WO2012100815A1 - Regulation method for a photovoltaic system and photovoltaic system - Google Patents

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WO2012100815A1
WO2012100815A1 PCT/EP2011/050912 EP2011050912W WO2012100815A1 WO 2012100815 A1 WO2012100815 A1 WO 2012100815A1 EP 2011050912 W EP2011050912 W EP 2011050912W WO 2012100815 A1 WO2012100815 A1 WO 2012100815A1
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Gerhard Schott
Jens Weidauer
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Definitions

  • the invention relates to a control method for a photovoltaic system with a photovoltaic array, at its voltage output ⁇ a step-up converter is connected, comprising a coil, a series-connected freewheeling diode connected behind the freewheeling diode charging capacitor as energy storage for summing an output voltage and a semiconductor switch by which the coil is switchable to ground, wherein the output voltage of the boost converter is regulated to values which are equal to or greater than the value of the voltage at the voltage output of the photovoltaic array. Furthermore, the invention relates to a corresponding photovoltaic system with said control method.
  • control method of a photovoltaic system can assume values due to the output voltage by the restricted control of the boost actuator ⁇ which are higher than the maximum allowable for the connected electronic voltage value. This is especially true in low load operation of the photovoltaic system or idle. While the operating voltage is typically in the range between 400 V and 750 V, a voltage of 1000 V can be reached during no-load operation.
  • the operational regulation of photovoltaic energy production is based on the control principle that the electrical power output by the photovoltaic field is maximum. However, if more power is available via the irradiated solar energy than can be converted by downstream electronics, for example a power divider or a DC-AC converter, the operating point can not be maintained. In this case, typical operating points of the photovoltaic array are driven with low current and higher voltage, resulting in an inadmissibly high output voltage can lead the boost converter, since this is due to the Re ⁇ gel s the boost converter at least as large as its input voltage, which will pre ⁇ give by the photovoltaic field.
  • the invention is therefore based on the object a Rege ⁇ regulatory procedure vorzu for a photovoltaic system and a korres ⁇ pondierende photovoltaic system of the above type ⁇ propose, in an adjustable limit value for the output voltage of the boost converter is not exceeded.
  • the semiconductor switch is locked after long-term activation by brief removal of the drive signal according to claim 4, since in this way the energy flow to the diode is released again.
  • a re ⁇ gelungs worn for the photovoltaic field and the step-up is manufacturers set up such that only operating points are driven with a voltage on the clamping ⁇ voltage output by regulating the Photo ⁇ voltaikfeldes that do not exceed an adjustable threshold value for the output voltage of the boost converter, and that by adjusting the high ⁇ setter whose output voltage does not exceed the limit value by adapted to the voltage at the voltage output of the photovoltaic field.
  • FIG. 1 shows a first circuit arrangement of a photovoltaic system according to the invention with a step-up converter
  • FIG. 2 shows a diagram with several characteristics typical for a photovoltaic field and a second circuit arrangement of a photovoltaic system according to the invention with an electromechanical separation point in the boost converter.
  • the photovoltaic system 1 comprises a photovoltaic array 2 and a boost converter 3, via which an electronics 4, for example a power controller or a DC-AC converter, is supplied.
  • the boost converter 3 At the voltage output 5 of the photovoltaic array 2, to which the voltage Ui n is applied, the boost converter 3 is connected.
  • This comprises a coil L, a thereto series connected freewheeling diode D, a resistor connected behind the freewheel diode D charging capacitor C as an energy storage for up summation of an output voltage U out and a semiconductor ⁇ switch T, by which the coil L can be switched to ground M.
  • a photovoltaic application can in this respect be problematic, because the operating voltage, ie the voltage at the voltage output ⁇ is the photovoltaic field typically in the loading range between 400V and 750 V, at idle but can reach a value of 1000 V, of the connected electronics 4 could be too high.
  • the diagram shown in FIG. 2 with a plurality of characteristic curves a, b, c typical for a photovoltaic field is considered.
  • the characteristic a represents a current ⁇ voltage curve, which is typical of low solar radiation and high air temperature, such as occurs on very warm days early in the morning, late afternoon or overcast sky.
  • the characteristic curve b is typical of strong solar radiation on a warm day at noon, while the characteristic c is typical for a solar irradiation on a cold day around noon.
  • the characteristic curves a, b, c of a photovoltaic power generation are characterized by a large variance of the voltage U i n with a low variance of the current I in the operating range B.
  • the assili ⁇ chen controlling a photovoltaic power generation of the operating point PI of the photovoltaic array 2 is controlled so that the electric power output, ie the product of voltage and current of the photovoltaic panel 2 reaches a maximum.
  • the operating point PI can not be maintained.
  • the control in the direction of higher currents takes place, ie in the direction of the operating point P3.
  • the voltage U of the accordingly, photo ⁇ voltaikfeldes 2 is always less than that in the operating point PI.
