WO2013152839A1 - Photovoltaikanlage mit steuerbarer minuspolerdung - Google Patents

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WO2013152839A1
WO2013152839A1 PCT/EP2013/000997 EP2013000997W WO2013152839A1 WO 2013152839 A1 WO2013152839 A1 WO 2013152839A1 EP 2013000997 W EP2013000997 W EP 2013000997W WO 2013152839 A1 WO2013152839 A1 WO 2013152839A1
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photovoltaic
volts
limit value
negative pole
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PCT/EP2013/000997
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Inventor
Bernhard Beck
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Adensis Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02021—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention is based on a photovoltaic system (1) having a photovoltaic generator (6) which can be operated with a floating potential and whose positive pole is fixed to a predefinable voltage by means of a float controller, wherein the photovoltaic generator has a plurality of parallel strands (5) of photovoltaic modules connected in series (3), wherein the strands have a plus and a minus pole (9 or 7), between which a predetermined over the number of series-connected photovoltaic modules strand voltage is applied, which is more than 1000 volts in the idle case of the photovoltaic generator, and with an inverter (11) whose DC voltage input (-, +) is connected to the two poles, and the output side with a supply network
  • Floating potential is understood to mean a PV generator whose positive or negative pole is not directly connected to ground.
  • the interposition of current or voltage sources between one of the generator terminal poles and earth remains unaffected and should also fall under this definition.
  • An influence on the potential on the AC side of the inverter or an upstream transformer or other potential influencing resources on the AC side also remains unaffected and should meet the definition.
  • a typical design provides that a plurality of strings are connected in parallel. The maximum number of strings depends on the power of the inverter to which the strings are connected. Modern inverters can be designed up to a DC input voltage of approx. 900 volts - 1000 volts.
  • a typical design provides, each strand of the plant of sixteen
  • the open circuit voltage of the cells drops to an operating voltage of about 0.5 volts, so that between the ends of the conventional strands a voltage of about 480 volts is applied.
  • the voltage jumps to the said 720 volts, which is not critical for the modules and the system.
  • the mentioned short-circuit switch is not possible for systems with a floating potential.
  • a floating potential of the plus and the negative pole for example, potentials compared to a virtual earth of plus 600 volts to -600 volts occur.
  • Virtual Earth means that the strings are not connected to earth at any point, but if you set the middle of the string to earth, corresponding voltages of +600 volts and -600 volts of the positive pole and the negative pole would arise in relation to the grounded center of the string.
  • EP 2086020 A2 A related measure is known from EP 2086020 A2.
  • a variant is provided, according to which a constant voltage source is connected to the positive pole of the photovoltaic system, in order to raise this to reduce a lightning impact risk to a higher potential.
  • the inverter In a mode of operation with a high operating voltage of, for example, 1000 volts or more, with the same power of the PV system cables can be used with thinner cable cross-sections, which is less expensive and allows larger systems.
  • the inverter itself can be operated at its maximum voltage, whereby a better utilization of its dimensions, ie the dielectric strength of the installed capacitors and electronic components, the wiring, etc. is achieved.
  • the allocated float controller leaves the threshold of 1000 volts to be fixed downwards. It is believed that this circumstance is already attributable to the smallest glass jumps in some of the photovoltaic modules, which lead in particular in the morning at early thaw to minimal resistance-prone ground faults, which derive a leakage current to earth. Leakage currents are also favored by fouling and pollution.
  • the photovoltaic system associated float controller is designed to accept leakage currents up to 30 mA and to tolerate leakage currents between 30 mA and 50 mA for a short time. Larger leakage currents are no longer reliable and also not permissible for reasons of personal injury.
  • the float controller is unable to maintain the set upper fixed voltage when the supply of leakage current exceeds the limit.
  • the Floatcontroller lowers the voltage at the positive pole, which in itself should be held at 1000 volts operating voltage to reduce the leakage current to the allowable level. The lower voltage then has results in a reduced leakage current and its desired value is maintained. This process of lowering the voltage leads due to the free-floating
  • the present invention is based on the object, for the reasons described above unwanted existence of earth negative voltages at the negative terminal of the photovoltaic generator counteract and in particular to avoid.
  • a switching element (21) which can be controlled by means of a control signal (S), with which the negative pole (7) is connected to earth (25).
  • a voltage measuring device (27) for measuring the voltage (U) to earth is connectable by a voltage measuring device (27) for measuring the voltage (U) to earth, and by a control unit (33) for receiving and evaluating the measured voltage values, which generates the control signal for closing the switching element as soon as the voltage prevailing at the negative pole ( U) with respect to earth falls below a first predefinable limit value (G1) and / or the integral of the voltage beyond the first limit value over time exceeds a predefinable second limit value (G2).
  • G1 first predefinable limit value
  • G2 predefinable second limit value
  • the predefinable limit value is a positive voltage relative to ground, which lies in a range between zero volts and 10 volts. This ensures that no cathode erosion can occur at all, which could potentially affect particularly voltage-sensitive modules. But it is also possible that the predeterminable limit value is a negative voltage to ground, which is in a range between zero volts and -400 volts, in particular between zero volts and -50 volts, and more preferably between zero Volt and -50 volts. Then a correspondingly low cathode erosion is accepted, which is so small that it leaves no permanent damage to more robust modules even in the longer term. It is optimal in terms of maximum life expectancy of the PV generator when the predetermined limit is zero volts.
  • the controller In order to restore the originally intended operating state of free float when the leakage current has decreased, the controller should be designed so that a control signal for opening the switching element is generated as soon as another, specifiable limit value of the voltage between the negative terminal and ground is exceeded.
  • This second limit is ideally zero, but can basically be chosen arbitrarily, if safety considerations for modulus corrosion play a greater role than other criteria.
  • the further limit value may be the same, which initiates the closing of the switching element.
  • the limit value and the further limit value are each zero, then it is expedient to provide a current measuring device between the switching element and the negative pole, which detects a change in direction of the current flow with respect to ground.
  • the control signal for opening the switching element is then based on the change of direction of a current flow from earth to the negative pole in the opposite direction from the negative pole to the ground.
  • the switching element Since there is no current flow when the switching element is open, which could be evaluated, it is expedient for generating the closing control signal when a voltage measuring device is arranged between the negative pole and ground, which generates the closing control signal when the voltage falls below the limit value.
