AT512996A1 - Photovoltaikanlage - Google Patents

Abstract

Es wird eine Photovoltaikanlage mit zumindest einem Solarmodul (1), mit wenigstens einem an das Solarmodul (1) angeschlossenen Wechselrichter (2) und mit einer Auswerteschaltung (4) für erfassbare Betriebsdaten der Komponenten der Photovoltaikanlage beschrieben. Um einen aussagekräftigen Leistungsvergleich zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass zumindest einer Komponente (1) zumindest ein Geber (5) für die örtliche Lage und/oder Ausrichtung zugeordnet ist und der Geber (5) mit derAuswerteschaltung (4) verbunden ist.

Description

12. JUN. 2012 16:10 +43 7242 241 5638 NR. 803 S. 4 • · · · * * * · • « * »··· »· · • · · · · ·· • · · · * « ·

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikanlage mit zumindest einem Solarmodul, mit wenigstens einem an das Solarmo-dul angeschlossenen Wechselrichter und mit einer Auswerteschaltung für erfassbare Betriebsdaten der Komponenten der Photovoltaikanlage.

Bei Photovoltaikanlagen werden üblicherweise photovoltaische Zellen zu Solarmodulen zusammengefasst und diese Solarmodule in Reihe geschaltet, um eine entsprechende Ausgangs Spannung sicherstellen zu können. Zur Leistungssteigerung werden dann einzelne Stränge von Solarmodulen parallelgeschaltet, wobei die Gleichspannung zur Einspeisung der erzeugten elektrischen Energie in ein Wechselstromnetz in eine phasengleiche Wechsel-Spannung entsprechender Amplitude umgewandelt werden muss. Dem Solarmodulfeld kann hierfür ein gemeinsamer Wechselrichter nachgeschaltet werden. Es ist aber auch möglich jedem Solarmodulstrang oder jedem Solarmodul einen eigenen Wechselrichter zuzuordnen. Da die Leistung von Solarmodulen bzw. von photo-voltaischen Zellen nicht nur von der Sonneneinstrahlung, sondern auch von der Temperatur und Abschattungseffekten abhängt, was sich in der Strom-Spannungskennlinie der Solarmodule zeigt, werden die Strom-Spannungskennlinien erfasst, um die Photovoltaikanlage im Bereich der maximalen Leistung betreiben zu können. Zu diesem Zweck ist es bekannt (de 102 47 776 Al), die Strom-Spannungskennlinie des gesamten Solarmodulfelds auf Änderungen zu überwachen oder die einzelnen Solarmodule mit Messeinrichtungen für den Strom und die Spannung zu versehen 12/06/2012 16:09

Nr.: R184 P.004/016 12. JUN. 2012 16:11 +43 7242 241 5638 NR. 803 S. 5 • · * · ··· ·· · « · • ·* · #* e **« · (DE 101 36 147 Al, DE 10 2006 034 223 B4), damit eine Überwachung der einzelnen Solarmodule möglich wird. Besonders vorteilhafte Steuerungsverhältnisse ergehen sich, wenn jedem Solarmodul ein eigener Wechselrichter zugordnet wird, der eine entsprechende Auswerteschaltung für die jeweils erfasste Strom-Spannungskennlinie umfasst (DE 40 32 569 C2). Unabhängig davon, ob die Strom-Spannungskennlinien für einzelne Solarmo-dule, für Solarmodulgruppen oder gesamte Solarmodulfelder auf-genommen werden, ist ein Leistungsvergleich der Solarmodule anhand der auf genommenen Strom-Spannungskennlinien nicht aussagekräftig, weil insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Sonnenstände sowie Ausrichtung und/oder Neigung nicht berücksichtigt wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanlage vorzuschlagen, bei der die notwendigen Voraussetzungen geschaffen sind, um einen aussagekräftigen Leistungsvergleich, Vergleich von Ertragedaten und/oder Energie von Photovoltaikanlagen vornehmen zu können sowie das Überwachen der Photovoltaikanlagen.

Ausgehend von einer Photovoltaikanlage der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass zumindest einer Komponente zumindest ein Geber für die örtliche Lage und/oder Ausrichtung zugeordnet ist und der Geber mit der Auswerteschaltung verbunden ist.