  • the low voltage U of the photovoltaic field 2 is a prerequisite for this is that the boost converter 3 is always n smaller U out is within the control range Ui and so ⁇ with the output voltage U out at any time can be regulated. through this at any time possible regulation of the boost converter 3 can be ensured that the output voltage U out of the boost converter 3 is smaller than a settable limit value is kept. this in turn ensures that a downstream electronics 4 is not supplied to high input voltage.
  • the control device 6 for the photovoltaic array 2 and the boost converter 3 can be carried out separately or, as shown in FIG 1, together.
  • the voltage U at the voltage output 5 of the photovoltaic array 2 has to be measured, which is also the input voltage of the boost converter.
  • the control device 6 for the photovoltaic array 2 and the boost converter 3 is set up so that only operating points with a voltage Ui n at the voltage output of the photovoltaic array 2 are controlled by Regi ⁇ treatment of the photovoltaic array 2, which is an adjustable limit for the output voltage U out of the boost converter. 3 do not exceed ⁇ th, and that by adjusting the voltage Ui n at the voltage output of the photovoltaic panel 2 control of Hochsetz ⁇ actuator 3 whose output voltage U out does not exceed the limit.
  • the short-circuit current is not much hö ⁇ ago than the operating current and the current at the optimum operating point PI.
  • the energy supply of the photovoltaic field 2 to the downstream electronics 4 can also be reduced to zero by permanently actuating the semiconductor switch T of the boost converter 3.
  • the voltage Ui n at the voltage output 5 of the photovoltaic array 2 is thereby reduced to the value zero, that is, no current flows through the diode D in the charging capacitor C. From this operating point, the energy flow can be controlled again ⁇ by the semiconductor switch T locked by brief removal of the drive signal and thus the Energy flow through the diode D in the charging capacitor C is released again.
  • FIG. 3 shows a photovoltaic unit 1 of the invention is inserted in the opposite to that of Figure 1, an electromechanical or electronic separation ⁇ position after the input of the boost converter 3 K.
  • This electromechanical or elec ⁇ tronic separation point K can be triggered by the control device 6 of the boost converter 3, after the fed-in power was de-regulated to zero.
  • boost converters 3 When several boost converters 3 are connected in parallel to supply a single, larger downstream electronics 4, it is possible to reduce individual boost converters 3 to zero in order to ensure that other boost converters 3 can continue to operate at or near the operating point with maximum power ,

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Abstract

The invention proposes a regulation method for a photovoltaic system (1) and a corresponding photovoltaic system (1). The photovoltaic system (1) has a photovoltaic array (2), with a step-up converter (3) connected to the voltage output (5) thereof. Said step-up converter comprises a coil (L), a freewheeling diode (D) which is connected in series therewith, a charging capacitor (C) connected downstream of the freewheeling diode (D) as energy store for adding an output voltage (Uout) and a semiconductor switch (T), by means of which the coil (L) can be connected to ground (M). The output voltage (Uout) of the step-up converter is adjusted to values which are equal to or greater than the value of the voltage (Uin) at the voltage output of the photovoltaic array (2). By regulation of the photovoltaic array (2), only operating points which do not exceed a limit value, which can be set, for the output voltage (Uout) of the step-up converter (3) are activated by a voltage (Uin) at the voltage output (6) of the photovoltaic array. In addition, regulation of the step-up converter (3) which is matched to the voltage (Uin) at the voltage output (5) of the photovoltaic array (2) prevents the output voltage (Uout) of said step-up converter from exceeding the limit value.

Description

Beschreibung description
REGELUNGSVERFAHREN FÜR EINE P H OTO VO LTAI KAN LAG E UND P H OTO VO LTAI KAN LAG E  REGULATORY PROCEDURE FOR A P H OTO VO LTAI KAN LAG E AND P H OTO VO LTAI KAN LAG E
Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für eine Photo- voltaikanlage mit einem Photovoltaikfeld, an dessen Span¬ nungsausgang ein Hochsetzsteller angeschlossen ist, umfassend eine Spule, eine hierzu in Reihe geschaltete Freilaufdiode, einen hinter der Freilaufdiode geschalteten Ladekondensator als Energiespeicher zur Aufsummierung einer Ausgangspannung und einen Halbleiterschalter, durch den die Spule gegen Masse schaltbar ist, wobei die Ausgangspannung des Hochsetzstellers auf Werte geregelt wird, die gleich oder größer als der Wert der Spannung am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine korrespondierende Pho- tovoltaikanlage mit dem genannten Regelungsverfahren. The invention relates to a control method for a photovoltaic system with a photovoltaic array, at its voltage output ¬ a step-up converter is connected, comprising a coil, a series-connected freewheeling diode connected behind the freewheeling diode charging capacitor as energy storage for summing an output voltage and a semiconductor switch by which the coil is switchable to ground, wherein the output voltage of the boost converter is regulated to values which are equal to or greater than the value of the voltage at the voltage output of the photovoltaic array. Furthermore, the invention relates to a corresponding photovoltaic system with said control method.