  • the voltmeter may also generate the control signal for opening when the measured value is compared with the voltage of the further limit value.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the integral of the voltage during the period in which it lies beyond the first limit value and / or the second limit value is assigned a weighting factor, for the formation of which at least one of the following criteria is used: the currently prevailing relative humidity, the economic urgency of energy supply readiness, the distance of the voltage at the negative pole to the earth potential.
  • the weighting factor may be an exponential, a trigonometric or a linear function as a function of the distance between the voltage at the negative pole and the first limit value or depending on the atmospheric humidity. It is generally true that the harmful cathode corrosion is more damaging to negative cathode voltages to earth, the higher the humidity. By the factor is thus weighted how harmful the unwanted negative voltage at the negative terminal for the module used. A high voltage underflow of e.g. -500 volts is disproportionately more harmful than one of only -100 volts. This can be taken into account by a logarithmically increasing weighting of the voltage difference with respect to ground.
  • weighting factor it should also be possible to set the weighting factor to zero, which means that the generation of the control signal is blocked. This is e.g. This is useful in cases where the energy supply situation is so tense that all available resources must be allocated to stabilize the grid, irrespective of possible consequential damage to the modules. An accelerated, possible degradation of the modulo capacity is then accepted with approval, in order to avoid the greater economic damage of a network collapse.
  • Figure 1 shows the scheme of a non-floating photovoltaic system after the
  • FIG. 2 is a diagram with the controllable switching element according to the invention.
  • a photovoltaic system 1 comprises a number of photovoltaic modules 3, each connected in series, forming strands 5 connected in parallel with each other.
  • the photovoltaic generator 6 thus formed has a first and a second strand end 7, 9, which have negative and positive potential P1 and P2, respectively.
  • the first strand end 7 is the negative pole of the photovoltaic generator 6 and thus has the first (lower) strand potential P1
  • the second strand end 9 is the positive pole of the photovoltaic generator 6 and thus has the second (higher) strand potential P2.
  • an inverter 11 is connected.
  • the voltage Uo between the string ends 7, 9 is currently about 720 V in the load case and about 960 V in the idle case.
  • the insulation of the laid to the photovoltaic modules cable is designed to a value of about 1000 volts, which is sufficient to safely operate the currently common types of modules in this variant.
  • the PV generator can also be used with a higher operating voltage of e.g. 980 volts are operated.
  • the photovoltaic system according to the figure 1 further comprises a
  • Floatcontroller 13 the positive pole 9 to a predetermined voltage of e.g. Fixed at 1000 volts. From this voltage, the voltage at the negative strand end 7 floats downwards and usually stays in the positive range with respect to ground.
  • a predetermined voltage e.g. Fixed at 1000 volts. From this voltage, the voltage at the negative strand end 7 floats downwards and usually stays in the positive range with respect to ground.
  • This behavior of the float controller 13 is attributed to being programmed to maintain a maximum current limit that may be fed into the circuit (PV generator 6 and inverter 11).
  • the maximum limit is according to DIN eg 30 mA. If a larger current value is required to maintain the voltage of 1000 volts, the float controller will hold the current value at the expense of the inherently fixed voltage value, with the result that the voltage at the positive pole no longer remains fixed at the 1000 volts, but slips off , Since the float itself remains unaffected, but only the upper fixed point of the voltage, from where it is floated down, is lowered, it can, depending on the existing operating conditions such as in particular the current solar radiation, the temperature and humidity, to come that the potential at the negative strand end 7 drops below ground potential.
  • a photovoltaic generator 6 comprises a multiplicity of arrays of photovoltaic modules whose respective negative pole connections are denoted by F1 to F4 by way of example. All negative pole connections F1 to F4 of the photovoltaic generator 6 lead to a collecting line 14, which is connected to a negative terminal 7 of an inverter 11.
  • the collecting line 14 via an ammeter 15, which preferably operates without contact, and guided via a backup fuse 17 to a first switching contact 19 of a switching element 21.
  • the switching element 21 is electrically connected to earth 25 via a second switching contact 23.
  • a voltage measuring device 27 Parallel to the current path of the backup fuse 17 with a switching element 21 arranged serially thereto, a voltage measuring device 27 is provided, which measures the voltage prevailing between the negative pole 7 and the earth 25. From the voltmeter 27 and the ammeter 15 leads in each case a line 29 or 31 to a signal input 29a or 31a on the control unit 33, which evaluates the measured voltage values or current values.
  • a control element 35 is provided, with the aid of which a first limit value G1 is adjustable, compared to the in the control device 33 which prevails at the negative pole voltage U is compared to ground.
  • a desired first limit value G1 can also be fixed, or the first limit value G1 is supplied externally to the control device 33 via a suitable data transmission.
  • the voltage applied to the signal input 29a is compared with the first predefinable limit value G1. If the measured voltage U falls below the first limit value G1, the control device 33 generates a switching signal S which causes the switching element 21 to close. By closing the switching element 21 of the negative terminal 7 is connected to ground 25 and at the negative pole terminals F1 to F4 of the photovoltaic panels, no negative voltage U to earth 25 occur.
  • Another variant which can also be set up simultaneously with the previously described variant with the first limit value G1, provides for detecting the integral of the voltage beyond the first limit value G1 over time via a second operating element 37 on the control device 33.
  • the accumulated integral is compared continuously or in discrete short time intervals with a predefinable second limit value G2. If the integral exceeds the predefinable second limit value G2 at any time, the control signal S for closing the switching element 21 is likewise generated.
  • a longer lasting small negative voltage U to earth is tolerated, and only after a long period of e.g. a few hours (1 to 4 hours), the grounding of the negative pole 7 is initiated. If, on the other hand, a clearly negative voltage U with respect to ground 25 is registered, then the closing process is carried out correspondingly earlier.
  • the opening operation of the switching element 21 can equally be automated.
  • a further operating element 39 is provided on the control device 33, on which a further, predefinable voltage limit value G3 can be set.
  • the abovementioned embodiment also applies to the limit values G2 and G3 in that, instead of the operating elements 37, 39, the desired second limit value G2 or other limit values value G3 can be fixed in the control device 33, or can be supplied externally to the control device 33 via a suitable data transmission.
  • the further limit value G3 serves to determine when the switching element 21 is opened again in order to cancel the grounding of the negative pole 7. This process is advantageously carried out as soon as the voltage U between the negative pole 7 and ground 25 exceeds the further limit value G3.
  • the control signal S for generating the opening operation of the switching element 21 can also be effected by an evaluation of the current measured at the ammeter 15. In this case, a change in direction of the current flow from and to the earth can be detected and the control signal S for opening the switching element 21 is generated based on a change in direction of the current flow. Instead of detecting the change of direction, a small current value can also be used, with which the measured value is compared. The opening process takes place when the measured current corresponds to the predetermined current value.