Durch die Zuordnung von Gebern für die örtliche Lage und/oder Ausrichtung der Solarmodule kann die Leistung der Solarmodule nicht nur auf den jeweiligen Sonnenstand, sondern auch auf bekannte örtliche Gegebenheiten bezogen werden, wie beispielsweise eine umgebungsbedingte Beschattung. Da für die Lagekoordinaten der Solarmodule der sich tageszeitlich und jahreszeit- 12/06/2012 16:09

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lieh ändernde Höhenstand der Sonne und ihres Azimut bekannt sind, kann die jeweilige Ausrichtung der solarmodule gegenüber dem Sonnenstand dazu benützt werden, Solarmodule mit einheitlicher Ausrichtung aussagekräftig zu vergleichen, selbst wenn die Solarmodule eine unterschiedliche Ausrichtung gegenüber dem jeweiligen Sonnenstand und/oder unterschiedliche örtliche Lagekoordinaten aufweisen. Der jeweilige Einfallswinkel der Sonnenstrahlung gegenüber den Solarmodulen bestimmt ja die Leistungsminderung der nicht genau gegenüber der Sonne ausgerichteten Solarmodule im Vergleich zu einer optimalen Einstrahlung senkrecht zu den Solarmodulen, in einer entsprechenden Auswerteschaltung können somit die in herkömmlicher Weise bestimmten Leistungen der Solarmodule auf eine maximale Leistung bezogen werden, insbesondere, wenn die übrigen Einflussgrößen, wie Temperatur und Strahlungsintensität, berücksichtigt werden. Außerdem lässt sich die über einen Tagesverlauf zu erwartende Leistung der solarmodule abschätzen. Ebenso kann mit dem Geber die Lage der montierten Komponenten wie Wechselrichter oder Strangsammler der Photovoltaikanlage erkannt werden. Somit kann gewährleistet werden, dass zur Inbetriebnahme der Komponente diese ordnungsgemäß montiert wurde.

Bei einer einheitlichen Ausrichtung der Solarmodule einer So-larmodulgruppe, beispielsweise eines Stranges von in Reihe geschalteten Solarmodulen, genügt es, die Lage und Ausrichtung der Solarmodulgruppe über entsprechende Geber zu bestimmen und der Auswerteschaltung zuzuführen. Allerdings lässt dieser Fall keine Überprüfung einzelner Solarmodule zu, insbesondere wenn der Solarmodulgruppe lediglich ein Wechselrichter zugeordnet ist, der die Leistung der gesamten Solarmodulgruppe überwacht. Besonders vorteilhafte Überwachungebedingungen ergeben sich jedoch, wenn jedem Solarmodul ein Wechselrichter und ein Geber für die Lage und Ausrichtung zugeordnet sind, weil jedes So- P.006/016 12/06/2012 16:09 Nr.: R184 12. JUN. 2012 16:11 +43 7242 241 5638 NR. 803 S. 7

larmodul für sich überwacht wird und durch einen Vergleich beispielsweise mit benachbarten Solarmodulen der ordnungsgemäße Einbau der einzelnen Solarmodule überprüft werden kann. Außerdem kann die Wirkung der Steuerung der einzelnen Solarmodu-, le besser beurteilt werden. Darüber hinaus eröffnet sich die > Möglichkeit einen missbräuchlichen Ausbau eines Solarmoduls durch Analyse der Lage und Ausrichtung festzustellen und den Wechselrichter oder das Modul zu sperren bzw. eine Diebstahlmeldung abzusetzen, falls der Wechselrichter am Modul montiert ist, der dann beispielsweise durch die Eingabe eines Freigabecodes oder ähnliche Algorithmen wieder in Betrieb genommen ; werden kann.

Sind die Wechselrichter mit Auswerteschaltungen versehen, die mit den Betriebs- sowie den Lage- und Ausrichtungsdaten der angeschlossenen Solarmodule beaufschlagt werden und miteinander zur Datenübermittlung verbunden sind, so können in einfa- i i eher weise die einzelnen Solarmodule miteinander verglichen werden, sodass zum Beispiel Solarmodule mit einem unterschiedlichen Wirkungsgrad aus einer Solarmodulgruppe herausgefunden werden können. Eine weitere Anwendung ergibt sich für den Fall, dass eine vom Sonnenstand abhängige Beschattung eines Teils der Solarmodule zu berücksichtigen ist, weil ein Gegen-

I : stand, wie ein Bauwerk, ein Baum oder dgl., im Einstrahlungs- bereich der Solarmodule vorhanden ist.

