzschließen von drei Strings 1 15 aufweist. Ein Anzeigeelement und ein Shuntwiderstand fehlen bei dieser Ausführungsform. Bei entsprechender Dimensionierung der Solarzellen in den Strings 1 15 und des Magnetkreises lässt sich hierfür vorteilhaft ein Reed-Relais verwenden.
Sind für ein Modul mehrere Schaltelemente erforderlich, kann die Ansteuerung der Kontakte mit einem gemeinsamen Magnetkreis, also einem Relais mit mehreren Kontakten oder aber, wie in Figur 13 anhand von Modulschalter 150 gezeigt, mit mehreren Einzelrelais 151 , 152, 153 erreicht werden. Der Vorteil liegt in der einfacheren Beschaffbarkeit: es gibt als Katalogware nur einige wenige Reed-Relais mit Kontakten für Ströme > 1 A, aber das sind immer nur Einzelkontakte. However, when evaluating the voltage at the busbars, there is the risk that this can also be very low due to system errors, such as line interruption in the event of a partial destruction of the system. It would then erroneously displayed a safe state of the system, although system parts are still under tension. In this respect, the display of the safe state by means of the display elements has significant advantages in terms of safety, because this only takes place when there is actually no voltage. FIG. 12 shows a module switch 147 with a relay which has a relay coil 131 and three mutually galvanically isolated normally closed contacts 123 for short-circuiting three strings 15. A display element and a shunt resistor are absent in this embodiment. With appropriate dimensioning of the solar cells in the strings 15 and 15 of the magnetic circuit can be advantageously used for this purpose a reed relay. If a plurality of switching elements are required for a module, the control of the contacts can be achieved with a common magnetic circuit, ie a relay with a plurality of contacts or, as shown in FIG. 13 with reference to module switch 150, with a plurality of individual relays 151, 152, 153. The advantage lies in the easier procurement: there are only a few reed relays with contacts for currents> 1 A as catalog goods, but these are always only individual contacts.
Durch Auslegung des Magnetkreises mit mehreren Wicklungen kann ein Relais auch mit Schließer-Kontakt 164 in Selbsthalteschaltung betrieben werden, wie das bei Modulschalter 160 in Figur 14 dargestellt ist. Mit dem Ansteigen der Modulspannung über einen Schwellwert zieht das Relais über den Einschaltstrom lE durch die Einschaltwicklung 162 und den Haltestrom lH über die Haltewicklung 163 an und bleibt angezogen. Ein Ausschalten kann über den gegenphasig zu lE und lH eingespeisten Steuerstrom ls in der Steuerwicklung 161 erfolgen, der die Felder im Magnetkreis entsprechend kompensiert und den Anker abfallen lässt. Die Windungszahlen der Haltewicklung nH, Einschaltwicklung nE und Steuerwicklung ns sind entsprechend auszulegen: nH<nE<ns (1 ) By designing the magnetic circuit with multiple windings, a relay can also be operated with NO contact 164 in latching circuit, as shown in the module switch 160 in Figure 14. With the increase of the module voltage above a threshold value, the relay pulls over the inrush current I E through the turn-on winding 162 and the holding current I H via the holding winding 163 and remains energized. Switching off can take place via the control current I s in the control winding 161 which is fed in phase opposition to I E and I H , which compensates the fields in the magnetic circuit accordingly and causes the armature to drop. The number of turns of the holding winding n H , closing winding n E and control winding n s are to be interpreted accordingly: n H <n E <n s (1)
Figur 15 zeigt einen Modulschalter 170, bei dem das eigentliche Schaltelement durch einen Darlingtontransistor 173 (BDV65) gebildet wird. In Serie zum Emitter des Darlingtontransistors 173 ist ein Emitterwiderstand 174 (0,1 Ω) geschaltet. Der Widerstand 175 (1 ,2 kD) sorgt dafür, dass der Transistor 173 leitend wird, wenn der Schließer-Kontakt 176 eines Relais im Grundzustand offen ist. Im Betriebszustand ist der Schließer-Kontakt 176 geschlossen und leitet den vom Widerstand 175 gelieferten Strom zu einem Potenzial ab, das aufgrund des Widerstands 174 noch unter dem Emitter-Potenzial des Transistors 173 liegt, so dass der Transistor 173 nichtleitend wird. FIG. 15 shows a module switch 170, in which the actual switching element is formed by a Darlington transistor 173 (BDV65). In series with the emitter of the Darlington transistor 173, an emitter resistor 174 (0.1 Ω) is connected. The resistor 175 (1.2 kD) causes the transistor 173 to become conductive when the make contact 176 of a relay is open in the ground state. In the operating state, the make contact 176 is closed, and diverts the current supplied by the resistor 175 to a potential that is still below the emitter potential of the transistor 173 due to the resistor 174, so that the transistor 173 is non-conductive.
Der Emitterwiderstand 174 dient im allgemeinen zur Strombegrenzung. Bei Einsatz mehrerer parallelgeschalteter Transistoren anstelle von Transistor 173 kann über mehrere Emitterwiderstände eine Kennlinienscherung erreicht werden. Mit der Auslegung des Emitterwiderstands 174 kann ferner die zur Selbstversorgung des Modulschalters erforderliche Spannung (ca. 1 -3V) festgelegt werden. Emitter resistor 174 generally serves to limit current. When using a plurality of parallel-connected transistors instead of transistor 173, a characteristic shear can be achieved via a plurality of emitter resistors. With the design of the emitter resistor 174, the required for self-supply of the module switch voltage (about 1 -3V) can be further determined.