  • a series resistor as a measuring resistor 41 between the negative pole 7 and the earth 25, as indicated by dashed lines in FIG.
  • the voltage drop Uvw occurring at the series resistor 41 is evaluated to determine when a change of direction or exceeding or falling below a predetermined opening voltage is present.
  • the control signal S for the opening of the switching element 21 is formed by means of the evaluation.

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Abstract

Eine Photovoltaikanlage (1) weist einen, mit einem frei schwebenden Potential betreibbaren Photovoltaikgenerator (6) auf, der mehrere parallel angeordnete Stränge (5) von in Serie verbundenen Photovoltaikmodulen (3) umfasst. Die Stränge bilden einen Plus- und einen Minuspol (9 bzw. 7), zwischen denen eine über die Anzahl der in Serie geschalteten Photovoltaikmodule vorgebbare Strangspannung (U) anliegt, die im Leerlauffall des Photovoltaikgenerators mehr als 1000 Volt beträgt. Ein Wechselrichter (11), dessen Gleichspannungseingang (-,+) mit den beiden Polen verbunden ist, ist ausgangsseitig mit einem Versorgungsnetz verbunden. Ein mittels eines Steuersignals (S) steuerbares Schaltelement (21) ist weist zwei Schaltkontakte (29a, 31a) auf von denen einer mit dem der Minuspol (7) und der andere mit Erde (25) verbunden sind. Ein Steuergerät (33) erzeugt ein Steuersignal (S) zum Schließen des Schaltelements, sobald die am Minuspol herrschende Spannung (U) gegenüber Erde einen ersten vorgebbaren Grenzwert (G1) unterschreitet und/oder sobald das Integral der Spannung jenseits des ersten Grenzwerts über die Zeit einen vorgebbaren zweiten Grenzwert (G2) überschreitet. Vorteil der Anordnung ist es, dass bei frei floatenden Photovoltaikgeneratoren, die aus Gründen der Betriebssicherheit ihren Potentialwert am Pluspol nach unten verlassen müssen, weiterhin effizient Solarleistung in das Versorgungsnetz ohne die Gefahr der Kathodenkorrosion bei TCO-Modulen einspeisen können.

Description

Photovoltaikanlage mit steuerbarer Minuspolerdung
Die Erfindung geht aus von einer Photovoltaikanlage (1) mit einem, mit einem schwebenden Potential betreibbaren Photovoltaikgenerator (6), dessen Pluspol mittels eines Floatcontrollers auf eine vorgebbare Spannung fixiert ist, wobei der Photovoltaikgenerator mehrere parallel angeordnete Stränge (5) von in Serie verbundenen Photovoltaikmodulen (3) aufweist, wobei die Stränge einen Plus- und einen Minuspol (9 bzw. 7) aufweisen, zwischen denen eine über die Anzahl der in Serie geschalteten Photovoltaikmodule vorgebbare Strangspannung anliegt, die im Leerlauffall des Photovoltaikgenerators mehr als 1000 Volt beträgt, und mit einem Wechselrichter (11), dessen Gleichspannungseingang (-,+) mit den beiden Polen verbunden ist, und der ausgangsseitig mit einem Versorgungsnetz
verbindbar ist. Unter schwebenden Potential wird ein PV-Generator verstanden, dessen Plus- oder Minuspol nicht direkt mit Erde verbunden ist. Das Zwischenschalten von Strom- oder Spannungsquellen zwischen einem der Generatoranschlusspole und Erde bleibt davon unberührt und soll ebenfalls unter diese Definition fallen. Eine Einflussnahme auf das Potential seitens der Wechselspannungsseite des Wechselrichters oder eines vorgelagerten Transformators oder anderen Potential beeinflussenden Betriebsmitteln auf der Wechselspannungsseite bleibt ebenfalls unberührt und soll der Definition genügen.
Bei der Auslegung von Photovoltaikanlagen ist es zu beachten, dass die maximal zulässige Spannung Uz zwischen dem Plus- und dem Minuspol an der Gleichstromseite des Wechselrichters unter keinen Umständen überschritten wird, da ein Überschreiten zu einer Zerstörung des Wechselrichters und des Teils der Photovoltaikmodule, an welchem eine Spannung oberhalb einer zulässigen Spannung anliegt, führt.
Aus diesem Grund ist es zur Zeit üblich, die Photovoltaikanlage so auszulegen, dass selbst im ungünstigsten Fall eines Leerlaufs die Leerlaufspannung ULoder U0 unterhalb der zulässigen Maximalspannung Uz bleibt. Eine typische Auslegung sieht vor, dass eine Vielzahl von Strängen parallel geschaltet wird. Die maximale Anzahl der Stränge richtet sich dabei nach der Leistung des Wechselrichters, an den die Stränge angeschlossen sind. Moderne Wechselrichter können bis zu einer Eingangsgleichspannung von ca. 900 Volt - 1000 Volt ausgelegt sein. Eine typische Ausführung sieht vor, jeden Strang der Anlage aus sechzehn
Photovoltaikmodulen aufzubauen, von denen jedes 60 Photovoltaikzellen aufweist. Insgesamt sind somit 960 Zellen in Reihe zueinander geschaltet. An jeder Zelle liegt im Leerlauffall eine Spannung von 0,75 Volt an, was zu einer Strangspannung von 720 Volt führt, was deutlich unter der von den Herstellern der Module angegebenen Maximalspannung von 900 - 1000 Volt liegt.
Im Betrieb der Anlage sinkt die Leerlaufspannung der Zellen auf eine Betriebsspannung von ca. 0,5 Volt, so dass zwischen den Enden der herkömmlichen Stränge eine Spannung von ca. 480 Volt anliegt. Sollte der Netzbetreiber, an den die Photovoltaikanlage angeschlossen ist, diese aus welchen Gründen auch immer vom Netz nehmen (e.g. Kurzschluss in dem Einspeisekabel) springt die Spannung auf die genannten 720 Volt, was für die Module und die Anlage unkritisch ist.
Liegt eine höhere Spannung an, kann dies zur Zerstörung eines Teils der Module, des Wechselrichters und der gesamten Anlage führen.
