WO2021144173A1 - Mobile freischalteinrichtung - Google Patents

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WO2021144173A1
WO2021144173A1 PCT/EP2021/050115 EP2021050115W WO2021144173A1 WO 2021144173 A1 WO2021144173 A1 WO 2021144173A1 EP 2021050115 W EP2021050115 W EP 2021050115W WO 2021144173 A1 WO2021144173 A1 WO 2021144173A1
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WO
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contacts
switch
activation
contact
adapter
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PCT/EP2021/050115
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Grosskurth
Original Assignee
Sma Solar Technology Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/34—Electrical components comprising specially adapted electrical connection means to be structurally associated with the PV module, e.g. junction boxes
    • 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
    • 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
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    • 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
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to a mobile disconnection device for a photovoltaic energy generation system.
  • the invention also relates to a collecting box and an inverter with an adapter device for receiving the mobile disconnection device.
  • an energy generation system In photovoltaic energy generation systems, sunlight is converted into electrical energy and typically fed into an energy distribution network as alternating current.
  • an energy generation system has a large number of solar modules that convert sunlight into direct current power.
  • a series connection can be used to form a string that has a desired output voltage which, in current open-space systems, can assume values of up to 1500 volts.
  • a large number of strings can be connected in parallel so that their currents add up and are fed collectively to a DC input of an inverter.
  • collecting boxes are integrated into the power generation system, which have several DC inputs for connecting a string and a DC output for providing the total currents of the connected strings.
  • disconnectors for the selective separation of strings that are connected to one of the DC inputs of the collecting box.
  • Further disconnectors can also be provided in the inverter. Since the disconnectors must be able to switch a high load current with a high disconnection voltage, at which, for example, arcs occur, such disconnectors are a significant cost factor in power generation plants. Efforts are therefore made to keep the number of switching elements in a power generation system as low as possible.
  • the direct current lines that connect the solar modules with the inverter are activated in a so-called disconnection device short-circuited and connected to earth potential. This can ensure that the direct current lines do not have any dangerous potential. In this case, however, safety precautions must ensure that the short circuit or the connection to earth potential is not canceled by mistake or by a defect in the short circuit device before the maintenance work is complete.
  • a voltage reduction within a power generation plant is also required within the framework of standards (for example in the National Electrical Code NEC 2014) when certain operating situations occur. Rapid shutdown devices (RSD) are used for this, as described, for example, in US Pat. No. 9,742,194 B2.
  • RSD Rapid shutdown devices
  • the document EP 3261 207 A1 discloses a safety device for a photovoltaic system which, in response to a control signal, actuates a first switch, which is arranged between connections of a solar panel, in order to connect the connections via a first impedance.
  • a second switch is used to discharge a parasitic capacitance of the connections via a second impedance.
  • An isolating device has the features of independent claim 1. Preferred embodiments are described in the dependent claims.
  • a collecting box according to the invention or an inverter according to the invention has a receptacle for inserting a disconnection device according to the invention.
  • a mobile disconnection device for a photovoltaic energy generation system can be inserted into a receptacle of the energy generation system, the receptacle having two adapter contacts each connected to a direct current line of the energy generation system and an adapter earth contact connected to ground potential.
  • the mobile activation device has the Activation contacts assigned to adapter contacts and a grounding contact assigned to the adapter earth contact, which are electrically connected to the assigned adapter contacts and adapter earth contact when the activation device is inserted into the receptacle.
  • the disconnection device comprises a first switch, via which the disconnection contacts can be electrically connected to one another, a second switch, via which one of the disconnection contacts can be connected to the grounding contact, and a manual actuation device for changing the first switch and the second switch between a first position, in which both switches are open, and a second position in which both switches are closed, so that in the second position the direct current lines are short-circuited with one another and connected to ground potential.
  • a manual actuation device for changing the first switch and the second switch between a first position, in which both switches are open, and a second position in which both switches are closed, so that in the second position the direct current lines are short-circuited with one another and connected to ground potential.
  • the ability to use and remove the mobile disconnection device means that the power generation system does not require a permanently installed, costly disconnection device. Instead, the maintenance staff can carry the disconnection device with them and use it on the power generation plant to be serviced.
  • the mobile release device preferably has a locking device which enables insertion into and removal from the receptacle only in the first position, that is to say when both switches are open.
  • the short circuit of the direct current lines cannot be caused by inserting the disconnection device in an undesired switch position or canceled by removing the disconnection device in an undesired switch position, which increases the operational reliability of the disconnection device.
  • a change between the first position and the second position can be blocked if the disconnection device is not properly inserted into the receptacle, i.e. if a reliable electrical connection between the disconnection contacts and the assigned adapter contacts or the ground contact and the assigned adapter ground contact is not guaranteed.
  • the actuating device can have a mechanical lock against an unauthorized change of position, in the simplest case an eyelet into which a padlock can be hooked.