Diese Lösung ist einfach und kostengünstig und funktioniert in einem weiten Temperaturbereich. Sie kommt mit billigen, sehr gut verfügbaren Bauelementen aus. Die Schaltleistung wird vom Relais ferngehalten. Der Kontakt 176 des Relais muss
selbst bei sehr leistungsfähigen Solarmodulen nur wenige mA Steuerstrom ableiten. Bei Einsatz eines Silium-npn-Transistors anstelle des Darlingtontransistors und Ersetzen des Widerstands 174 durch einen Leiter (0 Ω) lassen sich Modulspannungen im Kurzschlußfall von unter 0,8 V/Modul erreichen. Damit kann man dann auch in Anlagen 5 mit sehr hohen Modulzahlen in einem String ungefährliche Stringspannungen erreichen. Außerdem wird der Leistungstransistor weniger warm und es kann ggf. auf Zusatzkühlung verzichtet werden. This solution is simple and inexpensive and works over a wide temperature range. It comes with cheap, very well available components. The switching capacity is kept away from the relay. The contact 176 of the relay must even with very powerful solar modules only a few mA control current derived. When using a silicon npn transistor instead of the Darlington transistor and replacing the resistor 174 by a conductor (0 Ω) can be module voltages in the short circuit case of less than 0.8 V / module reach. This can then be achieved in systems 5 with very high numbers of modules in a string harmless string voltages. In addition, the power transistor is less warm and it may be possible to dispense with additional cooling.
Figur 16 zeigt einen Modulschalter 180, bei dem die galvanische Trennung zwischen Steuereingang 1 1 1 und Schaltelement durch einen Optokoppler 186 erreicht wird. DasFIG. 16 shows a module switch 180, in which the electrical isolation between control input 1 1 1 and switching element is achieved by an optocoupler 186. The
10 Schaltelement besteht wie in Figur 15 aus einem Darlingtontransistor 173 und einem Serienwiderstand 174. Zwischen dem Fototransistor des Optokopplers 186 und dem Darlingtontransistor 173 ist noch eine invertierende Treiberstufe aus einem pnp- Transistor 181 (KF517B) und den Widerständen 182 (18 kD) und 183 (82 kD) geschaltet. Im Grundzustand liefert der Fototransistor des Optokopplers 186 keinenAs in FIG. 15, a switching element consists of a Darlington transistor 173 and a series resistor 174. Between the phototransistor of the optocoupler 186 and the Darlington transistor 173 there is an inverting driver stage comprising a pnp transistor 181 (KF517B) and the resistors 182 (18 kD) and 183 (82 kD) switched. In the ground state, the phototransistor of the opto-coupler 186 provides no
15 Strom. Deshalb schaltet der Strom über den Widerstand 183 den Transistor 181 leitend, der wiederum den Transistor 173 leitend schaltet. 15 electricity. Therefore, the current via the resistor 183 turns on the transistor 181, which in turn turns on the transistor 173.
Figur 17 zeigt einen Modulschalter 190, bei dem zwischen dem Fototransistor des Optokopplers 186 und der Basis des Transistors 181 ein Schmitt-Trigger als Schwellwertschalter eingebaut ist. Die Bauteile 173, 174, 181 , 182 und 186 und deren 20 Funktionen wurden bereits im Zusammenhang mit Figur 16 erläutert. Die Versorgungsspannung des Schwellwertschalters wird mittels der LED 203 (VQA13) und des Widerstands 202 stabilisiert. Die LED vom Typ VQA13 leuchtet bei einem Strom von ca 2 mA (=40 V / 20 kQ) kaum. FIG. 17 shows a module switch 190, in which a Schmitt trigger as a threshold value switch is installed between the phototransistor of the opto-coupler 186 and the base of the transistor 181. The components 173, 174, 181, 182 and 186 and their 20 functions have already been explained in connection with FIG. 16. The supply voltage of the threshold switch is stabilized by means of the LED 203 (VQA13) and the resistor 202. The LED of type VQA13 hardly lights up at a current of approx. 2 mA (= 40 V / 20 kQ).
Die npn-Transistoren 197 und 198 (beide SC237D) zusammen mit den Widerständen 25 201 (470 Ω), 192 (8,2 kD) und 193 (22 kD) bilden einen Differenzverstärker mit einem Ausgang am Kollektor des Transistors 198, einen invertierten Ausgang am Kollektor des Transistors 197, einen nicht-invertierenden Eingang an der Basis des Transistors 197 und einen invertierenden Eingang an der Basis des Transistors 198. Der Widerstand 195 (8,2 kD) sorgt für eine positive Rückkopplung und damit für eine Schalthysterese, 30 die für einen Schmitt-Trigger typisch ist. Der Fototransistor das Optokopplers 186 erzeugt zusammen mit den Widerständen 191 (27 kD) und 199 (100 kD) das Eingangsignal für den Schmitt-Trigger. Der Widerstand 200 (100 kD) zusammen mit dem Widerstand 195 legen den Arbeitspunkt für den Transistor 198 fest. Der Widerstand 194 (4,7 kD) begrenzt den Strom in die Basis vom Transistor 181 . Der
Kondensator 196 (100 nF) unterdrückt hochfrequente Störsignale am Steuereingang und verhindert allzu schnelles Schalten des Schmitt-Triggers. NPN transistors 197 and 198 (both SC237D) together with resistors 25201 (470Ω), 192 (8.2kD) and 193 (22kD) form a differential amplifier with one output at the collector of transistor 198, an inverted output at the collector of the transistor 197, a non-inverting input at the base of the transistor 197, and an inverting input at the base of the transistor 198. The resistor 195 (8.2 kD) provides a positive feedback and thus a switching hysteresis, 30 the is typical for a Schmitt trigger. The phototransistor, opto-coupler 186, together with the resistors 191 (27 kD) and 199 (100 kD), generates the input signal to the Schmitt trigger. The resistor 200 (100 kD) together with the resistor 195 set the operating point for the transistor 198. Resistor 194 (4.7kD) limits the current to the base of transistor 181. Of the Capacitor 196 (100 nF) suppresses high frequency noise at the control input and prevents too fast switching of the Schmitt trigger.