Auf der anderen Seite wäre es wünschenswert, insbesondere in Hinblick auf kürzlich vorgestellte neuartige PV-Module mit höheren Nenn- und Leerlaufspannungen, die Photovoltaik-Module und auch den Wechselrichter im Normalbetrieb mit einer höheren Spannung als 480 - 510 Volt, idealer Weise mit der zulässigen Höchstspannung von 900 - 1000 Volt zu betreiben. Zur besseren Ausnutzung der Isolationsfestigkeit der Verkabelung von in der Regel 1000 Volt ist es auch wünschenswert, die Anzahl der Module pro Strang zu erhöhen, um die 1000 Volt im Betrieb der PV-Anlage auszunutzen. Dieses ist aber nicht ohne weiteres möglich, da dann im Leerlauffall eine Spannung von ca. 1500 Volt zur Zerstörung der Photovoltaik-Module, eventuell des Wechselrichters und der Anlage führen würde.
Zur Vermeidung von diesen unzulässig hohen Spannungen ist es auf dem Fachgebiet bekannt, zwischen dem Pluspol und dem Minuspol einen Kurzschlussschalter zu setzen, der im Falle einer unzulässig hohen Spannung zwischen den Polen diese kurzschließt, wie z.B. in der nachveröffentlichten DE 10 2011 017362 AI angegeben. Weiterhin ist es bekannt, den Pluspol oder den Minuspol auf ein festes zulässiges Potential von z.B. den genannten 1000 Volt beim Pluspol zu fixieren, und die PV-Anlage im Betrieb von diesem Potential aus nach unten oder bei einer Fixierung auf z.B. 50 Volt am Minuspol nach oben schweben zu lassen, was in der Regel als floaten bezeichnet wird, wie es z.B. aus der DE 10 2010 012294 bekannt ist. Der genannte Kurzschlussschalter ist für Anlagen mit einem frei schwebenden Potential nicht möglich. Bei solchen Anlagen mit einem frei floatenden Potential des Plus- und des Minuspols treten z.B. Potentiale gegenüber einer virtuellen Erde von plus 600 Volt bis -600 Volt auf. Virtuelle Erde bedeutet dabei, dass die Stränge an keiner Stelle mit Erde verbunden sind, würde man allerdings die Strangmitte auf Erde setzen, würden entsprechende Spannungen von +600 Volt und -600 Volt des Pluspols bzw. des Minuspols gegenüber der geerdeten Strangmitte anfallen. Für solche Anlagen ist es bekannt, einen Schalter zwischen der Strangmitte und Erde vorzusehen, der im Falle eines Erdfehlers geschlossen wird und die Strangmitte real erdet. Im Ergebnis fallen dann lediglich noch Spannungen dem Betrage nach bis zu 600 Volt an den Modulen an. Diese Maßnahme ist mit einem erheblichen Verkabelungsaufwand verbunden, da die Mitte jeden Strangs über den Schalter erreichbar sein muss. Bei der Verwendung von TCO Dünnschichtmodulen treten darüber hinaus Korrosionsprobleme auf, weil aufgrund von Kathodenentladung der Rand der Module erodiert wird, bzw. korrodiert.
Aus der DE 20 2006 008 936 Ul ist es bekannt, eine Konstantspannungsquelle vorzusehen, die den Minuspol der Photovoltaikanlage auf ein positives Potential anhebt. Diese Vorgehensweise verfolgt den Zweck, den Austritt von Elektronen aus der TCO-Schicht der Module 3 zu reduzieren, so dass Kathodenentladungen verringert oder ganz vermieden werden, um eine Kathodenerosion am Modul zu verhindern.
Eine artverwandte Maßnahme ist aus der EP 2086020 A2 bekannt. In der dort beschriebenen Vorrichtung zur Potentialanhebung ist noch eine Variante vorgesehen, der zufolge eine Konstantspannungsquelle am Pluspol der Photovoltaikanlage angeschlossen ist, um diesen zur Reduzierung einer Blitz-Einschlagsgefahr auf ein höheres Potential zu heben.
In der eigenen vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2010 012294 AI wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung zur Spannungsabsenkung einzusetzen, mittels der das Potential des Minuspols gegenüber Erde abgesenkt wird. Diese Maßnahme ist allerdings bei TCO Dünnschichtmodulken mit der auftretenden Kathodenerosion kontra produktiv und nicht sinnvoll. In den nachveröffentlichten Anmeldungen DE 10 2011 015392 AI und DE 10 2011 017362 AI sind Maßnahmen beschrieben, wie eine Photovoltaikanlage mit frei schwebendem oder frei verschiebbarem Potential mit einer Schutzvorrichtung versehen werden kann, die den Betrieb mit einer hohen Betriebsspannung von z.B. 1500 Volt erlaubt und dabei sicherstellt, dass keine unzulässigen Spannungsüberschreitungen an einem Modul oder am Eingang des Wechselrichters auftreten, insbesondere in Hinblick auf die einschlägigen IEC-Normen. Bei einer Betriebsweise mit einer hohen Betriebsspannung von z.B. 1000 Volt oder mehr können bei gleicher Leistung der PV-Anlage Kabel mit dünneren Leitungsquerschnitten eingesetzt werden, was kostengünstiger ist und größere Anlagen erlaubt. Der Wechselrichter selber kann an seiner maximalen Spannung betrieben werden, wodurch eine bessere Ausnutzung seiner Dimensionierung, d.h. der Spannungsfestigkeit der verbauten Kondensatoren und elektronischer Bauelemente, der Verdrahtung etc. erreicht wird.
In einem nicht öffentlich zugänglichen Areal der Anmelderin wurde eine Anlage dieser Art mit Tausenden von Photovoltaikmodulen realisiert, deren Pluspol auf eine Betriebsspannung von 1000 Volt fixiert ist und die nach unten hin frei floatet.
