WO2011150918A2 - Photovoltaic generator having a switchgear assembly for protection of photovoltaic modules - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a photovoltaic generator with a circuit system for the protection of photovoltaic modules, which are connected via at least one generator line, a generator junction box and a DC network in the order to an inverter and connected via a respective module electronics with the generator line of the photovoltaic generator.
- a problem is that in case of danger, no independent grid separation of a photovoltaic module and the subsequent subsequent active, connection of the photovoltaic module to the DC network of the photovoltaic generator are not possible. It is a protection circuit for a photovoltaic module in the document DE 10 2005 036 153 B4 described, wherein in the photovoltaic module, a plurality of working in normal operation and shading solar cells are connected in series. At least one controllable electrical switching element serving as a bypass element is connected with its switching path parallel to the plurality of photovoltaic cells.
- a supply circuit provides a control voltage for driving the control electrode of the bypass element, wherein an isolating circuit for blocking the over the switching path of the bypass element in normal operation lying voltage to the supply circuit and for switching over the switching path in the shadowing case of at least one photovoltaic cell voltage the supply circuit is provided.
- This protection circuit relates to the reduction of the power loss occurring at the bypass element in Abschattungsfall.
- a protective circuit for a photovoltaic system is described in the publication DE 10 2007 032 605 A1, wherein the current flow and the voltage of photovoltaic panels are controllable. For this purpose, in particular remote-controlled switches are used, which cause an electrical separation of the photovoltaic elements with each other or can also generate a short circuit of the photovoltaic element.
- a problem of this protection circuit is that no autonomous power supply of the controllable switch is specified, which permanently supplies the controllable switch and after elimination of the risk enabling the activation of the generator (ie cancellation of the separation and the short circuit). Furthermore, no device is recognizable which limits the discharging currents of the inverter during the switch-off process in such a way that destruction of the inverter during shutdown is ruled out. Rather, it is pointed out to first disconnect the inverter from the system before switching off the generator by the controllable switch. This approach in turn is an automatic separation in the event of danger, for example by the mentioned sensors near the photovoltaic elements, in the way.
- a protective circuit for photovoltaic modules is described in the publication DE 10 2009 024 516 A1, which electrically short-circuits a photovoltaic module. This is done by activating an electromechanical switching contact or a thyristor.
- the activation can not be canceled by an external Fretschaft device only signal technically connected with the short-circuit device.
- the thyristor requires a self-sufficient power supply to maintain the short circuit through the thyristor.
- the control signal activates the safety device. Because in the case of danger, it can very probably be that outside the photovoltaic modules, for example due to interruption of the power supply systems, no activation energy is available any more. In this case, an activation of the security device is necessarily dependent on the supply of fuel to the control device.
- the thermal alarm activates a photovoltaic module termination without any possibility to limit the associated discharge current of the inverter and to prove this or destruction.
- the protection circuit has no features of the remote controlled withdrawal of the triggered Servicemechäntsmus.
- photovoltaic module is used here to designate all photovoltaic conversion elements that use light energy in electricity.
- a problem of all photomultipliers is that an automatic grid separation of the photovoltaic modules in the general hazard, the grid disconnects the photovoltaic modules by a complete galvanic isolation from the mains de-energized (disconnection) and the power supply voltage (shutdown), and after elimination of the risk active Mains connection of the separate and switched off photovoltaic modules is not possible.
- the abovementioned shutdown solutions which relate to a module short-circuit require either the previous disconnection of the inverter from the generator network or the use of string diodes to avoid the uncontrolled discharge currents in the inverter which occur when switching off.
- the invention has for its object to provide a photovoltaic generator with a circuit for the protection of photovoltaic modules, which is designed so suitable that an independent separation and shutdown of a single photovoltaic module and or more photovoltaic modules from the DC network of the photovoltaic generator in particular in case of danger but also in general is possible and then an active connection of the separate and disconnected photovoltaic modules to the DC network of the photovoltaic generator can be ensured again.
- the discharge currents of the inverter caused by the shading should be limited in order to avoid destruction of the inverter as a result of the shutdown.
- the photovoltaic modules via at least one generator line, via a generator junction box and a DC power in connected to an inverter in the stated sequence and connected via a respective module electronics to the generator line of the photovoltaic generator,
- the circuit installation per photovoltaic module has a module electronics associated with the photovoltaic module and a control station which is associated with all photovoltaic modules and which is signal-wise connected to the individual module electronics, wherein at least the following modules are provided for the module electronics:
- a first switching element which is arranged in a line section of a supply line between a first positive Modulanschi uss of the photovoltaic module and a first positive line connection of a generator line,
- An electronic control which has a drive logic, a Ausschaltverzö- rungselektronik and Abschaltstrombegrenzungselektronik, as well as
- a supply unit which feeds from the photovoltaic module at the first positive module connection and / or from the first positive line connection of the generator branch line and supplies the control electronics
- At least one measuring electronics which is technically connected to the control electronics and to the supply unit, and
- a communication electronics which is signal-technically connected to the control electronics and to the outside of the module electronics control center via a communication link and is connected to the supply unit supply technology
- control electronics are in control connection with the two switching elements in such a way that the scanning states free-circuit status and shut-off state of the switching elements can be set separately via the control logic for each individual module logic, and via the
- modules are connected between the Mödulanscht striving to Photovoltaikmodui and the Stranganscht striving to the generator line and for the module electronics with the controllable first switching element and the controllable second shading element at least two operating conditions for each module electronics, depending on the signals of the measuring electronics and the communications electronics, are separately adjustable:
- the first switching element can be designed as a galvanically isolating and electronically controllable switching contact
- the second switching element can be designed as an electronically controllable half-diverter switch with parallel polarity reversal protection diode, electrically directed from the negative line connection to the positive line sink.
- the first shaft element is located in the line section of the supply line line and there between the supply tap for the control electronics for electrical energy supply of the entire module electronics and the first positive strand connection of the short-circuit line.
- the first switching element is able to interrupt the current flow of the Photovoltatkmodule in the open state (electrically insulating separation) and in the closed state, the current flow through the photovoltaic module unhindered through the Generatorstrangleitu g to the DC network.
- the second switching element is able to reduce the voltage at the line connection in the closed state to a safe voltage (short circuit) and limit the then flowing short-circuit current.
- the module electronics can set the two controllable switching elements in two active operating states:
- the inverter of the photovoltaic system is discharged by the short-circuiting switches, in the form of the second switching element.
- the occurring discharge current can thereby be limited in order not to damage the inverter in this process by overload.
- the state change for each individual module electronics is set separately via the switch-off delay electronics with a programmable time delay element in the control electronics, so that not all module electronics simultaneously change to the switch-off state, but offset in time and thus the discharge flow is limited.
- the short-circuit current in the short-circuit line is programmably limited by the first switching element both temporarily during the shutdown as well as permanently with activated short circuit via the Abschaltstrombegrenzungselektronik in the form of a current limiting element in the control electronics.
- the signal-technical communicative connection in the form of a communication link between the control center and the respective communication electronics of the module electronics can be formed via a wireless radio link or via a separate signal bus cable or via the generator strand line.
- the control electronics From the control electronics, starting from the first switching element, a first control line and the second switching element, a second control line out, via the first control line, the switching signals for separating and closing the line section of the supply line to the first switching element and the second control line, the switching signals for separating and Close the short-circuit line to be sent to the second switching element.
- At least some of the assemblies may be in a sealed box.
- the modules can be located within the can on a Leite latte, which is optionally mounted mounted in the can.
- the supply unit can provide from the Photovottaikmodul strictly over the supply line line by a voltage regulator, a regulated supply voltage for the entire module electronics, with short Voltage dips the electrical supply is maintained by a backup capacitor in the supply unit and a backflow of current from the voltage regulator in the photovoltaic module is blocked by oppositely connected diodes -ist.
- the electrical supply unit is connected to the supply line to the photovoltaic module and to the short-circuit line and to the ground line.
- the connection box of the inverter can be inside or outside the inverter.
- the control electronics are connected on the one hand to the supply line (positive potential, positive voltage, positive poles) and on the other hand to ground or to the ground line (negative potential, negative poles).
- a first optocoupler with a diode transmitter and a phototransistor of the first opto-coupler serves as transmitter of the signals on the part of the Leitstelie, wherein the phototrans- sistor of the first optocoupler from the side of the communication electronics having a supply line from thethesesernheit with a Schmitttrigger Branch is connected.
- the communication electronics via the supply line with the electric see supply unit of the control electronics, wherein the at a constant reference current source l re f related Schmitt trigger of the communication electronics are connected to a receiver within the control electronics, which a receiver register is arranged downstream of the parallel with egg - nem memory for two keywords A and B is connected to a comparator, wherein the comparator, in turn, a window detector is connected, the output side is connected to a multiple OR gate whose output to the memory for the keywords A and B via a Signallei - and connected to a driver.
- the driver may be designed on the output side such that from it a first control line to the first switching element and a second control line to the second shaft element are guided.
- a transmission path and a reception path can be present as the communication path.
- the starting point of the transmission telegram may be a transmitter of the control center, which is in communication with a first transmission transistor and a voltage source, wherein the first transmission transistor connected to the first optical coupler is operated, wherein the first Schmitttrigger the communication electronics from the phototransistor of the first optocoupler taken over signals of the transmission telegram to the receiver of the control electronics.
- a command decoder downstream of the receiver can perform the functions of the receive register, the comparator, the window decoder and the functions of the memory for the keywords A and B, wherein the command decoder has a direct connection to the multiple OR gate, the Command decoder for setting up the sending receive path defined by the control center with a status register ter / data register is connected, the transmitter of the control electronics is arranged downstream, wherein the transmitter of the control electronics is connected to a transmit transistor, which is technically in communication with the second optocoupler.
- the signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler in the commutation electronics can be supplied to a second Schmitt trigger of the control center with the assistance of a current source, the Schmitt trigger transmitting to the receiver connected to it the digitized receive telegram defining an operating state.
- the measuring electronics may include a voltage divider with an AD Wandier connected thereto, wherein the voltage divider has the taps on the supply line of the supply unit and the ground line.
- the AD converter may subsequently have a data register with a comparator, wherein two threshold value registers with a threshold value comparator of threshold values U1, U2 from the two threshold value registers are arranged parallel to the data register at the input of the comparator, the comparator being followed by a debounce filter, the On the output side, it is connected to the threshold comparator via a feedback signal line and to the multiple OR gate via a signal line, and a driver arranged downstream of the multiple OR gate is connected to the respective shadow elements via the two control lines.
- Corresponding circuit designs with regard to the threshold value value register and the comparator can also be provided for elevated temperatures T and for overcurrents I.
- a protection resistor can be switched on, which is connected to aponsabraceden AD converter for taking over a voltage drop across the protective resistor, wherein the AD converter is connected to the data register of the control electronics.
- the measuring electronics can have a thermal pickup with a connected AD converter, which is connected to the data register of the control electronics.
- the measuring electronics with the assembly circuits for determining the parameters of undervoltage U and / or overcurrent I and / or excessively high temperatures T can be contained in a compact measuring electrics whose respective connections to the control electronics are formed as in the parameter-related measuring electronics ,
- Fig. 1 is a schematic representation of a photovoltaic generator
- FIG. 2 is a schematic diagram of a part of a circuit system according to the invention for a photovoltaic module of module electronics and control center, with a connection with modultuteden and modulzulitden switching elements,
- Fig. 3 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics, a
- Communication electronics including a transmission path and the the control station adapted to the transmission path
- 5 is a circuit diagram of the module electronics with a control electronics, a communication electronics including transmission path and receiving path and a transmission path and the receiving path associated control center,
- FIG. 6 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics and with a measuring electronics as a voltage sensor
- FIG. 7 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics and with a measuring electronics as a current sensor
- Fig. 8 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics and with a measuring electronics as a temperature sensor.
- FIGS. 1 and 2 as well as FIG. 3 are considered together.
- a photovoltaic generator 40 is shown with Wegungsarilage 1 for the protection of photovoltaic modules 2, which are connected via eg two generator lines 6, a generator junction box 42 and a DC power supply 22 in the order mentioned to an inverter 41 and via each module electronics 3 with the generator line line 6 of the photovoltaic generator 40 are connected.
- the two generator branch lines 6 are guided parallel to each other to the generator junction box 42.
- the circuit installation 1 per photovoltaic module 2 has a module electronics 3 associated with the photovoltaic module 2 and a control station 14 assigned to all photovoltaic modules 2, which is signal-wise connected to the individual module electronics 3, wherein at least the following modules are provided for the module electronics 3:
- a second switching element 8 which is connected in a short-circuit line 17 between the first positive line connection 4 and a second negative line connection 5 of the generator line 6,
- control electronics 9 shown in FIG. 2, which has a control logic 92, a switch-off delay electronics 93 and a switch-off current limiting electronics 94, as well as
- a supply unit 29 which feeds from the photovoltaic module 2 at the first positive module connection 12, 16, 21 and / or from the first positive line connection 4 of the generator line 6 and supplies the drive electronics 9 with electron energy
- At least one measuring electronics 10 which is technically connected to the control electronics 9 signal technically and to the supply unit 29, and
- a communication electronics 11 which is signal-technically connected via a communication path 23, 77 to the control electronics 9 and to the control station 14 located outside of the module electronics 3 and is connected to the supply unit 29 in terms of supply technology,
- control electronics 9 with the two switching elements 7 and 8 is in controlled connection in such a way that via the control logic 90 for each individual
- the switching states enable state 38 and switch-off state 39 of the switching elements 7, 8 are separately adjustable and the time of state change for each individual module electronics 3 is separately adjustable via the Abschaltverzö- gerungselektronik 93 in the form of a programmable time delay element that the individual module electronics. 3 do not switch simultaneously into the switch-off state 39, and via the Abschaltströmbegrenzungselek- tronik 94 in the form of a current limiting element of the short-circuit current in the short-circuit line 17 can be limited by the first switching element 7 both temporarily during shutdown and permanently adjustable with activated short circuit,
- the first switching element 7 may, as shown in Fig. 3, as a galvanically isolating and electronically controllable switching contact may be formed and the second switching element 8 may be as an electronically controllable semiconductor switch with parallel Reverse polarity protection diode 69, electrically directed from the negative strand connection 5 to the positive strand connection 4, be formed.
- the signal-technical communicative connection in FIG. 3 in the form of a communication path 23 between the control center 14 and the respective communication electronics 11 of the modular electronics 3 can be formed via a wireless radio link or via a separate signal bus cable or via the generator line 6.
- a second control line 19 From the control electronics 9, starting from the first switching element 7, a first control line 18 and the second switching element 8, a second control line 19, wherein via the first control line 18, the switching signals for separating and closing the line section 43 of the supply line 16 to the first switching element 7 and the switching signals for separating and closing the short-circuit line 17 are sent to the second switching element 8 via the second control line 19.
- the first switching element 7 is located in the line section 43 of the supply line 16 and there between the supply tap 21 for the control electronics 9, 91 for E direroenergiemakers the entire module electronics 3 and the first positive strand connection 4 of the short-circuit line 17th
- At least a part of the assemblies 7, 8, 9, 10, 11, 32 can be located in a closed box.
- the assemblies 7, 8, 9, 10, 11, 32 may be located within the box on a printed circuit board, which is optionally mounted in the can.
- the supply unit 29 can provide a regulated supply voltage for the entire module electronics 3 from the photovoltaic module voltage via the supply line 16 through a voltage regulator, the supply being maintained by a backup capacitor 45 in the supply unit 29 during short voltage dips, and a current return flow from the voltage regulator in the photovoltaic module 2 is blocked by oppositely connected diodes 46, 47.
- the electrical supply unit 29 is connected to the supply line 16 to the photovoltaic module 2 and to the short-circuit line 17 and to the ground line 20.
- the module electronics 3 can have at least two operating states, as shown in FIG. 4 a, wherein the module electronics 3
- the enable state 38 in a first and normal operating state, the enable state 38, wherein the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 are opened and wherein the Photovoltaikmodui 2 is connected to the power line 4 of the generator line 6 low impedance, wherein in the disconnected state 38, the Photovoltaikmodui 2 outputs a power via the generator line 6 and the connection box 42 to the DC network 22 of the Photovottaikgenerators 40, or
- b) is in a second state, the off state 39, wherein the first switching element 7 is opened and the second switching element 8 are closed, wherein the photovoltaic module 2 is separated from the generator line 6 line.
- a first optocoupler 24 with a diode transmitter 25 and a phototransistor 26 of the first opto-coupler 24 serves as a transmitter of the signals from the control station 14.141 in a transmission path 77, wherein the phototransistor 26 of the first optocoupler 24 from the side of the communication electronics 11, 1 11 is connected to a supply line 27 from the supply unit 29 with a Schmitt trigger 28 having branch.
- the communication electronics 11, 11 1 is connected via the supply line 27 to the electrical supply unit 29 of the control electronics 9, 91, wherein the at a constant Referenzstromquelie l re f 48 related Schmitt trigger 28, the communication electronics 11, 1 11 to a receiver 30 within the Control electronics 9, 91 is connected to a receiver register 31 is arranged downstream, which is connected in parallel with a memory 32 for two keywords A and B to a comparator 33, wherein the comparator 33 in turn a window detector 34 is connected downstream, the output side with a ehrfach- OR gate 35 is connected, the output 36 is connected to the memory 32 for the keywords A and B via a signal line 62 and a driver 37.
- the driver 37 may be formed on the output side such that from it a first control line 18 to the first switching element 7 and a second control line 19 to the second Schaitelement 8 are performed.
- a transmission path 77 and a reception path 78 can be present as the communication path 23.
- a re-transmission of signals to the operating conditions is provided by the communication electronics 111 in the direction of the control center 141, which also changes a Teif the previous control electronics 9 for alternative on-board electronics 91 by the introduction of the receiving path 78 in the communication electronics.
- the starting point of the transmission telegram 44 may be a transmitter 76 of the control station 141, which is in communication with a first transmission transistor 75 and a voltage source 79, wherein the first transmission transistor 75 of the first optical coupler 24 connected to it is operated, the first Schmitttrigger 28 of the communication electronics 1 1 1, the signals transmitted by the phototransistor 26 of the first optocoupler 24 of the transmission telegram 44 to the receiver 30 of the control electronics 91 passes.
- the signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler 73 in the communication electronics 91 can be supplied to a second Schmitt trigger 81 of the control station 141 with the assistance of a current source 83, the Schmitt trigger 81 transmitting to the receiver 82 connected thereto the digitized receive telegram 80 defining an operating state.
- the measuring electronics 101 may include a voltage divider 49 with an AD converter 50 connected thereto, wherein the voltage divider 49 the has a terminal 57 on the supply line 27 and the other terminal 58 on the ground line 20.
- the AD converter 50 can subsequently have a data register 51 with a comparator 55, wherein two threshold value registers 52 and 53 with a threshold value comparator 54 of threshold values U1, U2 from the two threshold value registers 52, 53 are arranged parallel to the data register 51 at the input of the comparator 55 in which the comparator 55 is followed by a debounce filter 56 which is connected on the output side via a feedback signal line 59 to the threshold comparator 54 and via a signal line 60 to the multi-OR element 35, and wherein one of the multiple OR element 35 nachgeordne- Driver 37 is connected via the two control lines 18, 19 with the respective switching elements 7 and 8.
- a protective resistor 65 may be switched on, which is connected to apalsabtrackden AD converter 63 for taking over a voltage drop across the protective resistor 65, wherein the AD Converter 63 is connected to the data register 51 of the control electronics 9, 91.
- the measuring electronics 103 When the measuring electronics 103 are combined with the control electronics 9, 91 when an elevated temperature T occurs, the measuring electronics 103 can have a thermocouple 15 with a connected AD converter 64, which is connected to the data register 51 of the control electronics 9, 91 ,
- the measuring electronics 101, 102, 103 with the assembly circuits for determining the parameters of undervoltage U and / or overcurrent I and / or excessively high temperatures T may be contained in a compact measuring electronics 10 whose respective connections to the control electronics 9, 91 as are formed in the parameter-related measuring electronics 101, 102, 103.
- the control electronics 9 includes a drive logic 92, a Ausschaltverzöer- rungselektronik 93 and Abschaltstrombegrenzungselektronik 94, which are electrically powered by the supply unit 29 via a microelectronics supply line 91.
- the drive logic 92 includes a receiver 30, a receive register 31, a memory 32 for the keywords A and B stored therein, a comparator 33, a window decoder 34, and a multi-user OR gate 35.
- the turn-off delay 93 is a programmable time delay, which is connected to an output 36 of the multi-OR gate 35.
- the Abschaltstrombegrenzungselektronik 94 has at least one current limiting element, which is located in the control line 19 between the driver 37 and the switching input of the second switching element 8.
- control electronics 9 can supply energy in the active disconnected state 38 and also in the stationary shutdown state 39 by means of the supply unit 29 contained in it.
- the power supply of the control electronics 9 and thus of the entire module electronics 3 is ensured by the supply tap 21 on the supply line 16 in general in network separation by means of the open first switching element 7 in the off state 39.
- the control electronics 9 is very energy-efficient and can work even at low voltages of the photovoltaic module 2. Under-voltages, overflows and elevated temperatures may e.g. occur as hazardous states for the module electronics 3.
- Fig. 3 is a partial circuit diagram of the circuit 1 with a portion of the module electronics 3 from the Anêtelektxonik 9 and the communication * electronics 11 and the control center 14 shown in more detail to the occurrence of potential hazards and the response measures of the circuit 1 to the Explain hazardous situations in more detail.
- Fig. 3 the communication between the communication electronics 1 1 and the control center 14 component-related simplicity, only in a transmission direction (transmission path 77) indicated.
- the control center 14 is connected via a line-formed communication link 23 (cable) of the transmission path 77 to the communication electronics 11 at least in signaling connection.
- a first optical coupler 24 with a diode transmitter 25th and a phototransistor 26 As a transformer of the signals from the control center 14 (transmission path 77), a first optical coupler 24 with a diode transmitter 25th and a phototransistor 26.
- the phototransistor 26 of the first optocoupler 24 is connected from the side of the communication electronics 11 to a supply line 27 from the supply unit 29 and a branch with a Schmitt trigger 28.
- the control electronics 9 from the Photovoltäikmodul strictly over the supply line 16 by a voltage regulator a regulated supply voltage of the module electronics 3 ready.
- the electrical supply is guaranteed by a support capacitor 45 in the supply unit 29 and a backflow of current from the voltage regulator in the photovoltaic module 2 by diodes 46, 47 blocked.
