Verfahren zur Abschaltung einer Photovoltaikanlage sowie Photovoltaikanlage
BE S C H RE I B U N G
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschaltung einer Photovoltaikanlage in einer Notfallsituation sowie eine Photovoltaikanlage, die über eine entsprechende Abschalteinrichtung verfügt.
Technologischer Hintergrund
Photovoltaikanlagen befinden sich üblicherweise auf den Dächern von Wohn- und Industriegebäuden. Im Falle eines Brandes wird von der Feuerwehr üblicherweise Löschwasser eingesetzt, was bei einer aktiven Photovoltaikanlage zu Personenschäden führen kann. Der Löschwasserstrahl wirkt nämlich wie ein Abieiter des durch die Photovoltaikanlage generierten Stroms. Infolgedessen ist man bestrebt, in einer solchen Notfallsituation eine möglichst rasche Abschaltung der Photovol- taikanlage vorzunehmen.
Nächstliegender Stand der Technik Aus der DE 10 2005 018 173 AI ist ein Verfahren zur Abschaltung von Photovoltaikanlagen in einer Notsituation bekannt. Hierzu ist ein Notschalter in der elektrischen Verbindungsleitung zwischen dem Gleichrichter und den einzelnen Strings der Photovoltaikmodule vorgesehen, welcher über eine Schalteinrichtung ansteuerbar ist. Das Ansteuersignal wird über eine mit der Schalteinrichtung in Verbin- dung stehenden Steuerleitung angelegt. Der elektrische Stromkreis wird infolgedessen unmittelbar vor dem Wechselrichter unterbrochen. Gleichwohl befindet
sich auf den einzelnen Photovoltaikmodulen eine elektrische Ladung, die über einen Löschwasserstrahl abfließen kann.
Aus der DE 10 2005 012 213 AI ist eine Anschlussschaltung zum elektrischen Anschluss von Solarzellen eines Solarzellenmoduls bekannt, bei dem die Anschlussschaltung als Schutzeinrichtung eine gesteuerte elektronische Schaltanordnung aufweist. Diese ist derart ausgelegt, dass sie im Falle einer abgeschalteten Solarzelle als Strom-Bypass für die abgeschaltete Solarzelle wirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Abschaltung einer Photovoltaikanlage sowie eine entsprechende Photovoltaikanlage zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Sicherheit für die Feuerwehrkräfte im Einsatz bei vergleichsweise einfachen technischen Mitteln bietet.
Lösung der Aufgabe
Die vorstehende Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Abschaltsignal über die elektrischen Leitungsmittel zu den einzelnen Photovoltaikmodulen des Strangs geleitet wird, das Abschaltsignal am jeweiligen Photo voltaikmodul detektiert wird und über eine am jeweiligen Photo vol- taikmodul angeordnete Schalteinrichtung das jeweilige Photovoltaikmodul abgeschaltet wird. Das Abschalten der einzelnen Photovoltaikmodule bewirkt, dass kein Strom mehr aus der Anschlussdose des jeweiligen Photovoltaikmoduls in die Verbindungsleitungen der Photovoltaikmodule fließen kann. Sofern überhaupt
noch ein Strom abfließt, handelt es sich um unschädliche Mengen. Daraus resultiert eine erhebliche Steigerung der Sicherheit für Feuerwehrleute beim Löschen.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, erfolgt das Abschalten durch eine Unterbrechung der elektrischen Leitungsmittel am Photovoltaikmodul, vorzugsweise in der Anschlussdose (Junctionbox) derselben. Ein Stromfluss aus der Anschlussdose heraus in die Verkabelung des Strings wird damit verhindert. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Kurzschluss im Bereich des jeweiligen Photovoltaikmoduls erzeugt und hierdurch ein Stromfluss verhindert.
Vorzugsweise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren sämtliche Photo- voltaikmodule mittels des Abschaltsignals abgeschaltet.