Beim Probebetrieb der Anlage hat es sich überraschender Weise gezeigt, dass insbesondere morgens der zugeordnete Floatcontroller die an sich zu fixierende Schwelle von 1000 Volt nach unten verlässt. Es wird vermutet, dass dieser Umstand bereits kleinsten Glassprüngen in einigen der Photovoltaikmodulen zuzuordnen ist, die insbesondere morgens bei Frühtau zu minimalen Widerstands-behafteten Erdschlüssen führen, die einen Leckstrom gegen Erde ableiten. Leckströme werden außerdem durch Bewuchs und Verschmutzung begünstigt. Der zur Photovoltaikanlage zugehörige Floatcontroller ist darauf ausgelegt, Leckströme bis zu 30 mA zu akzeptieren und Leckströme zwischen 30 mA und 50 mA kurzzeitig zu tolerieren. Größere Leckströme sind nicht mehr betriebssicher und auch aus Gründen der Personengefährdung nicht zulässig. Unter dieser Prämisse ist es dem Floatcontroller nicht möglich, die eingestellte obere fixe Spannung aufrecht zu erhalten, wenn die Speisung der Leckströme den Grenzwert überschreitet. Als Folge wird vom Floatcontroller die Spannung am Pluspol gesenkt, die an sich bei 1000 Volt Betriebsspannung festgehalten werden sollte, um den Leckstrom auf das zulässige Maß zu reduzieren. Die geringere Spannung hat dann einen reduzierten Leckstrom zur Folge und dessen gewünschter Wert wird eingehalten. Dieser Vorgang des Absenkens der Spannung führt aufgrund des frei floatenden
Photovoltaikgenerators zu einer Spannungsverschiebung nach unten, mit der Folge, dass die Spannung am Minuspol des PV-Generators unter Erdpotential liegen kann. Diese negativen Spannungen gegenüber Erde sind aber aus dem besagten Grund der Kathodenkorrosion, die zu einer schleichenden Zerstörung bei TCO Modulen führt, zu vermeiden.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem aus den zuvor beschriebenen Gründen unerwünschten Vorliegen von bezüglich Erde negativen Spannungen am Minuspol des Photovoltaikgenerators entgegenzuwirken und insbesondere zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein mittels eines Steuersignals (S) steuerbares Schaltelement (21), mit dem der Minuspol (7) mit Erde (25)
verbindbar ist, durch ein Spannungsmessgerät (27) zur Messung der Spannung (U) gegenüber Erde, und durch ein Steuergerät (33) zum Empfangen und Auswerten der gemessenen Spannungswerte, welches das Steuersignal zum Schließen des Schaltelements erzeugt, sobald die am Minuspol herrschende Spannung (U) gegenüber Erde einen ersten vorgebbaren Grenzwert (Gl) unterschreitet und/oder das Integral der Spannung jenseits des ersten Grenzwerts über die Zeit einen vorgebbaren zweiten Grenzwert (G2) überschreitet. Unter dem Schaltelement wird dabei auch eine Diode oder ein regelbarer Widerstand verstanden, also jedes das Potential des Minuspols gegenüber Erde beeinflussende Bauteil.
Diese Maßnahme zeitigt als Ergebnis, dass der Betriebszustand des PV-Generators von„Floaten" auf„Grounded" umgestellt wird, wobei keine die Lebenserwartung der TCO Module beeinträchtigenden, kathodenseitige Leckströme mehr auftreten können.
Es ist vorteilhaft, wenn der vorgebbare Grenzwert eine positive Spannung gegen¬ über Erde ist, die in einem Bereich zwischen Null Volt und 10 Volt liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass überhaupt keine Kathodenerosion auftreten kann, die möglicherweise besonders spannungssensible Module beeinträchtigen könnte. Es ist aber auch möglich, dass der vorgebbare Grenzwert eine negative Spannung gegenüber Erde ist, die in einem Bereich zwischen Null Volt und -400 Volt, insbesondere zwischen null Volt und -50 Volt und besonders bevorzugt zwischen null Volt und -50 Volt liegt. Dann wird eine entsprechend geringe Kathodenerosion in Kauf genommen, die so klein ist, dass sie auch auf längere Zeit gesehen keine bleibenden Schäden an robusteren Modulen hinterlässt. Optimal ist es in Hinblick auf eine maximale Lebenserwartung des PV-Generators, wenn der vorgebbare Grenzwert Null Volt ist.
Um den ursprünglich angestrebten Betriebszustand des freien Floatens wieder herzustellen, wenn der Leckstrom zurückgegangen ist, sollte das Steuergerät so ausgelegt sein, dass ein Steuersignal zum Öffnen des Schaltelements erzeugt wird, sobald ein weiterer, vorgebbarer Grenzwert der Spannung zwischen dem Minuspol und Erde überschritten wird. Auch dieser zweite Grenzwert ist idealerweise Null, kann aber im Grunde genommen beliebig gewählt werden, falls Sicherheitsgedanken zur Modulkorrosion eine größere Rolle als andere Kriterien spielen. Der weitere Grenzwert kann derselbe sein, der das Schließen des Schaltelements einleitet.
Wenn der Grenzwert und der weitere Grenzwert jeweils Null sind, so ist es zweckmäßig, ein Strommessgerät zwischen dem Schaltelement und dem Minuspol vorzusehen, das einen Richtungswechsel des Stromflusses bezüglich Erde detektiert. Das Steuersignal zum Öffnen des Schaltelements basiert dann auf dem Richtungswechsel eines Stromflusses von Erde hin zum Minuspol in die Gegenrichtung vom Minuspol hin zur Erde.
Da bei geöffnetem Schaltelement kein Stromfluss vorliegt, der ausgewertet werden könnte, ist es zur Erzeugung des Schließsteuersignals zweckmäßig, wenn zwischen dem Minuspol und Erde ein Spannungsmessgerät angeordnet ist, welches das Steuersignal zum Schließen generiert, wenn die Spannung den Grenzwert unterschreitet. Das Spannungsmessgerät kann auch das Steuersignal zum Öffnen erzeugen, wenn der gemessene Wert mit der Spannung des weiteren Grenzwerts verglichen wird.
Anstelle oder zusätzlich zur Auswertung eines Stromflusses, ist es zweckmäßig, einen Vorwiderstand zwischen dem Minuspol und Erde vorzusehen. Dessen bei Stromfluss auftretender Spannungsabfall wird dahingehend ausgewertet, wann ein Richtungswechsel der am Vorwiderstand anliegenden Spannung oder eine Grenzwertüber- oder unterschreitung der Spannung vorliegt. Das Steuersignal zum Schließen und Öffnen des Schaltelements wird dann mit Hilfe der Auswertung des Spannungsabfalls gebildet. Je nach verwendetem Modultyp sind auch kurzzeitige Unterschreitungen des ersten Grenzwerts zulässig, sofern sie nicht zu lange dauern. Dazu sieht eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Integral der Spannung während der Zeitspanne, in der sie jenseits des ersten Grenzwerts und/oder der zweiten Grenzwerts liegt mit einem Gewichtungsfaktor belegt wird, zu dessen Bildung mindestens eines der folgenden Kriterien herangezogen wird: die aktuell herrschende relative Luftfeuchtigkeit, die wirtschaftliche Dringlichkeit von Energielieferbereitschaft, der Abstand der Spannung am Minuspol zum Erdpotential.