  • each disconnection contact can comprise two electrically interconnected partial contacts, each of which is assigned two adapter partial contacts, which are connected to the same direct current line are connected. Additionally or alternatively, the first switch and / or the second switch can each have two parallel partial switches.
  • the disconnection device can have a fault current device which is set up to generate a fault current value from one of the disconnection contacts to the grounding contact for a predetermined period of time at the beginning of a change in the actuation device from the first position to the second position, the period of time being greater than a tripping period of a Residual current protection circuit of the power generation system in the event of a residual current in the amount of the residual current value.
  • the task of the residual current device is to trigger the residual current protection circuit of the energy generation system and thereby achieve a separation of the energy generation system from the network if the energy generation system is still connected to a network at this point in time. If there is an existing network connection, a short-circuit current can otherwise arise between the direct current lines, which would damage the power generation system or the isolating device.
  • the actuating device is set up to close the first switch before the second switch when changing from the first to the second position. This first creates a short circuit between the DC lines, and only then is the DC lines grounded. A period of time between the short-circuiting of the direct current lines and the grounding of the short-circuited direct current lines can be predetermined in a known manner by the design of the actuating device.
  • the actuation device can be, for example, a motorized or a manual actuation device.
  • the release device advantageously has a visual display.
  • the optical display can display the operating state of the disconnection device, a current flowing through the first switch or a current flowing through the second switch, for example. In this way, it is easy to check whether the energy generation plant is in a safe state for carrying out maintenance work.
  • the disconnection device can have a counter for recording the number of changes in the operating device. This counter can be made readable. But it is also conceivable that the actuating device is set up in such a way that a change from the first position to the second position is blocked when a predetermined count is reached. In this way it can be prevented that a disconnection device is used which has already been exposed to wear and tear which no longer guarantees safe operation. When the specified count is reached, the disconnection device can be overhauled or checked, which allows the counter to be reset.
  • the disconnection device can furthermore comprise a signal device for generating a signal that is dependent on the position of the actuation device.
  • the signal can be, for example, a radio signal that can be received by a receiving device that the maintenance technician carries with him.
  • a disconnection device furthermore has a monitoring device for monitoring a contact quality of the disconnection contacts, the grounding contact, contacts of the first switch and / or contacts of the second switch, the monitoring device in particular having sensors for determining a contact temperature and / or via has a falling voltage contact.
  • the signal device can also be set up to generate a signal that is dependent on the contact quality.
  • the disconnection device can furthermore comprise a discharge circuit which is set up for the controlled reduction of a voltage present between the disconnection contacts when the actuating device changes from the first position to the second position before the second position is assumed.
  • a discharge circuit can be implemented, for example, by a brake chopper, that is to say a clocked resistor.
  • arc extinguishing devices such as that disclosed in DE 102 25 259 A1 can be used.
  • a collecting box has a receptacle for inserting an activation device described above.
  • an inverter it is also conceivable to equip an inverter with a receptacle for inserting an isolating device described above.
  • Fig. 2 show a second embodiment of a disconnection device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention of a mobile disconnection device 2 which can be inserted into a receptacle 6 of a component of a power generation plant.
  • the component of the energy generation system has direct current lines DC +, DC- of the energy generation system and can, for example, be a collecting box or an inverter.
  • two adapter contacts 7 and an adapter earth contact 8 are provided, which are arranged in such a way that when the disconnection device 2 is inserted, an electrical contact is established between the adapter contacts 7 and corresponding disconnection contacts 9 of the disconnection device 2, or between the adapter earth contact 8 and a ground contact 10 of the Isolation device 2 is produced.
  • the adapter contacts 7 are each connected to different direct current lines DC +, DC-, so that a short circuit between the direct current lines DC +, DC- can be produced via the disconnection device 2.
  • the adapter earth contact 8 is connected to earth potential.
  • the receptacle 6 has locking receptacles 16, into which elements of a locking device 12 of the disconnection device 2 can engage in order to be able to mechanically block removal of the disconnection device 2 from the receptacle 6 depending on the switching state of the disconnection device 2.
  • the disconnection device 2 can only be removed when the first switch 15 and the second switch 14 are open.
  • the adapter contacts 7 are designed to be safe to touch so that they cannot be touched when the disconnection device 2 is removed.
  • the mobile activation device 2 comprises an actuating device 11, via which a first switch 15 and a second switch 14 can be actuated.
  • the first switch 15 is connected on one side to a first enabling contact 9 and on the other side to a second enabling contact 9, so that the direct current lines DC +, DC- can be short-circuited via the first switch 15.
  • the second switch 14 is connected on one side to one of the isolation contacts 9 and on the other side to the grounding contact 10, so that a ground fault of the corresponding direct current line can be generated.
  • the actuation device 11 can be a mechanical device, for example a rotary knob or lever, or a motorized or electromechanical actuation device.
  • the two switches 14, 15 can be operated together or one after the other. In particular, the first switch 14 after the second Switch 15 can be operated.