Bei derartigen Regelungsverfahren für eine Photovoltaikanlage kann bedingt durch die eingeschränkte Regelung des Hochsetz¬ stellers die Ausgangsspannung Werte annehmen, die höher sind als der für die angeschlossene Elektronik maximal zulässige Spannungswert. Dies trifft vor allem im Schwachlastbetrieb der Photovoltaikanlage oder im Leerlauf zu. Während die Be- triebsspannung typischerweise im Bereich zwischen 400 V und 750 V liegt, kann im Leerlauf durchaus eine Spannung von 1.000 V erreicht werden. In such control method of a photovoltaic system can assume values due to the output voltage by the restricted control of the boost actuator ¬ which are higher than the maximum allowable for the connected electronic voltage value. This is especially true in low load operation of the photovoltaic system or idle. While the operating voltage is typically in the range between 400 V and 750 V, a voltage of 1000 V can be reached during no-load operation.
Die betriebliche Regelung der photovaltaischen Energieerzeu- gung erfolgt nach dem Regelprinzip, dass die vom Photovoltaikfeld abgegebene elektrische Leistung maximal ist. Steht aber über die eingestrahlte Sonnenenergie mehr Leistung zur Verfügung als von einer nachgeschalteten Elektronik, z.B. einem Leistungssteiler oder einem DC-AC-Wandler, umgesetzt wer- den kann, kann der Betriebspunkt nicht aufrechterhalten werden. In diesem Fall werden typischer Weise Betriebspunkte des Photovoltaikfeldes mit niedrigem Strom und höherer Spannung angesteuert, was zu einer unzulässig hohen Ausgangsspannung des Hochsetzstellers führen kann, da diese aufgrund des Re¬ gelverhaltens des Hochsetzstellers mindestens so groß ist wie seine Eingangsspannung, die durch das Photovoltaikfeld vorge¬ geben wird. The operational regulation of photovoltaic energy production is based on the control principle that the electrical power output by the photovoltaic field is maximum. However, if more power is available via the irradiated solar energy than can be converted by downstream electronics, for example a power divider or a DC-AC converter, the operating point can not be maintained. In this case, typical operating points of the photovoltaic array are driven with low current and higher voltage, resulting in an inadmissibly high output voltage can lead the boost converter, since this is due to the Re ¬ gelverhaltens the boost converter at least as large as its input voltage, which will pre ¬ give by the photovoltaic field.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Rege¬ lungsverfahren für eine Photovoltaikanlage und eine korres¬ pondierende Photovoltaikanlage der oben genannten Art vorzu¬ schlagen, bei der ein einstellbarer Grenzwert für die Aus- gangsspannung des Hochsetzstellers nicht überschritten wird. The invention is therefore based on the object a Rege ¬ regulatory procedure vorzu for a photovoltaic system and a korres ¬ pondierende photovoltaic system of the above type ¬ propose, in an adjustable limit value for the output voltage of the boost converter is not exceeded.
Die das Regelungsverfahren betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei werden durch Regelung des Photovoltaikfeldes nur Betriebspunkte mit einer Spannung am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes angesteuert, die einen einstellbaren Grenzwert für die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers nicht überschreiten. Durch an die Spannung am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes angepasste Rege¬ lung des Hochsetzstellers überschreitet dessen Ausgangsspan- nung den Grenzwert nicht. Es wird also das Kennlinienfeld des Photovoltaikfeldes genutzt, dessen besonderes Merkmal die große Varianz der Spannung bei niedriger Varianz des Stroms ist . Vorteilhafte Weiterbildungen des Regelungsverfahrens sind den Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen. The object concerning the control method is achieved with the features of claim 1. In this case, only operating points with a voltage at the voltage output of the photovoltaic array are controlled by regulation of the photovoltaic field, which do not exceed an adjustable limit value for the output voltage of the boost converter. By adjusting the boost converter to the voltage at the voltage output of the photovoltaic field, its output voltage does not exceed the limit value. Thus, the characteristic field of the photovoltaic field is used, whose special feature is the large variance of the voltage at low variance of the current. Advantageous developments of the control method are given in claims 2 to 5.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Regelungsver¬ fahrens besteht, wenn nach Anspruch 2 die photovoltaische Energieerzeugung durch Regelung der Spannung am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes auf den Wert Null reduziert wird. Hierdurch wird die Energiezufuhr vom Photovoltaikfeld zur nachgeschalteten Elektronik auf Null reduziert. Eine weitere vorteilhafte Reduzierung der Energiezufuhr be¬ steht, wenn nach Anspruch 3 der Halbleiterschalter dauerhaft angesteuert wird, wodurch ebenfalls die Energiezufuhr vom Photovoltaikfeld zur nachgeschalteten Elektronik auf Null reduziert wird. A particularly advantageous development of the Regelungsver ¬ proceedings exists if the photovoltaic power generation is reduced by regulation of the voltage at the voltage output of the photovoltaic array to the value zero of claim 2. As a result, the energy supply from the photovoltaic array to the downstream electronics is reduced to zero. A further advantageous reduction of the energy supply is ¬ , if according to claim 3, the semiconductor switch is permanently driven, which also the energy supply from Photovoltaic field to the downstream electronics is reduced to zero.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Halbleiterschalter nach dauerhafter Ansteuerung durch kurzzeitige Wegnahme des Ansteuersignais gemäß Anspruch 4 gesperrt wird, da hierdurch der Energiefluss zur Diode wieder freigegeben wird. Furthermore, it is advantageous if the semiconductor switch is locked after long-term activation by brief removal of the drive signal according to claim 4, since in this way the energy flow to the diode is released again.