Als beispielhafte Option kann der Gewichtungsfaktor einer exponentiellen, einer trigonometrischen oder einer linearen Funktion in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Spannung am Minuspol und dem ersten Grenzwert oder in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit erfolgt. Es gilt generell, dass die schädliche Kathodenkorrosion bei negativen Kathodenspannungen gegenüber Erde umso schädlicher ist, desto höher die Luftfeuchtigkeit ist. Durch den Faktor wird also gewichtet, wie schädlich die unerwünschte negative Spannung am Minuspol für das verwendete Modul ist. Eine hohe Spannungs- unterschreitung von z.B. -500 Volt ist überproportional schädlicher zu bewerten, als eine von lediglich -100 Volt. Dies kann durch eine logarithmisch ansteigende Gewichtung der Spannungsdifferenz gegenüber Erde berücksichtigt werden. Außerdem sollte es auch möglich sein, den Gewichtungsfaktor auf null zu setzen, was bedeutet, dass die Erzeugung des Steuersignals blockiert wird. Dies ist z.B. in Fällen sinnvoll, wenn die Situation der Energieversorgung so angespannt ist, dass zur Stabilisierung des Stromnetzes alle verfügbaren Ressourcen eingebracht werden müssen, unabhängig von möglichen Folgeschäden an den Modulen. Eine beschleunigte, mögliche Degradation der Modulkapazität wird dann billigend in Kauf genommen, um den größeren wirtschaftlichen Schaden eines Netzzusammenbruchs zu vermeiden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren, wobei zunächst noch einmal auf den im einleitenden Teil zitierten Stand der Technik eingegangen wird. Es zeigen: Figur 1 das Schema einer potentialgebundenen Photovoltaikanlage nach dem
Stand der Technik, und
Figur 2 ein Schema mit dem erfindungsgemäßen, steuerbaren Schaltelement.
Nach Fig. 1 umfasst eine Photovoltaikanlage 1 eine Anzahl von Photovoltaik-Modulen 3, die jeweils in Reihe geschaltet sind und Stränge 5 bilden, die parallel zu einander geschaltet sind. Der so gebildete Photovoltaik-Generator 6 besitzt ein erstes und ein zweites Strangende 7, 9, die negatives bzw. positives Potential P1 bzw. P2 aufweisen. Das erste Strangende 7 ist der Minuspol des Photovoltaik-Generators 6 und besitzt damit das erste (niedere) Strangpotential P1 , und das zweite Strangende 9 ist der Pluspol des Photovoltaik-Generators 6 und besitzt damit das zweite (höhere) Strangpotential P2. An die Strangenden 7, 9 ist ein Wechselrichter 11 angeschlossen. Die Spannung Uo zwischen den Strangenden 7, 9 beträgt zurzeit im Lastfall ca. 720 V und im Leerlauffall ca. 960 Volt. Die Isolation der zu den Photovoltaikmodulen verlegten Kabel ist dabei auf einen Wert von ca. 1000 Volt ausgelegt, was ausreicht, um die zur Zeit gebräuchlichen Modultypen in dieser Variante sicher zu betreiben. Unter Verwendung von Maßnahmen, die verhindern, dass an den Eingängen des Wechselrichters 11 im Leerlauffall eine höhere Spannung als die dort zulässige Spannung von z.B. 1000 Volt anliegt, kann der PV-Generator auch mit einer höheren Betriebsspannung von z.B. 980 Volt betrieben werden. Die Photovoltaikanlage nach der Figur 1 umfasst weiterhin einen
Floatcontroller 13, der den Pluspol 9 auf eine vorgebbare Spannung von z.B. 1000 Volt fixiert. Von dieser Spannung aus floatet die Spannung am negativen Strangende 7 nach unten und bleibt in der Regel im positiven Bereich gegenüber Erde.
Wie es im einleitenden Teil bereits erwähnt ist, wurde beim experimentellen Betrieb einer solchen Anlage festgestellt, dass der Floatcontroller 13 nicht unter allen Betriebsbedingungen in der Lage ist, die Spannung am positiven Strangende 9 auf die gewünschten 1000 Volt zu halten. Dieses ist nicht weiter störend, solange die Spannung am Minuspol 7 positiv gegenüber Erde verbleibt. Wird sie jedoch negativ, so ist bei TCO Modulen mit einer schädlichen Korrosion der TCO-Schicht zu rechnen.
Dieses Verhalten des Floatcontrollers 13 wird darauf zurückgeführt, dass er programmiert ist, einen maximalen Grenzwert an Strom einzuhalten, der in den Stromkreis (PV- Generator 6 und Wechselrichter 11 ) eingespeist werden darf. Der maximale Grenzwert beträgt nach DIN z.B. 30 mA. Ist ein größerer Stromwert erforderlich, um die Spannung von 1000 Volt zu halten, so wird der Floatcontroller den Stromwert zu Lasten des an sich fixen Spannungswerts halten, mit der Folge, dass die Spannung am Pluspol nicht mehr auf die 1000 Volt fixiert bleibt, sondern abrutscht. Da das Floaten selber unbeein- flusst bleibt, sondern lediglich der obere Fixpunkt der Spannung, von wo aus nach unten gefloated wird, gesenkt wird, kann es je nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen wie insbesondere der aktuellen Sonneneinstrahlung, der Temperatur und der Luftfeuchte, dazu kommen, dass das Potential am negativen Strangende 7 unter Erdpotential sinkt. Damit aber tritt die unerwünschte Kathodenkorrosion auf. Im Übrigen wird vermutet, dass der vom Floatcontroller bereitgestellte, in den PV-Generator 6 eingespeiste Strom dazu dient, Leckströme zu bedienen, die durch Haarrisse in den Glasscheiben von Photovoltaikmodulen entstehen. Diese Module mit möglicherweise fertigungsbedingten Haarrissen sind bei Tausenden von verbauten PV-Modulen, wie sie bei einem großen Generator zum Einsatz kommen, nicht mit wirtschaftlich vernünftigem Aufwand zu finden. Die Vermutung zur Ursache des Abrutschens der an sich fixierten Spannung am Pluspol basiert darauf, dass ein Zusammenhang des Auftretens erhöhter Leckströme mit dem einhergehenden Verlassen des Spannungsfixpunktes bei Vorliegen einer erhöhten Luftfeuchtigkeit beobachtet wurde.