Als Abschaltsignal wird zweckmäßigerweise ein, vorzugsweise moduliertes, Spannungssignal oder Stromsignal verwendet. Die Form des Abschaltsignals kann verschiedenartig sein, solange sichergestellt ist, dass das Abschaltsignal von ande- ren im Bereich des Photovoltaikmoduls auftretenden Spannungssignalen unterscheidbar ist. Beispielsweise kann es sich beim dem Abschaltsignal um Spannungsimpulse mit höherer Frequenz handeln.
Im Falle einer Statusparameterfeststellung des jeweiligen Photovoltaikmoduls durch eine den jeweiligen Photovoltaikmodul zugeordnete Prüfschaltung kann das Abschaltsignal als weiteres, von der Prüfschaltung erfassbares Signal detektiert werden. Hierdurch ist es möglich, eine vorhandene Installation durch eine Subrou-
tine des die Prüfschaltung steuernden Microcontrollers hinsichtlich der erwünschten Funktionalität zu erweitern.
Zur Erzeugung des Abschaltsignals ist es möglich, dieses über einen externen Signalgenerator, welcher auf die elektrischen Leitungsmittel aufgeschaltet ist, zu erzeugen. Dies ist möglich, da das Abschaltsignal an jeder beliebigen Stelle in die elektrischen Leirungsmittel eingespeist werden kann. Der vorstehende Fall ist zweckmäßig, wenn die Einspeisung an einer von der Lage des Wechselrichters unabhängigen Position erfolgen soll.
Ein solcher Signalgenerator kann insbesondere eine Last, vorzugsweise eine Spannung in Form einer getakteten Amplitudenfolge in die elektrischen Leitungsmittel als moduliertes Signal einspeisen. Alternativ kann der Wechselrichter selbst ebenfalls ein solches Abschaltsignal erzeugen, indem die Steuerung der Strom-/Spannungscharakteristik (MPP- tracking) am Wechselrichter für die Erzeugung des Abschaltsignals ausgenutzt wird. Hierbei erzeugt der Wechselrichter ein für die Steuerung der Strom-/ Spannungscharakteristik unplausibles Signal. Diese alternative Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sie in einfacher Weise über eine zusätzliche Softwareroutine der Microcontrollersteuerung erzielt werden kann.
Dadurch, dass die Prüfeinrichtung des jeweiligen Photo voltaikmoduls eine Prüfschaltung für die Statusfeststellung aufweist, die gleichzeitig als Einrichtung zum Empfang des Abschaltsignals dient, kann die Notfallabschaltung als zusätzliche Funktionalität der Prüfeinrichtung implementiert werden, was die Konstruktion vereinfacht und die Kosten reduziert.
Gleiches gilt, wenn die Steuerung des Wechselrichters über eine Steuerungssoft- ware für die Strom-/Spannungscharakteristik (MPP-Tracking) verfügt und eine Subroutine dieser Software für die Erzeugung des Abschaltsignals vorgesehen ist. Alternativ kann ein separater Signalgenerator ein Abschaltsignal an jeder beliebigen Stelle der elektrischen Leitungsmittel in diese einspeisen.
Der Signalgenerator umfasst beispielsweise ein Lastglied, z.B. einen Kondensator sowie ein aktives Element, wie z.B. einen Transistor, welcher beispielsweise eine Spannung, in der gewünschten modulierten Signalform in die elektrischen Leitungsmittel einspeist. Alternativ kann auch ein moduliertes Stromsignal als Abschaltsignalsignal vorgesehen sein.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Photovoltaikelement zur Ver- wendung in einer Photovoltaikanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 14.
Die vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren eine Photovoltaikanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8, welche eine Einrichtung zur Erzeugung eines für die Photovoltaikmodule gemeinsamen Abschaltsignals aufweist und jedem der Photovoltaikmodule eine Schalteinrichtung zugeordnet ist, mittels der das jeweilige Photovoltaikmodul abschaltbar ist.