- the first diode 46 is connected to the supply tap 21 and the second diode 47 is connected to the supply tap 61 of the short-circuit line 17.
- the control electronics 9 automatically detects the described states of danger and switches the switching elements 7 and 8 in the off state 39 and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 power and voltage-free, so that an independent network separation from the DC network 22 is present.
- the switch-off state 39 can be left only by a release telegram 44 from the L-scale 14 of the module electronics 3, wherein the release telegram 44 is received by the communication electronics 11, and in the enable state 38 (active operating state) transition, in which the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 are open, which represents a cancellation of the short circuit on the generator line 6 and thus represents an active power supply.
- the mode of operation of the module electronics 3 of the circuit system 1 consists in principle of the following:
- the enabling state 38 the switching element 7 is closed and the switching element 8 is opened, wherein the photovoltaic module 2 is connected to the first strand connection 4 of the generator line 6 low impedance.
- the unlock state 38 For example, the photovoltaic module 2 can deliver a power via the generator line 6 to the DC network 22 of the photovoltaic generator 40.
- the switch-off state 39, the first switching element 7 are opened and the second switching element 8 is closed, wherein the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6.
- the photovoltaic module 2 is switched off and the strand connections 4, 5 are short-circuited.
- the first switching element 7 can in FIGS. 3, 5, 6, 7, 8 in this case be a relay or galvanically isolated, insulated switching element and the second shading element 8 can be bridged in parallel by a polarity reversal protection diode 69.
- the control electronics 9 may have an electrical supply unit 29 of a conventional type, which is connected to the supply line 16 to the photovoltaic module 2 or to the short-circuit line 17 and to ground / ground line 20.
- the electrical supply unit 29 is connected to two supply diodes 46, 47 connected to the supply line 16 and to the short circuit line 17, respectively.
- the communication electronics 11 in FIG. 3 is connected via supply line 27 to the electrical supply unit 29 of the control electronics 9, the Schmitt trigger 28 connected to the constant reference current source f 48 is connected to a receiver 30 within the control electronics 9.
- the receiver 30 is followed by a receiver register 31 which is connected in parallel to a memory 32 for two keywords A and 8 to a comparator 33.
- the comparator 33 is followed by a window detector 34, whose output is connected to a multiple-OR gate 35 whose output 36 is connected to the memory 32 for the keywords A and 6 via the return signal line 62 and to a driver 37 ,
- the driver 37 is designed on the output side such that from it a first control line 18 to the first shaft element 7 and a second control line 19 to the second switching element 8 is guided. In the following, it will be explained with reference to FIGS. 4a, 4b and 4c how the communication electronics 11 and the control center 14 bypass each other after the occurrence of hazardous situations and after the completion and remedying of the hazardous situations.
- FIG. 4a shows the switchable switching element states of the two switching elements 7 and 8, the state 38 indicating the disconnection state and the state 39 indicating the disconnection state.
- the keyword A sent by the manager 14 means that there is no danger of failure and the power transfer goes from the photovoltaic module 2 to the DC network 6 of the photovoltaic generator 40.
- Fig. 4b shows the expectation state timings for the keyword A
- Fig. 4c shows the keyword signal sequence connections for the keyword A and for the keyword B.
- the control electronics 9 If the photovoltaic module 2 is connected to the generator line 6, as shown in FIG. 4 a, which represents the disconnected state 38, in which the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 is open, the control electronics 9 expects a signal sent by the control station 14, periodically recurring telegram 44, which may be a release telegram, wherein the telegram 44 is received via the communication electronics 11.
- the enable message 44 may be provided with a particularly distinctive pulse signal compared to the periodically recurring telegrams for undisturbed continuous operation, but may also contain this signal pulse in the periodically recurring telegram even with appropriate training.
- the periodically repeating telegram 44 thus signals an unsafe photovoltaic generator operation.
- the telegram 44 and its time regime are implementation-dependent. If the periodically recurring telegram 44 remains off, recognizes the control electronics 9 a hazardous state / -fal! of the photovoltaic generator 40 and switches, as shown in Fig. 4a, the switching elements 7 and 8 in the off state 39 and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 power and voltage free, so that thus an independent network separation to the photovoltaic module 2 present.
- the telegram 44 is converted in the control center 14 into voltage modulation of the communication path 23 in the form of a two-wire bus of the transmission path 77, which is connected to a first optocoupler 24 of the communication electronics 11.
- the voltage modulation is converted to the communication electronics 11 by a light diode 25 in üchtimpulse falling fall on a phototransistor 26, which changes its current depending on the light intensity.
- the light diode 25 and the phototransistor 26 are part of the first optocoupler 24.
- a constant reference current source 48 By means of a constant reference current source 48, the changing current is converted into a voltage modulation in the communication electronics 11.
- the voltage change is converted with a first Schmitt trigger 28 into a two-valued logic signal. It creates a bitstream.
- the digital receiver 30 following the first Schmitt trigger 28 composes the bit stream as a function of the protocol into a telegram which is stored in the reception register 31. If the module electronics 3 are in the disconnected state 38, the telegram consisting of a signal field is compared in a comparator 33 with a connected window detector 34 in two consecutive time windows 66, 67 with the presence of a keyword A. In the first time window 66, whose length tee is specified, the telegram must not correspond to the keyword A. If this happens, the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6 (inactive state 39). In the second sequential window 67, the maximum length of which is specified, a telegram with the keyword A must be received.
- the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6 (switch-off state 39). If in the second window 67 the keyword A is received within the prescribed time tc7, then the window detector 34 is reset to the first window 66. The switch-off state 39 remains in effect until a keyword B consisting of another signal form is sent by the control station 14.
- the module electronics 3 If the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6 (switch-off state 39), the module electronics 3 expects the keyword B in FIG. 4c in the manner described above and goes into the disconnected state 38 (first switching element 7 closed, second switching element 8 open) , Thereafter, the window detector 34 starts immediately with the first window 66.
- the current operating state of the module electronics 3 and the recognized hazard state can in an alternative circuit to the first communication electronics 1 1 including a transmission path 77 of the communication path 23 by means of a second communication electronics 111 shown in Fig. 5 including the transmission path 77 and a reception path 78 by a return Telegram 80 are transmitted from the communication electronics 111 to an extended second guide parts 141.
- the control station 141 can interrogate the communication electronics 111 via the communication link 23, or the communication electronics 11 1 transmit the state transition in the form of a receive telegram 80 to the control center 141 independently upon transition to the respective operating state, in particular into the switch-off state 39.
- the reception path 78 is also operated via the supply line 27 of the electrical supply unit 29 of the control electronics 91.
- the return transmission of signals by the communication electronics 1 1 in the direction of the control station 141 may be provided by means of the following components in the following connecting circuit shown in FIG. 5:
- the starting point of the transmission telegram 44 from the control center 141 is a transmitter 76, which is provided with a first transmission transistor 75 and a transmission transistor Voltage source 79 is connected. From the first transmitting transistor 75 of the associated with him first optocoupler 24 is operated. The first Schmitt trigger 28 of the communication electronics 111 forwards the signals of the transmission telegram 44 taken over by the phototransistor of the first optocoupler 24 to the receiver 30 of the control electronics 91.
- a command decoder 70 connected downstream of the receiver 30 takes over the functions of the receive register 31, the comparator 33, the window decoder 34 as well as the functions of the memory 32 for the keywords A and B.
- the command decoder 70 has a direct connection to the multiple OR gate 35.
- the instruction decoder 70 is connected to the structure of the transmitting, defined by the control station 141 from receiving path 78 to a status register / data register 71, which is a transmitter 72 of the control electronics 91 downstream.
- Transmitter 72 is connected to a transmit transistor 74, which is in signal communication with second optocoupler 73.
- the signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler 7 are supplied with the assistance of a current source 83 to a second Schmitt trigger 81, which transmits the digitized receive telegram 80 via the operating state of the module electronics 3 to the receiver 82 connected to it.
- a transmission path 77 and a reception path 78 may be present between the control center 141 and the communication electronics 11, the latter two being able to represent the communication path 23.
- FIG. 6 shows an exemplary combination between the control electronics 9 and a measuring electronics 101 within the module electronics 3 for eliminating a hazardous situation when underexts U appear.
- the measuring electronics 101 in Fig. 6 includes a voltage divider 38 with an AD converter 39 connected thereto, wherein the voltage divider 49, the taps 57, 58 on the supply lines line 16 and the potential line 20 has.
- the AD converter 50 has subsequently a data register 51 with a comparator 55, parallel to the data register 51 two threshold value registers 52 and 53 having a threshold value comparator 54 of voltage threshold values U1, U2 both Schwellwertregistem 52, 53 are arranged at the input of the comparator 55.
- the comparator 55 is followed by a debounce filter 56, which is connected to the threshold value comparator 54 via a feedback signal line 59 and to the multiple OR element 35 via a signal line 60.
- the multiple-OR gate 35 downstream driver 37 is connected via the two control lines 18, 19 with the respective switching elements 7 and 8.
- the measuring electronics 101 detects via the voltage divider 49 a module voltage U (actual voltage) and outputs the respective voltage value U to the control electronics 9. If the current voltage value (undervoltage) U falls below a predefined voltage threshold value U1, the control electronics 9 detects a danger state caused by the undervoltage U and switches the switching elements 7 and 8 into the switch-off state 39, whereby the switching element 7 is open and the switching element 8 is closed, and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 power-free and stress-free also here to an independent network separation.
- the current undervoltage U is written by the measuring electronics 101 in Fig. 6 by means of voltage divider 49 and analog-to-digital converter 50 in digitized form in a data register 51.
- this value is compared with a programmable threshold value U1 of the threshold value register 52 and debounced. If the voltage U falls below a critical value, the control electronics 9 enters the switch-off state 39.
- the voltage threshold value U1 is increased to a voltage threshold value U2 (threshold value U2> threshold value U1) by a programmable value (hysteresis function) ,
- the switch-off state 39 in FIG. 5 a can only be left with the transmission of the enable telegram 44 under the condition that the current voltage value U is higher than the voltage threshold value U 2.
- Fig. 7 is a circuit diagram of the combination of the measuring electronics 102 is shown with the control electronics 9 in the occurrence of overcurrent as another state of danger.
- a protective resistor 65 may be switched on, which is connected to apulsabtrackden AD converter 63 for taking over a voltage drop across the protective resistor 65.
- the AD converter 63 is connected to the data register 51.
- the measuring electronics 10 can detect the current flowing through the ground line 20 module current and pass the current value I to the control electronics 9 by a voltage measurement. If the current current value I exceeds predetermined current values 11, 12, the control electronics 9 detects a dangerous state caused by excessive current and switches the switching elements 7 and 8 into the switch-off state 39 and thus the photovoltaic module 2 at the line connections 4, 5 without power and voltage also to an independent network separation.
- FIG. 8 shows a circuit diagram of the combination of the measuring electronics 103 with the control electronics 9 when an excessive temperature occurs as a further hazardous condition.
- the measuring electronics 103 contains a thermal sensor 15 with a connected AD converter 64, which is connected to the data register 51 of the An Kunststoffelektro- 9 in combination.
- the measuring electronics 103 detects the current temperature T at the photovoltaic module 2 and in the box 15 and outputs the digitized temperature signals T to the control electronics 9 via the AD converter 64. If the current temperature values T exceed predetermined temperature values (threshold values) T1, T2, the control electronics 9 detects a danger state caused by excessive temperature T and switches the switching elements 7 and 8 into the switch-off state 39, in which the first switching element 7 is open and the second switching element 8 are closed, and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 without power and voltage to an independent network separation.
- predetermined temperature values threshold values
- the parameter-related measuring electronics 101, 102, 103 with the assembly circuits for determining parameters such as undervoltage U and / or overcurrent I and / or excessive temperatures T may be included in a compact measuring electronics 10 according to FIG. 2, their respective connections to the control electronics 9 as in the mentioned parameter-related measuring electronics 101, 102, 103 may be formed.
- circuit system 1 upon occurrence of hazardous events or conditions on photovoltaic modules 3, an independent disconnection from the direct current network 22 of the photovoltaic generator 40 takes place and
- DC power supply 22 of the photovoltaic generator 40 is performed, whereby a much improved protection of the photovoltaic generator 40 is ensured.
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Abstract
The invention relates to a photovoltaic generator (40) having a switchgear assembly (1) for protection of photovoltaic modules (2), which are connected via at least one generator section line (6), a generator connecting box (42) and a direct-current power supply system (22) in sequence to an inverter (41), and are connected via respective module electronics (3) to the generator section line (6) of the photovoltaic generator (40). In this case, for each photovoltaic module (2), the switchgear assembly (1) has module electronics (3), which is associated with the photovoltaic module (2), and a control point (14, 141) which is associated with all the photovoltaic modules (2), which are connected for signalling purposes to the individual module electronics (3), wherein at least the following assemblies are provided for the module electronics (3): - a first switching element (7), which is arranged in a line section (43) of a supply section line (16) between a first positive module connection (12) of the photovoltaic module (2) and a first positive section connection (4) of a generator section line (6), - a second switching element (8), which is connected in a short-circuiting line (17) between the first positive section connection (4) and a second negative section connection (5) of the generator section line (6) - a module electronics controller (90), which has - drive electronics (9) which has drive logic (92), switch-off delay electronics (93) and switch-off current-limiting electronics (94), and - a supply unit (29), which is fed from the photovoltaic module (2) at a first positive module connection (12, 16, 21) and/or from the first positive section connection (4) of the generator section line (6) and supplies current to the drive electronics (9), - at least one measurement electronics (10), which is connected for signalling purposes to the drive electronics (9) and for supply purposes to the supply unit (29), and - communication electronics (11, 111), which is connected for signalling purposes via a communication path (23, 77, 78) to the drive electronics (9, 91) and to the control point (14, 141) which is located outside the module electronics (3), and is connected for supply purposes to the supply unit (29), wherein the drive electronics (9) is connected for control purposes to the two switching elements (7) and (8) such that the switching states comprising the activated state (38) and the switched-off state (39) of the switches (7, 8) can be set separately via the drive logic (90) for each individual module electronics (3), and the time of the state change for each individual module electronics (3) can be set separately via the switch-off delay electronics (93), such that the individual module electronics (3) does not change to the switched-off state (39) at the same time, and the short-circuit current in the short-circuiting line (17) can be limited, adjustably via the switch-off current-limiting electronics (94) by the first switching element (7), both at times while switching off and permanently when the short circuit is activated, wherein the assemblies are connected between the module connections (12, 13) to the photovoltaic module (2) and the section connections (4, 5) to the generator section line (6), and wherein at least two operating states for each individual module electronics (3) can be set separately, depending on the signals from the measurement electronics (10) and the communication electronics (11), for the module electronics (3) by means of the controllable first switching element (7) and the controllable second switching element (8): a) either an activated state (38) with current transfer and connection of the photovoltaic module (2) into the generator section line (6), b) or a switched-off state (39) with automatic electrically isolating disconnection of the photovoltaic module (2) from the generator section line (6) and with a short circuit between the section connections (4) and (5), wherein, in particular after switching off, the active activated state (38) of each individual module electronics (3) is made possible by the permanently supplying supply unit (29), by means of the active drive logic (92), by evaluation of the signals from the measurement electronics (10) and/or from the communication electronics (11) via the control point (14, 141).
Description
Photovoltaikgenerator mit Schaltungsanlage zum Schutz von Photovoltaikmodulen Beschreibung Photovoltaic generator with circuit protection for photovoltaic modules Description
Die Erfindung betrifft einen Photovoltaikgenerator mit Schaltungsanlage zum Schutz von Photovoltaikmodulen, die über zumindest eine Generatorstrangleitung, einen Generatoranschlusskasten und ein Gleichstromnetz in der Reihenfol* ge an einen Wechselrichter angeschlossen und über jeweils eine Modulelektronik mit der Generatorstrangleitung des Photovoltaikgenerators verbunden sind. The invention relates to a photovoltaic generator with a circuit system for the protection of photovoltaic modules, which are connected via at least one generator line, a generator junction box and a DC network in the order to an inverter and connected via a respective module electronics with the generator line of the photovoltaic generator.
Ein Problem besteht darin, dass im Gefährdungsfall keine selbständige Netztrennung eines Photovoltaikmoduls und die später nachfolgende aktive, Zuschaltung des Photovoltaikmoduls an das Gleichstromnetz des Photovoltaikgenerators nicht möglich sind.
Es ist eine Schutzschaltung für ein Photovoltaikmodul in der Druckschrift DE 10 2005 036 153 B4 beschrieben, wobei bei dem Photovoltaikmodul eine Mehrzahl von im Normalbetrieb und im Abschattungsfall arbeitenden Solarzellen in Reihe geschaltet sind. Mindestens ein steuerbares elektrisches, als Bypasselement dienendes Schaltelement ist dabei mit seiner Schaltstrecke parallel zu der Mehrzahl von Photovoltaikzellen geschaltet. Eine Versorgungsschaltung stellt eine Steuerspannung zur Ansteuerung der Steuerelektrode des Bypasselements bereit, wobei eine Trennschaltung zum Sperren der über die Schaltstrecke des By- passelementes im Normalbetrieb liegenden Spannung zu der Versorgungsschal- tung und zum Durchschalten der über die Schaltstrecke im Abschattungsfall mindestens einer Photovoltaikzelle liegenden Spannung zu der Versorgungsschaltung vorgesehen ist. Diese Schutzschaltung bezieht sich auf die Reduktion der am Bypasselement entstehenden Verlustleistung im Abschattungsfall. Es ist eine Schutzschaltung für eine Photovoltaikanlage in der Druckschrift DE 10 2007 032 605 A1 beschrieben, wobei der Stromfluss und die Spannung von Pho- tovoltaikefementen steuerbar sind. Dazu werden insbesondere fernsteuerbare Schalter eingesetzt, die eine elektrische Trennung der Photovoltaike!emente untereinander bewirken oder auch einen Kurzschluss der Photovoltaikelement er- zeugen können. A problem is that in case of danger, no independent grid separation of a photovoltaic module and the subsequent subsequent active, connection of the photovoltaic module to the DC network of the photovoltaic generator are not possible. It is a protection circuit for a photovoltaic module in the document DE 10 2005 036 153 B4 described, wherein in the photovoltaic module, a plurality of working in normal operation and shading solar cells are connected in series. At least one controllable electrical switching element serving as a bypass element is connected with its switching path parallel to the plurality of photovoltaic cells. A supply circuit provides a control voltage for driving the control electrode of the bypass element, wherein an isolating circuit for blocking the over the switching path of the bypass element in normal operation lying voltage to the supply circuit and for switching over the switching path in the shadowing case of at least one photovoltaic cell voltage the supply circuit is provided. This protection circuit relates to the reduction of the power loss occurring at the bypass element in Abschattungsfall. A protective circuit for a photovoltaic system is described in the publication DE 10 2007 032 605 A1, wherein the current flow and the voltage of photovoltaic panels are controllable. For this purpose, in particular remote-controlled switches are used, which cause an electrical separation of the photovoltaic elements with each other or can also generate a short circuit of the photovoltaic element.
Ein Problem dieser Schutzschaltung besteht darin, dass keine autonome Energieversorgung der steuerbaren Schalter angegeben ist, die dauerhaft die steuerbaren Schalter versorgt und nach Wegfall der Gefährdung eine Freischaltung des Generators (also Aufhebung der Trennung und des Kurzschlusses) ermöglicht. Des Weiteren ist keine Vorrichtung erkennbar, die beim Abschaltvorgang die Ent- ladeströme des Wechselrichters so begrenzt, dass eine Zerstörung des Wechselrichters beim Abschalten ausgeschlossen wird. Vielmehr wird darauf verwiesen, vor dem Abschalten des Generators durch die steuerbaren Schalter zunächst den Wechselrichter von der Anlage zu trennen. Diese Vorgehensweise wiederum steht einer selbsttätigen Trennung im Gefährdungsfalle, zum Beispiel durch die erwähnte Sensorik nahe der Photovoltaikelemente, im Wege.
Es ist eine Schutzschaltung für Photovoltaikmodule in der Druckschrift DE 10 2009 024 516 A1 beschrieben, die ein Photovoltaikmodul elektrisch kurzschließt. Dies erfolgt durch die Aktivierung eines elektromechanischen Schaltkontaktes oder eines Thyristors. A problem of this protection circuit is that no autonomous power supply of the controllable switch is specified, which permanently supplies the controllable switch and after elimination of the risk enabling the activation of the generator (ie cancellation of the separation and the short circuit). Furthermore, no device is recognizable which limits the discharging currents of the inverter during the switch-off process in such a way that destruction of the inverter during shutdown is ruled out. Rather, it is pointed out to first disconnect the inverter from the system before switching off the generator by the controllable switch. This approach in turn is an automatic separation in the event of danger, for example by the mentioned sensors near the photovoltaic elements, in the way. A protective circuit for photovoltaic modules is described in the publication DE 10 2009 024 516 A1, which electrically short-circuits a photovoltaic module. This is done by activating an electromechanical switching contact or a thyristor.
Ein Problem besteht darin, dass die Aktivierung nicht durch eine externe nur signaltechnisch mit der Kurzschlusseinrichtung in Verbindung stehenden Fretschaft- einrichtung aufgehoben werden kann. Zudem benötigt die Thyristorschaltung eine autarke Stromversorgung zur Aufrechterhaltung des Kurzschlusses durch den Thyristor. Nachteilig ist auch, dass das Steuersignal die Sicherheitseinrichtung aktiviert. Denn im Oefährdungsfall kann es sehr wahrscheinlich sein, dass außerhalb der Photovoltäikmodule zum Beispiel durch Unterbrechung der Stromversorgungssysteme keine Aktivierungsenergie mehr zur Verfügung steht. In diesem Fäll ist eine Aktivierung der SicTierheiföeiriricHtürig unbedingt auf eine Nölisiröm- Versorgung der steuersignälgebenderi Einrichtung angewiesen. Die Sieherheiis- ein ichtung aktiviert einen Photovöltäikmodulkur schluss ohne eine Möglichkeit den damit verbundenen Entladestrom des Wechselrichters zu begrenzen und diesen or Zerstörung zu bewähren. One problem is that the activation can not be canceled by an external Fretschaft device only signal technically connected with the short-circuit device. In addition, the thyristor requires a self-sufficient power supply to maintain the short circuit through the thyristor. Another disadvantage is that the control signal activates the safety device. Because in the case of danger, it can very probably be that outside the photovoltaic modules, for example due to interruption of the power supply systems, no activation energy is available any more. In this case, an activation of the security device is necessarily dependent on the supply of fuel to the control device. The thermal alarm activates a photovoltaic module termination without any possibility to limit the associated discharge current of the inverter and to prove this or destruction.