  • the switches 14, 15 can be mechanical switches, electromechanical switches, semiconductor switches or a combination of the switch types mentioned.
  • the disconnection device 2 can have a fault current device 13, for example in the form of a current source.
  • a desired fault current can be generated between one of the direct current lines and earth potential.
  • Such a generated fault current can be generated before the two switches 14, 15 are closed with the aim of triggering a fault current protection device of the energy generation system so that the energy generation system disconnects itself from a connected network before short-circuiting the direct current lines DC +, DC-, provided that the network connection to it Point in time.
  • a controller 17 can control and / or monitor the switching processes within the disconnection device 2. For this purpose, for example, the timing of the actuation of the fault current device 13, the actuation of the first and second switches 14, 15, a detection of temperature, current or voltage values within the disconnection device 2, a display of the switching state of the disconnection device 2 via elements of a display 18 and / or data communication via the controller 17 can be coordinated.
  • the controller 17 can, for example, communicate with an inverter of the power generation system so that the inverter moves the connected solar generators to a voltage-reduced or even voltage-free operating point immediately before the disconnection device changes from the first to the second position, thereby reducing a switching load on the disconnection device can.
  • the electrical supply of the controller 17 can for example take place from a battery (not shown), which can preferably be charged via a voltage dropping across the first switch 15.
  • the first and / or the second switch 14, 15 can be designed redundantly as parallel partial switches.
  • redundant adapter contacts 7 or redundant isolation contacts 9 can be provided in order to ensure a reliable permanent short circuit of the direct current lines DC +, DC- through the isolation device 2.

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Abstract

Eine mobile Freischalteinrichtung (2) für eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage (1) ist in eine Aufnahme (6) der Energieerzeugungsanlage (1) einsetzbar. Die Aufnahme (6) weist zwei mit jeweils einer Gleichstromleitung (DC+, DC-) der Energieerzeugungsanlage (1) verbundene Adapterkontakte (7) und einen mit Erdpotential verbundenen Adaptererdkontakt (8) auf, wobei den Adapterkontakten (7) zugeordnete Freischaltkontakte (9) und ein dem Adaptererdkontakt (8) zugeordneter Erdungskontakt (10) beim Einsetzen der Freischalteinrichtung (2) in die Aufnahme (6) mit den zugeordneten Adapterkontakten (7) und Adaptererdkontakt (8) elektrisch verbunden werden. Die Freischalteinrichtung (2) umfasst einen ersten Schalter (15), über den die Freischaltkontakte (9) miteinander elektrisch verbindbar sind, einen zweiten Schalter (14), über den einer der Freischaltkontakte (9) mit dem Erdungskontakt (10) verbindbar ist, und eine Betätigungsvorrichtung (11) zum Wechsel des ersten Schalters (15) und des zweiten Schalters (14) zwischen einer ersten Stellung, in der beide Schalter geöffnet sind, und einer zweiten Stellung, in der beide Schalter geschlossen sind, so dass in der zweiten Stellung die Gleichstromleitungen (DC+, DC-) miteinander kurzgeschlossen und mit Erdpotential verbunden sind. Die Freischalteinrichtung (2) ist beispielsweise in eine Sammelbox oder einen Wechselrichter einer Energieerzeugungsanlage einsetzbar.

Description

Mobile Freischalteinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine mobile Freischalteinrichtung für eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Sammelbox und einen Wechselrichter mit einer Adaptervorrichtung zur Aufnahme der mobilen Freischalteinrichtung.
In photovoltaischen Energieerzeugungsanlagen wird Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt und typischerweise als Wechselstrom in ein Energieverteilungsnetz eingespeist. Hierzu weist eine Energieerzeugungsanlage eine Vielzahl von Solarmodulen auf, die das Sonnenlicht in Gleichstromleistung umwandeln. Durch eine Reihenschaltung kann ein String gebildet werden, der eine gewünschte Ausgangsspannung aufweist, die bei aktuellen Freiflächenanlagen Werte bis zu 1500 Volt annehmen kann. Gleichzeitig können eine Vielzahl von Strings parallelgeschaltet werden, so dass sich deren Ströme addieren und gesammelt einem DC-Eingang eines Wechselrichters zugeführt werden. Zur Parallelschaltung mehrerer Strings werden Sammelboxen in die Energieerzeugungsanlage integriert, die mehrere DC-Eingänge zum Anschluss eines Strings und einen DC-Ausgang zur Bereitstellung der Summenströme der angeschlossenen Strings aufweisen. Sammelboxen weisen hierzu häufig weitere Elemente auf, beispielsweise Strom- oder Spannungssensoren, oder Trennschalter zum selektiven Trennen von Strings, die an einem der DC-Eingänge der Sammelbox angeschlossen sind. Weitere Trennschalter können auch im Wechselrichter vorgesehen sein. Da die Trennschalter in der Lage sein müssen, einen hohen Laststrom bei hoher Trennspannung schalten zu können, bei der beispielsweise Lichtbögen auftreten, sind solche Trennschalter ein bedeutender Kostenfaktor in Energieerzeugungsanlagen. Daher ist man bemüht, die Anzahl der Schaltorgane in einer Energieerzeugungsanlage so gering wie möglich zu halten.