In der Figur 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, wie in der Figur 1. Eine Photovoltaikgenerator 6 umfasst eine Vielzahl von Feldern an Photovoltaik- module, deren jeweiligen Minuspolanschlüsse beispielhaft mit F1 bis F4 bezeichnet sind. Alle Minuspolanschlüsse F1 bis F4 des Photovoltaikgenerators 6 führen zu einer Sammelleitung 14, die an einen Minuspolanschluss 7 eines Wechselrichters 11 angeschlossen ist.
Weiterhin ist die Sammelleitung 14 über ein Strommessgerät 15, welches vorzugsweise berührungslos arbeitet, und über eine Vorsicherung 17 zu einem ersten Schaltkontakt 19 eines Schaltelements 21 geführt. Das Schaltelement 21 ist über einen zweiten Schaltkontakt 23 elektrisch mit Erde 25 verbunden. Parallel zu dem Strompfad der Vorsicherung 17 mit seriell dazu angeordnetem Schaltelement 21 ist ein Spannungsmessgerät 27 vorgesehen, welches die zwischen dem Minuspol 7 und der Erde 25 herrschende Spannung misst. Von dem Spannungsmessgerät 27 und dem Strommessgerät 15 führt jeweils eine Leitung 29 bzw. 31 zu einem Signaleingang 29a bzw. 31a am Steuergerät 33, welches die gemessenen Spannungswerte bzw. Stromwerte auswertet.
An dem Steuergerät 33 ist ein Bedienelement 35 vorgesehen, mit dessen Hilfe ein erster Grenzwert G1 einstellbar ist, gegenüber dem in der Steuereinrichtung 33 die am Minuspol herrschende Spannung U zu Erde verglichen wird. Anstelle des Bedienelements kann auch ein gewünschter erster Grenzwert G1 fest vorgegeben sein, oder der erste Grenzwert G1 wird über eine geeignete Datenübertragung von extern der Steuereinrichtung 33 zugeführt. In der Steuereinrichtung 33 wird die am Signaleingang 29a anliegende Spannung mit dem ersten vorgebbaren Grenzwert G1 verglichen. Unterschreitet die gemessene Spannung U den ersten Grenzwert G1 so generiert die Steuereinrichtung 33 ein Schaltsignal S, welches ein Schließen des Schaltelements 21 bewirkt. Durch das Schließen des Schaltelements 21 wird der Minuspol 7 mit Erde 25 verbunden und an den Minuspolanschlüssen F1 bis F4 der Photovoltaikfelder kann keine negative Spannung U gegenüber Erde 25 auftreten.
Eine andere Variante, die auch gleichzeitig mit der zuvor beschrieben Variante mit dem ersten Grenzwert G1 eingerichtet werden kann, sieht vor, über ein zweites Bedienelement 37 an der Steuereinrichtung 33 das Integral der Spannung jenseits des ersten Grenzwerts G1 über die Zeit zu erfassen. Das aufgelaufene Integral wird kontinuierlich oder in diskreten kurzen zeitabständen mit einen vorgebbaren zweiten Grenzwert G2 verglichen. Überschreitet das Integral zu irgendeinem Zeitpunkt den vorgebbaren zweiten Grenzwert G2, so wird ebenfalls das Steuersignal S zur Schließung des Schaltelements 21 generiert. Bei dieser Variante wird eine länger andauernde kleine negative Spannung U gegenüber Erde toleriert, und erst nach einer lange andauernden Zeitspanne von z.B. einigen Stunden (1 bis 4 Stunden) wird die Erdung des Minuspols 7 eingeleitet. Wird dagegen eine deutlich negative Spannung U gegenüber Erde 25 registriert, so wird der Schließvorgang entsprechend früher vorgenommen.
Der Öffnungsvorgang des Schaltelements 21 kann gleichermaßen automatisiert erfolgen. Dazu ist ein weiteres Bedienelement 39 an der Steuervorrichtung 33 vorgesehen, an dem ein weiterer, vorgebbarer Spannungsgrenzwert G3 einstellbar ist. Auch für die Grenzwerte G2 und G3 gilt die oben erwähnte Ausgestaltung, dass anstelle der Bedienelemente 37, 39 auch der gewünschte zweite Grenzwert G2 oder weitere Grenz- wert G3 fest in der Steuereinrichtung 33 vorgegeben sein kann, oder über eine geeignete Datenübertragung von extern der Steuereinrichtung 33 zugeführt werden. Der weitere Grenzwert G3 dient dazu festzulegen, wann das Schaltelement 21 wieder geöffnet wird, um die Erdung des Minuspols 7 aufzuheben. Dieser Vorgang erfolgt vorteilhafterweise, sobald die Spannung U zwischen dem Minuspol 7 und Erde 25 den weiteren Grenzwert G3 überschreitet. Das Steuersignal S zur Erzeugung des Öffnungsvorgangs des Schaltelements 21 kann auch durch eine Auswertung des am Strommessgerät 15 gemessenen Stroms erfolgen. Dabei kann ein Richtungswechsel des Stromflusses von und zur Erde detektiert werden und das Steuersignal S zum Öffnen des Schaltelements 21 wird basierend auf einen Richtungswechsel des Stromflusses erzeugt. Anstelle des Detektierens des Richtungswechsels kann auch ein kleiner Stromwert herangezogen werden, mit dem der gemessene Wert verglichen wird. Der Öffnungsvorgang erfolgt dann, wenn der gemessene Strom dem vorgebbaren Stromwert entspricht.
Anstelle oder zusätzlich zur Strommessvorrichtung 15 kann auch ein Vorwiderstand als Messwiderstand 41 zwischen dem Minuspol 7 und Erde 25 verwendet werden, wie er gestrichelt in der Figur 2 eingezeichnet ist. Die am Vorwiderstand 41 auftretender Spannungsabfall Uvw wird dahingehend ausgewertet, wann ein Richtungswechsel oder eine Grenzwertüber- oder unterschreitung zu einer vorgebbaren Öffnungsspannung vorliegt. Das Steuersignal S für das Öffnen des Schaltelements 21 wird mit Hilfe der Auswertung gebildet.