Es ist eine elektromechanische Schutzschaltung für Photovoltaikmodule in der Druckschrift DE 10 2009022 508 A1 beschrieben, die einen Kurzsehluss des PV- Generators nach erfolgter Trennung der DC-Stromleitung zum Wechselrichter gewährleistet. Die Auslösung der Sicher eitsstellung kann ferngesteuert erfolgen. Die vorausgehende Trennung des PV-Generators mit dem Wechselrichter ist günstig für die Vermeidung von Entladeströmen im Wechselrichter. It is an electromechanical protection circuit for photovoltaic modules described in the document DE 10 2009022 508 A1, which ensures a short circuit of the PV generator after the separation of the DC power line to the inverter. The triggering of the safety setting can be carried out remotely. The preceding separation of the PV generator with the inverter is beneficial for avoiding discharge currents in the inverter.
Ein Problem besteht darin, dass allerdings der Sch lter eine sehr hohe Spannungsfestigkeit aufweisen muss, da durch das Auftrennen der DC- Stromversorgungsleitung die volle Systemspännurig von bis zu 1000V abfallen kann. Die Schutzschaltung weist keine Merkmale der ferngesteuerten Rücknahme des ausgelösten Sicherheitsmechäntsmus auf. One problem is that, however, the switch must have a very high withstand voltage, since the disconnection of the DC power supply line can cause the full system voltage to drop by up to 1000V. The protection circuit has no features of the remote controlled withdrawal of the triggered Sicherheitmechäntsmus.
Der Begriff Photovoltaikmodul wird hier als Bezeichnung für alle photövöltäischen Wandlerelemente, die Lichtenergie in Strom ändein, benutzt.
Ein Problem aller Photogeneratoren besteht darin, dass eine selbsttätige Netztrennung der Photovoltaikmodule im allgemeinen Gefährdungsfalf, wobei die Netztrennung die Photovoltaikmodule durch eine vollständig galvanische Trennung vom Netz stromlos stellt (Trennung) und den Netzanschluss spannungslos (Abschaltung) stellt, und nach Beseitigung der Gefährdung eine aktive Netzzu- schaltung der getrennten und abgeschalteten Photovoltaikmodule nicht möglich ist. Zudem erfordern die bisher angegebenen Abschaltlösungen die sich auf einen Modulkurzschluss beziehen, entweder die vorherige Trennung des Wechselrichters vom Generatornetz oder den Einsatz von Strangdioden um die bei Ab- Schaltung entstehenden unkontrollierten Entladeströme im Wechselrichter zu vermeiden. Der Einsatz von Strangdioden ist nachteilig aus Kostengründen. Die Forderung nach vorausgehender Trennung des Wechselrichters vom Netz ist nachteilig, da ja bei Gefährdung, zum Beispiel durch Überhitzung von einzelnen Photovoltaikmodulen, diese betroffenen Photovoltaikmodule abgeschaltet werden sollen, und dies bei fortlaufender Einspeisung der Energie in das Netz. The term photovoltaic module is used here to designate all photovoltaic conversion elements that use light energy in electricity. A problem of all photomultipliers is that an automatic grid separation of the photovoltaic modules in the general hazard, the grid disconnects the photovoltaic modules by a complete galvanic isolation from the mains de-energized (disconnection) and the power supply voltage (shutdown), and after elimination of the risk active Mains connection of the separate and switched off photovoltaic modules is not possible. In addition, the abovementioned shutdown solutions which relate to a module short-circuit require either the previous disconnection of the inverter from the generator network or the use of string diodes to avoid the uncontrolled discharge currents in the inverter which occur when switching off. The use of stranded diodes is disadvantageous for cost reasons. The requirement for prior separation of the inverter from the grid is disadvantageous, since at risk, for example, by overheating of individual photovoltaic modules, these affected photovoltaic modules are to be switched off, and this with continuous feeding of energy into the network.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Photovoltaikgenerator mit einer Schaltungsanlage zum Schutz von Photovoltaikmodulen anzugeben, der derart geeignet ausgebildet ist, dass eine selbständige Trennung und Abschaltung ei- nes einzelnen Photovoltaikmoduls und oder mehrer Photovoltaikmodule vom Gleichstromnetz des Photovoltaikgenerators insbesondere im Gefährdungsfall aber auch im Allgemeinen möglich ist und danach auch eine aktive Zuschaltung der getrennten und abgeschalteten Photovoltaikmodule an das Gleichstromnetz des Photovoltaikgenerators wieder gewährleistet werden kann. Dabei sollen die durch die Abschattung auftretenden Entladeströme des Wechselrichters begrenzt werden, um eine Zerstörung des Wechselrichters in Folge der Abschaltung zu vermeiden. The invention has for its object to provide a photovoltaic generator with a circuit for the protection of photovoltaic modules, which is designed so suitable that an independent separation and shutdown of a single photovoltaic module and or more photovoltaic modules from the DC network of the photovoltaic generator in particular in case of danger but also in general is possible and then an active connection of the separate and disconnected photovoltaic modules to the DC network of the photovoltaic generator can be ensured again. In this case, the discharge currents of the inverter caused by the shading should be limited in order to avoid destruction of the inverter as a result of the shutdown.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The object is solved by the features of patent claim 1.
In dem Photovoltaikgenerator mit Schaltungsanlage zum Schutz von Photovoltaikmodulen sind die Photovoltaikmodule über zumindest eine Generatorstrangleitung, über einen Generatoranschlusskasten und über ein Gleichstromnetz in
der genannten Reihenfolge an einen Wechselrichter angeschlossen und über jeweils eine Modulelektronik mit der Generatorstrangleitung des Photovoitaikge- nerators verbunden, In the photovoltaic generator with circuit system for the protection of photovoltaic modules, the photovoltaic modules via at least one generator line, via a generator junction box and a DC power in connected to an inverter in the stated sequence and connected via a respective module electronics to the generator line of the photovoltaic generator,
wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 wherein according to the characterizing part of patent claim 1
die Schaltungsanlage je Photovoltaikmodul eine dem Photovoitaikmodu) zugehörige Modulelektronik und eine allen Photovoitaikmodulen zugeordnete Leitstelle aufweist, die signaltechnisch mit den einzelnen Modulelektroniken in Verbindung steht, wobei zumindest folgende Baugruppen für die Modulelektronik vorgesehen sind: the circuit installation per photovoltaic module has a module electronics associated with the photovoltaic module and a control station which is associated with all photovoltaic modules and which is signal-wise connected to the individual module electronics, wherein at least the following modules are provided for the module electronics:
- ein erstes Schaltelement, das in einem Leitungsabschnitt einer Versorgungsstreckenleitung zwischen einem ersten positiven Modulanschi uss des Photovoltaikmoduls und einem ersten positiven Stranganschluss einer Generatorstrangleitung angeordnet ist, a first switching element, which is arranged in a line section of a supply line between a first positive Modulanschi uss of the photovoltaic module and a first positive line connection of a generator line,
- ein zweites Schaltelement, das in einer Kurzschlussleitung zwischen dem ersten positiven Stranganschluss und einem zweiten negativen Stranganschluss der Generatorstrangleitung geschaltet ist, a second switching element which is connected in a short-circuit line between the first positive line connection and a second negative line connection of the generator line line,
- eine Modulelektroniksteuerung, die - A module electronics control, the
- eine Ansteuerelektronik, die eine Ansteuerlogik, eine Abschaltverzöge- rungselektronik und eine Abschaltstrombegrenzungselektronik aufweist, sowie - An electronic control, which has a drive logic, a Ausschaltverzö- rungselektronik and Abschaltstrombegrenzungselektronik, as well as
- eine Versorgungseinheit, die sich aus dem Photovoltaikmodul am ersten positiven Modulanschluss und/oder aus dem ersten positiven Stranganschluss der Generatorstrangieitung speist und die Ansteuerelektronik versorgt, a supply unit, which feeds from the photovoltaic module at the first positive module connection and / or from the first positive line connection of the generator branch line and supplies the control electronics,
- mindestens eine Messelektronik, die an die Ansteuerelektronik signaltechnisch und an die Versorgungseinheit versorgungstechnisch angeschlossen ist, und - At least one measuring electronics, which is technically connected to the control electronics and to the supply unit, and
- eine Kommunikationselektronik, die mit der Ansteuerelektronik und mit der außerhalb der Modulelektronik befindlichen Leitstelle signaltechnisch über eine Kommunikationsstrecke verbunden ist und an die Versorgungseinheit versorgungstechnisch angeschlossen ist, a communication electronics, which is signal-technically connected to the control electronics and to the outside of the module electronics control center via a communication link and is connected to the supply unit supply technology,
umfasst,
wobei die Ansteuerelektronik mit den beiden Schaltefementen derart in steuernder Verbindung steht, dass über die Ansteuerlogik für jede einzelne Moduleiek- troriik die Scnäftzustände Freisc^ailzuständ und Abschattzustand der Schaltele- merfte separat einstellbar sind und über die
includes, wherein the control electronics are in control connection with the two switching elements in such a way that the scanning states free-circuit status and shut-off state of the switching elements can be set separately via the control logic for each individual module logic, and via the
Zeitpunk des Zustafidsweeftsel für jede einzelne Möduielektrenik separat derart einstellba ist, dass die einzelnen Modulelektröniken nictrt zeitgleich in den Ab- sdHillzüs an'd wechseln, tind über die AbsehältiStmffib ^ der Kurzschlussstrom in der Kurzschlussleitung durch das erste Schaltelement sowohl zeitweise während der Abschaltung als auch dauerhaft bei aktiviertem Kurz- schluss einstellbar begrenzt werden kann, Time point of Zustafidsweeftsel for each Möduelektresik is separately einstellba so that the individual Modulelektröniken not at the same time in the AbdhältiStmffib ^ the short-circuit current in the short-circuit line through the first switching element both temporarily during the shutdown and permanently ted can be limited when the short circuit is activated,
wobei die Baugruppen zwischen den Mödulanschtüssen zum Photovoltaikmodui und den Stranganschtüssen zur der Generatorstrangleitung geschaltet sind und wobei für die Moduietektronik mit dem steuerbaren ersten Schaltelement und dem steuerbaren zweiten Schattelement zumindest zwei Betriebszustände für jede einzelne Modul elektronik, in Abhängigkeit der Signale der Messelektronik und der Kommunikationseiektronik, separat einstellbar sind: wherein the modules are connected between the Mödulanschtüssen to Photovoltaikmodui and the Stranganschtüssen to the generator line and for the module electronics with the controllable first switching element and the controllable second shading element at least two operating conditions for each module electronics, depending on the signals of the measuring electronics and the communications electronics, are separately adjustable:
a) entweder einen Fraischäitzuständ mit Stromtransfer und Zuschaitung des Ptlötovottaikmöduls in die Generatorstrangieitung a) either a Fraischäitzuständ with current transfer and supply of Ptlötovottaikmöduls in the Generatorstrangieitung
b) öder einen Abschattzustand mit selbsttätiger elektrisch isolierende Trennung des Filötovöttaikmödüis Von der Gener löTslrangtefrimg und mit Kurzschluss zwischen den beiden Stranganschlüssen, b) or a shading state with automatic electrically insulating separation of the filamentary material from the generator and with a short circuit between the two strand connections,
wobei insbesondere nach erfolgte Abschaltun der aktive Freisc aftzustarid einer jeden einzelnen Mödulelekfronik nach vorübergegangener Gefahr, oder auch tm Allgemeinen, durch die dauerhaft versorgende Versorgungseinheit mittels der aktiven Ansteuerlogik durch Auswertung der Signale der Messelektronik und/oder der Kommunikationselektronik über der Leitstetle ermöglicht wird. wherein, in particular after Abschaltun the active free aftzustarid of each individual Mödulelekfronik after passing danger, or tm in general, is made possible by the permanently supplying supply unit by means of the active drive logic by evaluating the signals of the measuring electronics and / or the communication electronics on the Leitstetle.
Das erste Schalteiement kann als galvanisch trennender und elektronisch steuerbarer Schaltkontakt ausgebildet sein und das zweite Schaltelement kann als elektronisch steuerbarer Halbteiterschalter mit paralleler Verpolschutzdiode, elektrisch gerichtet vom negativen Stranganschluss zum positiven Stranganschtuss, ausgebildet sein.
Das erste Schaftelement befindet sich im Leitungsabschnitt der Versorgungsstreckenleitung und dort zwischen dem Versorgungsabgriff für die Ansteuerelektronik zur Elektroenergieversorgung der gesamten Moduleiektronik und dem ersten positiven Stranganschluss der Kurzschlussleitung. The first switching element can be designed as a galvanically isolating and electronically controllable switching contact, and the second switching element can be designed as an electronically controllable half-diverter switch with parallel polarity reversal protection diode, electrically directed from the negative line connection to the positive line sink. The first shaft element is located in the line section of the supply line line and there between the supply tap for the control electronics for electrical energy supply of the entire module electronics and the first positive strand connection of the short-circuit line.
Das erste Schaltelement ist in der Lage, im geöffneten Zustand den Stromfluss des Photovoltatkmoduls zu unterbrechen (elektrisch isolierende Trennung) und im geschlossenen Zustand den Stromfluss des Photovoltaikmoduls ungehindert über die Generatorstrangleitu g an das Gleichstromnetz durchzuleiten. The first switching element is able to interrupt the current flow of the Photovoltatkmodule in the open state (electrically insulating separation) and in the closed state, the current flow through the photovoltaic module unhindered through the Generatorstrangleitu g to the DC network.
Das zweite Schaltelement ist in der Lage, im geschlossenen Zustand die Spannung am Stranganschluss auf eine ungefährliche Spannung herabzusetzen (Kurzschluss) und den dann fließenden Kurzschlussstrom zu begrenzen. Die Moduleiektronik kann die beiden steuerbaren Schaltelemente in zwei aktive Betriebszustände setzen: The second switching element is able to reduce the voltage at the line connection in the closed state to a safe voltage (short circuit) and limit the then flowing short-circuit current. The module electronics can set the two controllable switching elements in two active operating states:
a) Im ersten und normalen Betriebszustand, dem Zustand der Freischaltung, sind das erste Schaftelement geschlossen und das zweite Schaltelement geöffnet, wobei das Photovoltaikmodul mit dem ersten Stranganschluss der Ge- neratorstrangleitung niederohmig verbunden ist, wobei im Zustand der Freischaltung das Photovoltaikmodul eine Leistung über die Generatorstrangleitung an das Gleichstromnetz des Photovoltaikgenerators abgibt, a) In the first and normal operating state, the state of the activation, the first shaft element are closed and the second switching element is opened, wherein the photovoltaic module is connected to the first strand connection of the generator strand line low impedance, wherein in the state of activation, the photovoltaic module power over the Output generator line to the DC network of the photovoltaic generator,
b) Im zweiten Zustand, dem Zustand der Abschaltung, sind das erste Schaltelement geöffnet und das zweite Schaltelement geschlossen, wobei das Photo- voltaikmodul durch das erste Schaltelement von der Generatorstrangleitung elektrisch isolierend getrennt wird und in den ungefährlichen stromlosen Betriebszustand versetzt wird und gleichzeitig die Spannung am ersten positiven Stranganschluss durch das zweite Schaltelement auf einen ungefährlichen niedrigen Spannungswert reduziert wird. b) In the second state, the state of the shutdown, the first switching element are open and the second switching element is closed, wherein the photovoltaic module is electrically isolated by the first switching element of the generator strand line and is placed in the non-dangerous currentless operating state and at the same time the voltage is reduced at the first positive line connection by the second switching element to a safe low voltage value.
Beim Übergang vom Freischaltzustand in den Abschaltzustand wird der Wechselrichter der Photovoltaikanlage durch die Kurzschlussschalter - in Form des zweiten Schaltelements - entladen. Der dabei auftretende Entladestrom kann dabei
begrenzt werden, um den Wechselrichter bei diesem Vorgang nicht durch Überlastung zu beschädigen. Dazu wird über der Abschaltverzögerungselektronik mit einem programmierbares Zeitverzögerungsglied in der Ansteuerelektronik der Zustandswechsei für jede einzelne Modulelektronik separat eingestellt, so dass nicht alle Modulelektroniken gleichzeitig in den Abschaltzustand wechseln, sondern zeitlich versetzt und damit der Entiadestrom begrenzt wird. Zudem wird über die Abschaltstrombegrenzungselektronik in Form eines Strombegrenzungsgliedes in der Ansteuerelektronik der Kurzschlussstrom in der Kurzschlussleitung durch das erste Schaltelement sowohl zeitweise während der Abschaltung als auch dauerhaft bei aktiviertem Kurzschluss programmierbar begrenzt. During the transition from the disconnected state to the disconnected state, the inverter of the photovoltaic system is discharged by the short-circuiting switches, in the form of the second switching element. The occurring discharge current can thereby be limited in order not to damage the inverter in this process by overload. For this purpose, the state change for each individual module electronics is set separately via the switch-off delay electronics with a programmable time delay element in the control electronics, so that not all module electronics simultaneously change to the switch-off state, but offset in time and thus the discharge flow is limited. In addition, the short-circuit current in the short-circuit line is programmably limited by the first switching element both temporarily during the shutdown as well as permanently with activated short circuit via the Abschaltstrombegrenzungselektronik in the form of a current limiting element in the control electronics.
Die signaltechnische kommunikative Verbindung in Form einer Kommunikationsstrecke zwischen der Leitstelle und den jeweiligen Kommunikationselektroniken der Modulelektroniken kann über eine drahtlose Funkverbindung oder über ein separates Signalbuskabel oder über die Generatorstrang leitung ausgebildet sein. The signal-technical communicative connection in the form of a communication link between the control center and the respective communication electronics of the module electronics can be formed via a wireless radio link or via a separate signal bus cable or via the generator strand line.
Von der Ansteuerelektronik sind ausgehend zum ersten Schaltelement eine erste Steuerleitung und zum zweiten Schaltelement eine zweite Steuerleitung geführt, wobei über die erste Steuerleitung die Schaltsignale zum Trennen und zum Schließen des Leitungsabschnittes der Versorgungsstreckenleitung an das erste Schaltelement und über die zweite Steuerleitung die Schaltsignale zum Trennen und Schließen der Kurzschlussleitung an das zweite Schaltetement gesendet werden. Zumindest ein Teil der Baugruppen kann sich in einer abgeschlossenen Dose befinden. From the control electronics, starting from the first switching element, a first control line and the second switching element, a second control line out, via the first control line, the switching signals for separating and closing the line section of the supply line to the first switching element and the second control line, the switching signals for separating and Close the short-circuit line to be sent to the second switching element. At least some of the assemblies may be in a sealed box.
Die Baugruppen können sich innerhalb der Dose auf einer Leite latte befinden, die wahlweise in der Dose gehaltert eingebracht ist. The modules can be located within the can on a Leite latte, which is optionally mounted mounted in the can.
Die Versorgungseinheit kann aus der Photovottaikmodulspannung über der Versorgungsstreckenleitung durch einen Spannungsregler eine geregelte Versorgungsspannung für die gesamte Modulelektronik bereitstellen, wobei bei kurzen
Spannungseinbrüchen die elektrische Versorgung durch einen Stützkondensator in der Versorgungseinheit aufrechterhalten wird und ein Stromrückfluss aus dem Spannungsregler in das Photovoltaikmodul durch entgegengerichtet geschaltete Dioden blockiert -ist. The supply unit can provide from the Photovottaikmodulspannung over the supply line line by a voltage regulator, a regulated supply voltage for the entire module electronics, with short Voltage dips the electrical supply is maintained by a backup capacitor in the supply unit and a backflow of current from the voltage regulator in the photovoltaic module is blocked by oppositely connected diodes -ist.
Die elektrische Versorgungseinheit ist mit der Versorgungsstreckenleitung zum Photovoltaikmodul und mit der Kurzschlussleitung sowie mit der Masseleitung verbunden. Der Anschlusskasten des Wechselrichters kann sich innerhalb oder auch außerhalb des Wechselrichters befinden. The electrical supply unit is connected to the supply line to the photovoltaic module and to the short-circuit line and to the ground line. The connection box of the inverter can be inside or outside the inverter.
Die Ansteuerelektronik ist einerseits mit der Versorgungsstreckenleitung (positives Potenzial, positive Spannung, Pluspole) und andererseits mit Masse oder mit der Masseleitung (negatives Potenzial, Minuspole) verbunden. The control electronics are connected on the one hand to the supply line (positive potential, positive voltage, positive poles) and on the other hand to ground or to the ground line (negative potential, negative poles).
Durch den Versorgungsabgriff an der Versorgungsstreckenleitung ist die elektrische Versorgung der Versorgungseinheit und somit der gesamten Modulelektronik bei Netztrennung mittels des offenen ersten Schaltelements auch im Ab- schattzustand gewährleistet. Due to the supply tap on the supply line line, the electrical supply of the supply unit and thus the entire module electronics in network separation by means of the open first switching element is guaranteed even in Abschattzustand.
In der Kommunikationselektronik dient in einem Sendepfad ein erster Optokoppler mit einem Diodensender und einem Phototransistor des ersten Optokopplers als Übertrager der Signale seitens der Leitstelie, wobei der Phototran- sistor des ersten Optokopplers von Seiten der Kommunikationselektronik mit einer Versorgungsleitung von der Versorgungsernheit aus mit einen Schmitttrigger aufweisenden Abzweigung verbunden ist. In the communication electronics, a first optocoupler with a diode transmitter and a phototransistor of the first opto-coupler serves as transmitter of the signals on the part of the Leitstelie, wherein the phototrans- sistor of the first optocoupler from the side of the communication electronics having a supply line from the Versorgungsernheit with a Schmitttrigger Branch is connected.