Damit ein unmittelbarer Vergleich verschiedener Solarmodule bzw. Solarmodulgruppen möglich wird, können die Auswerteschaltungen einen Speicher für Korrekturwerte zur Berücksichtigung ! des Einflusses der örtlichen Lage und Ausrichtung auf die t

Leistung der Solarmodule umfassen, sodass nicht die jeweils gemessenen Leistungen der Solarmodule, sondern bezüglich der 12/06/2012 16:10

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Istlage und -ausrichtung korrigierte Leistungswerte zum Vergleich. bereitgestellt werden können.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. leine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage mit den einzelnen Solamodulen zugehörigen Wechselrichtern, aber einer gemeinsamen Auswerteschaltung, in einem schematischen Blockschaltbild,

Fig. 2eine der Fig. 1 vergleichbare Photovoltaikanlage, jedoch mit Auswerteschaltungen für jeden Wechselrichter und Fig. 3 eine Photovoltaikanlage mit strangweise zusammengefassten Solarmodulen, denen ein gemeinsamer Wechselrichter und eine gemeinsame Auswerteschaltung zugehören.

Die Photovoltaikanlage nach Fig. 1 weist einzelne Solarmodule 1 auf, die jeweils mit einem Wechselrichter 2 verbunden sind. Die Wechselrichter 2 speisen eine Netzschiene 3. Den einzelnen Wechselrichtern 2 ist eine gemeinsame AuswerteSchaltung 4 zugeordnet, in der die Leistungen der einzelnen Solarmodule 1 anhand der gemessenen Ströme und Spannungen überwacht und auf einen maximalen Wert gesteuert werden. Die Auswerteschaltung 4 kann außerdem in an sich bekannter Weise mit zusätzlichen Parametern, wie Temperatur und Strahlung®Intensität beaufschlagt werden, was jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.

Neu gegenüber bekannten Photovoltaikanlagen dieser Art ist, dass jedem Solarmodul 1 ein Geber 5 für die Lage und Ausrichtung des Solarmoduls 1 zugeordnet ist. Für die Erfassung der Lage und Ausrichtung der Solarmodule 1 können bekannte Sensoren eingesetzt werden, beispielsweise Magnetfeldsensoren auf Halbleiterbasis in Verbindung mit mikroelektromechanischen o- 12/06/2012 16:10

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der mikrooptoelektromechanischen Systemen. Die Geberdaten werden ebenfalls der Auswerteschaltung 4 zugeführt, sodass die erfassten Strom-Spannungskennlinien der einzelnen Solarmodule 1 auf die Lagekoordinaten und die Neigung- und Ausrichtung der Solarmodule bezogen werden können. Die Auswerte Schaltung 4 umfasst eine als Speicher 6 für Korrekturwerte zur Berücksichtigung des Einflusses der örtlichen Lage und Ausrichtung auf die Leistung der Solarmodule 1 ausgebildete Einheit, sodass ein unmittelbarer Vergleich der Leistungen der einzelnen Solarmodule 1 in Abhängigkeit von allfälligen unterschieden hinsichtlich der Lage und Ausrichtung gewährleistet werden kann, über eine Eingabe- und Anzeigestufe 7 kann programmbedingt auf die Auswertung der Daten der einzelnen Solarmodule 1 Einfluss genommen werden. Die Einheit für Korrekturwerte kann beispielsweise auch durch eine Recheneinheit gbeildet werden, welche anhand von Formeln oder Algorithmen die Korrekturwerte entsprechend berechnet.

Allgemein kann die Auswerteschaltung 4 neben der Auswertung der Daten der Geber auch zur Analyse auf einen PC mittels Software ausgebildet sein. Hierzu weist die Auswerteschaltung 4 eine entsprechende Schnittstelle für den PC auf, sodass eine Datenübertragung erfolgen kann. Dementsprechend werden die Daten in der Auswerteschaltung 4 erfasst und am PC analysiert. Somit dient die Auswerteschaltung 4 auch als Erfassungseinheit.

Die Photovoltaikanlage nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der nach der Fig. l im wesentlichen dadurch, dass den Wechselrichtern 2 jeweils gesonderte Auswerteschaltungen 4 zugeordnet sind, die miteinander über eine Datenleitung 8 verbunden sind, die selbstverständlich auch drahtlos ausgeführt sein kann. Bei einer solchen Ausführungsform können die Lage- und Ausrichtungsdaten mit den Daten der einzelnen Wechselrichter 2 unmit- 12/06/2012 16:11

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• · • ··· • e • ♦ + ·» telbar verknüpft werden, um über die Datenleitung 8 auf diese Lage- und Ausrichtungsdaten der Solarmodule l bezogene Leistungsdaten austauschen und gegebenenfalls über eine übergeordnete Steuerstufe auswerten zu können.