Anstelle der Widerstände 201 und 202 können auch Stromquellen zum Einsatz kommen. Instead of the resistors 201 and 202 and power sources can be used.
5 Figur 18 zeigt einen Modulschalter 210, der dem Modulschalter 190 aus Figur 17 ähnelt, wobei aber der Fototransistor des Optokopplers 186 den Transistor 197 des Schmitt- Triggers ersetzt. Die Widerstände 212 (4,7 kD), 213 (82Ω), 214 (1 kD), 215 (4,7 kD), 220 (39 kD), 221 (270 Ω) und 222 (4,7 kD) im Modulschalter 210 entsprechen in ihrer Funktion den Widerständen 192, 193, 194, 195, 200, 201 bzw. 202 im Modulschalter 10 190, haben aber geringfügig unterschiedliche Widerstandswerte. Über die Dioden 224 und 225 wird das Basispotential von Optokoppler 186 definiert. Der Kondensator 223 (4,7 F) stabilisiert zusätzlich zur LED 203 die Betriebsspannung für den Schmitt- Trigger. FIG. 18 shows a module switch 210 similar to the module switch 190 of FIG. 17, but with the phototransistor of the opto-coupler 186 replacing the transistor 197 of the Schmitt trigger. Resistors 212 (4.7kD), 213 (82Ω), 214 (1kD), 215 (4.7kD), 220 (39kD), 221 (270Ω), and 222 (4.7kD) in the module switch 210 correspond in their function to the resistors 192, 193, 194, 195, 200, 201 and 202 in the module switch 10 190, but have slightly different resistance values. Via the diodes 224 and 225, the base potential of optocoupler 186 is defined. The capacitor 223 (4.7 F) stabilizes the operating voltage for the Schmitt trigger in addition to the LED 203.
Bei den Ausführungsformen im Figuren 16 bis 18, 22 sowie 25 können die Optokoppler 15 durch Glasfaserkabel gewissermaßen aufgeteilt werden. Die LED kann dann statt im Optokoppler in der Steuersignalquelle 96 untergebracht werden. Das Steuersignal wird dann über eine oder mehrere Glasfasern zu den Steuerelementen 29 übertragen. Die Steuerelemente weisen dann einen optischen Steuereingang auf, an dem durch einen Fototransistor oder eine Fotodiode die elektrische Leistung typischerweise in einem 20 elektrischen Strom umgewandelt wird. In the embodiments in FIGS. 16 to 18, 22 and 25, the optocouplers 15 can be effectively divided by fiber optic cables. The LED can then be accommodated in the control signal source 96 instead of in the optocoupler. The control signal is then transmitted to the controls 29 via one or more optical fibers. The controls then have an optical control input at which the electrical power is typically converted into electrical current by a phototransistor or photodiode.
Figur 19 zeigt einen Modulschalter 230, bei dem als Schaltelement ein normal leitender p-Kanal MOSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor) eingesetzt wird, der auch als PMOS-Verarmungstyp bezeichnet wird. Wenn am Steuereingang 1 1 1 eine ausreichend hohe Wechselspannung angelegt wird, wird über den Transformator 237FIG. 19 shows a module switch 230 in which a normally-conducting p-channel MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor), which is also referred to as a PMOS depletion type, is used as the switching element. If at the control input 1 1 1 a sufficiently high AC voltage is applied, is via the transformer 237th
25 und den Brückengleichrichter 235 das Gate des PMOS 231 gegenüber dem Source des PMOS 231 positiv vorgespannt, so dass bei ausreichend hoher Vorspannung der PMOS 231 schließlich sperrt, so dass sich der Modulschalter 230 im Betriebszustand befindet. Die beiden Kondensatoren 238 und 236 bilden zusammen mit dem korrespondierenden Wicklungen des Transformators 237 Schwingkreise. Hierdurch wird ein25 and the bridge rectifier 235 positively bias the gate of the PMOS 231 with respect to the source of the PMOS 231, so that when the bias voltage is sufficiently high, the PMOS 231 eventually turns off, so that the module switch 230 is in the operating state. The two capacitors 238 and 236 together with the corresponding windings of the transformer 237 resonant circuits. This will be a
30 Frequenzbereich für den Steuereingang 1 1 1 definiert. Frequenzanteile außerhalb des Frequenzbereichs werden stark gedämpft. Der Frequenzbereich kann in einen Bereich des Frequenzspektrums gelegt werden, in dem es normalerweise wenig Störungen gibt. Deshalb ist der Bereich um die Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz herum als
Frequenzbereich für den Steuereingang 1 1 1 ungeeignet. Außerdem kann durch eine hohe Güte der Schwingkreise die Breite des Frequenzbereichs und damit die Störempfindlichkeit reduziert werden. Der Kondensator 234 glättet die vom Brückengleichrichter 235 gelieferte pulsierende Gleichspannung. Die Zenerdiode 233 und der Widerstand 232 (18 kQ) bilden einen Spannungsteiler, wobei die Sperrspannung der Zenerdiode als Schwellenspannung wirkt, die überschritten sein muss, damit über dem Widerstand 232 eine nennenswerte Source-Gate-Spannung abfällt. Die Zenerdiode 233 ist optional. 30 frequency range for the control input 1 1 1 defined. Frequency components outside the frequency range are strongly attenuated. The frequency range can be placed in an area of the frequency spectrum where there is usually little interference. Therefore, the range around the line frequency of 50 or 60 Hz is around Frequency range for the control input 1 1 1 unsuitable. In addition, the width of the frequency range and thus the sensitivity to interference can be reduced by a high quality of the resonant circuits. The capacitor 234 smoothes the pulsating DC voltage supplied from the bridge rectifier 235. Zener diode 233 and resistor 232 (18kΩ) form a voltage divider, with the blocking voltage of the zener diode acting as a threshold voltage that must be exceeded in order for any significant source-to-gate voltage across resistor 232 to drop. The zener diode 233 is optional.