Ist der Hochsetzsteller gemäß Anspruch 5 eingangsseitig mit einer elektrischen Trennstelle versehen, die von einer Regelungseinrichtung des Hochsetzstellers ausgelöst wird, nachdem der vom Photovoltaikfeld an den Hochsetzsteller gelieferte Strom bis auf Null abgeregelt wurde, kann hiermit eine dauer¬ hafte Belastung des Photovoltaikfeldes mit Strom vermieden werden. If the boost converter according to claim 5 on the input side provided with an electrical separation point, which is triggered by a control device of the boost converter, after the supplied from the photovoltaic field to the boost converter current was regulated down to zero, hereby a permanent ¬ charge of the photovoltaic field with electricity can be avoided ,
Die weitere die Photovoltaikanlage betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Dabei ist eine Re¬ gelungseinrichtung für das Photovoltaikfeld und den Hochsetz- steller derart eingerichtet, dass durch Regelung des Photo¬ voltaikfeldes nur Betriebspunkte mit einer Spannung am Span¬ nungsausgang angesteuert werden, die einen einstellbaren Grenzwert für die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers nicht überschreiten, und dass durch an die Spannung am Spannungs- ausgang des Photovoltaikfeldes angepasste Regelung des Hoch¬ setzstellers dessen Ausgangsspannung den Grenzwert nicht überschreitet . The further object relating to the photovoltaic system is achieved with the features of claim 6. In this case, a re ¬ gelungseinrichtung for the photovoltaic field and the step-up is manufacturers set up such that only operating points are driven with a voltage on the clamping ¬ voltage output by regulating the Photo ¬ voltaikfeldes that do not exceed an adjustable threshold value for the output voltage of the boost converter, and that by adjusting the high ¬ setter whose output voltage does not exceed the limit value by adapted to the voltage at the voltage output of the photovoltaic field.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Photovoltaikanlage sind den Ansprüchen 6 bis 9 zu entnehmen. Advantageous developments of the photovoltaic system can be found in claims 6 to 9.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: FIG 1 eine erste Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage mit einem Hochsetzsteller, An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing. 1 shows a first circuit arrangement of a photovoltaic system according to the invention with a step-up converter,
FIG 2 ein Diagramm mit mehreren für ein Photovoltaikfeld typischen Kennlinien und eine zweite Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage mit einer elektromechanischen Trennstelle im Hochsetzsteller. 2 shows a diagram with several characteristics typical for a photovoltaic field and a second circuit arrangement of a photovoltaic system according to the invention with an electromechanical separation point in the boost converter.
In FIG 1 ist die Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage 1 dargestellt. Die Photovoltaikanlage 1 umfasst ein Photovoltaikfeld 2 und einen Hochsetzsteller 3, über den eine Elektronik 4, z.B. ein Leistungssteller oder ein DC-AC-Wandler, versorgt wird. Am Spannungsausgang 5 des Photovoltaikfeldes 2, an dem die Spannung Uin anliegt, ist der Hochsetzsteller 3 angeschlossen. Dieser umfasst eine Spule L, eine hierzu in Reihe geschaltete Freilaufdiode D, einen hinter der Freilaufdiode D geschalteten Ladekondensator C als Energiespeicher zur Auf- summierung einer Ausgangspannung Uout und einen Halbleiter¬ schalter T, durch den die Spule L gegen Masse M schaltbar ist . In Figure 1, the circuit arrangement of a first embodiment of the photovoltaic system 1 according to the invention is shown. The photovoltaic system 1 comprises a photovoltaic array 2 and a boost converter 3, via which an electronics 4, for example a power controller or a DC-AC converter, is supplied. At the voltage output 5 of the photovoltaic array 2, to which the voltage Ui n is applied, the boost converter 3 is connected. This comprises a coil L, a thereto series connected freewheeling diode D, a resistor connected behind the freewheel diode D charging capacitor C as an energy storage for up summation of an output voltage U out and a semiconductor ¬ switch T, by which the coil L can be switched to ground M.