Zur Durchführung von Wartungsarbeiten an einer Energieerzeugungsanlage ist es erforderlich, sicherzustellen, dass keine während der Wartung berührbaren Teile eine gefährliche Spannung aufweisen. Hierzu können grundsätzlich die vorhandenen Trennschalter eingesetzt werden, wobei dann aber alle Solarmodule abgetrennt werden müssen.
Sofern nicht alle Solarmodule durch Trennschalter vom Wechselrichter getrennt werden können, oder auch zusätzlich zu einer Trennung der Solarmodule, ist ein alternatives Vorgehen erforderlich. Hierbei werden in einer sogenannten Freischalteinrichtung die Gleichstromleitungen, die die Solarmodule mit dem Wechselrichter verbinden, kurzgeschlossen und mit Erdpotential verbunden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Gleichstromleitungen kein gefährliches Potential aufweisen. Sicherheitsvorkehrungen müssen in diesem Fall aber sicherstellen, dass der Kurzschluss beziehungsweise die Verbindung mit Erdpotential nicht vor Ende der Wartungsarbeiten versehentlich oder durch einen Defekt der Kurzschlussvorrichtung aufgehoben wird.
Eine Spannungsreduzierung innerhalb einer Energieerzeugungsanlage ist auch im Rahmen von Normen (beispielsweise im National Electrical Code NEC 2014) bei Eintreten bestimmter Betriebssituationen gefordert. Hierzu werden Rapid Shutdown Devices (RSD) eingesetzt wie sie beispielsweise in der Schrift US 9 742 194 B2 beschrieben sind.
Eine solche, die Sicherheitsanforderungen erfüllende Freischalteinrichtung ist ebenfalls aufwändig und teuer. Aus diesem Grund besteht der Wunsch, diese nicht als fester Bestandteil der Energieerzeugungsanlage vorsehen zu müssen, wenn Normen deren dauerhaftes Vorhandensein nicht explizit fordern.
Das Dokument EP 3261 207 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung für eine Photovoltaikanlage, die in Reaktion auf ein Kontrollsignal einen ersten Schalter, der zwischen Anschlüssen eines Solarpanels angeordnet ist, betätigt, um die Anschlüsse über eine erste Impedanz zu verbinden. Ein zweiter Schalter dient zum Entladen einer parasitären Kapazität der Anschlüsse über eine zweite Impedanz.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Freischalteinrichtung aufzuzeigen, die ein sicheres Freischalten einer Energieerzeugungsanlage ermöglicht, aber nicht fester Bestandteil einer Energieerzeugungsanlage ist, so dass sie beispielsweise von einem Servicetechniker mitgebracht, kurzfristig in der Energieerzeugungsanlage installiert, aktiviert und nach Abschluss der Wartungsarbeiten wieder deaktiviert und mitgenommen werden kann.
Eine erfindungsgemäße Freischalteinrichtung weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 auf. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine erfindungsgemäße Sammelbox beziehungsweise ein erfindungsgemäßer Wechselrichter weist eine Aufnahme zum Einsetzen einer erfindungsgemäßen Freischalteinrichtung auf.
Eine erfindungsgemäße mobile Freischalteinrichtung für eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage ist in eine Aufnahme der Energieerzeugungsanlage einsetzbar, wobei die Aufnahme zwei mit jeweils einer Gleichstromleitungen der Energieerzeugungsanlage verbundene Adapterkontakte und einen mit Erdpotential verbundenen Adaptererdkontakt aufweist. Die mobile Freischalteinrichtung weist den Adapterkontakten zugeordnete Freischaltkontakte und ein dem Adaptererdkontakt zugeordneter Erdungskontakt auf, die beim Einsetzen der Freischalteinrichtung in die Aufnahme mit den zugeordneten Adapterkontakten und Adaptererdkontakt elektrisch verbunden werden. Weiterhin umfasst die Freischalteinrichtung einen ersten Schalter, über den die Freischaltkontakte miteinander elektrisch verbindbar sind, einen zweiten Schalter, über den einer der Freischaltkontakte mit dem Erdungskontakt verbindbar ist, und eine manuelle Betätigungsvorrichtung zum Wechsel des ersten Schalters und des zweiten Schalters zwischen einer ersten Stellung, in der beide Schalter geöffnet sind, und einer zweiten Stellung auf, in der beide Schalter geschlossen sind, so dass in der zweiten Stellung die Gleichstromleitungen miteinander kurzgeschlossen und mit Erdpotential verbunden sind. In diesem Schaltzustand kann sichergestellt werden, dass die Gleichstromleitungen ein ungefährliches Potential aufweisen, so dass Wartungsarbeiten an der Energieerzeugungsanlage gefahrlos möglich sind. Durch die Möglichkeit, die mobile Freischalteinrichtung einzusetzen und zu entnehmen, benötigt die Energieerzeugungsanlage keine fest installierte, kostspielige Freischalteinrichtung. Stattdessen kann das Wartungspersonal die Freischalteinrichtung mit sich führen und jeweils an der zu wartenden Energieerzeugungsanlage einsetzen.