Der Betrag der Spannung zwischen Gate und Source, die zum vollständigen Sperren des PMOS 231 erforderlich ist, beträgt einige Volt, oft mehr als 5V. Mit der Ansteuerung des PMOS über eine Spannungsquelle, die im Wesentlichen aus dem Transformator 237, dem Brückengleichrichter 235 und dem Kondensator 234 gebildet wird, lässt sich der volle Aussteuerbereich des MOSFET nutzen. The amount of gate-to-source voltage required to completely block the PMOS 231 is a few volts, often more than 5V. With the driving of the PMOS via a voltage source, which is essentially formed by the transformer 237, the bridge rectifier 235 and the capacitor 234, the full modulation range of the MOSFET can be used.
Der Widerstand 239 in Drain-Kreis des MOSFETs 231 sorgt für einen Mindestspannungsabfall am Schaltausgang und kann in vorteilhafter Weise durch eine oder mehrere Dioden in Flussrichtung ersetzt werden. Der Widerstand 239 ist in den Figuren 19, 20 und 21 nicht notwendig. The resistor 239 in the drain circuit of the MOSFET 231 provides for a minimum voltage drop at the switching output and can be advantageously replaced by one or more diodes in the flow direction. The resistor 239 is not necessary in FIGS. 19, 20 and 21.
Figur 20 zeigt einen ähnlichen Modulschalter 250, bei dem im Unterschied zu dem Modulschalter 230 die galvanische Trennung zwischen Steuereingang 1 1 1 und Schaltelement durch die beiden Kondensatoren 256 und 257 realisiert wird. FIG. 20 shows a similar module switch 250, in which, in contrast to the module switch 230, the electrical isolation between control input 1 1 1 and switching element is realized by the two capacitors 256 and 257.
Figur 21 zeigt einen ähnlichen Modulschalter 270, bei dem die Sperrspannung für den PMOS 231 durch einen DC/DC-Wandler 271 erzeugt wird. Der DC/DC-Wandler 271 muss auch für die galvanische Trennung sorgen. FIG. 21 shows a similar module switch 270, in which the blocking voltage for the PMOS 231 is generated by a DC / DC converter 271. The DC / DC converter 271 must also provide the galvanic isolation.
Wie in Fig. 22 dargestellt, kann in einem ähnlichen Modulschalter 280 anstelle des normal leitenden PMOS 231 auch ein selbstsperrender n-Kanal MOSFET 281 eingesetzt werden. Problematisch ist aber, dass die Spannung zum Leitendschalten eines typischen n-Kanal MOSFETs > 5 V sein muss. Sie lässt sich nicht unmittelbar aus dem String 1 15 gewinnen, weil der Leistungsumsatz zu hoch wäre. Außerdem wird dann die Gesamtspannung in der Anlage im Grundzustand zu hoch. Das Problem einer zu hohen Spannung im Grundzustand kann dadurch gelöst werden, dass ein DC-DC-Wandler 286 mit einer geringen Eingangspannung von < 2 V auf seiner Sekundärseite die zum vollständigen Durchsteuern des n-Kanal
MOSFETs erforderliche Gate-Source-Spannung bereitstellt. Die Behandlung des Steuersignals erfolgt dann wie beim Bipolartransistor (vgl. Fig. 15 bis 18), eventuell noch mit Pegelwandlung. Der Schmitt-Trigger aus den Bauelementen 186, 212, 213, 215 und 220, 221 , 223 bis 225 wurde bereits im Zusammenhang mit Figur 18 erläutert. Der Spannungsteiler aus dem Widerstand 283 (2,2 k) und der Zenerdiode 284 (SZ600) begrenzt die Spannung auf der Primärseite des DC-DC-Wandlers 286. Der Kondensator 285 (4,7 F) stabilisiert die Spannung auf der Primärseite des DC-DC-Wandlers 286. As shown in FIG. 22, in a similar module switch 280, a normally-off n-channel MOSFET 281 may be substituted for the normally-conductive PMOS 231. However, the problem is that the voltage for conducting a typical n-channel MOSFET must be> 5V. You can not win directly from the string 1 15, because the power would be too high. In addition, then the total voltage in the system in the ground state is too high. The problem of too high a voltage in the ground state can be solved by using a DC-DC converter 286 with a low input voltage of <2 V on its secondary side to completely drive through the n-channel MOSFETs required gate-source voltage provides. The treatment of the control signal then takes place as in the bipolar transistor (see Fig. 15 to 18), possibly even with level conversion. The Schmitt trigger from the components 186, 212, 213, 215 and 220, 221, 223 to 225 has already been explained in connection with FIG. The voltage divider of resistor 283 (2.2k) and zener diode 284 (SZ600) limits the voltage on the primary side of DC-DC converter 286. Capacitor 285 (4.7F) stabilizes the voltage on the primary side of the DC DC converter 286.
Mit der vom DC-DC-Wandler 286 gelieferten Sekundärspannung kann auch ein Funkempfänger beispielsweise für Bluetooth, ZigBee, WLAN, RFID betrieben werden. Hierdurch vereinfacht sich die Installation, weil die Solarkabel keine Signalleiter enthalten müssen. The secondary voltage supplied by the DC-DC converter 286 can also be used to operate a radio receiver, for example for Bluetooth, ZigBee, WLAN, RFID. This simplifies the installation because the solar cables do not need to contain signal conductors.