Bei leitendem Halbleiterschalter T durch die angelegte Span- nung Uin fließt ein Strom über die als Spule ausgeführte In¬ duktivität und den Halbleiterschalter T. Solange der Halblei¬ terschalter T nicht angesteuert wird, ist der Stromfluss über ihn unterbrochen. Der eingeprägte Strom über die Induktivität fließt über die Diode D in den Ladekondensator C und lädt diesen auf. Durch geeignete Pulsmuster am Halbleiterschalter T kann die Ausgangsspannung Uout geregelt werden. Dabei gilt, dass die Ausgangsspannung Uout größer oder gleich der Spannung Uin ist. Um die Elektronik 4 vor Überlastung und Zerstörung zu schützen, kann es erforderlich sein, die Ausgangsspannung Uout auf einen für die Elektronik 4 zulässigen Wert zu begrenzen. Eine photovoltaische Anwendung kann diesbezüglich problematisch werden, da die Betriebsspannung, d.h. die Spannung am Span- nungsausgang des Photovoltaikfeldes typischer Weise im Be¬ reich zwischen 400V und 750 V liegt, im Leerlauf aber einen Wert von 1.000 V erreichen kann, der für die nachgeschaltete Elektronik 4 zu hoch sein könnte. In diesem Zusammenhang sei das in FIG 2 dargestellte Diagramm mit mehreren für ein Photovoltaikfeld typischen Kennlinien a,b,c betrachtet. Die Kennlinie a repräsentiert einen Strom¬ spannungsverlauf, der für eine schwache Sonneneinstrahlung und hohe Lufttemperatur typisch ist, wie sie z.B. an sehr warmen Tagen früh am Morgen, am späten Nachmittag oder bei bedecktem Himmel vorkommt. Die Kennlinie b ist typisch für starke Sonneneinstrahlung an einem warmen Tag um die Mittagszeit, während die Kennlinie c für eine Sonneneinstrahlung an einem kalten Tag um die Mittagszeit typisch ist. Die Kennlinien a,b,c einer photovoltaischen Energieerzeugung zeichnen sich durch große Varianz der Spannung Uin bei niedriger Varianz des Stroms I im Betriebsbereich B aus. Bei der betriebli¬ chen Regelung einer photovoltaischen Energieerzeugung wird der Betriebspunkt PI des Photovoltaikfeldes 2 so geregelt, dass die elektrische abgegebene Leistung, d.h. das Produkt aus Spannung und Strom des Photovoltaikfeldes 2 ein Maximum erreicht. Steht über die eingestrahlte Sonnenenergie jedoch mehr Leistung zur Verfügung als von der nachgeschalteten Elektronik 4 umgesetzt und ins Netz eingespeist werden kann oder darf, kann der Betriebspunkt PI nicht aufrechterhalten werden . In conducting semiconductor switch T by the applied chip Ui n voltage a current flows through the coil, designed as In ¬ productivity and the semiconductor switch T. As long as the semiconducting ¬ terschalter T is not driven, the current flow through it is interrupted. The impressed current via the inductor flows via the diode D into the charging capacitor C and charges it. By suitable pulse pattern on the semiconductor switch T, the output voltage U out can be regulated. It is true that the output voltage U out is greater than or equal to the voltage Ui n . To protect the electronics 4 against overloading and destruction, it may be necessary to limit the output voltage U out to a value permissible for the electronics 4. A photovoltaic application can in this respect be problematic, because the operating voltage, ie the voltage at the voltage output ¬ is the photovoltaic field typically in the loading range between 400V and 750 V, at idle but can reach a value of 1000 V, of the connected electronics 4 could be too high. In this context, the diagram shown in FIG. 2 with a plurality of characteristic curves a, b, c typical for a photovoltaic field is considered. The characteristic a represents a current ¬ voltage curve, which is typical of low solar radiation and high air temperature, such as occurs on very warm days early in the morning, late afternoon or overcast sky. The characteristic curve b is typical of strong solar radiation on a warm day at noon, while the characteristic c is typical for a solar irradiation on a cold day around noon. The characteristic curves a, b, c of a photovoltaic power generation are characterized by a large variance of the voltage U i n with a low variance of the current I in the operating range B. In the betriebli ¬ chen controlling a photovoltaic power generation of the operating point PI of the photovoltaic array 2 is controlled so that the electric power output, ie the product of voltage and current of the photovoltaic panel 2 reaches a maximum. However, if more power is available via the radiated solar energy than can be converted by the downstream electronics 4 and fed into the network, the operating point PI can not be maintained.