Bevorzugt weist die mobile Freischalteinrichtung eine Verriegelungsvorrichtung auf, die ein Einsetzen in die und eine Entnahme aus der Aufnahme nur in der ersten Stellung ermöglicht, also wenn beide Schalter geöffnet sind. Somit kann der Kurzschluss der Gleichstromleitungen nicht durch ein Einsetzen der Freischalteinrichtung in einer unerwünschten Schalterstellung verursacht beziehungsweise durch eine Entnahme der Freischalteinrichtung in einer unerwünschten Schalterstellung aufgehoben werden, was die Betriebssicherheit der Freischalteinrichtung erhöht. Zusätzlich kann ein Wechsel zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung gesperrt sein, wenn die Freischalteinrichtung nicht ordnungsgemäß in die Aufnahme eingesetzt ist, also wenn eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den Freischaltkontakten und den zugeordneten Adapterkontakten beziehungsweise dem Erdungskontakt und dem zugeordneten Adaptererdkontakt nicht gewährleistet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Betätigungsvorrichtung eine mechanische Verriegelung gegen einen unautorisierten Wechsel der Stellung aufweisen, im einfachsten Fall eine Öse, in die ein Vorhängeschloss eingehakt werden kann.
Zur weiteren Steigerung der Betriebssicherheit der Freischalteinrichtung kann jeder Freischaltkontakt zwei elektrisch miteinander verbundene Teilkontakte umfassen, denen jeweils zwei Adapterteilkontakte zugeordnet sind, die mit der gleichen Gleichstromleitung verbunden sind. Ergänzend oder alternativ können der erste Schalter und/oder der zweite Schalter jeweils zwei parallele Teilschalter aufweisen.
Zusätzlich kann die Freischalteinrichtung eine Fehlerstromvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, zu Beginn eines Wechsels der Betätigungsvorrichtung von der ersten Stellung in die zweite Stellung einen Fehlerstromwert von einem der Freischaltkontakte zum Erdungskontakt für eine vorgegebene Zeitdauer zu erzeugen, wobei die Zeitdauer größer als eine Auslösedauer einer Fehlerstromschutzschaltung der Energieerzeugungsanlage bei Vorliegen eines Fehlerstrom in Höhe des Fehlerstromwerts ist. Aufgabe der Fehlerstromvorrichtung ist es, die Fehlerstromschutzschaltung der Energieerzeugungsanlage auszulösen und dadurch eine Trennung der Energieerzeugungsanlage vom Netz zu erreichen, falls die Energieerzeugungsanlage zu diesem Zeitpunkt noch mit einem Netz verbunden ist. Im Falle einer bestehenden Netzverbindung kann sonst ein Kurzschlussstrom zwischen den Gleichstromleitungen entstehen, der die Energieerzeugungsanlage oder die Freischalteinrichtung beschädigen würde.
In einer bevorzugten Ausführung der Freischalteinrichtung ist die Betätigungsvorrichtung dazu eingerichtet, beim Wechsel von der ersten in die zweite Stellung den ersten Schalter vor dem zweiten Schalter zu schließen. Hierdurch wird zunächst ein Kurzschluss zwischen den Gleichstromleitungen erzeugt, und dann erst werden die Gleichstromleitungen geerdet. Eine Zeitdauer zwischen dem Kurzschließen der Gleichstromleitungen und dem Erden der kurzgeschlossenen Gleichstromleitungen kann durch die Ausführung der Betätigungsvorrichtung in bekannter weise vorgegeben werden.
Die Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise eine motorische oder eine manuelle Betätigungsvorrichtung sein.
Vorteilhaft weist die Freischalteinrichtung eine optische Anzeige auf. Die optische Anzeige kann hierbei beispielsweise den Betriebszustand der Freischalteinrichtung, einen über den ersten Schalter fließenden Strom oder einen über den zweiten Schalter fließenden Strom anzeigen. Auf diese Weise kann leicht überprüft werden, ob die Energieerzeugungsanlage sich in einem sicheren Zustand zur Durchführung von Wartungsarbeiten befindet.