Im Stand der Technik ist bekannt, dass sich bei symmetrischer Signalübertragung Signale auch bei längeren Übertragungswegen störungstolerant übermitteln lassen. Da sich bei der in Figur 7 dargestellten Topologie die elektrischen Verbindungen 97 für das Steuersignal über eine große Fläche des Photovoltaik-Generators 92 erstrecken, ist die Einkopplung von Störsignalen entsprechend groß. Deshalb ist in Figur 23 eine Topologie 300 dargestellt, bei der zwei Steuersignalquellen 301 und 302 zwei Steuerschleifen 305 beziehungsweise 306 mit zwei gegenphasigen Steuersignalen versorgen. Die Solarmodule 304 weisen Steuerelemente 309 mit je einem vierpoligen Steuereingang mit einem zweipoligen Steuereingang 31 1 und einem zweipoligen Steuereingang 312 auf. Die Ströme durch die beiden Steuereingänge 31 1 und 312 werden addiert. Dadurch, dass der positive Eingang des Steuereingangs 31 1 in Figur 23 unten und der positive Eingang des Steuereingang 312 in Figur 23 oben ist, werden die gegenphasigen Steuersignale betragsmäßig addiert und gleichphasige Störungen in den beiden Steuerschleifen 305 und 306 voneinander subtrahiert, so dass sich gleichphasige Störungen auslöschen. It is known in the prior art that with symmetrical signal transmission signals can be transmitted disturbance-tolerant even with longer transmission paths. Since, in the topology shown in FIG. 7, the electrical connections 97 for the control signal extend over a large area of the photovoltaic generator 92, the coupling of interference signals is correspondingly large. Therefore, a topology 300 is shown in FIG. 23, in which two control signal sources 301 and 302 supply two control loops 305 and 306 with two out-of-phase control signals. The solar modules 304 have control elements 309 each with a four-pole control input with a two-pole control input 31 1 and a two-pole control input 312. The currents through the two control inputs 31 1 and 312 are added. By virtue of the fact that the positive input of the control input 31 1 in FIG. 23 is at the bottom and the positive input of the control input 312 in FIG. 23 above, the antiphase control signals are added in terms of magnitude and in-phase disturbances in the two control loops 305 and 306 are subtracted from one another, so that in-phase Erase faults.
In der Regel werden die Leitungen der beiden Steuerschleifen 305 und 306 verdrillt, damit die von beiden Steuerschleifen eingeschlossene Fläche möglichst ähnlich und gleich groß ist, damit Wechselfelder tatsächlich in beiden Steuerschleifen möglichst gleich einkoppeln. As a rule, the lines of the two control loops 305 and 306 are twisted, so that the area enclosed by the two control loops is as similar and equal as possible, so that alternating fields actually couple as equally as possible in both control loops.
Die in Figur 23 dargestellte Topologie 300 kann dadurch vereinfacht werden, dass beispielsweise die beiden unteren Steuereingänge 313 des in Figur 23 zu unterst dargestellten Steuerelementes 309 leitend verbunden werden und eine einzige
Steuersignalquelle verwendet wird, die über die in Figur 23 oben dargestellten Leitungen der Schleifen 305 und 306 die in Fig. 23 zuoberst dargestellen Seuereingänge 314 speist. Die in Figur 23 unten dargestellten Leitungen der Schleifen 305 und 306 können entfallen. Hierdurch entsteht eine einzige, n-förmige Schleife, die 5 nur eine sehr geringe Fläche einschließt und damit relativ geringe Einstreuungen aufsammelt, wobei bei verdrillten Leitungen einzelne Flächen positive und negative Beiträge liefern, die sich weit gehend kompensieren. The topology 300 shown in FIG. 23 can be simplified in that, for example, the two lower control inputs 313 of the control element 309 shown at the bottom in FIG. 23 are conductively connected and a single one Control signal source is used, which fed via the lines shown in Figure 23 above the loops 305 and 306 in Fig. 23 at the top dargestellen impulse inputs 314. The lines of loops 305 and 306 shown below in FIG. 23 may be dispensed with. This results in a single, n-shaped loop that 5 includes only a very small area and thus collects relatively small interference, with twisted lines individual areas provide positive and negative contributions that largely compensate.
Figur 24 zeigt einen Modulschalter 320 mit einem Steuereingang 312 und einem Steuereingang 31 1 . Die Addition der beiden Ströme durch die beiden SteuereingängeFIG. 24 shows a module switch 320 having a control input 312 and a control input 31 1. The addition of the two currents through the two control inputs
10 312 und 31 1 erfolgt in Transformator 321 . Wichtig ist, dass der Transformator 321 zwei galvanisch getrennte Primärspulen aufweist. Obwohl der Transformator 321 auch auf der Sekundärseite zwei galvanisch getrennte Spulen aufweist, wäre eine Sekundärspule ausreichend. Die Kondensatoren 322 und 323 bilden zusammen mit ihrer Primärwicklung Schwingkreise. Die weitere Schaltung mit den Bauelementen 1 15, 23110 312 and 31 1 takes place in transformer 321. It is important that the transformer 321 has two galvanically isolated primary coils. Although the transformer 321 also has two galvanically isolated coils on the secondary side, a secondary coil would be sufficient. The capacitors 322 and 323 together with their primary winding resonant circuits. The further circuit with the components 1 15, 231
15 bis 236 sowie 239 wurde bereits unter Bezugnahme auf Figur 19 beschrieben. 15 to 236 and 239 has already been described with reference to FIG.
Figur 25 zeigt einen Modulschalter 340, der ebenfalls zwei Steuereingänge 31 1 und 312 aufweist. Die Steuereingänge 31 1 und 312 sind mit einer Leuchtdiode der Optokoppler 341 beziehungsweise 342 (MB104C) verbunden. Diese Leuchtdioden werden durch die Dioden 343 beziehungsweise 344 (SAY17) gegen Verpolung geschützt. Die beidenFigure 25 shows a module switch 340, which also has two control inputs 31 1 and 312. The control inputs 31 1 and 312 are connected to a light-emitting diode of the optocouplers 341 and 342 (MB104C). These LEDs are protected by the diodes 343 and 344 (SAY17) against reverse polarity. The two
20 Fototransistoren der beiden Optokoppler 341 und 342 sind in Serie geschaltet. 20 phototransistors of the two optocouplers 341 and 342 are connected in series.