Bisher wird in dem Fall in Richtung „Schwachlastbetrieb" mit niedrigerem Strom und höherer Spannung hin geregelt, d.h. in Richtung des Betriebspunkts P2. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Regelung in Richtung höherer Ströme, d.h. in Richtung des Betriebspunkts P3. Die Spannung Uin des Photo¬ voltaikfeldes 2 ist demnach immer kleiner als die im Be- triebspunkt PI. Die niedrige Spannung Uin des Photovoltaik- feldes 2 ist Voraussetzung dafür, dass sich der Hochsetzsteller 3 immer im Regelbereich Uin kleiner Uout befindet und so¬ mit die Ausgangsspannung Uout jederzeit geregelt werden kann. Durch diese jederzeit mögliche Regelung des Hochsetzstellers 3 kann sichergestellt werden, dass die Ausgangsspannung Uout des Hochsetzstellers 3 kleiner als ein einstellbarer Grenzwert gehalten wird. Dadurch wiederum wird sichergestellt, dass einer nachgeschalteten Elektronik 4 keine zu hohe Eingangspannung zugeführt wird. So far, in the case in the direction of "low-load operation" controlled with lower current and higher voltage toward ie in the direction of the operating point P2. According to the present invention, the control in the direction of higher currents takes place, ie in the direction of the operating point P3. The voltage U of the accordingly, photo ¬ voltaikfeldes 2 is always less than that in the operating point PI. the low voltage U of the photovoltaic field 2 is a prerequisite for this is that the boost converter 3 is always n smaller U out is within the control range Ui and so ¬ with the output voltage U out at any time can be regulated. through this at any time possible regulation of the boost converter 3 can be ensured that the output voltage U out of the boost converter 3 is smaller than a settable limit value is kept. this in turn ensures that a downstream electronics 4 is not supplied to high input voltage.
Die Regelungseinrichtung 6 für das Photovoltaikfeld 2 und den Hochsetzsteller 3 kann getrennt oder, wie in FIG 1 dargestellt, gemeinsam ausgeführt sein. Für die Regelung des Pho¬ tovoltaikfeldes 2 und die daran angepasste Regelung des Hoch¬ setzstellers 3 muss die Spannung Uin am Spannungsausgang 5 des Photovoltaikfeldes 2 gemessen werden, die zugleich die Eingangsspannung des Hochsetzstellers 3 ist. Zusätzlich wird zur Leistungsberechnung und zur Bestimmung des Betriebspunktes, bei dem das Produkt aus Spannung und Strom des Photovol¬ taikfeldes 2 ein Maximum erreicht, der Strom gemessen. Die Regelungseinrichtung 6 für das Photovoltaikfeld 2 und den Hochsetzsteller 3 ist derart eingerichtet, dass durch Rege¬ lung des Photovoltaikfeldes 2 nur Betriebspunkte mit einer Spannung Uin am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes 2 angesteuert werden, die einen einstellbaren Grenzwert für die Ausgangsspannung Uout des Hochsetzstellers 3 nicht überschrei¬ ten, und dass durch an die Spannung Uin am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes 2 angepasste Regelung des Hochsetz¬ stellers 3 dessen Ausgangsspannung Uout den Grenzwert nicht überschreitet . The control device 6 for the photovoltaic array 2 and the boost converter 3 can be carried out separately or, as shown in FIG 1, together. For the regulation of the pho ¬ tovoltaikfeldes 2 and the adapted thereto regulation of the high ¬ boost converter 3, the voltage U at the voltage output 5 of the photovoltaic array 2 has to be measured, which is also the input voltage of the boost converter. 3 In addition, the current for power calculation and for determining the operating point at which the product of voltage and current of the Photovol ¬ taikfeldes 2 reaches a maximum measured. The control device 6 for the photovoltaic array 2 and the boost converter 3 is set up so that only operating points with a voltage Ui n at the voltage output of the photovoltaic array 2 are controlled by Regi ¬ treatment of the photovoltaic array 2, which is an adjustable limit for the output voltage U out of the boost converter. 3 do not exceed ¬ th, and that by adjusting the voltage Ui n at the voltage output of the photovoltaic panel 2 control of Hochsetz ¬ actuator 3 whose output voltage U out does not exceed the limit.
Bedingt durch die Kennlinie des Photovoltaikfeldes 2, wie in FIG 2 dargestellt, liegt der Kurzschlussstrom nicht viel hö¬ her als der betriebliche Strom und der Strom im optimalen Betriebspunkt PI. Somit kann die Energiezufuhr des Photovol- taikfeldes 2 zur nachgeschalteten Elektronik 4 auch dadurch auf Null reduziert werden, dass der Halbleiterschalter T des Hochsetzstellers 3 dauerhaft angesteuert wird. Die Spannung Uin am Spannungsausgang 5 des Photovoltaikfeldes 2 wird dabei auf den Wert Null reduziert, d.h. es fließt kein Strom mehr über die Diode D in den Ladekondensator C. Aus diesem Betriebspunkt heraus kann der Energiefluss wieder geregelt an¬ gefahren werden, indem der Halbleiterschalter T durch kurzzeitige Wegnahme des Ansteuersignais gesperrt und somit der Energiefluss über die Diode D in den Ladekondensator C wieder freigegeben wird. Due to the characteristic curve of the photovoltaic field 2, as shown in FIG 2, the short-circuit current is not much hö ¬ ago than the operating current and the current at the optimum operating point PI. Thus, the energy supply of the photovoltaic field 2 to the downstream electronics 4 can also be reduced to zero by permanently actuating the semiconductor switch T of the boost converter 3. The voltage Ui n at the voltage output 5 of the photovoltaic array 2 is thereby reduced to the value zero, that is, no current flows through the diode D in the charging capacitor C. From this operating point, the energy flow can be controlled again ¬ by the semiconductor switch T locked by brief removal of the drive signal and thus the Energy flow through the diode D in the charging capacitor C is released again.