Die Kommunikationselektronik ist über die Versorgungsleitung mit der elektri- sehen Versorgungseinheit der Ansteuerelektronik verbunden, wobei der mit einer konstanten Referenzstromquelle lref in Verbindung stehende Schmitttrigger der Kommunikationselektronik mit einem Empfänger innerhalb der Ansteuerelektronik verbunden ist, dem ein Empfängerregister nachgeordnet ist, das parallel mit ei-
nem Speicher für zwei Schlüsselwörter A und B an einen Vergleicher geschaltet ist, wobei dem Vergleicher wiederum ein Fensterdetektor nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig mit einem Mehrfach-ODER-Glied in Verbindung steht, dessen Ausgang mit dem Speicher für die Schlüsselwörter A und B über eine Signallei- tung und mit einem Treiber verbunden ist. The communication electronics via the supply line with the electric see supply unit of the control electronics, wherein the at a constant reference current source l re f related Schmitt trigger of the communication electronics are connected to a receiver within the control electronics, which a receiver register is arranged downstream of the parallel with egg - nem memory for two keywords A and B is connected to a comparator, wherein the comparator, in turn, a window detector is connected, the output side is connected to a multiple OR gate whose output to the memory for the keywords A and B via a Signallei - and connected to a driver.
Der Treiber kann derart ausgangsseitig ausgebildet sein, dass von ihm aus eine erste Steuerleitung zum ersten Schaltelement und eine zweite Steuerleitung zum zweiten Schaftelement geführt sind. The driver may be designed on the output side such that from it a first control line to the first switching element and a second control line to the second shaft element are guided.
Zwischen der Leitstelle und der Kommunikationselektronik können als Kommunikationsstrecke ein Sendepfad und ein Empfangspfad vorhanden sein. Between the control center and the communication electronics, a transmission path and a reception path can be present as the communication path.
Eine Rück-Übertragung von Signalen zu den Betriebszuständen ist seitens der Kommunikationselektronik in Richtung zur Leitstelle vorgesehen, wobei sich durch die Einbringung des Empfangspfades in die Kommunikationselektronik auch ein Teil der bisherigen Ansteuerelektronik zur alternativen Ansteuerelektronik ändert. Im Sendepfad der Ausgangspunkt des Sendetelegramms kann ein Sender der Leitstelle sein, der mit einem ersten Sendetransistor und einer Spannungsquelle in Verbindung steht, wobei vom ersten Sendetransistor der mit ihm verbundene erste Optokoppler bedient wird, wobei der erste Schmitttrigger der Kommunikationselektronik die vom Phototransistor des ersten Optokopplers übernommenen Signale des Sendetelegramms an den Empfänger der Ansteuerelektronik weiterleitet. A re-transmission of signals to the operating conditions is provided by the communication electronics in the direction of the control center, which also changes a part of the previous control electronics for alternative control electronics by the introduction of the reception path in the communication electronics. In the transmission path, the starting point of the transmission telegram may be a transmitter of the control center, which is in communication with a first transmission transistor and a voltage source, wherein the first transmission transistor connected to the first optical coupler is operated, wherein the first Schmitttrigger the communication electronics from the phototransistor of the first optocoupler taken over signals of the transmission telegram to the receiver of the control electronics.
In der Ansteuerelektronik kann ein dem Empfänger nachgeschalteter Befehlsdekoder die Funktionen des Empfangsregisters, des Vergleichers, des Fensterde- koders sowie die Funktionen des Speichers für die Schlüsselwörter A und B übernehmen, wobei vom Befehlsdekoder eine direkte Verbindung zum Mehrfach- ODER-Glied besteht, wobei der Befehlsdekoder zum Aufbau des sendenden, von der Leitstelle aus definierten Empfangspfads mit einem Statusregis-
ter/Datenregister verbunden ist, dem ein Sender der Ansteuerelektronik nachgeordnet ist, wobei der Sender der Ansteuerelektronik mit einem Sendetransistor verbunden ist, der signaltechnisch mit dem zweiten Optokoppler in Verbindung steht. In the control electronics, a command decoder downstream of the receiver can perform the functions of the receive register, the comparator, the window decoder and the functions of the memory for the keywords A and B, wherein the command decoder has a direct connection to the multiple OR gate, the Command decoder for setting up the sending receive path defined by the control center with a status register ter / data register is connected, the transmitter of the control electronics is arranged downstream, wherein the transmitter of the control electronics is connected to a transmit transistor, which is technically in communication with the second optocoupler.
Die vom Phototransistor des zweiten Optokopplers in der Kommuhikationselekt- ronik ausgelösten Signale können mit Unterstützung einer Stromquelle einem zweiten Schmitttrigger der Leitstelle zugeführt werden, wobei der Schmitttrigger an den mit ihm verbundenen Empfänger das digitalisierte, einen Betriebszustand definierende Empfangstelegramm übergibt. The signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler in the commutation electronics can be supplied to a second Schmitt trigger of the control center with the assistance of a current source, the Schmitt trigger transmitting to the receiver connected to it the digitized receive telegram defining an operating state.
Bei einer Kombination zwischen der Ansteuerelektronik und der Messelektronik innerhalb der Modulelektronik zur Behebung eines Gefährdungsfalles beim Auftreten von Unterspannungen U kann die Messelektronik einen Spannungsteiler mit einem daran angeschlossenen AD-Wandier enthalten, wobei der Spannungsteiler die Abgriffe an der Versorgungsleitung der Versorgungseinheit und der Masseleitung hat. In a combination between the control electronics and the measuring electronics within the module electronics to remedy a hazard in the occurrence of undervoltages U, the measuring electronics may include a voltage divider with an AD Wandier connected thereto, wherein the voltage divider has the taps on the supply line of the supply unit and the ground line.
Der AD-Wandler kann nachfolgend ein Datenregister mit einem Vergleicher auf- weisen, wobei parallel zum Datenregister zwei Schwellwertregister mit einem Schwellwertvergleicher von Schwellwerten U1, U2 aus den beiden Schwellwertregistern an den Eingang des Vergleichers angeordnet sind, wobei dem Vergleicher ein Entprellfilter nachgeordnet ist, das ausgangsseitig über eine Rück- kopplungs-Signalleitung mit dem Schwellwertvergleicher und über eine Signallei- tung mit dem Mehrfach-ODER-Glied in Verbindung steht, und wobei ein dem Mehrfach-ODER-Glied nachgeordneter Treiber über die beiden Steuerleitungen mit den jeweiligen Schattelementen verbunden ist. The AD converter may subsequently have a data register with a comparator, wherein two threshold value registers with a threshold value comparator of threshold values U1, U2 from the two threshold value registers are arranged parallel to the data register at the input of the comparator, the comparator being followed by a debounce filter, the On the output side, it is connected to the threshold comparator via a feedback signal line and to the multiple OR gate via a signal line, and a driver arranged downstream of the multiple OR gate is connected to the respective shadow elements via the two control lines.
Entsprechende schaltungstechnische Ausbildungen bezüglich der Schwel Iwert- register und des Vergleichers können auch für erhöhte Temperaturen T und für Überströme I vorgesehen sein.
Bei einer Kombination der esselektronik mit der Ansteuerelektronik bei Auftreten von Überstrom I in der Masseteitung; kann ein Schutzwiderstand eingeschaltet sein, der mit einem spannungsabgreifenden AD-Wandler zur Übernahme eines Spannungsabfalls am Schutzwiderstand verbunden ist, wobei der AD-Wandler mit dem Datenregister der Ansteuerelektronik verbunden ist. Corresponding circuit designs with regard to the threshold value value register and the comparator can also be provided for elevated temperatures T and for overcurrents I. In a combination of the food electronics with the control electronics in the event of overcurrent I in the ground line; a protection resistor can be switched on, which is connected to a Spannungsabgreifenden AD converter for taking over a voltage drop across the protective resistor, wherein the AD converter is connected to the data register of the control electronics.
Bei der Kombination der Messelektronik mit der Ansteuerelektronik bei Auftreten einer erhöhten Temperatur T kann die Messelektronik einen Thermofühfer mit einem angeschlossenen AD-Wandler, der mit dem Datenregister der Ansteuer- elektronik in Verbindung steht, aufweisen. When combining the measuring electronics with the control electronics when an elevated temperature T occurs, the measuring electronics can have a thermal pickup with a connected AD converter, which is connected to the data register of the control electronics.
Die Messelektroniken mit den Baugruppen-Schaltungen zur Feststellung der Parameter von Unterspannung U und/ oder von Überstrom I und/oder von überhöhten Temperaturen T können in einer Kompakt-Messelektranik enthalten sein, de- ren jeweilige Verbindungen zur Ansteuerelektronik wie in den parameterbezogenen Messelektroniken ausgebildet sind. The measuring electronics with the assembly circuits for determining the parameters of undervoltage U and / or overcurrent I and / or excessively high temperatures T can be contained in a compact measuring electrics whose respective connections to the control electronics are formed as in the parameter-related measuring electronics ,
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindungen werden in weiteren Unteransprüchen angegeben. Further developments and further embodiments of the inventions are specified in further subclaims.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment by means of several drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikgenerators mit Fig. 1 is a schematic representation of a photovoltaic generator with
einer Schaltungsanlage zum Schutz von Photovoltaikmodulen, a circuit system for the protection of photovoltaic modules,
Fig. 2 ein Schaftschema eines Teils einer erfindungsgemäßen Schaltungsanlage für ein Photovoltaikmodul aus Modulelektronik und Leitstelle, mit einer Verbindung mit modultrennenden und modulzuschaltenden Schaltelementen, 2 is a schematic diagram of a part of a circuit system according to the invention for a photovoltaic module of module electronics and control center, with a connection with modultrennenden and modulzuschaltenden switching elements,
Fig. 3 ein Schaltschema der Modulelektronik mit Ansteuerelektronik, einer Fig. 3 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics, a
Kommunikationselektronik einschließlich eines Sendepfades und der
dem Sendepfad angepassten Leitstelle, Communication electronics including a transmission path and the the control station adapted to the transmission path,
Fig. 4 zeitliche Darstellung von Zuständen der moduftrennenden und Fig. 4 temporal representation of states of moduftrenden and
modulzuschaltenden Schaltelemente in Verbindung mit den Signalen der Leitstelle, wobei modulzuschaltenden switching elements in conjunction with the signals of the control center, wherein
Fig! 4a Abfolge von aktiven und gesperrten Schaltelementzuständen, Fig. 4b Abfolge von Schlüsselwort/Fenster-Signalen in der Kommunikationselektronik und Figure! 4a Sequence of active and locked switching element states, Fig. 4b Sequence of keyword / window signals in the communication electronics and
Fig. 4c Abfolge von modultrennenden und modulzuschaltenden Fig. 4c sequence of modultrennenden and modulzuschaltenden
Schlüsselwort-Signalen aus der Leitstelle zeigen, Show keyword signals from the control center,
Fig. 5 ein Schaltschema der Modulelektronik mit einer Ansteuerelektronik, einer Kommunikationselektronik einschließlich Sendepfad und Empfangspfad und einer dem Sendepfad und dem Empfangspfad zugehörigen Leitstelle, 5 is a circuit diagram of the module electronics with a control electronics, a communication electronics including transmission path and receiving path and a transmission path and the receiving path associated control center,
Fig. 6 ein Schaltschema der Modulelektronik mit Ansteuerelektronik und mit einer Messelektronik als Spannungssensor, 6 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics and with a measuring electronics as a voltage sensor,
Fig. 7 ein Schaltschema der Modulelektronik mit Ansteuerelektronik und mit einer Messelektronik als Stromsensor, und 7 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics and with a measuring electronics as a current sensor, and
Fig. 8 ein Schaltschema der Modulelektronik mit Ansteuerelektronik und mit einer Messelektronik als Temperatursensor. Fig. 8 is a circuit diagram of the module electronics with control electronics and with a measuring electronics as a temperature sensor.
Im Folgenden werden die Fig. 1 und Fig. 2 sowie Fig. 3 gemeinsam betrachtet. In Fig. 1 ist ein Photovoltaikgenerator 40 mit Schaltungsarilage 1 zum Schutz von Photovoltaikmodulen 2 dargestellt, die über z.B. zwei Generatorstrangleitungen 6, einen Generatoranschlusskasten 42 und ein Gleichstromnetz 22 in der genanten Reihenfolge an einen Wechselrichter 41 angeschlossen und über jeweils eine Modulelektronik 3 mit der Generatorstrangleitung 6 des Photovoltaikgenerators
40 verbunden sind. Die beiden Generatorstrangleitungen 6 sind parallel zueinander an den Generatoranschlusskasten 42 geführt. In the following, FIGS. 1 and 2 as well as FIG. 3 are considered together. In Fig. 1, a photovoltaic generator 40 is shown with Schaltungsarilage 1 for the protection of photovoltaic modules 2, which are connected via eg two generator lines 6, a generator junction box 42 and a DC power supply 22 in the order mentioned to an inverter 41 and via each module electronics 3 with the generator line line 6 of the photovoltaic generator 40 are connected. The two generator branch lines 6 are guided parallel to each other to the generator junction box 42.
Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanlage 1 je Photovoltaikmodul 2 eine dem Photovoltaikmodul 2 zugehörige Modulelektronik 3 und eine allen Photovoltaik- modulen 2 zugeordnete Leitstelle 14 auf, die signaltechnisch mit den einzelnen Modulelektroniken 3 in Verbindung steht, wobei zumindest folgende Baugruppen für die Modulelektronik 3 vorgesehen sind: According to the invention, the circuit installation 1 per photovoltaic module 2 has a module electronics 3 associated with the photovoltaic module 2 and a control station 14 assigned to all photovoltaic modules 2, which is signal-wise connected to the individual module electronics 3, wherein at least the following modules are provided for the module electronics 3:
- ein erstes Schaltelement 7, das in einem Leitungsabschnitt 43 einer Versor- gungsstreckenleitung 16 zwischen einem ersten positiven Modu!anschluss 12 des Photovoltaikmoduls 2 und einem ersten positiven Stranganschluss 4 einer Generatorstrangieitung 6 angeordnet ist, a first switching element 7, which is arranged in a line section 43 of a supply line 16 between a first positive module connection 12 of the photovoltaic module 2 and a first positive line connection 4 of a generator line 6,
- ein zweites Schaltelement 8, das in einer Kurzschlussleitung 17 zwischen dem ersten positiven Stranganschluss 4 und einem zweiten negativen Strangan- schluss 5 der Generatorstrangleitung 6 geschaltet ist, a second switching element 8, which is connected in a short-circuit line 17 between the first positive line connection 4 and a second negative line connection 5 of the generator line 6,
- eine Modulelektroniksteuerung 90, die a module electronics controller 90, the
- eine in Fig. 2 dargesteifte Ansteuerelektronik 9, die eine Ansteuerlogik 92, eine Abschaltverzögerungselektronik 93 und eine Abschaltstrom begren- zungselektronik 94 aufweist, sowie a control electronics 9 shown in FIG. 2, which has a control logic 92, a switch-off delay electronics 93 and a switch-off current limiting electronics 94, as well as
- eine Versorgungseinheit 29, die sich aus dem Photovoltaikmodul 2 am ersten positiven Modulanschluss 12, 16, 21 und/oder aus dem ersten positiven Stranganschluss 4 der Generatorstrangleitung 6 speist und die Ansteuerelektronik 9 mit Elektronenergie versorgt, a supply unit 29, which feeds from the photovoltaic module 2 at the first positive module connection 12, 16, 21 and / or from the first positive line connection 4 of the generator line 6 and supplies the drive electronics 9 with electron energy,
- mindestens eine Messelektronik 10, die an die Ansteuerelektronik 9 signal- technisch und an die Versorgungseinheit 29 versorgungstechnisch angeschlossen ist, und - At least one measuring electronics 10, which is technically connected to the control electronics 9 signal technically and to the supply unit 29, and
- eine Kommunikationselektronik 11 , die mit der Ansteuerelektronik 9 und mit der außerhalb der Modulelektronik 3 befindlichen Leitstelle 14 signaltechnisch über eine Kommunikationsstrecke 23, 77 verbunden ist und an die Versorgungseinheit 29 versorgungstechnisch angeschlossen ist, umfasst, a communication electronics 11, which is signal-technically connected via a communication path 23, 77 to the control electronics 9 and to the control station 14 located outside of the module electronics 3 and is connected to the supply unit 29 in terms of supply technology,
wobei die Ansteuerelektronik 9 mit den beiden Schaltelementen 7 und 8 derart in steuernder Verbindung steht, dass über die Ansteuerlogik 90 für jede einzelne
Modu!eiektranik 3 die Schaltzustände Freischaltzustand 38 und Abschaltzustand 39 der Schaltelemente 7, 8 separat einstellbar sind und über die Abschaltverzö- gerungselektronik 93 in Form eines programmierbaren Zeitverzögerungsgliedes der Zeitpunkt des Zustandswechsel für jede einzelne Modulelektronik 3 separat derart einstellbar ist, dass die einzelnen Modulelektroniken 3 nicht zeitgleich in den Abschaltzustand 39 wechseln, und über die Abschaltströmbegrenzungselek- tronik 94 in Form eines Strombegrenzungsgliedes der Kurzschlussstrom in der Kurzschlussleitung 17 durch das erste Schaltelement 7 sowohl zeitweise während der Abschaltung als auch dauerhaft bei aktiviertem Kurzschluss einstellbar begrenzt werden kann, wherein the control electronics 9 with the two switching elements 7 and 8 is in controlled connection in such a way that via the control logic 90 for each individual The switching states enable state 38 and switch-off state 39 of the switching elements 7, 8 are separately adjustable and the time of state change for each individual module electronics 3 is separately adjustable via the Abschaltverzö- gerungselektronik 93 in the form of a programmable time delay element that the individual module electronics. 3 do not switch simultaneously into the switch-off state 39, and via the Abschaltströmbegrenzungselek- tronik 94 in the form of a current limiting element of the short-circuit current in the short-circuit line 17 can be limited by the first switching element 7 both temporarily during shutdown and permanently adjustable with activated short circuit,
wobei die Baugruppen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 zwischen den Modulanschlüssen 12, 13 zum Photovoltaikmodul 2 und den Stranganschlüssen 4, 5 zur Generatorstrangleitung 6 geschaltet sind und wobei für die Modulelektronik 3 mit dem steuerbaren ersten Schaltelement 7 und dem steuerbaren zweiten Schaltelement 8 zumindest zwei Betriebszustände für jede einzelne Modulelektronik 3, in Abhängigkeit der Signale der Messelektronik 10 und der Kommunikationseiektronik 11 , separat einsteilbar sind: wherein the assemblies according to FIG. 2 and FIG. 3 between the module terminals 12, 13 are connected to the photovoltaic module 2 and the strand terminals 4, 5 to the generator line 6 and wherein for the module electronics 3 with the controllable first switching element 7 and the controllable second switching element 8 at least two operating states for each individual module electronics 3, depending on the signals of the measuring electronics 10 and the communication electronics 11, are separately settable:
a) entweder einen Freischaltzustand 38 mit Stromtransfer und Zuschaltung des Photovoltaikmoduls 2 in die Generatorstrangleitung 6 a) either a release state 38 with power transfer and connection of the photovoltaic module 2 in the generator line line. 6
b) oder einen Abschaltzustand 39 mit selbsttätiger elektrisch isolierender Trennung des Photovoltaikmoduls 2 von der Generatorstrangleitung 6 und mit Kurzschluss zwischen den Stranganschlüssen 4 und 5, b) or a switch-off state 39 with automatic electrically insulating separation of the photovoltaic module 2 from the generator line 6 and with a short circuit between the strand connections 4 and 5,
wobei insbesondere nach erfolgter Abschaltung der aktive Freischaltzustand 38 einer jeden einzelnen Modulelektronik 3 nach vorübergegangener Gefahr, oder auch im Allgemeinen, durch die dauerhaft elektroenergieversorgende Versorgungseinheit 29 mittels der aktiven Ansteuerlogik 92 durch Auswertung der Signale der Messelektronik 10 und/oder der Kommunikationseiektronik 11 über der Leitstelle 14 ermöglicht wird. Das erste Schaltelement 7 kann, wie in Fig. 3 gezeigt ist, als galvanisch trennender und elektronisch steuerbarer Schaltkontakt ausgebildet sein und das zweite Schaltelement 8 kann als elektronisch steuerbarer Halbeiterschalter mit paralleler
Verpolschutzdiode 69, elektrisch gerichtet vom negativen Stranganschluss 5 zum positiven Stranganschluss 4, ausgebildet sein. wherein, in particular after the shutdown of the active unlocking state 38 of each module electronics 3 after passing danger, or in general, by the permanently electrical power supply unit 29 by means of the active drive logic 92 by evaluating the signals of the measuring electronics 10 and / or the Kommunikationsseiektronik 11 via the control center 14 is enabled. The first switching element 7 may, as shown in Fig. 3, as a galvanically isolating and electronically controllable switching contact may be formed and the second switching element 8 may be as an electronically controllable semiconductor switch with parallel Reverse polarity protection diode 69, electrically directed from the negative strand connection 5 to the positive strand connection 4, be formed.
Die signaltechnische kommunikative Verbindung in Fig. 3 in Form einer Kommu- nikationsstrecke 23 zwischen der Leitstelle 14 und den jeweiligen Kommunikationselektroniken 11 der Modulelektroniken 3 kann über eine drahtlose Funkverbindung oder über ein separates Signal buskabel oder über die Generatorleitung 6 ausgebildet sein. Von der Ansteuerelektronik 9 sind ausgehend zum ersten Schaltelement 7 eine erste Steuerleitung 18 und zum zweiten Schaltelement 8 eine zweite Steuerleitung 19 geführt, wobei über die erste Steuerleitung 18 die Schaltsignale zum Trennen und zum Schließen des Leitungsabschnittes 43 der Versorgungsstreckenleitung 16 an das erste Schaltelement 7 und über die zweite Steuerleitung 19 die Schaltsignale zum Trennen und Schließen der Kurzschlussleitung 17 an das zweite Schaitelement 8 gesendet werden. The signal-technical communicative connection in FIG. 3 in the form of a communication path 23 between the control center 14 and the respective communication electronics 11 of the modular electronics 3 can be formed via a wireless radio link or via a separate signal bus cable or via the generator line 6. From the control electronics 9, starting from the first switching element 7, a first control line 18 and the second switching element 8, a second control line 19, wherein via the first control line 18, the switching signals for separating and closing the line section 43 of the supply line 16 to the first switching element 7 and the switching signals for separating and closing the short-circuit line 17 are sent to the second switching element 8 via the second control line 19.
Das erste Schaltelement 7 befindet sich im Leitungsabschnitt 43 der Versorgungsstreckenleitung 16 und dort zwischen dem Versorgungsabgriff 21 für die Ansteuerelektronik 9, 91 zur Efektroenergieversorgung der gesamten Modulelektronik 3 und dem ersten positiven Stranganschluss 4 der Kurzschlussleitung 17. The first switching element 7 is located in the line section 43 of the supply line 16 and there between the supply tap 21 for the control electronics 9, 91 for Efektroenergieversorgung the entire module electronics 3 and the first positive strand connection 4 of the short-circuit line 17th
Zumindest ein Teil der Baugruppen 7, 8, 9, 10, 11, 32 kann in einer abgeschlossenen Dose befinden. At least a part of the assemblies 7, 8, 9, 10, 11, 32 can be located in a closed box.