Da beim Betätigen der Freischalteinrichtung eine kurzzeitige hohe Belastung der Komponenten der Freischalteinrichtung, insbesondere des ersten und zweiten Schalters entsteht, die zu einem Verschleiß führen können, kann die Freischalteinrichtung einen Zähler zur Erfassung der Anzahl der Wechsel der Betätigungsvorrichtung aufweisen. Dieser Zähler kann ablesbar ausgeführt sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Betätigungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass ein Wechsel von der ersten Stellung in die zweite Stellung gesperrt wird, wenn ein vorgegebener Zählerstand erreicht ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass eine Freischalteinrichtung eingesetzt wird, die bereits einem Verschleiß ausgesetzt war, der einen sicheren Betrieb nicht mehr gewährleistet. Bei Erreichen des vorgegebenen Zählerstandes kann eine Überholung oder Überprüfung der Freischalteinrichtung durchgeführt werden, die ein Zurücksetzten des Zählers erlaubt.
Um Informationen zum Betriebszustand der Freischalteinrichtung auch über eine Entfernung erfassbar zu machen, die ein Ablesen der optischen Anzeige nicht mehr erlaubt, kann die Freischalteinrichtung weiterhin eine Signalvorrichtung zur Erzeugung eines von der Stellung der Betätigungsvorrichtung abhängigen Signals umfassen. Das Signal kann beispielsweise ein Funksignal sein, das von einer Empfangseinrichtung empfangen werden kann, die der Wartungstechniker mit sich führt.
In einer vorteilhaften Ausführung weist eine erfindungsgemäße Freischalteinrichtung weiterhin eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Kontaktqualität der Freischaltkontakte, des Erdungskontakts, von Kontakten des ersten Schalters und/oder von Kontakten des zweiten Schalters auf, wobei die Überwachungsvorrichtung insbesondere Sensoren zur Bestimmung einer Kontakttemperatur und/oder einer über einen Kontakt abfallenden Spannung aufweist. Die Signalvorrichtung kann in diesem Fall auch zur Erzeugung eines von der Kontaktqualität abhängigen Signals eingerichtet sein.
Um Kurzschlussströme zu verringern, kann die Freischalteinrichtung weiterhin eine Entladeschaltung umfassen, die eingerichtet ist zum kontrollierten Abbau einer zwischen den Freischaltkontakten anliegenden Spannung bei Wechsel der Betätigungsvorrichtung von der ersten Stellung in die zweite Stellung, bevor die zweite Stellung eingenommen wird. Eine Entladeschaltung kann beispielsweise durch einen Bremschopper, also einen getaktet betriebenen Widerstand, realisiert sein.
Zur Vermeidung von Lichtbögen beim Öffnen der Schalter können Lichtbogen- Löschvorrichtungen wie beispielsweise die in der Schrift DE 102 25 259 A1 offenbarte verwendet werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Sammelbox eine Aufnahme zum Einsetzen einer vorstehend beschriebenen Freischalteinrichtung auf. Es ist aber auch denkbar, einen Wechselrichter mit einer Aufnahme zum Einsetzen einer vorstehend beschriebenen Freischalteinrichtung auszustatten.
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt, von denen Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Freischalteinrichtung und
Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführung einer Freischalteinrichtung zeigen.
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer mobilen Freischalteinrichtung 2, die in eine Aufnahme 6 einer Komponente einer Energieerzeugungsanlage einsetzbar ist.
Die Komponente der Energieerzeugungsanlage weist Gleichstromleitungen DC+, DC- der Energieerzeugungsanlage auf und kann beispielsweise eine Sammelbox oder ein Wechselrichter sein. Innerhalb der Aufnahme 6 sind zwei Adapterkontakte 7 und ein Adaptererdkontakt 8 vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass bei Einsetzen der Freischalteinrichtung 2 ein elektrischer Kontakt zwischen den Adapterkontakten 7 und korrespondierenden Freischaltkontakten 9 der Freischalteinrichtung 2, beziehungsweise zwischen dem Adaptererdkontakt 8 und einem Erdungskontakt 10 der Freischalteinrichtung 2 hergestellt wird. Die Adapterkontakte 7 sind jeweils mit unterschiedlichen Gleichstromleitungen DC+, DC- verbunden, so dass über die Freischalteinrichtung 2 ein Kurzschluss zwischen den Gleichstromleitungen DC+, DC- herstellbar ist. Der Adaptererdkontakt 8 ist mit Erdpotential verbunden.
Weiterhin weist die Aufnahme 6 Verriegelungsaufnahmen 16 auf, in die Elemente einer Verriegelungsvorrichtung 12 der Freischalteinrichtung 2 eingreifen können, um eine Entnahme der Freischalteinrichtung 2 aus der Aufnahme 6 abhängig vom Schaltzustand der Freischalteinrichtung 2 mechanisch blockieren zu können. Insbesondere kann eine Entnahme der Freischalteinrichtung 2 nur erfolgen, wenn der erste Schalter 15 und der zweite Schalter 14 geöffnet sind. Die Adapterkontakte 7 sind hierbei berührsicher ausgeführt, damit diese bei entnommener Freischalteinrichtung 2 nicht berührt werden können.