Hierdurch wird eine Und-Verknüpfung statt einer Addition zwischen den beiden Steuersignalen erreicht. Nur wenn beide Steuersignale an den Steuereingängen 31 1 und 312 anliegen, sind beide Fototransistoren leitend. Liefern andererseits die beiden Steuersignalquellen 301 und 302 keinen Strom, sind aber in den Steuerschleifen 305 This achieves an AND operation instead of an addition between the two control signals. Only when both control signals applied to the control inputs 31 1 and 312, both phototransistors are conductive. On the other hand, the two control signal sources 301 and 302 do not supply power but are in the control loops 305
25 und 306 starke, gleichphasige Störsignale eingekoppelt, wird bestenfalls einer der Fototransistoren leitend, so dass der Modulschalter im ungefährlichen Grundzustand verbleibt. 25 and 306 coupled strong in-phase noise, at best one of the phototransistors is conductive, so that the module switch remains in harmless ground state.
Die anderen Bauelemente 1 15, 173, 174, 181 , 182, 191 bis 195 sowie 197 bis 203 wurden bereits unter Bezugnahme auf Figur 17 erläutert. The other components 1 15, 173, 174, 181, 182, 191 to 195 and 197 to 203 have already been explained with reference to FIG. 17.
30 Der Kondensator 345 entspricht in Figur 17 dem Kondensator 196, wurde jedoch zehnmal so groß, nämlich 1 F gewählt. Falls die beiden Steuersignalquellen 301 und 302 einen Steuerstrom liefern und gleichzeitig starke gleichphasige Störsignale in die beiden Steuerschleifen 305 unter 306 eingekoppelt werden, kann es vorkommen, dass
einer der beiden Fototransistoren kurzzeitig nicht leitend wird. Da andererseits verhindert werden muss, dass der Transistor 173 zu oft aus- und eingeschaltet wird, weil beim Aus- und Einschalten besonders viel Leistung im Transistor 173 umgesetzt wird, wird der Tiefpass aus dem Kondensator 345 und dem Widerstand 199 mit einer größeren Zeitkonstante von 100 ms versehen. Hierdurch werden sogar Störungen aus dem Eisenbahnnetz mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz und erst recht alle höherfrequenten Störungen beispielsweise aus dem Stromnetz nennenswert gedämpft. The capacitor 345 corresponds to the capacitor 196 in FIG. 17, but has been selected ten times as large, namely 1 F. If the two control signal sources 301 and 302 supply a control current and at the same time strong in-phase interference signals are coupled into the two control loops 305 at 306, it may happen that one of the two phototransistors becomes temporarily non-conductive. On the other hand, since it is necessary to prevent the transistor 173 from being turned off and on too many times because a lot of power is turned on in the transistor 173 at power-off, the low-pass filter becomes the capacitor 345 and the resistor 199 having a larger time constant of 100 ms provided. As a result, even disturbances from the railway network with a frequency of 16 2/3 Hz and certainly all higher-frequency disturbances, for example, from the power grid are significantly attenuated.
Verschiedene Kombinationen von Steuerelement und Schalterelement sind denkbar. Angegebene Schaltungsvarianten sind nur Beispiele. Die Modulschalter oder Teile davon können auch als integrierte Schaltung ausgeführt sein. Various combinations of control and switch element are conceivable. Specified circuit variants are only examples. The module switches or parts thereof can also be designed as an integrated circuit.
Im Falle eines mehrkanaligen Aufbaus für Multistring-Module können aktive Bauelemente gleicher Funktion auch in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein wie z.B. Transistorarrays, Mehrfachoptokoppler, Relais mit mehreren Wicklungen und/oder Schaltkontakten. Bei Einsatz von Modulschaltern in mehreren Einzelstrings innerhalb eines Moduls sind die Modulschalter untereinander galvanisch getrennt. In the case of a multichannel assembly for multi-string modules, active components of the same function may also be integrated in a common housing, such as e.g. Transistor arrays, multiple optocouplers, relays with multiple windings and / or switching contacts. When using module switches in several individual strings within a module, the module switches are galvanically isolated from each other.
Die Widerstände 133, 174, 239 und 282 dienen zur Aufrechterhaltung eines Mindestspannungsabfalles zur Selbstspannungsversorgung und können auch außerhalb der Anschlussdose sein, weil die durch den Widerstand umgesetzte Verlustleistung recht groß werden kann. Diese hochbelasteten Widerstände können in vorteilhafter Weise auf der Modulfläche beispielsweise durch Aufdampfen untergebracht werden The resistors 133, 174, 239 and 282 serve to maintain a minimum voltage drop for self-voltage supply and may also be outside the junction box, because the converted by the resistance power loss can be quite large. These highly stressed resistors can advantageously be accommodated on the module surface, for example by vapor deposition
Figur 26 zeigt ein erfindungsgemäßes Solarkabel 360, das besonders gut für die Verbindung zwischen den einzelnen Solarmodulen 94 sowie den Solarmodulen 94 und den Sammelschienen 8 und 9 geeignet ist (vergleiche Figur 7). Das Solarkabel 360 weist insgesamt sechs Energieleiter 361 auf, wobei jeder Energieleiter seine eigene Adernumhüllung 362 aufweist. Jedes der Solarmodule 94 darf also maximal sechs Teilstrings aufweisen. Ferner weist das Solarkabel einen Signalleiter 363 zur seriellen Verbindung der Steuereingänge der Steuerelemente 29 auf. Der Signalleiter 363 hat ebenfalls eine eigene Adernumhüllung 364 und hat einen geringeren Querschnitt als die Energieleiter 361 . Die Adernumhüllungen 362 und 364 sind in einen Kabelmantel 365 eingebettet. Der Querschnitt des Kabelmantels 365 ist kreisförmig, weil man einen kreisförmigen Querschnitt besonders gut gegen Regenwasser abdichten kann.