Die Schaltungseinrichtung kann zweckmäßigerweise ein Schalter sein, der die elektrischen Leitungsmittel vorzugsweise innerhalb der Anschlussdose des Photo- voltaikmoduls unterbricht.
Alternativ kann es sich um eine Schaltungseinrichtung in Form eines Kurzschlussschalters handeln.
Beschreibung der Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen
Zweckmäßige Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Photo voltaikanlage,
Fig. 2 eine stark vereinfachte schematische Prinzipschaltskizze eines Photo- voltaikmoduls gemäß der Anlage nach Fig. 1 Fig. 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellungsweise von Datenblöcken zur Übertragung an die Auswerteinheit,
Fig. 4 eine stark vereinfachte Prinzipschaltbilddarstellung zur Gewährleistung einer Diebstahlsüberwachung,
Fig. 5 eine stark vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der Erfindung unter Verwendung eines Unterbrecherschalters (Fig. 5A) sowie einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung unter Verwendung eines Kurzschlussschalters (Fig. 5B),
Fig. 6 eine Darstellung des MPP Punktes im Rahmen des sogenannten MPP
Trackings sowie
Fig. 7 eine stark vereinfach schematische Darstellung eines Beispiels eines Signalgenerators zur Erzeugung des Abschaltsignals.
Figur 1 zeigt eine Photovoltaikanlage 20 zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie. Die Photovoltaikanlage umfasst eine Vielzahl von Photovol- taikmodulen 1, 2, die untereinander über herkömmliche elektrische Leitungsmittel 3 bzw. 4 in Form einer Reihe (Reihenschaltung) verbunden sind. Die aus der Darstellung nach Figur 1 ersichtliche Anordnung umfasst insgesamt zwei Reihen von Photovoltaikmodulen, wobei die Photovoltaikmodule 1, 2 über die elektri- sehen Leitungsmittel 3 die weiteren, in Figur 1 dargestellten Photovoltaikmodule über die elektrischen Leitungsmittel 4 untereinander verbunden sind. In Figur 1 ist es angedeutet, dass auch noch weitere Reihenschaltungen von Photovoltaikmodulen denkbar sind. Die elektrischen Leitungsmittel 3 und 4 dienen dazu, den durch die Vielzahl von Photozellen 9 des jeweiligen Photovoltaikmoduls z.B. 1 oder 2 erzeugten Strom einem (jeweils nicht dargestellten) Verbraucher, Speicher oder dergleichen zuzuleiten. Jedem Photovoltaikmodul z.B. 1 oder 2 ist eine Prüfeinrichtung 12 bzw. 13 zugeordnet. Diese Prüfeinrichtung 12, 13 befindet sich zweckmäßigerweise in der so genannten Verbindungsbox (Junction Box) 14, 15, welche das Photovoltaikmodul mit dem elektrischen Leitungsmittel 3 bzw. 4 verbindet. Mit dem jeweiligen Photovoltaikmodul z.B. 1 oder 2 der Photovoltaikanlage 20 steht eine zentrale Auswerteeinheit 10 über die betreffenden elektrischen Leitungsmittel z.B. 3 oder 4 in Verbindung. Die Auswerteeinheit 10 ist dazu vorgesehen, Informationen zum Status (z.B. Spannung, Temperatur und/oder Strom-
stärke etc.) von den einzelnen Photovoltaikmodulen z.B. 1 bzw. 2 zu empfangen, auszuwerten und notfalls gegebene Maßnahmen (Austausch von Photozellen oder Photovoltaikmodulen, Zuschnitt von abschattenden Bepflanzungen, Reinigung der Oberflächen, Beseitigung von Sturmschäden an Leitungen etc.) einzuleiten.