Im Ergebnis wird in der Steuervorrichtung 33 analysiert, wann ein Wechsel von der im normalen Betrieb gewünschten Betriebsart„Floating", also Betrieb mit einem schwebenden Potential hin zu einem vorübergehenden Ausnahmebetrieb „grounded", also mit geerdetem Minuspol, und zurück von„Grounded" zu„Floating" vorzunehmen und das Steuersignal S entsprechend abzusetzen ist. Dieser Wechsel ist bei Photovoltaikgeneratoren 1 mit Systemspannungen von bis zu 1500 Volt besonders nützlich. Die Möglichkeit des Betriebsartwechsels erhöht die Effizienz des Photovoltaikgenerators 1 und macht ein Kurzschließen der gesamten PV-Spannung obsolet. Aufgrund der Höhe des Leckstroms, der der Summe aus dem vom Floatcontroller gelieferten Strom plus dem am Strommessgerät 15 ge- messenen Strom entspricht, können Rückschlüsse auf den Grad einer Degradation der Photovoltaikmodule gezogen werden. Wenn bei ansonsten gleichen Umgebungsbedingungen eine Zunahme des Leckstroms zu beobachten ist, so sind mehr Haarrisse an den Modulen zu verzeichnen. Über geeignete Mittel, wie sie in einer früheren Anmeldung vorgeschlagen wurden, können besonders betroffene Module erkannt und ggf. ausgetauscht werden.
11 Patentansprüche
2 Figuren
Bezugszeichenliste
1 Photovoltaikanlage
3 Photovoltaikmodul
5 Strang
7 Minuspol
9 Pluspol
11 Wechselrichter
13 Floatcontroller
14 Sammelleitung
15 Strommessgerät
17 Vorsicherung
19 erster Schaltelementkontakt
21 Schaltelement
23 zweiter Schaltelementkontakt
25 Erde
27 Spannungsmessgerät
29 Leitung
29a Signaleingang
31 Leitung
31a Signaleingang
33 Steuereinrichtung
35 1. Bedienelement
37 2. Bedienelement
39 3. Bedienelement
41 Messwiderstand
F1-F4 Minuspolanschluss eines PV-Feldes
G1-G3 Grenzwert
S Steuersignal zum Schaltelement
U Spannung Minuspol zu Erde
Uwv Spannung am Vorwiderstand

Claims

Patentansprüche
1. Photovoltaikanlage (1 ) mit einem, mit einem schwebenden Potential betreibbaren Photovoltaikgenerator (6), welcher mehrere parallel angeordnete Stränge (5) von in Serie verbundenen Photovoltaikmodulen (3) umfasst, wobei die Stränge einen Plus- und einen Minuspol (9 bzw. 7) aufweisen, zwischen denen eine über die Anzahl der in Serie geschalteten Photovoltaikmodule vorgebbare Strangspannung anliegt, die im Leerlauffall des Photovoltaikgenerators mehr als 1000 Volt beträgt, und mit einem Wechselrichter (11 ), dessen Gleichspannungseingang (-,+) mit den beiden Polen verbunden ist, und der ausgangsseitig mit einem Versorgungsnetz verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein mittels eines Steuersignals (S) steuerbares Schaltelement (21 ), mit dem der Minuspol (7) mit Erde (25) verbindbar ist, und durch ein Steuergerät (33), welches das Steuersignal zum Schließen des Schaltelements erzeugt, sobald die am Minuspol herrschende Spannung (U) gegenüber Erde einen ersten vorgebbaren Grenzwert (G1 ) unterschreitet und/oder das Integral der Spannung jenseits des ersten Grenzwerts über die Zeit einen vorgebbaren zweiten Grenzwert (G2) überschreitet.
2. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgebbare Grenzwert (G1 ) eine negative Spannung (U) gegenüber Erde ist, die insbesondere in einem Bereich zwischen Null Volt und -400 Volt, geeigneter Weise zwischen null Volt und -200 Volt und besonders bevorzugt zwischen null Volt und -50 Volt liegt.
3. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgebbare Grenzwert (G1 ) eine positive Spannung (U) gegenüber Erde ist.
4. Photovoltaikanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste vorgebbare Grenzwert (G1 ) in einem Bereich zwischen Null Volt und 100 Volt, insbesondere zwischen null Volt und 20 Volt liegt.
5. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaltelement (21) und dem Minuspol (7) eine Vorsicherung (17) und/oder ein regelbarer Widerstand und/oder ein regelbarer Halbleiter angeordnet ist.
6. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (33) ein Steuersignal (S) zum Öffnen des Schaltelements erzeugt, sobald ein weiterer, vorgebbarer Grenzwert (G3) der Spannung (U) zwischen dem Minuspol und Erde überschritten wird.
7. Photovoltaikanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Grenzwert (G3) derselbe ist, der das Schließen des Schaltelements (21 ) einleitet.
8. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strommessgerät (15) vorgesehen ist, das einen Richtungswechsel des Stromflusses von und zur Erde (25) detektiert und das Steuersignal (S) zum Öffnen des Schaltelements basierend auf dem Richtungswechsel erzeugt wird.
9. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwiderstand (41 ) zwischen dem Minuspol (7) und Erde (25) vorgesehen ist, dessen bei Stromfluss auftretender Spannungsabfall (Uvw ) dahingehend ausgewertet wird, wann ein Richtungswechsel oder eine Grenzwertüberoder unterschreitung vorliegt, wobei das Steuersignal mit Hilfe der Auswertung gebildet wird.
10. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Integral der Spannung (U) jenseits des ersten Grenzwerts (G1 ) und/oder der zweite Grenzwert (G2) selber mit einem Gewichtungsfaktor belegt wird, zu dessen Bildung mindestens eines der folgenden Kriterien herangezogen wird: die aktuell herrschende relative Luftfeuchtigkeit, die wirtschaftliche Dringlichkeit von Energielieferbereitschaft, der Abstand der Spannung am Minuspol (7) zum Erdpotential, und wobei der Gewichtungsfaktor einer exponentiellen, einer trigonometrischen oder einer linearen Funktion in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung am Minuspol und dem ersten Grenzwert (G1 ) oder in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit, insbesondere der relativen Luftfeuchtigkeit, folgt.
11. Verfahren zum Betrieb einer Photovoltaikanlage (1 ) mit einem, mit einem schwebenden Potential betreibbaren Photovoltaikgenerator (6), der einen Plus- und einen Minuspol (9 bzw. 7) aufweist, zwischen denen eine Spannung anliegt, die im Leerlauffall des Photovoltaikgenerators mehr als 1000 Volt beträgt, und mit einem Wechselrichter (11 ), dessen Gleichspannungseingang (-,+) mit den beiden Polen verbunden ist, und der ausgangsseitig mit einem Versorgungsnetz verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet dass bei Vorliegen eines Steuersignals (S) ein Wechsel der Betriebsart von mit schwebendem Potential hin zu einer Betriebsart mit geerdetem Minuspol vorgenommen wird.
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