Die Baugruppen 7, 8, 9, 10, 11, 32 können sich innerhalb der Dose auf einer Leiterplatte befinden, die wahlweise in der Dose gehaltert eingebracht ist. The assemblies 7, 8, 9, 10, 11, 32 may be located within the box on a printed circuit board, which is optionally mounted in the can.
Die Versorgungseinheit 29 kann aus der Photovoltaikmodulspannung über der Versorgungsstreckenleitung 16 durch einen Spannungsregler eine geregelte Versorgungsspannung für die gesamte Modulelektrontk 3 bereitstellen, wobei bei kurzen Spannungseinbrüchen die elektrische Versorgung durch einen Stützkondensator 45 in der Versorgungseinheit 29 aufrechterhalten wird und ein Strom-
rückfluss aus dem Spannungsregler in das Photovoltaikmodui 2 durch entgegen- gerichtet geschaltete Dioden 46, 47 blockiert ist. The supply unit 29 can provide a regulated supply voltage for the entire module electronics 3 from the photovoltaic module voltage via the supply line 16 through a voltage regulator, the supply being maintained by a backup capacitor 45 in the supply unit 29 during short voltage dips, and a current return flow from the voltage regulator in the photovoltaic module 2 is blocked by oppositely connected diodes 46, 47.
Die elektrische Versorgungseinheit 29 ist mit der Versorgungsstreckenleitung 16 zum Photovoltaikmodui 2 und mit der Kurzschlussteitung 17 sowie mit der Masseleitung 20 verbunden. The electrical supply unit 29 is connected to the supply line 16 to the photovoltaic module 2 and to the short-circuit line 17 and to the ground line 20.
Die Modulelektronik 3 kann mindestens zwei Betriebszustände, wie in Fig. 4a gezeigt, aufweisen, wobei sich die Modulelektronik 3 The module electronics 3 can have at least two operating states, as shown in FIG. 4 a, wherein the module electronics 3
a) in einem ersten und normalen Betriebszustand, dem Freischaltzustand 38, befindet, wobei das erste Schaltelement 7 geschlossen und das zweite Schaltelement 8 geöffnet sind und wobei das Photovoltaikmodui 2 mit dem Netzanschluss 4 der Generatorstrangleitung 6 niederohmig verbunden ist, wobei im Freischaltzustand 38 das Photovoltaikmodui 2 eine Leistung über die Generatorstrangleitung 6 und den Anschlusskasten 42 an das Gleichstromnetz 22 des Photovottaikgenerators 40 abgibt, oder a) in a first and normal operating state, the enable state 38, wherein the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 are opened and wherein the Photovoltaikmodui 2 is connected to the power line 4 of the generator line 6 low impedance, wherein in the disconnected state 38, the Photovoltaikmodui 2 outputs a power via the generator line 6 and the connection box 42 to the DC network 22 of the Photovottaikgenerators 40, or
b) in einem zweiten Zustand, dem Abschaltzustand 39, befindet, wobei das erste Schaltelement 7 geöffnet und das zweite Schaltelement 8 geschlossen sind, wobei das Photovoltaikmodui 2 von der Generatorstrangleitung 6 getrennt ist. b) is in a second state, the off state 39, wherein the first switching element 7 is opened and the second switching element 8 are closed, wherein the photovoltaic module 2 is separated from the generator line 6 line.
Durch den Versorgungsabgriff 21 an der Versorgungsstreckenleitung 16, 43 ist die elektrische Versorgung der Versorgungseinheit 29 und somit der gesamten Modulelektronik 3 bei Netztrennung mittels des offenen ersten Schaltelements 7 auch im Abschaftzustand 39 gewährleistet. Through the Versorgungsabgriff 21 on the supply line 16, 43, the electrical supply of the supply unit 29 and thus the entire module electronics 3 is ensured in network separation by means of the open first switching element 7 in Abschaftzustand 39.
In der Kommunikationselektronik 11 , 111 dient in einem Sendepfad 77 ein erster Optokoppler 24 mit einem Diodensender 25 und einem Phototransistor 26 des ersten Optokopplers 24 als Übertrager der Signale seitens der Leitstelle 14,141, wobei der Phototransistor 26 des ersten Optokopplers 24 von Seiten der Kom- munikationselektronik 11 , 1 11 mit einer Versorgungsleitung 27 von der Versorgungseinheit 29 aus mit einen Schmitttrigger 28 aufweisenden Abzweigung verbunden ist.
Die Kommunikationselektronik 11 , 11 1 ist über die Versorgungsleitung 27 mit der elektrischen Versorgungseinheit 29 der Ansteuerelektronik 9, 91 verbunden, wobei der mit einer konstanten Referenzstromquelie lref 48 in Verbindung stehende Schmitttrigger 28 der Kommunikationselektronik 11 , 1 11 mit einem Empfänger 30 innerhalb der Ansteuerelektronik 9, 91 verbunden ist, dem ein Empfängerregister 31 nachgeordnet ist, das parallel mit einem Speicher 32 für zwei Schlüsselwörter A und B an einen Vergleicher 33 geschaltet ist, wobei dem Vergleicher 33 wiederum ein Fensterdetektor 34 nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig mit einem ehrfach-ODER-Glied 35 in Verbindung steht, dessen Ausgang 36 mit dem Speicher 32 für die Schlüsselwörter A und B über eine Signalleitung 62 und mit einem Treiber 37 verbunden ist. In the communication electronics 11, 111, a first optocoupler 24 with a diode transmitter 25 and a phototransistor 26 of the first opto-coupler 24 serves as a transmitter of the signals from the control station 14.141 in a transmission path 77, wherein the phototransistor 26 of the first optocoupler 24 from the side of the communication electronics 11, 1 11 is connected to a supply line 27 from the supply unit 29 with a Schmitt trigger 28 having branch. The communication electronics 11, 11 1 is connected via the supply line 27 to the electrical supply unit 29 of the control electronics 9, 91, wherein the at a constant Referenzstromquelie l re f 48 related Schmitt trigger 28, the communication electronics 11, 1 11 to a receiver 30 within the Control electronics 9, 91 is connected to a receiver register 31 is arranged downstream, which is connected in parallel with a memory 32 for two keywords A and B to a comparator 33, wherein the comparator 33 in turn a window detector 34 is connected downstream, the output side with a ehrfach- OR gate 35 is connected, the output 36 is connected to the memory 32 for the keywords A and B via a signal line 62 and a driver 37.
Der Treiber 37 kann derart ausgangsseitig ausgebildet sein, dass von ihm aus eine erste Steuerleitung 18 zum ersten Schaltelement 7 und eine zweite Steuer- leitung 19 zum zweiten Schaitelement 8 geführt sind. The driver 37 may be formed on the output side such that from it a first control line 18 to the first switching element 7 and a second control line 19 to the second Schaitelement 8 are performed.
Zwischen der Leitstelle 141 und der Kommunikationselektronik 111 können als Kommunikationsstrecke 23 ein Sendepfad 77 und ein Empfangspfad 78 vorhanden sein. Between the control center 141 and the communication electronics 111, a transmission path 77 and a reception path 78 can be present as the communication path 23.
Eine Rück-Übertragung von Signalen zu den Betriebszuständen ist seitens der Kommunikationselektronik 111 in Richtung zur Leitstelle 141 vorgesehen, wobei sich durch die Einbringung des Empfangspfades 78 in die Kommunikationselektronik 111 auch ein Teif der bisherigen Ansteuerelektronik 9 zur alternativen An- steueretektronik 91 ändert. A re-transmission of signals to the operating conditions is provided by the communication electronics 111 in the direction of the control center 141, which also changes a Teif the previous control electronics 9 for alternative on-board electronics 91 by the introduction of the receiving path 78 in the communication electronics.
Im Sendepfad 77 der Ausgangspunkt des Sendetelegramms 44 kann ein Sender 76 der Leitstelle 141 sein, der mit einem ersten Sendetransistor 75 und einer Spannungsqueile 79 in Verbindung steht, wobei vom ersten Sendetransistor 75 der mit ihm verbundene erste Optokoppler 24 bedient wird, wobei der erste Schmitttrigger 28 der Kommunikationselektronik 1 1 1 die vom Phototransistor 26 des ersten Optokopplers 24 übernommenen Signale des Sendetelegramms 44 an den Empfänger 30 der Ansteuerelektronik 91 weiterleitet.
in der Ansieuereiektronik 9i kann ein dem Empfänger 3ö nachgeschaiieier Be- fehlsdekocder 70 die Funktionen des Empfangsregisters 31 , des Vergleichers 33, des Fensterdekoders 34 sowie die Funktionen des Speichers 32 für die Schlüsselwörter A und B übernehmen, wobei vom Befehlsdekoder 70 eine direkte Ver- bindung zum Mehrfach-ODER-Glied 35 besteht, wobei der Befehlsdekoder 70 zum Aufbau des sendenden, von der Leitstelle 141 aus definierten Empfangspfads 78 mit einem Statusregister/Datenregister 71 verbunden ist, dem ein Sender 72 der Ansteuerelektronik 91 nachgeordnet ist, wobei der Sender 72 der Ansteuerelektronik 91 mit einem Sendetransistor 74 verbunden ist, der signaltech- nisch mit dem zweiten Optokoppler 73 in Verbindung steht. In the transmission path 77, the starting point of the transmission telegram 44 may be a transmitter 76 of the control station 141, which is in communication with a first transmission transistor 75 and a voltage source 79, wherein the first transmission transistor 75 of the first optical coupler 24 connected to it is operated, the first Schmitttrigger 28 of the communication electronics 1 1 1, the signals transmitted by the phototransistor 26 of the first optocoupler 24 of the transmission telegram 44 to the receiver 30 of the control electronics 91 passes. In Ansieereiektronik 9i a beschöieder the receiver 3ö command decoder 70, the functions of the receive register 31, the comparator 33, the window decoder 34 and the functions of the memory 32 for the keywords A and B take over, from the command decoder 70 is a direct connection to the multiple OR gate 35, wherein the command decoder 70 is connected to the structure of the transmitting, defined by the control station 141 from receiving path 78 to a status register / data register 71, which is a transmitter 72 downstream of the control electronics 91, wherein the transmitter 72 of Control electronics 91 is connected to a transmit transistor 74, the signal technically with the second optical coupler 73 is in communication.
Die vom Phototransistor des zweiten Optokopplers 73 in der Kommunikationselektronik 91 ausgelösten Signale können mit Unterstützung einer Stromquelle 83 einem zweiten Schmitttrigger 81 der Leitstelle 141 zugeführt werden, wobei der Schmitttrigger 81 an den mit ihm verbundenen Empfänger 82 das digitalisierte, einen Betriebszustand definierende Empfangstelegramm 80 übergibt. The signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler 73 in the communication electronics 91 can be supplied to a second Schmitt trigger 81 of the control station 141 with the assistance of a current source 83, the Schmitt trigger 81 transmitting to the receiver 82 connected thereto the digitized receive telegram 80 defining an operating state.
Bei einer Kombination zwischen der Ansteuerelektronik 9, 91 und der Messelektronik 101 innerhalb der Modulelektronik 3 zur Behebung eines Gefährdungsfal- les beim Auftreten von Unterspannungen U kann die Messelektronik 101 einen Spannungsteiler 49 mit einem daran angeschlossenen AD-Wandler 50 enthalten, wobei der Spannungsteiler 49 den einen Anschluss 57 an der Versorgungsleitung 27 und den anderen Anschluss 58 an der Masseleitung 20 hat. Der AD-Wandler 50 kann nachfolgend ein Datenregister 51 mit einem Vergleicher 55 aufweisen, wobei parallel zum Datenregister 51 zwei Schwellwertregister 52 und 53 mit einem Schwellwertvergleicher 54 von Schwellwerten U1 , U2 aus den beiden Schwellwertregistern 52, 53 an den Eingang des Vergleichers 55 angeordnet sind, wobei dem Vergleicher 55 ein Entprellfilter 56 nachgeordnet ist, das ausgangsseitig über eine Rückkopplungs-Signalleitung 59 mit dem Schwellwertvergleicher 54 und über eine Signalleitung 60 mit dem Mehrfach-ODER-Glied 35 in Verbindung steht, und wobei ein dem Mehrfach-ODER-Glied 35 nachgeordne-
ter Treiber 37 über die beiden Steuerleitungen 18, 19 mit den jeweiligen Schaltelementen 7 und 8 verbunden ist. In a combination between the control electronics 9, 91 and the measuring electronics 101 within the module electronics 3 for eliminating a hazardous event when low voltages U occur, the measuring electronics 101 may include a voltage divider 49 with an AD converter 50 connected thereto, wherein the voltage divider 49 the has a terminal 57 on the supply line 27 and the other terminal 58 on the ground line 20. The AD converter 50 can subsequently have a data register 51 with a comparator 55, wherein two threshold value registers 52 and 53 with a threshold value comparator 54 of threshold values U1, U2 from the two threshold value registers 52, 53 are arranged parallel to the data register 51 at the input of the comparator 55 in which the comparator 55 is followed by a debounce filter 56 which is connected on the output side via a feedback signal line 59 to the threshold comparator 54 and via a signal line 60 to the multi-OR element 35, and wherein one of the multiple OR element 35 nachgeordne- Driver 37 is connected via the two control lines 18, 19 with the respective switching elements 7 and 8.
Entsprechende schaltungstechnische Ausbildungen bezüglich der Schwellwert- register 52, 53 und des Vergleichers 55 können auch für erhöhte Temperaturen T und für Überströme I vorgesehen sein. Corresponding circuit designs with regard to the threshold value registers 52, 53 and the comparator 55 can also be provided for elevated temperatures T and for overcurrents I.
Bei einer Kombination der Messelektronik 102 mit der Ansteuerelektronik 9, 91 bei Auftreten von Überstrom I in der Masseleitung 20 kann ein Schutzwiderstand 65 eingeschaltet sein, der mit einem Spannungsabgreifenden AD-Wandler 63 zur Übernahme eines Spannungsabfalls am Schutzwiderstand 65 verbunden ist, wobei der AD-Wandler 63 mit dem Datenregister 51 der Ansteuerelektronik 9, 91 verbunden ist. Bei der Kombination der Messelektronik 103 mit der Ansteuerelektronik 9, 91 bei Auftreten einer erhöhten Temperatur T kann die Messelektronik 103 einen Ther- mofühler 15 mit einem angeschlossenen AD-Wandler 64, der mit dem Datenregister 51 der Ansteuerelektronik 9, 91 in Verbindung steht, aufweisen. Die Messelektroniken 101 , 102, 103 mit den Baugruppen-Schaltungen zur Feststellung der Parameter von Unterspannung U und/ oder von Überstrom I und/oder von überhöhten Temperaturen T können in einer Kompakt- Messelektronik 10 enthalten sein, deren jeweilige Verbindungen zur Ansteuerelektronik 9, 91 wie in den parameterbezogenen Messelektroniken 101, 102, 103 ausgebildet sind. In a combination of the measuring electronics 102 with the control electronics 9, 91 in the event of overcurrent I in the ground line 20, a protective resistor 65 may be switched on, which is connected to a Spannungsabgreifenden AD converter 63 for taking over a voltage drop across the protective resistor 65, wherein the AD Converter 63 is connected to the data register 51 of the control electronics 9, 91. When the measuring electronics 103 are combined with the control electronics 9, 91 when an elevated temperature T occurs, the measuring electronics 103 can have a thermocouple 15 with a connected AD converter 64, which is connected to the data register 51 of the control electronics 9, 91 , The measuring electronics 101, 102, 103 with the assembly circuits for determining the parameters of undervoltage U and / or overcurrent I and / or excessively high temperatures T may be contained in a compact measuring electronics 10 whose respective connections to the control electronics 9, 91 as are formed in the parameter-related measuring electronics 101, 102, 103.
In Fig. 3 sind die Baugruppen der Ansteuerelektronik 9 detaillierter dargestellt: Die Ansteuerelektronik 9 enthält eine Ansteuerlogik 92, eine Abschaltverzöge- rungselektronik 93 und eine Abschaltstrombegrenzungselektronik 94, die über eine Mikroelektronikversorgungsleitung 91 von der Versorgungseinheit 29 elektrisch versorgt werden. Zur Ansteuerlogik 92 gehören ein Empfänger 30, ein Empfangsregister 31 , ein Speicher 32 für die darin gespeicherten Schlüsselwörter A und B, ein Vergleicher 33, ein Fensterdekoder 34 sowie ein Mehrfach-
ODER-Glied 35. Die Abschaltverzögerungselektronik 93 stellt ein programmierbares Zeitverzögerungsglied dar, das mit einen Ausgang 36 des Mehrfach- ODER-Gliedes 35 in Verbindung steht. Die Abschaltstrombegrenzungselektronik 94 weist zumindest ein Strombegrenzungsglied auf, das sich in der Steuerleitung 19 zwischen dem Treiber 37 und dem Schalteingang des zweiten Schaltelementes 8 befindet. In Fig. 3, the modules of the control electronics 9 are shown in more detail: The control electronics 9 includes a drive logic 92, a Ausschaltverzöer- rungselektronik 93 and Abschaltstrombegrenzungselektronik 94, which are electrically powered by the supply unit 29 via a microelectronics supply line 91. The drive logic 92 includes a receiver 30, a receive register 31, a memory 32 for the keywords A and B stored therein, a comparator 33, a window decoder 34, and a multi-user OR gate 35. The turn-off delay 93 is a programmable time delay, which is connected to an output 36 of the multi-OR gate 35. The Abschaltstrombegrenzungselektronik 94 has at least one current limiting element, which is located in the control line 19 between the driver 37 and the switching input of the second switching element 8.
Wie in Fig. 3 detailliert gezeigt ist, kann sich die Ansteuerelektronik 9 im aktiven Freischaltzustand 38 und auch im stationären Abschaltzustand 39 mittels der in ihr enthaltenen Versorgungseinheit 29 energietechnisch versorgen. Dabei ist durch den Versorgungsabgriff 21 an der Versorgungsstreckenleitung 16 im Allgemeinen die elektrische Versorgung der Ansteuerelektronik 9 und somit der gesamten Modulelektronik 3 bei Netztrennung mittels des offenen ersten Schaltelements 7 im Abschaltzustand 39 gewährleistet. As shown in detail in FIG. 3, the control electronics 9 can supply energy in the active disconnected state 38 and also in the stationary shutdown state 39 by means of the supply unit 29 contained in it. In this case, the power supply of the control electronics 9 and thus of the entire module electronics 3 is ensured by the supply tap 21 on the supply line 16 in general in network separation by means of the open first switching element 7 in the off state 39.
Die Ansteuerelektronik 9 ist sehr stromsparend und kann auch bei niedrigen Spannungen des Photovoltaikmoduls 2 arbeiten. Unterspannungen, Über ström und erhöhte Temperaturen können z.B. als Gefährdungszustände für die Modulelektronik 3 auftreten. The control electronics 9 is very energy-efficient and can work even at low voltages of the photovoltaic module 2. Under-voltages, overflows and elevated temperatures may e.g. occur as hazardous states for the module electronics 3.
In Fig. 3 ist auch ein Teil-Schaltschema der Schaltungsanlage 1 mit einem Teil der Modulelektronik 3 aus der Ansteuerelektxonik 9 und der Kommunikations* elektronik 11 sowie mit der Leitstelle 14 detaillierter dargestellt, um das Auftreten möglicher Gefährdungsfälle und die Reaktionsmaßnahmen der Schaltungsanlage 1 auf die Gefährdungsfälle näher zu erklären. In Fig. 3 is a partial circuit diagram of the circuit 1 with a portion of the module electronics 3 from the Ansteuerelektxonik 9 and the communication * electronics 11 and the control center 14 shown in more detail to the occurrence of potential hazards and the response measures of the circuit 1 to the Explain hazardous situations in more detail.
In Fig. 3 ist die Kommunikation zwischen der Kommunikationselektronik 1 1 und der Leitstelle 14 bauelementebezogen der Einfachheit halber nur in eine Übertragungsrichtung (Sendepfad 77) angegeben. Die Leitstelle 14 steht über eine leitungsausgebildete Kommunikationsstrecke 23 (Kabel) des Sendepfades 77 mit der Kommunikationselektronik 11 zumindest in signaltechnischer Verbindung. Als Übertrager der Signale von der Leitstelle 14 aus (Sendepfad 77) kann ein erster Optokoppler 24 mit einem Diodensender 25
und einem Phototransistor 26 dienen. Der Phototransistor 26 des ersten Optokopplers 24 ist von Seiten der Kommunikationselektronik 11 mit einer Versorgungsleitung 27 von der Versorgungseinheit 29 und einer Abzweigung mit einem Schmitttrigger 28 verbunden. In Fig. 3, the communication between the communication electronics 1 1 and the control center 14 component-related simplicity, only in a transmission direction (transmission path 77) indicated. The control center 14 is connected via a line-formed communication link 23 (cable) of the transmission path 77 to the communication electronics 11 at least in signaling connection. As a transformer of the signals from the control center 14 (transmission path 77), a first optical coupler 24 with a diode transmitter 25th and a phototransistor 26. The phototransistor 26 of the first optocoupler 24 is connected from the side of the communication electronics 11 to a supply line 27 from the supply unit 29 and a branch with a Schmitt trigger 28.