Die Auswerteeinheit besitzt unterschiedliche Schnittstellen 16, 17, 18, 19 zur Verbindung der Auswerteeinheit 10 mit den gewünschten Datenausgabe- bzw. Datenübertragungseinrichtungen wie z.B. einem Com-Port 21, einer optischen Schnittstelle 22, einem Internetanschluss 23 und/oder einem GSM-Anschluss 24.
Zum Betrieb der Auswerteeinheit 10 ist eine Energiequelle 25 vorgesehen. Mittels einer Schalteinrichtung 26 ist es möglich, die Auswerteeinheit 10 auf die jeweilige Reihe der einzelnen Photovoltaikmodule z.B. 1 bzw. 2 aufzuschalten. Die Auswerteeinheit 10 weist Eingänge (Spannungseingang 27), (Dateneingang 28) sowie (Stromsignaleingang 29) auf. Die vorgenannten Eingänge 27 bis 29 stehen mit den elektrischen Leitungsmitteln 3 in Verbindung.
Die Energie für den Betrieb der Prüfeinrichtung 12, 13 wird erfindungsgemäß direkt in Form der elektrischen Energie aus den Photovoltaikmodulen 1, 2 zur Verfügung gestellt. Es ist daher im Bereich der Photovoltaikmodule keine zusätzliche Energiequelle oder eine zusätzliche Versorgungs Verkabelung notwendig. Vielmehr kann die bereits vorhandene Standardverdrahtung bzw. -Verkabelung verwendet werden.
Allerdings steht, sofern kein Sonnenlicht vorhanden ist, auch keine Leistung für die Prüfeinrichtung 12, 13 zur Verfügung. Dies ist jedoch akzeptierbar, da die
Feststellung der Statusparameter des jeweiligen Photo voltaikmoduls in einer Zeit, wenn Sonnenlicht zur Verfügung steht, genügt.
Figur 2 zeigt die vereinfachte Prinzipschaltung zur Feststellung mindestens eines Statusparameters des jeweiligen Photovoltaikmoduls, z.B. des in Figur 2 dargestellten Photovoltaikmoduls 1. Der Einfachheit halber ist in Figur 2 lediglich eine Photozelle 9 wiedergegeben, wobei in Wirklichkeit eine Mehrzahl von Photozellen 9 einer in Figur 2 dargestellten Schaltung zugeordnet sind. Wie aus Figur 2 ersichtlich, wird bei Einstrahlung von Photonen 30 innerhalb der Photozelle 9 ein Strom I erzeugt, welcher in die elektrische Leitung 3 eingespeist wird.
Die Prüfeinrichtung 12 bzw. 13 umfasst des Weiteren einen Microcontroller 5, der mit einem eigenen (nicht dargestellten) Generator sowie einer eigenen Steuersoftware versehen die nötigen Operationen durchführen kann. Der Microcontrol- 1er 5 umfasst Mittel zur Statusparameterfeststellung, wie z.B. eine Einrichtung zur Erfassung der elektrischen Spannung. Die Prüfeinrichtung 12 bzw. 13 beinhaltet Mittel zur Erzeugung von Stromimpulsen, die als Daten am Ende der elektrischen Leitungsmittel 3 auslesbar sind. Hierzu weist die Prüfeinrichtung 12 eine Shunt- Schaltung auf, die einen Widerstand 33 sowie einen Transistor 32, der vom Mic- rocontroller 5 angesteuert wird, auf. Mit dieser Schaltung wird im elektrischen Leitungsmittel 3 ein Stromabfallimpuls erzeugt.
In dem Microcontroller 5 wird eine Binärcode-Struktur unter Zuhilfenahme eines geeigneten Musters in eine besondere Abfolge entsprechender Stromabfallimpulse umgewandelt.
Die Verwendung des Shunts ermöglicht die Erzeugung eines Datensignals durch Strommodulation. Es werden mittels des Microcontrollers 5 in Zusammenhang
mit dem Shunt Stromimpulse als Datenelemente erzeugt und in die elektrischen Leitungsmittel 3 zur Übermittlung der Daten eingespeist.