FIG 3 zeigt eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage 1, bei der gegenüber der nach FIG 1 hinter dem Eingang des Hochsetzstellers 3 eine elektromechanische oder elektronische Trenn¬ stelle K eingefügt ist. Diese elektromechanische oder elek¬ tronische Trennstelle K kann von der Regelungseinrichtung 6 des Hochsetzstellers 3 ausgelöst werden, nachdem der einzu- speisende Strom bis auf Null abgeregelt wurde. 3 shows a photovoltaic unit 1 of the invention is inserted in the opposite to that of Figure 1, an electromechanical or electronic separation ¬ position after the input of the boost converter 3 K. This electromechanical or elec ¬ tronic separation point K can be triggered by the control device 6 of the boost converter 3, after the fed-in power was de-regulated to zero.
Bei Parallelschaltung mehrerer Hochsetzsteller 3 zur Versorgung einer einzigen größeren nachgeschalteten Elektronik 4 ist es möglich, einzelne Hochsetzsteller 3 im Sinne eines Ge- samtenergie-Managements auf den Strom Null abzuregein, damit andere Hochsetzsteller 3 weiter im oder nahe dem Betriebspunkt mit maximaler Leistung betrieben werden können. When several boost converters 3 are connected in parallel to supply a single, larger downstream electronics 4, it is possible to reduce individual boost converters 3 to zero in order to ensure that other boost converters 3 can continue to operate at or near the operating point with maximum power ,

Claims

Patentansprüche claims
1. Regelungsverfahren einer Photovoltaikanlage (1) mit einem Photovoltaikfeld (2), an dessen Spannungsausgang (5) ein Hochsetzsteller (3) angeschlossen ist, umfassend eine Spule (L) , eine hierzu in Reihe geschaltete Freilaufdiode (D) , ei¬ nen hinter der Freilaufdiode (D) geschalteten Ladekondensator (C) als Energiespeicher zur Aufsummierung einer Ausgangspannung (U0ut ) und einen Halbleiterschalter (T) , durch den die Spule (L) gegen Masse (M) schaltbar ist, wobei die Ausgangspannung ( U0ut ) auf Werte geregelt wird, die gleich oder grö¬ ßer als der Wert der Spannung (υ±η) am Spannungsausgang (5) des Hochsetzstellers (3) sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch Regelung des Photovoltaikfeldes (2) nur Betriebspunkte mit einer Spannung (υ±η) am Spannungsausgang (5) des Photo¬ voltaikfeldes (2) angesteuert werden, die einen einstellbaren Grenzwert für die Ausgangsspannung ( Uout ) des Hochsetzstellers (3) nicht überschreiten und dass durch an die Spannung am Spannungsausgang (5) des Photovoltaikfeldes (2) angepasste Regelung des Hochsetzstellers (3) dessen Ausgangsspannung 1. A control method of a photovoltaic system (1) with a photovoltaic array (2), at the voltage output (5) is connected a boost converter (3) comprising a coil (L), a purpose connected in series freewheeling diode (D), ei ¬ NEN behind the freewheeling diode (D) switched charging capacitor (C) as energy storage for summing an output voltage (U 0 ut) and a semiconductor switch (T) through which the coil (L) to ground (M) is switchable, wherein the output voltage (U 0 ut ) is regulated to values υ ± η) at the voltage output (5) are the same or RESIZE ¬ SSER than the value of the voltage (the boost converter (3), characterized in that (by controlling the photovoltaic field 2) only operating points with a voltage (υ ± η ) at the voltage output (5) of the photo ¬ voltaikfeldes (2) are driven, which do not exceed an adjustable limit value for the output voltage (U ou t) of the boost converter (3) and that by to the voltage at the Sp annungsausgang (5) of the photovoltaic array (2) adapted control of the boost converter (3) whose output voltage
( Uout ) den Grenzwert nicht überschreitet. (Uout) does not exceed the limit.
2. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Energieerzeugung durch Regelung der Spannung (υ±η) am Spannungsausgang (5) des Photovoltaik- feldes (2) auf den Wert Null reduziert wird. 2. Control method according to claim 1, characterized in that the photovoltaic power generation by regulating the voltage (υ ± η ) at the voltage output (5) of the photovoltaic field (2) is reduced to the value zero.
3. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (T) dauerhaft angesteuert wird. 3. Control method according to claim 1, characterized in that the semiconductor switch (T) is permanently driven.
4. Regelungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (T) nach dauerhafter Ansteu- erung durch kurzzeitige Wegnahme des Ansteuersignais gesperrt wird. 4. Control method according to claim 3, characterized in that the semiconductor switch (T) after permanent activation by short-term removal of the drive signal is blocked.
5. Regelungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochsetzsteller (3) ein- gangsseitig mit einer elektrischen Trennstelle (K) versehen ist, die von einer Regelungseinrichtung (6) des Hochsetzstellers (3) ausgelöst wird, nachdem der vom Photovoltaikfeld (2) an den Hochsetzsteller (3) gelieferte Strom bis auf Null ab- geregelt wurde. 5. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the boost converter (3) a on the output side is provided with an electrical separation point (K), which is triggered by a control device (6) of the boost converter (3) after the power supplied by the photovoltaic array (2) to the boost converter (3) was regulated down to zero.
6. Photovoltaikanlage (1) mit einem Photovoltaikfeld (2), an dessen Spannungsausgang (5) ein Hochsetzsteller (3) angeschlossen ist, umfassend eine Spule (L) , eine hierzu in Reihe geschaltete Freilaufdiode (D) , einen hinter der Freilaufdiode (D) geschalteten Ladekondensator (C) als Energiespeicher zur Aufsummierung einer Ausgangspannung (Uout) und einen Halblei¬ terschalter (T) , durch den die Spule (L) gegen Masse (M) schaltbar ist, wobei die Ausgangspannung (Uout) des Hochsetz- stellers (3) auf Werte geregelt wird, die gleich oder größer als der Wert der Spannung ( υ±η ) am Spannungsausgang (5) des Photovoltaikfeldes (2) sind, dadurch gekennzeichnet, dass ei¬ ne Regelungseinrichtung (6) für das Photovoltaikfeld (2) und den Hochsetzsteller (3) derart eingerichtet ist, dass durch Regelung des Photovoltaikfeldes (2) nur Betriebspunkte mit einer Spannung am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes (2) angesteuert werden, die einen einstellbaren Grenzwert für die Ausgangsspannung (Uout) des Hochsetzstellers (3) nicht über¬ schreiten, und dass durch an die Spannung am Spannungsausgang des Photovoltaikfeldes (2) angepasste Regelung des Hochsetz¬ stellers (3) dessen Ausgangsspannung (Uout) den Grenzwert nicht überschreitet. 6. photovoltaic system (1) having a photovoltaic array (2), at the voltage output (5) is connected a boost converter (3) comprising a coil (L), a purpose connected in series freewheeling diode (D), one behind the freewheeling diode (D ) connected charging capacitor (C) as energy storage for summing an output voltage (U out ) and a semicon ¬ terschalter (T) through which the coil (L) to ground (M) is switchable, wherein the output voltage (U out ) of the boosting Stellers (3) is regulated to values which are equal to or greater than the value of the voltage (υ ± η ) at the voltage output (5) of the photovoltaic array (2), characterized in that ei ¬ ne control device (6) for the photovoltaic field ( 2) and the step-up converter (3) is set up such that only operating points with a voltage at the voltage output of the photovoltaic array (2) are controlled by regulation of the photovoltaic field (2), which has an adjustable limit value for the output Voltage (U out ) of the boost converter (3) does not exceed ¬ , and that adapted to the voltage at the voltage output of the photovoltaic field (2) control of the boost converter ¬ (3) whose output voltage (U out ) does not exceed the limit.
7. Photovoltaikanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass die Regelungseinrichtung (6) für den Hochsetzstel¬ ler (3) derart eingerichtet ist, dass der Halbleiterschalter (T) dauerhaft ansteuerbar ist. 7. Photovoltaic system according to claim 6, characterized marked, that the control device (6) for the Hochsetzstel ¬ ler (3) is arranged such that the semiconductor switch (T) is permanently activated.
8. Photovoltaikanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Hochsetzsteller (3) eingangsseitig mit ei¬ ner elektrischen Trennstelle (K) versehen ist, deren Auslösung von der Regelungseinrichtung (6) des Hochsetzstellers (3) vorgesehen ist, nachdem der vom Photovoltaikfeld (2) an den Hochsetzsteller (3) gelieferte Strom bis auf Null abgere¬ gelt wurde. 8. Photovoltaic system according to claim 6 or 7, characterized in that the boost converter (3) on the input side with ei ¬ ner electrical separation point (K) is provided, the release of the control device (6) of the boost converter (3) is provided after from the photovoltaic field (2) supplied the step-up converter (3) current to zero abgere ¬ gel was.
9. Photovoltaikanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Hochsetzsteller (3) mindestens ein weiterer gleich ausgebildeter Hochsetzsteller (3) parallel geschaltet ist. 9. Photovoltaic system according to one of the preceding claims, characterized in that to the boost converter (3) at least one further identically designed boost converter (3) is connected in parallel.
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JP2002010496A (en) * 2000-06-16 2002-01-11 Omron Corp Power conditioner in solar power generating system
WO2006033143A1 (en) * 2004-09-22 2006-03-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Solar photovoltaic power generation system and booster unit thereof

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