Wie der Pig. 3 entnommen werden kann, können auch einzelnen Gruppen von Solarmodulen l Geber 5 für die Lage und Ausrichtung dieser Solarmodulgruppe zugeordnet werden, was sieh insbesondere dann anbietet, wenn die Solarmodule 1 der einzelnen Gruppen übereinstimmend ausgerichtet sind und auch gegebenenfalls übereinstimmend verstellt werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 sind die Gruppen der Solarmodule 1 in zwei in Reihe geschalteten Strängen 9 zusammengefasst, die wiederum parallel an einem Wechselrichter 2 anliegen, der mit einer Netzschiene 3 verbunden ist. um beim Ausfall eines Solarmoduls 1 nicht den gesamten Strang 9 zu gefährden, werden die einzelnen Solarmodule l mit Hilfe einer Bypassdiode 10 überbrückt.

Die Solarmodulgruppen der Stränge 9 können bei einer solchen Schaltungsanordnung miteinander und mit anderen Solarmodul-gruppen über eine Auswerteschaltung 4 verglichen werden, der nicht nur die Leistungsdaten des Wechselrichters 2, sondern auch die Lage- und Ausrichtdaten der Geber 5 zugeführt werden, um anhand von Korrekturwerten aus einem Speicher 6 beispielsweise auf eine maximale Leistung bezogen zu werden. Uber eine Eingabe- und Anzeigestufe 7 kann wiederum auf die Art der Auswertung Einfluss genommen werden.

Der Geber 5 kann insbesondere also die Lage, die Neigung und die Ausrichtung der Komponente feststellen. Werden derartige Geber 5 im Wechselrichter 2 oder in aus dem Stand der Technik bekannten Strangsammlern eingebaut, kann die lagerichtige Mon- 12/06/2012 16:11

Nr.: R184 P.010/016 12.JUtJ.2012 16:13 +43 7242 241 5638 NR. 803 S. 11 ···** ···» · • · · · *·· ·· » » * * * · * * · * ··· · ···· I·« . , *· ·· ·*· ·· ·| · tage im Feld überprüft werden. Somit sind diese Komponenten beispielsweise hinsichtlich Wassereintritt bestmöglich geschützt. Dementsprechend also verhindert, dass Wasser bei Kabeldurchführungen eintreten kann oder nicht UV-beständige Tei le direkter Sonnenbestrahlung ausgesetzt werden. Es wird also die langlebigkeit der Komponenten gewährleistet, Anlagenausfälle verhindert und Personengefährdung durch Wasserschäden wesentlich reduziert. 12/06/2012 16:11

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Claims (4)

12. JÜN. 2012 16:13 +43 7242 241 5638 NR. S03 S, 13 a a • M« • · « · • e a • a • » a # • * ·* * e e « • « * # • m ·· • a • · • e • e ·· 1 t • M • · • a Patentansprüche : 1. Photovoltaikanlage mit zumindest einem Solamodul (i) , mit wenigstens einem an das Solarmodul (1) angeschlossenen Wechselrichter (2) und mit einer Auswerteschaltung (4) für erfassbare Betriebsdaten der Komponenten der Photovoltaikanlage, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer Komponente (l) zumindest ein Geber (5) für die örtliche Lage und/oder Ausrichtung zugeordnet ist und der Geber (5) mit der Auswerteschaltung (4) verbunden ist.

2. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (5) für die Lage und/oder Ausrichtung zumindest einem Solarmodul (i) und/oder Wechselrichter (2) zugeordnet ist.

3. Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter (2) mit den Betriebs-sowie den Lage- und Ausriehtungsdaten der angeschlossenen So-larmodule (1) beaufschlagbare Auswerteschaltungen (4) umfassen, die miteinander zur Datenübermittlung verbindbar sind.

4. Photovoltaikanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Auswerteschaltung (4) eine Einheit für Korrekturwerte zur Berücksichtigung des Einflusses der örtlichen Lage und Ausrichtung auf die Leistung der Solarmodule (l) umfasst. 12/06/2012 16:12 Nr.: R184 P.013/016