Zusätzlich mit den zu übermittelnden Statusdaten wird auch die individuelle Seriennummer des Photovoltaikmoduls 1 bzw. 2 sowie Plausibilitätsdaten auf diese Weise kodiert und in die elektrischen Leitungsmittel eingespeist.
Der Microcontroller 5 generiert aus einer binären Bitsequenz entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsmöglichkeit Stromimpulse, die in die elektrischen Leitungsmittel 3 eingespeist werden. Wie aus Figur 3 ersichtlich, umfasst ein Datenblock, z.B. der Datenblock 7, Datenelemente 1 1 , die das jeweilige Photovol- taikmodul z.B. 1 identifizieren, Datenelemente 31 betreffend die jeweiligen Statusdaten des zugehörigen Photovoltaikmoduls wie z.B. Spannung etc. sowie Datenelemente 6, die Plausibilitätsdaten beinhalten. Die Erzeugung sowie Übermittlung dieser Daten erfolgt in Form von Impulsen in Zeitfenstern (Frames). Die Puls- oder Bitsequenz innerhalb eines solchen Zeitfensters bzw. Datenelements 1 1 oder 31 wird in einer pseudo-zufälligen Art erzeugt, um eine geringere elektromagnetische Induktion (EMI) zu begründen und hierdurch das Rauschen zu begrenzen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein„reguläres" Bit durch eine vom Microcontroller zu erzeugende Bitsequenz also mehrere Bits ersetzt wird, wobei diese Sequenz von der Auswerteeinheit wiederum ausgelesen werden kann. Die Reihenfolge der Bits dieser Bitsequenz kann beispielsweise auf pseudo-zufällige Art erzeugt werden. Die Reihenfolge einer pseudozufälligen Zahl ist die Reihenfolge von den Zahlen, die durch irgendeinen definierten arithmetischen Prozess berechnet werden kann und dies für die Auslesung genutzt werden kann.
Es handelt sich um eine unidirektionale Datenübertragung. Die Photovoltaikmo- dule einer Photovoltaikanlage 20 übermitteln ihre Datenblöcke z.B. 7 unabhängig voneinander, so dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision von Datenblöcken innerhalb der elektrischen Leitungsmittel 3 bzw. 4, die die einzelnen Photovol- taikmodule z.B. 1 oder 2 untereinander verbinden, größer 0 ist. Die vorgenannte unabhängige Übermittlung der Datenblöcke 7, 8 bedeutet, dass die Übermittlung der Datensätze von dem einem Photovoltaikmodul über die elektrischen Leitungsmittel 3 bzw. 4 keine Rücksicht darauf nimmt, ob nicht auch gleichzeitig ein anderes oder mehrere andere Photovoltaikmodule seine Datenblöcke übermittelt. Es wird keine Adressierung der einzelnen Photovoltaikmodule aus der Richtung der Auswerteeinheit 10 vorgenommen. Der Microcontroller 5 erfährt keine Adressierung von Seiten der Auswerteeinheit, er ist vielmehr autark.
Jeder Microcontroller 5 wartet eine, insbesondere zufällig zu generierende, Ver- zögerungszeit Tw, bis ein Datenblock 7, 8 in die elektrischen Leitungsmittel 3 eingespeist wird (vgl. Fig. 3). Die mittlere zufällige Verzögerungszeit ÄTW folgende Bedingung erfüllt
ATW > N - TD / ACR wobei N die Anzahl der Photovoltaikmodule in der Reihe darstellt, TQ die Zeit ist, die für die Übertragung eines Datenblocks notwendig ist und ACR die mittlere Fehlerrate aufgrund der Kollision von Datenblöcken darstellt. Die mittlere Fehler- rate ACR liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10" bis 10" , vorzugsweise 10" bis 10" . Bei einem Wert von zum Beispiel 10" gibt es eine Kollision bei 1000 Datenblöcken.