Figur 27 zeigt ein anderes erfindungsgemäßes Solarkabel 370 mit drei Energieleitern 371 und vier Signalleitern 373. Sowohl die Energieleiter 371 wie auch die Signalleiter 373 sind von Adernumhüllungen 372 beziehungsweise 374 umgeben. Der Kabelmantel 375 hat wieder einen kreisförmigen Querschnitt. Dieses Solarkabel eignet sich für Solarmodule mit bis zu drei Teilstrings, symmetrische Steuersignale (vergleiche Figur 23) und zwei Anzeigeausgänge (vergleiche Figur 1 1 ). FIG. 26 shows a solar cable 360 according to the invention, which is particularly well suited for the connection between the individual solar modules 94 and the solar modules 94 and the bus bars 8 and 9 (cf. FIG. 7). The solar cable 360 has a total of six energy conductors 361, each energy conductor having its own wire wrapper 362. Each of the solar modules 94 may therefore have a maximum of six partial strings. Furthermore, the solar cable has a signal conductor 363 for the serial connection of the control inputs of the control elements 29. The signal conductor 363 also has its own wire sheath 364 and has a smaller cross-section than the energy conductors 361. The wire sheaths 362 and 364 are embedded in a cable sheath 365. The cross section of the cable sheath 365 is circular, because you can seal a circular cross section particularly well against rainwater. FIG. 27 shows another solar cable 370 according to the invention with three energy conductors 371 and four signal conductors 373. Both the energy conductors 371 and the signal conductors 373 are surrounded by wire sheathings 372 and 374, respectively. The cable sheath 375 again has a circular cross-section. This solar cable is suitable for solar modules with up to three substrings, symmetrical control signals (see Figure 23) and two display outputs (see Figure 1 1).
Figur 28 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Solarmodul 400. Wie bei herkömmlichen Solarmodulen befindet sich auf der der Sonne zugewandten Seite eine Glasscheibe 401 . Darunter befindet sich eine durchgehende EVA-Folie 402. Darunter befinden sich die Solarzellen 403 in einer zugeschnittenen EVA-Folie 404. Darunter befindet sich eine Rückseitenisolation 405, die beispielsweise aus Polyvinylflourid (Tedlar) besteht. Darunter befindet sich erfindungsgemäß eine metallene Rückwand 406, die zusätzlich Kühlrippen 407 aufweisen kann. Die metallene Rückwand 406 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen. Ein Rahmen 408 hält die verschiedenen Schichten der Solarmoduls 400 zusammen. Der Rahmen 408 besteht meist aus Aluminium. FIG. 28 shows a further solar module 400 according to the invention. As in the case of conventional solar modules, a glass pane 401 is located on the side facing the sun. Underneath is a continuous EVA foil 402. Underneath are the solar cells 403 in a cut EVA foil 404. Underneath is a backside insulation 405, which consists for example of polyvinyl fluoride (Tedlar). Below this is according to the invention a metal rear wall 406, which may additionally have cooling fins 407. The metal back wall 406 may be made of aluminum, for example. A frame 408 holds the various layers of the solar module 400 together. The frame 408 is usually made of aluminum.
Sollte sich in dem Solarmodul 400 ein Lichtbogen bilden, so ist es unwahrscheinlich, dass flüssiges Metall durch die metallene Rückwand hindurch beispielsweise auf darunter liegende Dachziegel, Dachlatten, Dachsparren oder Gras tropft und einen Brand verursacht. Die Kühlrippen 407 verbessern durch Kühlung der Solarzellen 403 den Wirkungsgrad der Solarzellen 403. Statt der Kühlrippen 407 kam das Solarmodul 400 auch in einem thermischen Sonnenkollektor eingebaut werden und durch die Flüssigkeit im Sonnenkollektor gekühlt werden. Should an arc be formed in the solar module 400, it is unlikely that liquid metal drips through the metal backwall, for example, onto underlying roof tiles, roof battens, rafters or grass and causes a fire. By cooling the solar cells 403, the cooling fins 407 improve the efficiency of the solar cells 403. Instead of the cooling fins 407, the solar module 400 could also be installed in a thermal solar collector and cooled by the liquid in the solar collector.
Die Erfindung wurde zuvor anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Für einen Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird der Schutzbereich durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt.