Dabei stellt die Ansteuerelektronik 9 aus der Photovoltäikmodulspannung über der Versorgungsstreckenleitung 16 durch einen Spannungsregler eine geregelte Versorgungsspannung der Modulelektronik 3 bereit. Bei kurzen Spannungseinbrüchen wird die elektrische Versorgung durch einen Stützkondensator 45 in der Versorgungseinheit 29 garantiert und ein Stromrückfluss aus dem Spannungsregler in das Photovoltaikmodul 2 durch Dioden 46, 47 blockiert. Dabei ist die erste Diode 46 mit dem Versorgungsabgriff 21 und die zweite Diode 47 mit dem Versorgungsabgriff 61 der Kurzschlussleitung 17 verbunden. Die Ansteuerelektronik 9 detektiert selbständig die beschriebenen Gefährdungs- zustände und schaltet die Schaltelemente 7 und 8 in den Abschaltzustand 39 und damit das Photovoltaikmodul 2 an den Stranganschlüssen 4, 5 leistungsfrei und spannungsfrei, so dass eine selbständige Netztrennung vom Gleichstrom netz 22 vorliegt. Der Abschaltzustand 39 kann nur durch ein Freigabetelegramm 44 von der Lettstelle 14 der Modulelektronik 3, wobei das Freigabetelegramm 44 von der Kommunikationselektronik 11 empfangen wird, verlassen werden und in den Freischaltzustand 38 (aktiver Betriebszustand) übergehen, bei dem das erste Schaltelement 7 geschlossen und das zweite Schaltelement 8 geöffnet sind, was eine Aufhebung des Kurzschlusses über der Generatorstrangleitung 6 darstellt und somit eine aktive Netzzuschaltung darstellt. In this case, the control electronics 9 from the Photovoltäikmodulspannung over the supply line 16 by a voltage regulator a regulated supply voltage of the module electronics 3 ready. For short voltage drops, the electrical supply is guaranteed by a support capacitor 45 in the supply unit 29 and a backflow of current from the voltage regulator in the photovoltaic module 2 by diodes 46, 47 blocked. In this case, the first diode 46 is connected to the supply tap 21 and the second diode 47 is connected to the supply tap 61 of the short-circuit line 17. The control electronics 9 automatically detects the described states of danger and switches the switching elements 7 and 8 in the off state 39 and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 power and voltage-free, so that an independent network separation from the DC network 22 is present. The switch-off state 39 can be left only by a release telegram 44 from the L-scale 14 of the module electronics 3, wherein the release telegram 44 is received by the communication electronics 11, and in the enable state 38 (active operating state) transition, in which the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 are open, which represents a cancellation of the short circuit on the generator line 6 and thus represents an active power supply.
Die Funktionsweise der Moduielektronik 3 der Schaltungsanlage 1 besteht prinzipiell in Folgendem: The mode of operation of the module electronics 3 of the circuit system 1 consists in principle of the following:
Im definierten ersten zulässigen und normalen Betriebszustand, dem Freischalt- zustand 38, sind das Schaltelement 7 geschlossen und das Schalteiement 8 geöffnet, wobei das Photovoltaikmodul 2 mit dem ersten Stranganschluss 4 der Generatorstrangleitung 6 niederohmig verbunden ist. In dem Freischaltzustand 38
kann das Photovoltaikmodul 2 eine Leistung über die Generatorstrangleitung 6 an das Gleichstromnetz 22 des Photovoltaikgenerators 40 abgeben. In the defined first permissible and normal operating state, the enabling state 38, the switching element 7 is closed and the switching element 8 is opened, wherein the photovoltaic module 2 is connected to the first strand connection 4 of the generator line 6 low impedance. In the unlock state 38 For example, the photovoltaic module 2 can deliver a power via the generator line 6 to the DC network 22 of the photovoltaic generator 40.
Im zweiten zulässigen Zustand, dem Abschaltzustand 39, sind das erste Schaltelement 7 geöffnet und das zweite Schaltelement 8 geschlossen, wobei das Pho- tovoltaikmodul 2 von der Generatorstrangleitung 6 getrennt wird. In the second permissible state, the switch-off state 39, the first switching element 7 are opened and the second switching element 8 is closed, wherein the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6.
Im Abschaltzustand 39 ist das Photovoltaikmodul 2 leistungsfrei geschaltet und die Stranganschlüsse 4, 5 sind kurzgeschlossen. In the off state 39, the photovoltaic module 2 is switched off and the strand connections 4, 5 are short-circuited.
Das erste Schaltelement 7 kann in den Fig. 3, 5, 6, 7, 8 dabei als Relais oder gal- vanisch getrenntes, isoliertes Schaltelement und das zweite Schattelement 8 kann parallel von einer Verpolschutzdiode 69 überbrückt sein. The first switching element 7 can in FIGS. 3, 5, 6, 7, 8 in this case be a relay or galvanically isolated, insulated switching element and the second shading element 8 can be bridged in parallel by a polarity reversal protection diode 69.
Die Ansteuerelektronik 9 kann eine elektrische Versorgungseinheit 29 herkömmlicher Art besitzen, die mit der Versorgungsstreckenleitung 16 zum Photovoltaik- modul 2 oder mit der Kurzschlussleitung 17 sowie mit Masse/Masseleitung 20 verbunden ist. Schutzdiodenseitig ist die elektrische Versorgungseinheit 29 mit zwei gegeneinander geschalteten Dioden 46, 47 zu der Versorgungsstreckenleitung 16 bzw. zur Kurzschlussleitung 17 verbunden. Während die Kommunikationselektronik 11 in Fig. 3 über Versorgungsleitung 27 mit der elektrischen Versorgungseinheit 29 der Ansteuerelektronik 9 verbunden ist, ist der mit der konstanten Referenzstromquelle f 48 in Verbindung stehende Schmitttrigger 28 mit einem Empfänger 30 innerhalb der Ansteuerelektronik 9 verbunden. Dem Empfänger 30 ist ein Empfängerregister 31 nachgeordnet, das parallel zu einem Speicher 32 für zwei Schlüsselwörter A und 8 an einen Vergleicher 33 angeschaltet ist. Dem Vergleicher 33 wiederum ist ein Fensterdetektor 34 nachgeschaltet, der ausgangsseitig mit einem Mehrfach-ODER-Glied 35 in Verbindung steht, dessen Ausgang 36 mit dem Speicher 32 für die Schlüsselwörter A und 6 über die Rück-Signalleitung 62 und mit einem Treiber 37 verbunden ist. The control electronics 9 may have an electrical supply unit 29 of a conventional type, which is connected to the supply line 16 to the photovoltaic module 2 or to the short-circuit line 17 and to ground / ground line 20. On the protective diode side, the electrical supply unit 29 is connected to two supply diodes 46, 47 connected to the supply line 16 and to the short circuit line 17, respectively. While the communication electronics 11 in FIG. 3 is connected via supply line 27 to the electrical supply unit 29 of the control electronics 9, the Schmitt trigger 28 connected to the constant reference current source f 48 is connected to a receiver 30 within the control electronics 9. The receiver 30 is followed by a receiver register 31 which is connected in parallel to a memory 32 for two keywords A and 8 to a comparator 33. The comparator 33, in turn, is followed by a window detector 34, whose output is connected to a multiple-OR gate 35 whose output 36 is connected to the memory 32 for the keywords A and 6 via the return signal line 62 and to a driver 37 ,
Der Treiber 37 ist derart ausgangsseitig ausgebildet, dass von ihm aus eine erste Steuerleitung 18 zum ersten Schaftelement 7 und eine zweite Steuerleitung 19 zum zweiten Schaltelement 8 geführt ist.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 4a, 4b und 4c erläutert, wie die Kommunikationselektronik 11 und die Leitstelle 14 nach dem Eintreten von Gefährdungsfällen und nach Beendigung und Behebung der Gefährdungsfälle miteinander umge- hen. The driver 37 is designed on the output side such that from it a first control line 18 to the first shaft element 7 and a second control line 19 to the second switching element 8 is guided. In the following, it will be explained with reference to FIGS. 4a, 4b and 4c how the communication electronics 11 and the control center 14 bypass each other after the occurrence of hazardous situations and after the completion and remedying of the hazardous situations.
Die Fig. 4a zeigt die schaltbaren Schaltelement-Zustände der beiden Schaltelemente 7 und 8, wobei der Zustand 38 den Freischaltzustand und der Zustand 39 den Abschaltzustand angibt. FIG. 4a shows the switchable switching element states of the two switching elements 7 and 8, the state 38 indicating the disconnection state and the state 39 indicating the disconnection state.
Das von der Leitste!le 14 gesendete Schlüsselwort A bedeutet: es liegt kein Ge- fährdungsfail vor und der Stromtransfer geht vom Photovoltaikmodul 2 zum Gleichstromnetz 6 des Photovoltaikgenerators 40. The keyword A sent by the manager 14 means that there is no danger of failure and the power transfer goes from the photovoltaic module 2 to the DC network 6 of the photovoltaic generator 40.
Fig. 4b zeigt die zeitlichen Erwartungszustands-Abläufe für das Schlüsselwort A und Fig. 4c zeigt die Schlüsselwort-Signalfolgen-Zuschaltungen für Schlüsselwort A und für Schlüsselwort B. Fig. 4b shows the expectation state timings for the keyword A, and Fig. 4c shows the keyword signal sequence connections for the keyword A and for the keyword B.
Die Funktionsweise der Kommunikationselektronik 1 1 zur Kommunikation mit der Leitstelle 14 und zum Empfang von deren Freigabetelegrammen 44 soll beispielhaft anhand der Fig. 3 gemeinsam mit den Fig. 4a, 4b, 4c erläutert werden. The operation of the communication electronics 1 1 for communication with the control center 14 and for receiving their release telegrams 44 will be explained by way of example with reference to FIG. 3 together with Figs. 4a, 4b, 4c.
Ist das Photovoltaikmodul 2 an die Generatorstrangleitung 6, wie in Fig. 4a gezeigt, zugeschaltet, was den Freischaltzustand 38 darstellt, bei dem das erste Schaltelement 7 geschlossen und das zweite Schaltelement 8 offen sind, erwartet die Ansteuerelektronik 9 ein von der Leitstelle 14 gesendetes, periodisch wiederkehrendes Telegramm 44, das ein Freigabetelegramm sein kann, wobei das Telegramm 44 über die Kommunikationselektronik 11 empfangen wird. If the photovoltaic module 2 is connected to the generator line 6, as shown in FIG. 4 a, which represents the disconnected state 38, in which the first switching element 7 is closed and the second switching element 8 is open, the control electronics 9 expects a signal sent by the control station 14, periodically recurring telegram 44, which may be a release telegram, wherein the telegram 44 is received via the communication electronics 11.
Das Freigabetetegramm 44 kann gegenüber den periodisch wiederkehrenden Telegrammen für den ungestörten Dauerbetrieb mit einem besonders markanten Impulssignal versehen sein, kann aber auch bei entsprechender Ausbildung dieses Impulssignals bereits in dem periodisch wiederkehrenden Telegramm enthal- ten. The enable message 44 may be provided with a particularly distinctive pulse signal compared to the periodically recurring telegrams for undisturbed continuous operation, but may also contain this signal pulse in the periodically recurring telegram even with appropriate training.
Das periodisch wiederkehrende Telegramm 44 signalisiert somit einen ungefährdeten Photovoltaikgeneratorbetrieb. Das Telegramm 44 und sein Zeitregime sind realisierungsabhängig. Bleibt das periodisch wiederkehrende Telegramm 44 aus,
erkennt die Ansteuerelektronik 9 einen Gefährdungszustand/-fal! des Photovol- taikgenerators 40 und schaltet, wie in Fig. 4a gezeigt ist, die Schaltelemente 7 und 8 in den Abschaltzustand 39 und damit das Photovoltaikmodul 2 an den Stranganschlüssen 4, 5 leistungsfrei und spannungsfrei, so dass somit eine selb- ständige Netztrennung zum Photovoltaikmodul 2 vorliegt. The periodically repeating telegram 44 thus signals an unsafe photovoltaic generator operation. The telegram 44 and its time regime are implementation-dependent. If the periodically recurring telegram 44 remains off, recognizes the control electronics 9 a hazardous state / -fal! of the photovoltaic generator 40 and switches, as shown in Fig. 4a, the switching elements 7 and 8 in the off state 39 and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 power and voltage free, so that thus an independent network separation to the photovoltaic module 2 present.
Das Telegramm 44 wird in der Leitzentrale 14 in Spannungsmodulation der Kommunikationsstrecke 23 in Form eines Zweidrahtbusses des Sendepfades 77 umgesetzt, der in Verbindung mit einem ersten Optokoppler 24 der Kommunika- tionselektronik 11 steht. Die Spannungsmodulation wird an der Kommunikationselektronik 11 durch eine Lichtdiode 25 in üchtimpulse umgesetzt, die fallen auf einen Phototransistor 26 fallen, der abhängig von der Lichtintensität seinen Strom ändert. Die Lichtdiode 25 und der Phototransistor 26 sind Teil des ersten Optokopplers 24. Mit Hilfe einer konstanten Referenzstromquelle 48 wird der sich än- dernde Strom in eine Spannungsmodulation in der Kommunikationselektronik 11 gewandelt. Die Spannungsänderung wird mit einem ersten Schmitttrigger 28 in ein zweiwertiges Logiksignal konvertiert. Es entsteht ein Bitstrom. Der dem ersten Schmitttrigger 28 nachfolgende digitale Empfänger 30 setzt den Bitstrom in Abhängigkeit des Protokolls zu einem Telegramm zusammen, das im Empfangsre- gister 31 abgelegt wird. Befindet sich die Modulelektronik 3 im Freischaltzustand 38, so wird das aus einer Signalfoige bestehende Telegramm in einem Vergleicher 33 mit einem angebundenen Fensterdetektor 34 in zwei aufeinander folgenden Zeitfenstern 66, 67 mit dem Vorliegen eines Schlüsselwortes A verglichen. Im ersten Zeitfenster 66, dessen Länge tee festgelegt ist, darf das Telegramm nicht dem Schlüsselwort A entsprechen. Geschieht dies, wird das Photovoltaikmodul 2 von der Generatorstrangleitung 6 getrennt (inaktiver Zustand 39). Im zweiten Zettfenster 67, dessen maximale Länge tei festgelegt ist, muss ein Telegramm mit dem Schlüsselwort A empfangen werden. Geschieht dies nicht, wird das Photovoltaikmodul 2 von der Generatorstrangleitung 6 getrennt (Abschaltzu- stand 39). Wird im zweiten Fenster 67 das Schlüsselwort A innerhalb der vorgeschriebenen Zeit tc7 empfangen, dann wird der Fensterdetektor 34 wieder auf das erste Fenster 66 zurückgesetzt.
Der Abschaltzustand 39 bleibt solange bestehen, bis ein aus einer anderen Sig- natfoige bestehendes Schlüsselwort B von der Leitstelie 14 gesendet wird. The telegram 44 is converted in the control center 14 into voltage modulation of the communication path 23 in the form of a two-wire bus of the transmission path 77, which is connected to a first optocoupler 24 of the communication electronics 11. The voltage modulation is converted to the communication electronics 11 by a light diode 25 in üchtimpulse falling fall on a phototransistor 26, which changes its current depending on the light intensity. The light diode 25 and the phototransistor 26 are part of the first optocoupler 24. By means of a constant reference current source 48, the changing current is converted into a voltage modulation in the communication electronics 11. The voltage change is converted with a first Schmitt trigger 28 into a two-valued logic signal. It creates a bitstream. The digital receiver 30 following the first Schmitt trigger 28 composes the bit stream as a function of the protocol into a telegram which is stored in the reception register 31. If the module electronics 3 are in the disconnected state 38, the telegram consisting of a signal field is compared in a comparator 33 with a connected window detector 34 in two consecutive time windows 66, 67 with the presence of a keyword A. In the first time window 66, whose length tee is specified, the telegram must not correspond to the keyword A. If this happens, the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6 (inactive state 39). In the second sequential window 67, the maximum length of which is specified, a telegram with the keyword A must be received. If this does not happen, the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6 (switch-off state 39). If in the second window 67 the keyword A is received within the prescribed time tc7, then the window detector 34 is reset to the first window 66. The switch-off state 39 remains in effect until a keyword B consisting of another signal form is sent by the control station 14.
Ist das Photovoltaikmodul 2 von der Generatorstrangleitung 6 getrennt (Abschaltzustand 39), dann erwartet die Modulelektronik 3, auf oben beschriebene Art, das Schlüsselwort B in Fig. 4c und geht in den Freischaltzustand 38 über (erstes Schaltelement 7 geschlossen, zweites Schaltelement 8 offen). Danach startet sofort der Fensterdetektor 34 mit dem ersten Fenster 66. If the photovoltaic module 2 is disconnected from the generator line 6 (switch-off state 39), the module electronics 3 expects the keyword B in FIG. 4c in the manner described above and goes into the disconnected state 38 (first switching element 7 closed, second switching element 8 open) , Thereafter, the window detector 34 starts immediately with the first window 66.
Der aktuelle Betriebszustand der Modulelektronik 3 und der erkannte Gefähr- dungszustand kann in einer alternativen Schaltung zur ersten Kommunikationselektronik 1 1 einschließlich eines Sendepfades 77 der Kommunikationsstrecke 23 mittels einer in Fig. 5 dargestellten zweiten Kommunikationselektronik 111 einschließlich des Sendepfades 77 und eines Empfangspfades 78 durch ein Rück-Telegramm 80 von der Kommunikationselektronik 111 aus an eine erwei- terte zweite Leitsteile 141 übermittelt werden. Dabei kann entweder die Leitstelle 141 die Kommunikationselektronik 111 über die Kommunikationsstrecke 23 abfragen oder die Kommunikationselektronik 11 1 übermittelt bei Übergang in den jeweiligen Betriebszustand, insbesondere in den Abschaltzustand 39 den Zu- standsübergang in Form eines Empfangstelegramms 80 an die Leitstelle 141 selbständig. The current operating state of the module electronics 3 and the recognized hazard state can in an alternative circuit to the first communication electronics 1 1 including a transmission path 77 of the communication path 23 by means of a second communication electronics 111 shown in Fig. 5 including the transmission path 77 and a reception path 78 by a return Telegram 80 are transmitted from the communication electronics 111 to an extended second guide parts 141. In this case, either the control station 141 can interrogate the communication electronics 111 via the communication link 23, or the communication electronics 11 1 transmit the state transition in the form of a receive telegram 80 to the control center 141 independently upon transition to the respective operating state, in particular into the switch-off state 39.
Auch der Empfangspfad 78 wird über die Versorgungsleitung 27 der elektrischen Versorgungseinheit 29 der Ansteuerelektronik 91 bedient. Die Rück-Übertragung von Signalen seitens der Kommunikationselektronik 1 1 in Richtung zur Leitstelle 141 kann mittels folgender Bauelemente in folgender in Fig. 5 dargestellter verbindender Verschaltung vorgesehen sein: The reception path 78 is also operated via the supply line 27 of the electrical supply unit 29 of the control electronics 91. The return transmission of signals by the communication electronics 1 1 in the direction of the control station 141 may be provided by means of the following components in the following connecting circuit shown in FIG. 5:
Während sich die Sendepfade 77 der beiden Kommunikationselektroniken 11 und 111 weitgehend ähneln, kann sich durch die Einbringung eines Empfangs- pfades 78 in die Kommunikationselektronik 111 auch ein Teil der bisherigen Ansteuerelektronik 9 zur alternativen Ansteuerelektronik 91 ändern. While the transmission paths 77 of the two communication electronics 11 and 111 are largely similar, the incorporation of a reception path 78 into the communication electronics 111 may also change part of the previous control electronics 9 to the alternative control electronics 91.
Im Sendepfad 77 ist der Ausgangspunkt des Sendetelegramms 44 aus der Leitstelle 141 ein Sender 76, der mit einem ersten Sendetransistor 75 und einer
Spannungsquelle 79 in Verbindung steht. Vom ersten Sendetransistor 75 wird der mit ihm verbundene erste Optokoppler 24 bedient. Der erste Schmitttrigger 28 der Kommunikationse!ektronik 111 leitet die vom Phototransistor des ersten Optokopplers 24 übernommenen Signale des Sendetelegramms 44 an den Emp- fänger 30 der Ansteuerelektronik 91 weiter. In the transmission path 77, the starting point of the transmission telegram 44 from the control center 141 is a transmitter 76, which is provided with a first transmission transistor 75 and a transmission transistor Voltage source 79 is connected. From the first transmitting transistor 75 of the associated with him first optocoupler 24 is operated. The first Schmitt trigger 28 of the communication electronics 111 forwards the signals of the transmission telegram 44 taken over by the phototransistor of the first optocoupler 24 to the receiver 30 of the control electronics 91.
In der Ansteuerelektronik 91 übernimmt ein dem Empfänger 30 nachgeschalteter Befehlsdekocder 70 die Funktionen des Empfangsregisters 31 , des Vergleichers 33, des Fensterdekoders 34 sowie die Funktionen des Speichers 32 für die Schlüsselwörter A und B. Vom Befehlsdekoder 70 besteht eine direkte Verbin- dung zum Mehrfach-ODER-Glied 35. Der Befehlsdekoder 70 ist zum Aufbau des sendenden, von der Leitstelle 141 aus definierten Empfangspfads 78 mit einem Statusregister/Datenregister 71 verbunden, dem ein Sender 72 der Ansteuer- elektronik 91 nachgeordnet ist. Der Sender 72 ist mit einem Sendetransistor 74 verbunden, der signaltechnisch mit dem zweiten Optokoppler 73 in Verbindung steht. Die vom Phototransistor des zweiten Optokopplers 7 ausgelösten Signale werden mit Unterstützung einer Stromquelle 83 einem zweiten Schmitttrigger 81 zugeführt, der an den mit ihm verbundenen Empfänger 82 das digitalisierte Empfangstelegramm 80 über den Betriebszustand der Modulelektronik 3 übergibt. In der alternativen Verschaffung kann zwischen der Leitstel!e 141 und der Kommunikationselektronik 11 also ein Sendepfad 77 und ein Empfangspfad 78 vorhanden sein, wobei die letzteren beiden die Kommunikationsstrecke 23 darstellen können. In Fig. 6 ist eine beispielhafte Kombination zwischen der Ansteuerelektronik 9 und einer Messelektronik 101 innerhalb der Moduleiektronik 3 zur Behebung eines Gefährdungsfalles beim Auftreten von Unterspannungen U dargestellt. In the control electronics 91, a command decoder 70 connected downstream of the receiver 30 takes over the functions of the receive register 31, the comparator 33, the window decoder 34 as well as the functions of the memory 32 for the keywords A and B. The command decoder 70 has a direct connection to the multiple OR gate 35. The instruction decoder 70 is connected to the structure of the transmitting, defined by the control station 141 from receiving path 78 to a status register / data register 71, which is a transmitter 72 of the control electronics 91 downstream. Transmitter 72 is connected to a transmit transistor 74, which is in signal communication with second optocoupler 73. The signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler 7 are supplied with the assistance of a current source 83 to a second Schmitt trigger 81, which transmits the digitized receive telegram 80 via the operating state of the module electronics 3 to the receiver 82 connected to it. In the alternative provision, a transmission path 77 and a reception path 78 may be present between the control center 141 and the communication electronics 11, the latter two being able to represent the communication path 23. FIG. 6 shows an exemplary combination between the control electronics 9 and a measuring electronics 101 within the module electronics 3 for eliminating a hazardous situation when underexts U appear.