Die Dauer der Übertragung eines Datenblocks 1 1 oder 12 beträgt beispielsweise ca. 2 ms. Wird von einer durchschnittlichen Übertragungsrate der Datenblöcke von 15 Sekunden bei einer Anzahl von 8 Photovoltaikmodulen in einer Reihe ausgegangen, so geht lediglich ein Datenblock von tausend Datenblöcken durch Kollision verloren.
Anhand der Plausibilitätsdaten besteht die Möglichkeit, dass die Auswerteeinheit 10 im Falle einer Kollision von Datenblöcken 7, 8, bei der die Datenblöcke verändert werden, diese veränderten, d.h. defekten Datenblöcke selektiv ausson- dem.
Als Microcontroller 5 einen herkömmlichen 8-Bit-Microcontroller mit Timer- Funktion (z.B. SOIC20, 8 Bit/8ch ADC) zum Einsatz kommen. Die über die elektrischen Leitungsmittel übertragenen Datenblöcke werden in der Auswerteeinheit 10 eingelesen, und zwar zum einen die Datenelemente 1 1 betreffend die Identifizierung des konkreten Photovoltaikmoduls sowie die Datenelemente 31 betreffend die Statusparameter des jeweiligen Photovoltaikmoduls wie z.B. der gemessene Strom. Das Auslesen dieser Daten erfolgt in der Auswerteein- heit 10 z.B. über den Einsatz eines Shunt- Widerstands, der lediglich phasenweise aufgeschaltet wird.
Figur 4 zeigt die Anordnung mehrerer Photovoltaikmodule in einer Reihe, wobei die Spannung, die durch eine Photovoltaikmodulreihe erzeugt wird, gemessen wird. Die Summe aller von den einzelnen Prüfeinrichtungen 1 1 , 12 ausgelesenen Spannungen sollte der durch die Auswerteeinheit 10 tatsächlich gemessenen Spannung entsprechen. Dies ermöglicht es, die Energie der Einrichtung auf direktem Wege zu ermitteln. Darüber hinaus kann eine Diebstahlsicherung realisiert
werden, wenn die Prüfeinrichtungen 1 1, 12 wegen unzureichender Sonnenaktivität nicht in Betrieb sind. Aufgrund dieser Technologie liegt die innere Kapazität Cpv um einige Grade höher als die Kapazität der Schutzdiode Cp in der Verbindungsbox 14 bzw. 15 (Junction Box). Die Kapazität von N-Photovoltaikmodulen entlang einer Reihe beträgt Cs = N x (Cpv + Cp). Für den Fall, dass ein oder mehrere Photovoltaikmodule entkoppelt werden, wird der Wert Cs wesentlich kleiner als Cp, so dass daraus eine Information für einen Diebstahl oder eine entsprechende Situation gegeben ist. Die Auswerteeinheit 10 ist dazu vorgesehen, auf verschiedenste Art und Weise Daten zur Verfügung zu stellen, wie das bereits eingangs beschrieben worden ist.
Die Darstellung gemäß Fig. 5A zeigt eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zur Ermöglichung einer Abschaltung der Photovoltaikanlage 100 in einer Notfallsituation. Mit der Bezugsziffer 43 ist ein Strang einer Mehrzahl von in Reihe geschalteter Photovoltaikmodulen 40, 41 ... bezeichnet. Der Strang 43 kann eine unterschiedliche Anzahl von Photovoltaikmodulen umfassen, was durch die gestrichelte Linie in Fig. 5A dargestellt ist. Wie aus Fig. 5A ersichtlich, ist jedem Photovoltaikmodul 40, 41 etc. eine Schalteinrichtung in Form eines Schal- ters 61 zugeordnet. Der Schalter 61 liegt in Reihe der elektrischen Leitungsmittel 42, welche in Fig. 5A den Plusausgang des Photovoltaikmoduls 40 mit dem Minuseingang des benachbarten Photovoltaikmoduls 41 verbinden. Der Schalter 61 befindet sich vorzugsweise der Verbindungsbox 47 (Junctionbox) und wird von der Prüfeinrichtung 45, d.h. dem dort befindlichen MikroController 5 des jeweili- gen Photovoltaikmoduls 40 bzw. 41 angesteuert.