Die mobile Freischalteinrichtung 2 umfasst eine Betätigungsvorrichtung 11 , über die ein erster Schalter 15 und ein zweiter Schalter 14 betätigt werden können. Hierbei ist der erste Schalter 15 auf einer Seite mit einem ersten Freischaltkontakt 9 und auf der anderen Seite mit einem zweiten Freischaltkontakt 9 verbunden, so dass über den ersten Schalter 15 die Gleichstromleitungen DC+, DC- kurzgeschlossen werden können. Der zweite Schalter 14 ist auf einer Seite mit einem der Freischaltkontakte 9 und auf der anderen Seite mit dem Erdungskontakt 10 verbunden, so dass ein Erdschluss der korrespondierenden Gleichstromleitung erzeugt werden kann.
Die Betätigungsvorrichtung 11 kann eine mechanische Vorrichtung, beispielsweise ein Drehknopf oder Hebel, oder eine motorische oder elektromechanische Betätigungsvorrichtung sein. Die beiden Schalter 14, 15 können gemeinsam oder nacheinander betätigt werden. Insbesondere kann der erste Schalter 14 nach dem zweiten Schalter 15 betätigt werden. Die Schalter 14, 15 können mechanische Schalter, elektromechanische Schalter, Halbleiterschalter oder eine Kombination aus den genannten Schaltertypen sein.
Optional kann die Freischalteinrichtung 2 eine Fehlerstromvorrichtung 13, beispielsweise in Form einer Stromquelle, aufweisen. Mit deren Hilfe kann ein gewünschter Fehlerstrom zwischen einer der Gleichstromleitungen und Erdpotential erzeugt werden. Ein solcher erzeugter Fehlerstrom kann vor dem Schließen der beiden Schalter 14, 15 mit dem Ziel erzeugt werden, eine Fehlerstromschutzvorrichtung der Energieerzeugungsanlage auszulösen, damit sich die Energieerzeugungsanlage von einem angeschlossenen Netz vor dem Kurzschließen der Gleichstromleitungen DC+, DC- trennt, sofern die Netzverbindung zu diesem Zeitpunkt besteht.
Eine Steuerung 17 kann die Schaltprozesse innerhalb der Freischalteinrichtung 2 steuern und/oder überwachen. Hierzu können beispielsweise der Zeitablauf der Betätigung der Fehlerstromvorrichtung 13, der Betätigung des ersten und des zweiten Schalters 14,15, eine Erfassung von Temperatur-, Strom- oder Spannungswerten innerhalb der Freischalteinrichtung 2, eine Anzeige des Schaltzustandes der Freischalteinrichtung 2 über Elemente einer Anzeige 18 und/oder eine datentechnische Kommunikation über die Steuerung 17 koordiniert werden. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 17 beispielsweise mit einem Wechselrichter der Energieerzeugungsanlage kommunizieren, damit der Wechselrichter unmittelbar vor einem Wechsel der Freischalteinrichtung von der ersten in die zweite Stellung die angeschlossenen Solargeneratoren in einen spannungsreduzierten oder sogar spannungsfreien Betriebspunkt versetzt, wodurch eine Schaltbelastung der Freischalteinrichtung reduziert werden kann.
Die elektrische Versorgung der Steuerung 17 kann beispielsweise aus einer Batterie (nicht gezeigt) erfolgen, die bevorzugt über eine über den ersten Schalter 15 abfallende Spannung geladen werden kann.
Um die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen mobilen Freischalteinrichtung 2 zu erhöhen, können der erste und/oder der zweite Schalter 14, 15 redundant als parallele Teilschalter ausgeführt sein. Ebenso können redundante Adapterkontakte 7 beziehungsweise redundante Freischaltkontakte 9 vorgesehen sein, um einen zuverlässigen dauerhaften Kurzschluss der Gleichstromleitungen DC+, DC- durch die Freischalteinrichtung 2 sicherzustellen. Eine solche Ausführung ist in Fig. 2 veranschaulicht. Bezugszeichenliste
2 Freischalteinrichtung
5 Gleichstromleitung
6 Aufnahme
7 Adapterkontakt
8 Adaptererdkontakt
9 Freischaltkontakt
10 Erdungskontakt 11 Betätigungsvorrichtung 12 Verriegelungsvorrichtung
13 Fehlerstromvorrichtung
14 Schalter
15 Schalter
16 Verriegelungsaufnahme
17 Steuerung
18 Anzeige

Claims

Patentansprüche:
1. Mobile Freischalteinrichtung (2) für eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage (1), die in eine Aufnahme (6) der Energieerzeugungsanlage (1) einsetzbar ist, wobei die Aufnahme (6) zwei mit jeweils einer Gleichstromleitung (DC+, DC-) der Energieerzeugungsanlage (1) verbundene Adapterkontakte (7) und einen mit Erdpotential verbundenen Adaptererdkontakt (8) aufweist, wobei den Adapterkontakten (7) zugeordnete Freischaltkontakte (9) und ein dem Adaptererdkontakt (8) zugeordneter Erdungskontakt (10) beim Einsetzen der Freischalteinrichtung (2) in die Aufnahme (6) mit den zugeordneten Adapterkontakten (7) und Adaptererdkontakt (8) elektrisch verbunden werden, umfassend:
- einen ersten Schalter (15), über den die Freischaltkontakte (9) miteinander elektrisch verbindbar sind,
- einen zweiten Schalter (14), über den einer der Freischaltkontakte (9) mit dem Erdungskontakt (10) verbindbar ist, und
- eine manuelle Betätigungsvorrichtung (11) zum Wechsel des ersten Schalters (15) und des zweiten Schalters (14) zwischen einer ersten Stellung, in der beide Schalter geöffnet sind, und einer zweiten Stellung, in der beide Schalter geschlossen sind, so dass in der zweiten Stellung die Gleichstromleitungen (DC+, DC-) miteinander kurzgeschlossen und mit Erdpotential verbunden sind.