Bezugszeichenliste The invention has been explained in detail above with reference to preferred embodiments. However, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the scope of protection is defined by the following claims and their equivalents. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Photovoltaik-Anlage1 photovoltaic system
2 Photovoltaik-Generator2 photovoltaic generator
3 Wechselrichter 3 inverters
5 4 Solarmodule 5 4 solar modules
5 String 5 string
6 Seriendiode 6 series diode
7 Sicherung 7 fuse
8, 9 Sammelschiene 8, 9 busbar
10 1 1 Solarzellen 10 1 1 solar cells
14 Solarmodul 14 solar module
15 Teilstring 15 partial string
17 Anschlussdose 17 connection box
18 Bypass-Diode 18 bypass diode
15 21 Solarzellen 15 21 solar cells
22 Solarzellenarray 22 solar cell array
23 Schaltelement 23 switching element
24 Solarmodul 24 solar module
25 Teilstring 25 partial string
20 26 Seriendioden 20 26 series diodes
27 Modulanschlussdose 27 Module junction box
28 Bypass-Diode 28 bypass diode
29 Steuerelement 29 control
30 Plusanschluss 30 plus connection
25 31 Minusanschluss 25 31 negative connection
32 Anzapfungen 32 taps
33 Plussolarkabel 33 plussolar cable
34, 35 Minussolarkabel 34, 35 minus solar cable
36 elektrischer Leiter 36 electrical conductors
30 38 Kammer 30 38 chamber
41 Kennlinie 41 characteristic
42, 43, 44 Kennlinien 42, 43, 44 characteristics
44 Solarmodul 44 solar module
Punkt maximaler Leistung stabiler Arbeitspunkt
51 Kennlinie Point of maximum power stable working point 51 characteristic
55 Punkt maximaler Leistung 55 point maximum power
56 stabiler Arbeitspunkt 56 stable operating point
63 Schaltelement 63 switching element
5 64 Solarmodul 5 64 solar module
65 Schaltzeichen für Solarmodule 65 symbols for solar modules
74 Solarmodul 74 solar module
75 Teilstring 75 partial string
81 Photovoltaik-Anlage 81 photovoltaic system
10 82 Photovoltaik-Generator 10 82 photovoltaic generator
84 Solarmodul 84 solar module
86 Seriendiode 86 series diode
87 Sicherung 87 fuse
88, 89 mehrpolige Kontaktstelle 88, 89 multipolar contact point
15 91 Photovoltaik-Anlage 15 91 Photovoltaic system
92 Photovoltaik-Generator 92 photovoltaic generator
94 Solarmodul 94 solar module
95 Notschalter 95 emergency switch
96 Steuersignalquelle 96 control signal source
20 97 elektrische Verbindungen 98, 99 Leitung 20 97 electrical connections 98, 99 line
101 Photovoltaik-Anlage 101 photovoltaic system
102 Photovoltaik-Generator 108 Sammelschienen 102 Photovoltaic generator 108 Busbars
25 1 10 allgemeine Modulschalter25 1 10 general module switches
1 1 1 Steuereingang 1 1 1 control input
1 12 Signalempfangskreis 1 12 signal receiving circuit
1 13 Schaltelement 1 13 switching element
1 14 Treiberstufe 1 14 driver stage
30 1 15 String 30 1 15 string
1 16 Schaltausgang 1 16 switching output
1 17 Anzeigeelement 1 17 indicator
120 Modulschalter 120 module switch
122 Steuerelement 122 control
35 123 Ruhekontakt 35 123 normally closed contact
126 Seriendiode
127 Anzeigeelement 126 series diode 127 Display element
131 Relaisspule 131 relay coil
32 Diode 32 diode
133 Shuntwiderstand 133 shunt resistance
5 134 LED 5 134 LED
136 Zenerdiode 136 zener diode
37 Serienwiderstand 37 series resistance
138 LED 138 LED
140 Modulschalter 140 module switch
10 141 , 142 Optokoppler 10 141, 142 Optocouplers
143, 144 Anzeigeausgang 143, 144 Display output
147 Modulschalter 147 module switch
150 Modulschalter 150 module switches
151 , 152, 153 Einzelrelais 151, 152, 153 single relays
15 161 Steuerwicklung 15 161 control winding
162 Einschaltwicklung 162 switch-on winding
164 Schließer-Kontakt 164 NO contact
170 Modulschalter 170 module switch
173 Darlingtontransistor 173 Darlington transistor
20 174 Emitterwiderstand 20 174 emitter resistance
175 Widerstand 175 resistance
180 Modulschalter 180 module switches
181 pnp-Transistor 181 pnp transistor
182, 183 Widerstand 182, 183 resistance
25 186 Optokoppler 25 186 optocouplers
190 Modulschalter 190 module switch
191 , 192, 193, 194, 195, 199, 200, 201 , 202 Widerstand 191, 192, 193, 194, 195, 199, 200, 201, 202 resistance
197, 198 Transistor 197, 198 transistor
203 LED 203 LED
30 210 Modulschalter 30 210 module switch
212, 213, 214, 215, 220, 221 , 222 Widerstand 212, 213, 214, 215, 220, 221, 222 resistance
223 Kondensator 223 capacitor
224, 225 Dioden 224, 225 diodes
230 Modulschalter 230 module switch
35 231 PMOS 35 231 PMOS
232, 239 Widerstand
233 Zenerdiode 232, 239 resistance 233 zener diode
234, 235, 236, 238, 256, 257 Kondensator 234, 235, 236, 238, 256, 257 capacitor
235 Brückengleichrichter 235 bridge rectifier
237 Transformator 237 transformer
5 250, 270 Modulschalter 5 250, 270 module switch
271 DC/DC-Wandler 271 DC / DC converters
280 Modulschalter 280 module switch
286 DC-DC-Wandler 286 DC-DC converters
282, 283 Widerstand 282, 283 resistance
10 284 Zenerdiode 10 284 zener diode
285 Kondensator 285 capacitor
300 Topologie 300 topology
301 , 302 Steuersignalquellen 301, 302 control signal sources
304 Solarmodul 304 solar module
15 305, 306 Steuerschleifen 15 305, 306 control loops
309 Steuerelement 309 control
31 1 , 312, 313, 314 Steuereingang 31 1, 312, 313, 314 control input
320 Modulschalter 320 module switches
321 Transformator 321 transformer
20 322, 323 Kondensatoren 20 322, 323 capacitors
340 Modulschalter 340 module switch
341 , 342 Optokoppler 341, 342 optocouplers
343, 344 Dioden 343, 344 diodes
345 Kondensator 345 capacitor
25 360 Solarkabel 25 360 solar cables
361 Energieleiter 361 energy manager
362, 364 Adernumhüllung 362, 364 wire wrap
363 Signalleiter 363 signal conductor
365 Kabelmantel 365 cable sheath
30 370 Solarkabel 30 370 solar cables
371 Energieleiter 371 energy manager
373 Signalleiter 373 signal conductor
372, 374 Adernumhüllung 372, 374 veining
375 Kabelmantel 375 cable sheath
35 400 Solarmodul 35 400 solar module
401 Glasscheibe
402 EVA-Folie 401 glass pane 402 EVA film
403 Solarzellen 403 solar cells
404 EVA-Folie 404 EVA film
405 Rückseitenisolation 406 metallene Rückwand 405 back insulation 406 metal back wall
407 Kühlrippen 407 cooling fins
408 Rahmen
408 frame