Um die Ansteuerung des jeweiligen Schalters 61 auszulösen, wird ein einziges Abschaltsignal generiert und in die elektrischen Leitungsmittel 42 des Strangs 43
der einzelnen Photo voltaikmodule 40, 41 eingespeist. Hierbei kann es sich um ein moduliertes Spannungssignal handeln, welches an einer geeigneten Stelle in die Reihenschaltung der Photo voltaikmodule 40, 41 eingespeist wird. Die elektrischen Leitungsmittel 42 des Strangs 43 stehen mit einer Empfangsschaltung 49 (PVMS Board) eines jeweiligen Strings in Kontakt. Im Rahmen der Empfangsschaltung 49 werden einzelne unidirektional von den jeweiligen Photo voltaikmo- dulen 40, 41 übermittelte Statusdaten (vgl. die Übertragungsart gemäß der Ausführungen zu Fig. 1 - 4) ausgelesen, beispielsweise über einen Frequenzfilter 55 und der Auswerteeinheit 10 (PVMS Server, vgl. Fig. 1) zugeleitet und dort wei- terverarbeitet. Der Empfangsschaltung 49 ist ein Wechselrichter 44 zugeordnet, welcher dazu dient, die an der Empfangsschaltung 49 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung zu transformieren.
In der Verbindungsbox 47 befindet sich die Prüfeinrichtung 45, die der Prüfein- richtung gemäß Fig. 2 entspricht und über einen Microcontroller 5 verfügt.
Die in Fig. 5B dargestellte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der in Fig. 5A dargestellten Ausgestaltung dadurch, dass anstelle des Schalters 61 zur Unterbrechung der elektrischen Leitungsmittel 42 ein Kurz- Schlussschalter 62 vorgesehen ist, der den Ein- und Ausgang des Potentials der Photozellen des jeweiligen Photo voltaikmoduls 40, 41 kurzschließt. Die Ansteue- rung dieses Kurzschlussschalters 62 über ein Abschaltsignal ist die gleiche wie in Fig. 5A. Fig. 6 zeigt das Stromstärke-/Spannungsdiagramm für den Betrieb von Photovol- taikmodulen. Bei einem bestimmten Verhältnis von Stromstärke A zu Spannung V ist die durch die Photovoltaikmodule erzeugte elektrische Leistung W am größten (Spitze der Kurve W in Fig. 6). Dies entspricht dem sogenannten MPP-Punkt
(Maximum Power Point - Punkt). Der Gleichrichter 44 der Empfangsschaltung 49 des Strangs 43 verfügt über eine Steuerungselektronik zur Gewährleistung des sogenannten MPP-Trackings oder der MPP-Regelung. Die Aufgabe des MPP- Trackings oder der MPP-Regelung besteht darin, den Wechselrichter 44 auf stän- dig wechselnde Umweltbedingungen anzupassen und so immer das Maximum der möglichen Leistung zu erzeugen. Der Regler bzw. die Steuerung des Wechselrichters 44 stellt einen bestimmten Spannungssollwert ein und misst die ins Netz eingespeiste Leistung. Anschließend wird dieser Sollwert leicht ins Plus oder Minus verändert. Wenn die daraufhin eingespeiste„neue" Leistung, die nach der leichten Veränderung der Eingangsspannung gemessen wird, größer ist als die vorhergehende gemessene, dann wird in einem nächsten Schritt die Spannung in die gleiche Richtung verändert wie im vorhergehenden Schritt. Ist die Leistung kleiner geworden, wird die Richtung der Veränderung umgekehrt. Diese Regelung ist softwaregesteuert.