2. Freischalteinrichtung (2) nach Anspruch 1 , weiterhin aufweisend eine Verriegelungsvorrichtung (12), die ein Einsetzen in die und eine Entnahme aus der Aufnahme (6) nur in der ersten Stellung ermöglicht.
3. Freischalteinrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei ein Wechsel zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung gesperrt ist, wenn die Freischalteinrichtung (2) nicht ordnungsgemäß in die Aufnahme (6) eingesetzt ist.
4. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Freischaltkontakt (9) zwei elektrisch miteinander verbundene Teilkontakte umfasst, denen jeweils zwei Adapterteil kontakte zugeordnet sind, die mit der gleichen Gleichstromleitung verbunden sind.
5. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schalter (14) zwei parallele Teilschalter aufweist.
6. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Fehlerstromvorrichtung (13), die dazu eingerichtet ist, zu Beginn eines Wechsels der Betätigungsvorrichtung (11) von der ersten Stellung in die zweite Stellung einen Fehlerstromwert von einem der Freischaltkontakte (9) zum Erdungskontakt (10) für eine vorgegebene Zeitdauer zu erzeugen, wobei die Zeitdauer größer als eine Auslösedauer einer Fehlerstromschutzschaltung der Energieerzeugungsanlage (1) bei Vorliegen eines Fehlerstrom in Höhe des Fehlerstromwerts ist.
7. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungsvorrichtung (11) dazu eingerichtet ist, beim Wechsel von der ersten in die zweite Stellung den ersten Schalter (15) vor dem zweiten Schalter (14) zu schließen.
8. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungsvorrichtung (11) eine motorische Betätigungsvorrichtung ist.
9. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungsvorrichtung (11) eine manuelle Betätigungsvorrichtung ist.
10. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine optische Anzeige (18) eines über den ersten Schalter fließenden Stroms.
11. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine optische Anzeige (18) eines über den zweiten Schalter fließenden Stroms.
12. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine optische Anzeige (18) für den Betriebszustand der Freischalteinrichtung (2).
13. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen Zähler zur Erfassung der Anzahl der Wechsel der Betätigungsvorrichtung (11).
14. Freischalteinrichtung (2) nach Anspruch 12, wobei die Betätigungsvorrichtung (11) derart eingerichtet ist, dass ein Wechsel von der ersten Stellung in die zweite Stellung gesperrt wird, wenn ein vorgegebener Zählerstand erreicht ist.
15. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Signalvorrichtung zur Erzeugung eines von der Stellung der Betätigungsvorrichtung abhängigen Signals.
16. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Kontaktqualität der Freischaltkontakte, des Erdungskontakts, von Kontakten des ersten Schalters und/oder von Kontakten des zweiten Schalters, wobei die Überwachungsvorrichtung insbesondere Sensoren zur Bestimmung einer Kontakttemperatur und/oder einer über einen Kontakt abfallenden Spannung aufweist.
17. Freischalteinrichtung (2) nach Anspruch 15, soweit zurückbezogen auf Anspruch 14, wobei die Signalvorrichtung weiterhin zur Erzeugung eines von der Kontaktqualität abhängigen Signals eingerichtet ist.
18. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungsvorrichtung (11) eine mechanische Verriegelung gegen einen unautorisierten Wechsel der Stellung aufweist.
19. Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Entladeschaltung eingerichtet zum Abbau einer zwischen den Freischaltkontakten (9) anliegenden Spannung bei Wechsel der Betätigungsvorrichtung (11) von der ersten Stellung in die zweite Stellung, bevor die zweite Stellung eingenommen wird.
20. Sammelbox mit einer Aufnahme (6) zum Einsetzen einer Freischalteinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
21. Wechselrichter mit einer Aufnahme (6) zum Einsetzen einer Freischalteinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
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