Die Messelektronik 101 in Fig. 6 enthält einen Spannungsteiler 38 mit einem daran angeschlossenen AD-Wandler 39, wobei der Spannungsteiler 49 die Abgriffe 57, 58 an der Versorgungsstrecken leitung 16 und der Potenzialleitung 20 hat. Der AD-Wandler 50 hat nachfolgend ein Datenregister 51 mit einem Vergleicher 55, wobei parallel zum Datenregister 51 zwei Schwellwertregister 52 und 53 mit einem Schwellwertvergleicher 54 von Spannungsschwellwerten U1 , U2 aus den
beiden Schwellwertregistem 52, 53 an den Eingang des Vergleichers 55 angeordnet sind. Dem Vergleicher 55 ist ein Entprellfilter 56 nachgeordnet, das aus- gangssettig über eine Rückkopplungs-Signalfeitung 59 mit dem Schwellwert- vergleicher 54 und über eine Signalleitung 60 mit dem Mehrfach-ODER-Glied 35 in Verbindung steht. Der dem Mehrfach-ODER-Glied 35 nachgeordnete Treiber 37 ist über die beiden Steuerleitungen 18, 19 mit den jeweiligen Schaltelementen 7 und 8 verbunden. The measuring electronics 101 in Fig. 6 includes a voltage divider 38 with an AD converter 39 connected thereto, wherein the voltage divider 49, the taps 57, 58 on the supply lines line 16 and the potential line 20 has. The AD converter 50 has subsequently a data register 51 with a comparator 55, parallel to the data register 51 two threshold value registers 52 and 53 having a threshold value comparator 54 of voltage threshold values U1, U2 both Schwellwertregistem 52, 53 are arranged at the input of the comparator 55. The comparator 55 is followed by a debounce filter 56, which is connected to the threshold value comparator 54 via a feedback signal line 59 and to the multiple OR element 35 via a signal line 60. The multiple-OR gate 35 downstream driver 37 is connected via the two control lines 18, 19 with the respective switching elements 7 and 8.
Die Messelektronik 101 erfasst über den Spannungsteiler 49 eine Modulspan- nung U (aktuelle Spannung) und gibt den jeweiligen Spannungswert U an die Ansteuerelektronik 9 weiter. Unterschreitet der aktuelle Spannungswert (Unterspannung) U einen vorgegebenen Spannungsschwellwert U1 , erkennt die Ansteuerelektronik 9 einen durch die Unterspannung U verursachten Gefährdungszustand und schaltet die Schaltelemente 7 und 8 in den Abschaltzustand 39, wo- bei das Schaltelement 7 offen und das Schaltelement 8 geschlossen ist, und damit das Photovoltaikmodul 2 an den Stranganschlüssen 4, 5 leistungsfrei und spannungsfrei auch hier zu einer selbständigen Netztrennung. The measuring electronics 101 detects via the voltage divider 49 a module voltage U (actual voltage) and outputs the respective voltage value U to the control electronics 9. If the current voltage value (undervoltage) U falls below a predefined voltage threshold value U1, the control electronics 9 detects a danger state caused by the undervoltage U and switches the switching elements 7 and 8 into the switch-off state 39, whereby the switching element 7 is open and the switching element 8 is closed, and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 power-free and stress-free also here to an independent network separation.
Zur Erkennung des gefährdenden Zustande wird die aktuelle Unterspannung U durch die Messelektronik 101 in Fig. 6 mittels Spannungsteilers 49 und Analog- Digital-Wandlers 50 in digitalisierter Form in ein Datenregister 51 geschrieben. In der Ansteuerelektronik 9 wird dieser Wert mit einem programmierbaren Schwellwert U1 des Schwellwertregisters 52 verglichen und entprellt. Fällt die Spannung U unter einen kritischen Wert, geht die Ansteuerelektronik 9 in den Abschaltzu- stand 39. Mittels eines Logikschalters 54 wird in dem Zustand der Spannungsschwellwert U1 auf einen Spannungsschwellwert U2 (Schwellwert U2 > Schwellwert U1) um einen programmierbaren Wert (Hysteresefunktion) erhöht. Der Abschaltzustand 39 in Fig. 5a kann nur mit dem Senden des Freigabetelegramms 44 unter der Bedingung, dass der aktuelle Spannungswert U höher als der Span- nungsschwellwert U2 ist, verlassen werden. To detect the hazardous state, the current undervoltage U is written by the measuring electronics 101 in Fig. 6 by means of voltage divider 49 and analog-to-digital converter 50 in digitized form in a data register 51. In the control electronics 9, this value is compared with a programmable threshold value U1 of the threshold value register 52 and debounced. If the voltage U falls below a critical value, the control electronics 9 enters the switch-off state 39. In the state, the voltage threshold value U1 is increased to a voltage threshold value U2 (threshold value U2> threshold value U1) by a programmable value (hysteresis function) , The switch-off state 39 in FIG. 5 a can only be left with the transmission of the enable telegram 44 under the condition that the current voltage value U is higher than the voltage threshold value U 2.
Entsprechende schaltungstechnische Ausbildungen in der Ansteuerelektronik 9 bezüglich der Schwellwertregister und des Vergleichers und der bereits angege-
benen Baugruppen können auch für erhöhte Temperaturen und für Überströme vorgesehen sein. Corresponding circuitry training in the control electronics 9 with respect to the threshold value register and the comparator and the already mentioned These assemblies can also be provided for elevated temperatures and for overcurrents.
In Fig. 7 ist ein Schaltschema der Kombination der Messelektronik 102 mit der Ansteuerelektronik 9 bei Auftreten von Überstrom als weiterem Gefährdungszustand dargestellt. In Fig. 7 is a circuit diagram of the combination of the measuring electronics 102 is shown with the control electronics 9 in the occurrence of overcurrent as another state of danger.
Dazu kann in der Potenzialleitung 20 ein Schutzwiderstand 65 eingeschaltet sein, der mit einem spannungsabgreifenden AD-Wandler 63 zur Übernahme eines Spannungsabfalls am Schutzwiderstand 65 verbunden ist. Der AD-Wandler 63 ist mit dem Datenregister 51 verbunden. For this purpose, in the potential line 20, a protective resistor 65 may be switched on, which is connected to a Spannungsabgreifenden AD converter 63 for taking over a voltage drop across the protective resistor 65. The AD converter 63 is connected to the data register 51.
Somit kann die Messelektronik 10 den durch die Masseleitung 20 fließenden Modulstrom erfassen und den Stromstarkewert I an die Ansteuerelektronik 9 durch eine Spannungsmessung weitergeben. Überschreitet der aktuelle Stromstärkewert I vorgegebene Stromstärkewerte 11, 12, erkennt die Ansteuerelektronik 9 ei- nen durch überhöhten Strom verursachten Gefährdungszustand und schaltet die Schaltelemente 7 und 8 in den Abschaltzustand 39 und damit das Photovoltaik- modul 2 an den Stranganschlüssen 4, 5 leistungsfrei und spannungsfrei auch zu einer selbständigen Netztrennung. In Fig. 8 ist ein Schaltschema der Kombination der Messelektronik 103 mit der Ansteuerelektronik 9 bei Auftreten einer überhöhten Temperatur als weiterer Gefährdungszustand dargestellt. Thus, the measuring electronics 10 can detect the current flowing through the ground line 20 module current and pass the current value I to the control electronics 9 by a voltage measurement. If the current current value I exceeds predetermined current values 11, 12, the control electronics 9 detects a dangerous state caused by excessive current and switches the switching elements 7 and 8 into the switch-off state 39 and thus the photovoltaic module 2 at the line connections 4, 5 without power and voltage also to an independent network separation. FIG. 8 shows a circuit diagram of the combination of the measuring electronics 103 with the control electronics 9 when an excessive temperature occurs as a further hazardous condition.
Dazu enthält die Messelektronik 103 einen Thermofühler 15 mit einem angeschlossenen AD-Wandler 64, der mit dem Datenregister 51 der Ansteuerelektro- nik 9 in Verbindung steht. For this purpose, the measuring electronics 103 contains a thermal sensor 15 with a connected AD converter 64, which is connected to the data register 51 of the Ansteuerelektro- 9 in combination.
Die Messelektronik 103 erfasst die aktuelle Temperatur T am Photovoltaikmodul 2 und in der Dose 15 und gibt über den AD-Wandler 64 die digitalisierten Temperatur-Signale T an die Ansteuerelektronik 9 weiter. Überschreiten die aktuellen Temperaturwerte T vorgegebene Temperaturwerte (Schweltwerte) T1 , T2, er- kennt die Ansteuerelektronik 9 einen durch überhöhte Temperatur T verursachten Gefährdungszustand und schaltet die Schaltelemente 7 und 8 in den Abschaltzustand 39, bei dem das erste Schaltelement 7 offen und das zweite Schaltelement
8 geschlossen sind, und damit das Photovoltaikmodul 2 an den Stranganschlüssen 4, 5 leistungsfrei und spannungsfrei zu einer selbständigen Netztrennung. The measuring electronics 103 detects the current temperature T at the photovoltaic module 2 and in the box 15 and outputs the digitized temperature signals T to the control electronics 9 via the AD converter 64. If the current temperature values T exceed predetermined temperature values (threshold values) T1, T2, the control electronics 9 detects a danger state caused by excessive temperature T and switches the switching elements 7 and 8 into the switch-off state 39, in which the first switching element 7 is open and the second switching element 8 are closed, and thus the photovoltaic module 2 at the strand connections 4, 5 without power and voltage to an independent network separation.
Die parameterbezogenen Messelektroniken 101, 102, 103 mit den Baugruppen- Schaltungen zur Feststellung von Parametern wie Unterspannung U und/oder Überstrom I und/oder überhöhten Temperaturen T können in einer Kompakt- Messelektronik 10 gemäß Fig. 2 enthalten sein, deren jeweilige Verbindungen zur Ansteuerelektronik 9 wie in den genannten parameterbezogenen Messelektroniken 101 , 102, 103 ausgebildet sein können. The parameter-related measuring electronics 101, 102, 103 with the assembly circuits for determining parameters such as undervoltage U and / or overcurrent I and / or excessive temperatures T may be included in a compact measuring electronics 10 according to FIG. 2, their respective connections to the control electronics 9 as in the mentioned parameter-related measuring electronics 101, 102, 103 may be formed.
Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanlage 1 sind, dass 1. bei Auftreten von Gefährdungsfällen oder -zuständen an Photovoltaikmodu- len 3 eine selbständige Trennung vom Gleichstromnetz 22 des Photovoltaik- generators 40 erfolgt und The essential advantages of the circuit system 1 according to the invention are that 1. upon occurrence of hazardous events or conditions on photovoltaic modules 3, an independent disconnection from the direct current network 22 of the photovoltaic generator 40 takes place and
2. nach der Reparatur und/oder Beendigung des Gefährdungsfalles an den Pho- tovoltaikmodulen 2 eine aktive Zuschaltung der Photovoltaikmodule 2 in das2. after the repair and / or termination of the hazard at the photovoltaic modules 2 an active connection of the photovoltaic modules 2 in the
Gleichstromnetz 22 des Photovoltaikgenerators 40 durchgeführt wird, wodurch ein wesentlich verbesserter Schutz des Photovoltaikgenerators 40 gewährleistet ist.
DC power supply 22 of the photovoltaic generator 40 is performed, whereby a much improved protection of the photovoltaic generator 40 is ensured.
Bezugszeichen liste Reference number list
1 Schaltungsanlage 1 circuit system
2 Photovoltaikmodul 2 photovoltaic module
3 Modulelektronik 3 module electronics
4 erster positiver Stranganschluss 4 first positive strand connection
5 zweiter negativer Stranganschluss 5 second negative strand connection
6 Generatorstrangleitung 6 Generator line
7 erstes Schaltelement 7 first switching element
8 zweites Schaltelement 8 second switching element
9 Ansteuerelektronik 9 control electronics
10 Messelektronik 10 measuring electronics
101 Messelektronik für Parameter Unterspannung 101 Measuring electronics for parameter undervoltage
102 Messelektronik für Parameter Überstrom 102 Measuring electronics for parameter overcurrent
103 Messelektronik für Parameter erhöhte Temperaturen 11 Kommunikationselektronik 103 Measuring electronics for parameters increased temperatures 11 Communication electronics
11 1 Kommunikationselektronik 11 1 Communication electronics
12 erster positiver Modufanschluss 12 first positive module connection
13 zweiter negativer Modulanschluss 13 second negative module connection
14 Leitstelle 14 control center
141 Leitsteile 141 guide parts
15 Thermofühler 15 thermocouples
16 Versorgungsstreckenleitung 16 service line
17 Kurzschlussleitung 17 short circuit cable
18 erste Steuerleitung 18 first control line
19 zweite Steuerleitung 19 second control line
20 Masseleitung 20 ground line
21 Versorgungsabgriff 21 supply tap
22 Gleichstromnetz 22 DC network
23 Kommunikationsstrecke 23 communication route
24 Optokoppler 24 optocouplers
25 Diode 25 diode
26 Phototransistor 26 phototransistor
27 Versorgungsleitung
28 Schmitttrigger27 supply line 28 Schmitt trigger
29 Versorgungseinheit 29 supply unit
30 Empfänger 30 recipients
31 Empfängerregister 31 receiver registers
32 Speicher für Schlüsselwörter32 memory for keywords
33 Vergleicher 33 comparators
34 Fensterdetektor 34 window detector
35 Mehrfach-ODER-Glied 35 multiple OR gate
36 Ausgang 36 output
37 Treiber 37 drivers
38 Freischaltzustand 38 release state
39 Abschaltzustand 39 shutdown state
40 Photovo!taikgenerator 40 Photovo! Taik generator
41 Wechselrichter 41 inverters
42 Anschlusskasten 42 junction box
43 Leitungsabschnttt 43 line section
44 Telegramm 44 telegram
45 Stützkondensator 45 backup capacitor
46 erste Diode 46 first diode
47 zweite Diode 47 second diode
48 konstante Referenzstromquelfe 48 constant reference current source
49 Spannungsteiler 49 voltage divider
50 AD-Wandler 50 AD converters
51 Datenregister 51 data registers
52 erstes Schwellwertregister52 first threshold register
53 zweites Schwellwertregister53 second threshold register
54 Logikschalter 54 logic switch
55 Vergleicher 55 comparators
56 Entprellftlter 56 entrusted
57 Anschluss 57 connection
58 Anschluss 58 connection
59 Rückkopplungs-Signalleitung 59 feedback signal line
60 Signal leitung
61 Versorgungsabgrifr an Kurzschlussleitung60 signal line 61 supply disconnection on short-circuit line
62 Signaileitung 62 signal line
63 AD-Wandler 63 AD converters
64 AD-Wandler 64 AD converters
65 Schutzwiderstand 65 protective resistor
66 erstes Fenster 66 first window
67 zweites Fenster 67 second window
69 Verpoischutzdiode 69 Verpoischutzdiode
70 Befehlsdekoder 70 command decoder
71 Statusregister/Datenregister 71 status register / data register
72 Sender 72 stations
73 zweiter Optokoppler 73 second optocoupler
74 zweiter Sendetransistor 74 second transmit transistor
75 erster Sendetransistor 75 first transmitting transistor
76 Sender der Leitstelle 76 transmitters of the control center
77 Sendepfad 77 transmission path
78 Empfangspfad 78 reception path
79 Spannungsquelle 79 Voltage source
80 Empfangstelegramm 80 receive telegram
81 zweiter Schmitttrigger 81 second Schmitt trigger
82 Empfänger der Leitstelle 82 receiver of the control center
83 Stromquelle 83 power source
84 Signalleitung zum Mehrfach-ODER-Glied 90 Modulelektroniksteuerung 84 Signal line to the multiple OR gate 90 Module electronics control
91 oduielektronikversorgungsleitung91 oduel electronics supply line
92 Ansteuerlogik 92 control logic
93 Abschaltverzögerungselektronik 93 Shutdown delay electronics
94 Abschaltstrombegrenzungselektronik (A) erstes Schlüsselwort 94 Shutdown current limiting electronics (A) first keyword
(B) zweites Schlüsselwort (B) second keyword
U aktuelle Spannung U current voltage
U1 erster Spannungsschwellwert
U2 zweiter SpannungsschweilwertU1 first voltage threshold U2 second voltage threshold
I aktuelle Stromstärke I current current
II erster Stromstärkeschwellwert 12 zweiter Stromstärkeschweilwert T aktuelle Temperatur II first current threshold 12 second current threshold T current temperature
T1 erster Temperaturschwellwert T2 zweiter TemperaturschweHwert tee erste Fensterzeitdauer T1 first temperature threshold T2 second temperature threshold tea first window period
te7 zweite Fensterzeitdauer te7 second window duration
Uref konstante Referenzspannungsquelle Iref konstante Referenzstromquelle
Uref constant reference voltage source Iref constant reference current source
Claims
Patentansprüche claims
1. Photovoltaikgenerator (40) mit Schaltungsanlage (1) zum Schutz von Photo- voltaikmodulen (2), die über zumindest eine Generatorstrangleitung (6), einen Generatoranschlusskasten (42) und ein Gleichstromnetz (22) in der Reihenfolge an einen Wechselrichter (41) angeschlossen und über jeweils eine Modulelektronik (3) mit der Generatorstrangleitung (6) des Photovoltaikgenera- tors (40) verbunden sind, 1. Photovoltaic generator (40) with a circuit system (1) for protecting photovoltaic modules (2), which via at least one generator line (6), a generator terminal box (42) and a DC power supply (22) in the order to an inverter (41) connected and in each case via a module electronics (3) with the generator line line (6) of the photovoltaic generator (40) are connected,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Schaltungsanlage (1) je Photovoitaikmodul (2) eine dem Photovol- taikmodu) (2) zugehörige Modulelektronik (3) und eine allen Photovoltaikmo- dulen (2) zugeordnete Leitstelle (14, 141) aulweist, die signaltechnisch mit den einzelnen Modulelektroniken (3) in Verbindung steht, wobei zumindest folgende Baugruppen für die Modulelektronik (3) vorgesehen sind: in that the circuit installation (1) has a module electronics (3) associated with the photovoltaic module (2) for each photovoltaic module (2) and a control station (14, 141) assigned to all photovoltaic modules (2), which signalically communicates with the individual module electronics ( 3) is connected, wherein at least the following modules are provided for the module electronics (3):
- ein erstes Schaltelement (7), das in einem Leitungsabschnitt (43) einer Versorgungsstreckenleitung (16) zwischen einem ersten positiven Modulan- schluss (12) des Photovoltaikmoduls (2) und einem ersten positiven Strang- anschluss (4) einer Generatorstrangleitung (6) angeordnet ist, a first switching element (7) which is connected in a line section (43) of a supply line line (16) between a first positive module connection (12) of the photovoltaic module (2) and a first positive line connection (4) of a generator line line (6) is arranged
- ein zweites Schaltelement (8), das in einer Kurzschlussleitung (17) zwischen dem ersten positiven Stranganschluss (4) und einem zweiten negativen - A second switching element (8) in a short-circuit line (17) between the first positive strand connection (4) and a second negative
Stranganschluss (5) der Generatorstrangleitung (6) geschaltet ist, Strand connection (5) of the generator line line (6) is connected,
- eine Modulelektroniksteuerung (90), die - A module electronics control (90), the
- eine Ansteuerelektronik (9), die zumindest eine Ansteuerlogik (92), eine Abschaltverzögerungselektronik (93) und eine Abschaltstrombegren- zungselektronik (94) aufweist, sowie - An electronic control unit (9), the at least one control logic (92), a Ausschaltverzögerungselektronik (93) and a Abschaltstrombegren- zungselektronik (94), and
- eine Versorgungseinheit (29), die sich aus dem Photovoitaikmodul (2) am ersten positiven Modulanschluss (12, 16, 21) und/oder aus dem ersten positiven Stranganschluss (4) der Generatorstrangleitung (6) speist und die Ansteuerelektronik (9) mit Strom versorgt, - A supply unit (29), which feeds from the Photovoitaikmodul (2) at the first positive module connection (12, 16, 21) and / or from the first positive line connection (4) of the generator line line (6) and the control electronics (9) Supplied with electricity,
- mindestens eine Messelektronik (10), die an die Ansteuerelektronik (9) signaltechnisch und an die Versorgungseinheit (29) versorgungstechnisch angeschlossen ist, und
- eine Kommunikationselektronik (11 , 111), die mit der Ansteuerelektronik (9, 91) und mit der außerhalb der Modulelektronik (3) befindlichen Leitstelle {14, 141) signaltechnisch über eine Kommunikationsstrecke (23, 77, 78) verbunden ist und an die Versorgungseinheit (29) versorgungstechnisch angeschlossen ist, - At least one measuring electronics (10), the supply electronics (9) signal technology and the supply unit (29) is connected supply technology, and - Communication electronics (11, 111), which is connected to the control electronics (9, 91) and with the outside of the module electronics (3) located control center {14, 141) signal technology via a communication link (23, 77, 78) and to the Supply unit (29) is connected to supply technology,
umfasst, includes,
wobei die Ansteuerelektronik (9) mit den beiden Schaltelementen (7) und (8) derart in steuernder Verbindung steht, dass über die Ansteuerlogik (90) für jede einzelne Modulelektronik (3) die Schaltzustände Freischaltzustand (38) und Abschaltzustand (39) der Schalter (7, 8) separat einstellbar sind und über die Abschaltverzögerungselektronik (93) der Zeitpunkt des Zustands- wechsel für jede einzelne Modulelektronik (3) separat derart einstellbar ist, dass die einzelnen Modulelektroniken (3) nicht zeitgleich in den Abschaltzustand (39) wechsein, und über die Abschaftstrombegrenzungselektronik (94) der Kurzschlussstrom in der Kurzschlussleitung (17) durch das erste Schaltelement (7) sowohl zeitweise während der Abschaltung als auch dauerhaft bei aktiviertem Kurzschluss einstellbar begrenzt werden kann, wherein the control electronics (9) with the two switching elements (7) and (8) is in control connection in such a way that via the control logic (90) for each module electronics (3) the switching states enable state (38) and shutdown state (39) of the switch (7, 8) are separately adjustable and via the turn-off delay electronics (93) the time of state change for each module electronics (3) is separately adjustable so that the individual module electronics (3) not at the same time in the off state (39), and via the Abschaftstrombegrenzungselektronik (94) of the short-circuit current in the short-circuit line (17) by the first switching element (7) can be limited both temporarily during the shutdown and permanently adjustable with activated short circuit,
wobei die Baugruppen zwischen den Modulanschlüssen (12, 13) zum Photo- voltaikmodul (2) und den Stranganschlüssen (4, 5) zur Generatorstrangleitung (6) geschaltet sind und wobei für die Modulelektronik (3) mit dem steuerbaren ersten Schaltelement (7) und dem steuerbaren zweiten Schaltelement (8) zumindest zwei Betriebszustände für jede einzelne Modufelektronik (3), in Abhängigkeit der Signale der Messelektronik (10) und der Kommunikationselektronik (11), separat einstellbar sind: wherein the modules between the module terminals (12, 13) to the photovoltaic module (2) and the strand connections (4, 5) are connected to the generator line (6) and wherein for the module electronics (3) with the controllable first switching element (7) and the controllable second switching element (8) at least two operating states for each individual Modufelektronik (3), depending on the signals of the measuring electronics (10) and the communication electronics (11), are separately adjustable:
a) entweder einen Freischaltzustand (38) mit Stromtransfer und Zuschaltung des Photovoltaikmoduls (2) in die Generatorstrangleitung (6) a) either an enable state (38) with current transfer and connection of the photovoltaic module (2) in the generator line line (6)
b) oder einen Abschaltezustand (39) mit selbsttätiger elektrisch isolierender Trennung des Photovoltaikmoduls (2) von der Generatorstrangleitung (6) und mit Kurzschluss zwischen den Stranganschlüssen (4) und (5), wobei insbesondere nach erfolgter Abschaltung der aktive Freischaltzustand (38) einer jeden einzelnen Modulelektronik (3) durch die dauerhaft versorgende Versorgungseinheit (29) mittels der aktiven Ansteuerlogik (92) durch Aus-
wertung der Signale der Messelektronik (10) und/oder der Kommunikationselektronik (11) über der Leitsteife (14, 141) ermöglicht wird. b) or a shutdown state (39) with automatic electrical insulation separation of the photovoltaic module (2) from the generator line (6) and with a short circuit between the strand connections (4) and (5), wherein in particular after the shutdown of the active unlocking state (38) each individual module electronics (3) by the permanently supplying supply unit (29) by means of the active drive logic (92) by output evaluation of the signals of the measuring electronics (10) and / or the communication electronics (11) on the Leitsteife (14, 141) is made possible.
2. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , 2. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das erste Schaltelement (7) als galvanisch trennender und/oder elektronisch steuerbarer Schaltkontakt ausgebildet ist und das zweite Schaltelement (8) als elektronisch steuerbarer Halbeiterschalter mit paralleler Verpofschutz- diode (69), gerichtet vom negativen Stranganschluss (5) zum positiven Stranganschluss (4), ausgebildet ist. in that the first switching element (7) is designed as a galvanically isolating and / or electronically controllable switching contact and the second switching element (8) as an electronically controllable semiconductor switch with parallel Verpofschutz- diode (69), directed from the negative strand connection (5) to the positive strand connection (4 ), is trained.
3. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , 3. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Ansteuerelektronik (9) eine Ansteuerlogik (92), eine Abschaltverzö- gerungselektronik (93) und eine Abschaltstrombegrenzungselektronik (94) enthäft, die über eine Mikroelektronikversorgungsleitung (91) von der Versorgungseinheit (29) elektrisch versorgt werden, wobei zur Ansteuerlogik (92) ein Empfänger (30), ein Empfangsregister (31), ein Speicher (32) für die darin gespeicherten Schlüsselwörter (A, B), ein Vergleicher (33), ein Fensterdekoder (34) sowie ein Mehrfach-OOER-Glied (35) gehören, wobei die Abschaltverzö gerungselektronik (93) ein programmierbares Zeitverzögerungsglied darstellt, das mit einen Ausgang (36) des Mehrfach-ODER-Gliedes (35) in Verbindung steht, und wobei die Abschaltstrombegrenzungselektronik (94) zumindest ein Strombegrenzungsglied aufweist, das sich in der Steuerleitung (19) zwischen dem Treiber (37) und dem Schalteingang des zweiten Schaltelementes (8) befindet. in that the control electronics (9) contain a control logic (92), a turn-off delay electronics (93) and a cut-off current limiting electronics (94), which are electrically supplied by the supply unit (29) via a microelectronics supply line (91), wherein the control logic (92) a receiver (30), a receive register (31), a memory (32) for the keywords (A, B) stored therein, a comparator (33), a window decoder (34), and a multiple OOER (35) wherein the Abschaltverzö evaluation electronics (93) represents a programmable time delay element, which is connected to an output (36) of the multi-OR gate (35), and wherein the Abschaltstrombegrenzungselektronik (94) has at least one current limiting element located in the control line (19) between the driver (37) and the switching input of the second switching element (8).
4. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , 4. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die signaltechnische kommunikative Verbindung in Form einer Kommu- nikationsstrecke (23) zwischen der Leitstelle (14, 141) und den jeweiligen Kommunikationselektroniken (1 1 , 111) der Modulelektroniken (3) über eine
drahtlose Funkverbindung oder über ein separates Signalbuskabel oder über die Generatorleitung (6) ausgebildet ist. that the signal-technical communicative connection in the form of a communication path (23) between the control station (14, 141) and the respective communication electronics (1 1, 111) of the module electronics (3) via a wireless radio link or via a separate signal bus cable or via the generator line (6) is formed.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass von der Ansteuerelektronik (9, 91 ) ausgehend zum ersten Schaltelement (7) eine erste Steuerleitung (18) und zum zweiten Schaltelement (8) eine zweite Steuerleitung (19) geführt sind, wobei über die erste Steuerleitung (18) die Schaltsignale zum Trennen und zum Schließen des Leitungsabschnittes (43) der Versorgungsstreckenleitung (16) an das erste Schaltelement (7) und über die zweite Steuerleitung (1 ) die Schaltsignale zum Trennen und Schließen der Kurzschlussleitung (17) an das zweite Schaltelement (8) gesendet werden. that from the control electronics (9, 91) starting from the first switching element (7) a first control line (18) and the second switching element (8) a second control line (19) are guided, wherein via the first control line (18) the switching signals for separating and for closing the line section (43) of the supply line line (16) to the first switching element (7) and via the second control line (1) the switching signals for separating and closing the short-circuit line (17) are sent to the second switching element (8).
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass sich das erste Schaltelement (7) im Leitungsabschnitt (43) der Versor- gungsstreckenfeitung (16) und dort zwischen dem Versorgungsabgriff (21) für die Ansteuerelektronik (9, 91) zur Elektroenergieversorgung der gesamten Modulelektronik (3) und dem ersten Stranganschluss (4) der Kurzschlussleitung (17) befindet. in that the first switching element (7) in the line section (43) of the supply line line (16) and there between the supply tap (21) for the control electronics (9, 91) for the electrical power supply of the entire module electronics (3) and the first strand connection (4 ) of the short-circuit line (17).
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass sich zumindest ein Teil der Baugruppen (7, 8, 9, 10, 11, 32) in einer abgeschlossenen Dose befindet. that at least a part of the assemblies (7, 8, 9, 10, 11, 32) is located in a closed box.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 7, Photovoltaic generator according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Baugruppen (7, 8, 9, 10, 1 1 , 32) sich innerhalb der Dose auf einer Leiterplatte befinden, die wahlweise in der Dose gehaltert eingebracht ist. in that the assemblies (7, 8, 9, 10, 11, 32) are located inside the can on a printed circuit board which is optionally mounted in the can.
Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, Photovoltaic generator according to claim 1, characterized,
dass die Versorgungseinheit (29) aus der Photovoitaikmodulspannung über der Versorgungsstreckenleitung (16) durch einen Spannungsregler eine geregelte Versorgungsspannung für die gesamte Modulelektronik (3) bereitstellt, wobei bei kurzen Spannungseinbrüchen die elektrische Versorgung durch einen Stützkondensator (45) in der Versorgungseinheit (29) aufrechterhalten wird und ein Stromrückfluss aus dem Spannungsregler in das Photovoltaik- modul (2) durch entgegengerichtet geschaltete Dioden (46, 47) blockiert ist. 10. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , that the supply unit (29) from the Photovoitaikmodulspannung over the supply line (16) by a voltage regulator provides a regulated supply voltage for the entire module electronics (3), wherein maintained at short voltage dips, the electrical supply by a backup capacitor (45) in the supply unit (29) and a backflow of current from the voltage regulator into the photovoltaic module (2) is blocked by oppositely connected diodes (46, 47). 10. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die elektrische Versorgungseinheit (29) mit der Versorgungsstreckenleitung (16) zum Photovoltaikmodul (2) und mit der Kurzschlussteitung (17) sowie mit der Masseleitung (20) verbunden ist. the electrical supply unit (29) is connected to the supply line line (16) to the photovoltaic module (2) and to the short-circuit line (17) and to the ground line (20).
11. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , 11. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass durch den Versorgungsabgriff (21) an der Versorgungsstreckenleitung (43) die elektrische Versorgung der Versorgungseinheit (29) und somit der gesamten Modulelektronik (3) bei Netztrennung mittels des offenen ersten Schaftelements (7) auch im Abschaltzustand (39) gewährleistet sind. in that the supply tap (21) on the supply line line (43) ensures the electrical supply of the supply unit (29) and thus of the entire module electronics (3) in the disconnection state (39) in the case of grid separation by means of the open first shaft element (7).
12. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , 12. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in der Kommunikationselektronik (11 , 111) in einem Sendepfad (77) ein erster Optokoppler (24) mit einem Diodensender (25) und einem Phototransistor (26) des ersten Optokopplers (24) als Übertrager der Signale seitens der Leitstelle (14,141) dient, wobei der Phototransistor (26) des ersten Optokopplers (24) von Seiten der Kommunikationselektronik (11 , 111 ) mit einer Versorgungsleitung (27) von der Versorgungseinheit (29) aus mit einen Schmitttrigger (28) aufweisenden Abzweigung verbunden ist. a first optocoupler (24) with a diode transmitter (25) and a phototransistor (26) of the first opto-coupler (24) serves as a transmitter of the signals from the control station (14, 41) in the transmission electronics (11, 111) in a transmission path (77) , wherein the phototransistor (26) of the first optocoupler (24) from the side of the communication electronics (11, 111) with a supply line (27) from the supply unit (29) is connected to a Schmitt trigger (28) having branch.
13. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, 13. Photovoltaic generator according to claim 1, characterized,
dass die Kommunikationselektronik (11 , 1 11) über die Versorgungsleitung (27) mit der elektrischen Versorgungseinheit (29) der Ansteuerelektronik (9, 91) verbunden ist, wobei der mit einer konstanten Referenzstromquelle lref (48) in Verbindung stehende Schmitttrigger (28) der Kommunikationselektro- nik (11 , 1 11) mit einem Empfänger (30) innerhalb der Ansteuerelektronik (9, 91) verbunden ist, dem ein Empfängerregister (31) nachgeordnet ist, das parallel mit einem Speicher (32) für zwei Schlüsselwörter (A) und (B) an einen Vergleicher (33) geschaltet ist, wobei dem Vergleicher (33) wiederum ein Fensterdetektor (34) nachgeschaltet ist, der ausgangsseitig mit einem Mehr- fach-ODER-Glied (35) in Verbindung steht, dessen Ausgang (36) mit dem Speicher (32) für die Schlüsselwörter (A) und (B) über eine Signalleitung (62) und mit einem Treiber (37) verbunden ist. 14. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 13, that communication electronics (11, 1 11) is connected via the supply line (27) to the electrical supply unit (29) of the control electronics (9, 91), said at a constant reference current source l re f (48) in communication Schmitt trigger (28 ) of the communication electronics (11, 11) is connected to a receiver (30) within the control electronics (9, 91), which is followed by a receiver register (31) connected in parallel with a memory (32) for two keywords (A ) and (B) is connected to a comparator (33), the comparator (33) in turn being followed by a window detector (34) whose output is connected to a multiple-OR gate (35) whose output ( 36) is connected to the memory (32) for the keywords (A) and (B) via a signal line (62) and to a driver (37). 14. Photovoltaic generator according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Treiber (37) derart ausgangsseitig ausgebildet ist, dass von ihm aus eine erste Steuerleitung (18) zum ersten Schaltelement (7) und eine zweite Steuerleitung (19) zum zweiten Schaltelement (8) geführt sind. the driver (37) is designed on the output side such that a first control line (18) to the first switching element (7) and a second control line (19) to the second switching element (8) are guided by it.
15. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 1 , 15. Photovoltaic generator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwischen der Leitstelle (141) und der Kommunikationselektrontk (111) als Kommunikationsstrecke (23) ein Sendepfad (77) und ein Empfangspfad (78) vorhanden sind. 6. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 15, a transmission path (77) and a reception path (78) are present between the control station (141) and the communication electron (111) as the communication path (23). 6. Photovoltaic generator according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Rück-Übertragung von Signalen zu den Betnebszuständen seitens der Kommunikationselektronik (111) in Richtung zur Leitstelle (141) vorgesehen ist, wobei sich durch die Einbringung des Empfangspfades (78) in die Kommunikationselektronik (111) auch ein Teil der bisherigen Ansteuerelektronik (9) zur alternativen Ansteuerelektronik (91) ändert.
that a return transmission of signals to the Betnebszuständen by the communication electronics (111) in the direction of the control center (141) is provided, whereby by the introduction of the receiving path (78) in the communication electronics (111) and a part of the previous control electronics (9 ) to the alternative control electronics (91) changes.
17. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 16, 17. Photovoltaic generator according to claim 16,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass im Sendepfad (77) der Ausgangspunkt des Sendetelegramms (44) ein Sender (76) der Leitstelie (141) ist, der mit einem ersten Sendetransistor (75) und einer Spannungsquelle (79) in Verbindung steht, wobei vom ersten Sendetransistor (75) der mit ihm verbundene erste Optokoppler (24) bedient wird, wobei der erste Schmitttrigger (28) der Kommunikationselektronik (11 ) die vom Phototransistor (26) des ersten Optokopplers (24) übernommenen Signa- le des Sendetelegramms (44) an den Empfänger (30) der Ansteuerelektronik (91) weiterleitet. in the transmission path (77), the starting point of the transmission telegram (44) is a transmitter (76) of the control circuit (141), which is in communication with a first transmission transistor (75) and a voltage source (79), whereby the first transmission transistor (75) the first optocoupler (24) connected to it is operated, the first Schmitt trigger (28) of the communication electronics (11) receiving from the phototransistor (26) of the first optocoupler (24) signals of the transmission telegram (44) to the receiver (30 ) of the control electronics (91) passes on.
18. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 16, 18. Photovoltaic generator according to claim 16,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in der Ansteuerelektronik (91) ein dem Empfänger (30) nachgeschalteter Befehlsdekocder (70) die Funktionen des Empfangsregisters (31), des Vergleichers (33), des Fensterdekoders (34) sowie die Funktionen des Speichers (32) für die Schlüsselwörter (A, B) übernimmt, wobei vom Befehlsdekoder (70) eine direkte Verbindung zum Mehrfach-ODER-Glied (35) besteht, wobei der Befehisdekoder (70) zum Aufbau des sendenden, von der Leitstelle (141) aus definierten Empfangspfads (78) mit einem Statusregister/Datenregister (71) verbunden ist, dem ein Sender (72) der Ansteuerelektronik (91) nachgeordnet ist, wobei der Sender (72) der Ansteuerelektronik (91) mit einem Sendetransistor (74) verbunden ist, der signaltechnisch mit dem zweiten Optokoppler (73) in Verbindung steht. in the control electronics (91), a command decoder (70) connected downstream of the receiver (30) has the functions of the reception register (31), the comparator (33), the window decoder (34) and the functions of the memory (32) for the keywords (A , B), wherein the command decoder (70) has a direct connection to the multiple-OR gate (35), wherein the command decoder (70) for establishing the transmitting, from the control center (141) from defined receiving path (78) with a Status register / data register (71) is connected to a transmitter (72) of the control electronics (91) downstream, wherein the transmitter (72) of the control electronics (91) with a transmit transistor (74) is connected, the signal technically with the second optocoupler ( 73).
19. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 18, 19. Photovoltaic generator according to claim 18,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die vom Phototransistor des zweiten Optokopplers (73) in der Kommuni- kationselektronik (91) ausgelösten Signale mit Unterstützung einer Stromquelle (83) einem zweiten Schmitttrigger (81) der Leitstelle (141 ) zugeführt sind, wobei der Schmitttrigger (81) an den mit ihm verbundenen Empfänger (82)
das digitalisierte, einen Betriebszustand definierende Empfangstelegramm (80) übergibt in that the signals triggered by the phototransistor of the second optocoupler (73) in the communication electronics (91) are supplied to a second Schmitt trigger (81) of the control station (141) with the assistance of a current source (83), the Schmitt trigger (81) being connected to the associated receivers (82) the digitized, an operating state defining receive telegram (80) passes
20. Photovoltaikgenerator nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü- che, 20. Photovoltaic generator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass bei einer Kombination zwischen der Ansteuerelektronik (9, 91) und der Messelektronik (101) innerhalb der Modulelektronik (3) zur Behebung eines Gefährdungsfalles beim Auftreten von Unterspannungen (U) die Messelektro- nik (101) einen Spannungsteiler (49) mit einem daran angeschlossenen AD- Wandler (50) enthält, wobei der Spannungsteiler (49) die jeweils Anschlüsse (57, 58) an der Versorgungsleitung (27) und der Masseleitung (20) hat. in the case of a combination between the control electronics (9, 91) and the measuring electronics (101) within the module electronics (3) for eliminating a hazard in the event of undervoltages (U), the measuring electronics (101) have a voltage divider (49) with one thereon connected AD converter (50), wherein the voltage divider (49) has the respective terminals (57, 58) on the supply line (27) and the ground line (20).
21. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 20, 21. Photovoltaic generator according to claim 20,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der AD-Wandler (50) nachfolgend ein Datenregister (51) mit einem Vergleicher (55) aufweist, the AD converter (50) subsequently has a data register (51) with a comparator (55),
wobei parallel zum Datenregister (51) zwei Schwellwertregister (52) und (53) mit einem Schwellwertvergleicher (54) von Schwellwerten (U1, U2) aus den beiden Schwellwertregistern (52, 53) an den Eingang des Vergleichers (55) angeordnet sind, wherein two threshold value registers (52) and (53) with a threshold value comparator (54) of threshold values (U1, U2) from the two threshold value registers (52, 53) are arranged parallel to the data register (51) at the input of the comparator (55),
wobei dem Vergleicher (55) ein Entprellfilter (56) nachgeordnet ist, das aus- gangsseitig über eine Rückkopplungs-Signaileitung (59) mit dem Schwellwertvergleicher (54) und über eine Signalleitung (60) mit dem Mehrfach- ODER-Glied (35) in Verbindung steht, wherein the comparator (55) is followed by a debounce filter (56) arranged on the output side via a feedback signal line (59) to the threshold value comparator (54) and via a signal line (60) to the multiple OR gate (35) in FIG Connection stands,
wobei ein dem Mehrfach-ODER-Glied (35) nachgeordneter Treiber (37) über die beiden Steuerleitungen (18, 19) mit den jeweiligen Schaltelementen (7) und (8) verbunden ist. 22. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 20 und 21 , wherein a multiple OR gate (35) downstream driver (37) via the two control lines (18, 19) with the respective switching elements (7) and (8) is connected. 22. Photovoltaic generator according to claim 20 and 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass entsprechende schaltungstechnische Ausbildungen bezüglich der Schwellwertregister (52, 53) und des Vergleichers (55) auch für erhöhte Temperaturen (T) und für Überströme (I) vorgesehen sind. 23. Photovoltaikgenerator nach Anspruch 22, characterized, that corresponding circuit designs with regard to the threshold value registers (52, 53) and the comparator (55) are also provided for elevated temperatures (T) and for overcurrents (I). 23. Photovoltaic generator according to claim 22,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass bei Kombination der Messelektronik (102) mit der Ansteuerefektronik (9, 91) bei Auftreten von Überstrom (I) in der Masseleitung (20) ein Schutzwiderstand (65) eingeschaltet ist, der mit einem spannungsabgreifenden AD- Wandler (63) zur Übernahme eines Spannungsabfalls am Schutzwiderstand (65) verbunden ist, wobei der AD-Wandler (63) mit dem Datenregister (51) der Ansteuerelektronik (9, 91) verbunden ist. in combination of the measuring electronics (102) with the Ansteuerefektronik (9, 91) in the occurrence of overcurrent (I) in the ground line (20), a protective resistor (65) is turned on, with a Spannungsabgreifenden AD converter (63) for taking over a Voltage drop across the protective resistor (65) is connected, wherein the AD converter (63) with the data register (51) of the control electronics (9, 91) is connected.
24. Photovoitaikgenerator nach Anspruch 22, 24. photovoltaic generator according to claim 22,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass bei der Kombination der Messelektronik (103) mit der Ansteuerelektronik (9, 91) bei Auftreten einer erhöhten Temperatur (T) die Messelektronik (103) einen Thermofühler (15) mit einem angeschlossenen AD-Wandler (64), der mit dem Datenregister (51) der Ansteuerelektronik (9, 91) in Verbindung steht, aufweist. in the case of the combination of the measuring electronics (103) with the control electronics (9, 91) when an elevated temperature (T) occurs, the measuring electronics (103) have a thermo-sensor (15) with a connected AD converter (64) connected to the data register ( 51) of the control electronics (9, 91) is in communication, has.
25. Photovoltaikgenerator nach den Ansprüchen 20 bis 24, 25. Photovoltaic generator according to claims 20 to 24,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Messelektroniken (101, 102, 103) mit den Baugruppen-Schaltungen zur Feststellung der Parameter von Unterspannung (U) und/ oder von Überstrom (I) und/oder von überhöhten Temperaturen (T) in einer Kompakt- Messelektronik (10) enthalten sind, deren jeweilige Verbindungen zur Ansteuerelektronik (9, 91) wie in den parameterbezogenen Messelektroniken (101, 102, 103) ausgebildet sind.
that the measuring electronics (101, 102, 103) with the assembly circuits for detecting the parameters of undervoltage (U) and / or overcurrent (I) and / or of excessive temperatures (T) in a compact measuring electronics (10) included are, whose respective connections to the control electronics (9, 91) as in the parameter-related measuring electronics (101, 102, 103) are formed.
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