Die softwaregesteuerte Regelung des MPP-Trackings oder der MPP-Regelung wird nun erfindungsgemäß dazu benutzt, das Abschaltsignal unmittelbar durch den Wechselrichter 44 zu erzeugen, beispielsweise in Form eines Spannungsmusters, das von der Prüfeinrichtung 45 erkannt wird, so dass diese den Schalter 61 bzw. Kurzschlussschalter 62 betätigt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass nur eine Veränderung der MPP-Software des Wechselrichters 44 nötig ist, wodurch man eine sehr kostengünstige Lösung zur Notabschaltung erhält.
Alternativ kann das Abschaltsignal auch durch einen zusätzlich vorgesehenen Signalgenerator 70, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, erzeugt werden. Der Signalgenerator 70 umfasst ein Lastglied 52, beispielsweise in Form eines Kondensators, mit dem eine Last z.B. Spannung generierbar ist. Das Lastglied 52 steht mit einem aktiven Element, beispielsweise in Form eines Leistungstransistors 51 in Verbin-
dung, welcher ein moduliertes Signal, z.B. eine Folge aus mehreren Spannungsrechteckimpulsen 50, erzeugt und in das elektrische Leitungsmittel 42 einspeist. Dieses Spannungssignal durchläuft die elektrischen Leitungsmittel 42, die die einzelnen Photovoltaikmodule 40, 41 miteinander verbinden und wird von jedem einzelnen Photo voltaikmodul 40, 41 empfangen. Aufgrund der Form des Spannungssignals wird dieses nicht als Signal für einen Statusparameter des jeweiligen Photo voltaikmoduls 40, 41 sondern als Abschaltsignal interpretiert.
Die Darstellung der in Reihe geschalteten Photovoltaikmodule in Fig. 7 ist verein- facht. Die Merkmale, wie sie aus den Fig. 1, 2 sowie 5 erkennbar sind, sind der Übersichtlichkeit halber in Fig. 7 weggelassen worden. Nach Empfang des Abschaltsignals 50 durch die einzelnen Photovoltaikmodule 40, 41 werden sämtliche Photovoltaikmodule durch Betätigung des Schalters 61 bzw. 62 abgeschaltet. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch Teilkombinationen von Merkmalen der beschriebenen Ausführungsform als erfindungswesentlich beansprucht sind.
BE ZU G S ZE ICHEN LI STE
1 Photovoltaikmodul
2 Photovoltaikmodul
3 elektrische Leitungsmittel
4 elektrische Leitungsmittel
5 Microcontroller
6 Datenelement
7 Datenblock
8 Datenblock
9 Photozelle
10 Auswerteeinheit
1 1 Datenelement
12 Prüfeinrichtung
13 Prüfeinrichtung
14 Verbindungsbox
15 Verbindungsbox
16 Schnittstelle
17 Schnittstelle
18 Schnittstelle
19 Schnittstelle
20 Photovoltaikanlage
21 Com-Port
22 optische Schnittstelle
23 Internetanschluss
24 GSM-Anschluss
25 Energiequelle
26 Schaltmittel
27 Spannungseingang
28 Dateneingang
29 Stromsignaleingang
30 Photonen
31 Datenelement
32 Diode
33 Widerstand
40 Photovoltaikmodul
41 Photovoltaikmodul
42 elektrische Leitungsmittel
43 Strang
44 Wechselrichter
45 Verbindungsbox
46 Spannungssignal
47 Verbindungsbox
48 Verbindungsbox
49 Empfangsschaltung/String
50 Abschaltsignal
51 Lei stungstransi stor
52 Lastglied
53 Unterbrecherglied
54 Empfangseinheit für Statussignale
55 Frequenzfilter
61 Schalter
62 Kurzschlussschalter
70 Signalgenerator
100 Photovoltaikanlage