EP3690838B1 - Anordnung zur sicherung von miteinander kommunizierenden elektronischen bauteilen vor diebstahl - Google Patents

Anordnung zur sicherung von miteinander kommunizierenden elektronischen bauteilen vor diebstahl Download PDF

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EP3690838B1
EP3690838B1 EP19171419.5A EP19171419A EP3690838B1 EP 3690838 B1 EP3690838 B1 EP 3690838B1 EP 19171419 A EP19171419 A EP 19171419A EP 3690838 B1 EP3690838 B1 EP 3690838B1
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EP
European Patent Office
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zke
inverters
monitoring unit
communication unit
data
Prior art date
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EP19171419.5A
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EP3690838C0 (de
EP3690838A1 (de
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Heiko Baumgarten
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/02—Mechanical actuation
    • G08B13/14—Mechanical actuation by lifting or attempted removal of hand-portable articles
    • G08B13/1409—Mechanical actuation by lifting or attempted removal of hand-portable articles for removal detection of electrical appliances by detecting their physical disconnection from an electrical system, e.g. using a switch incorporated in the plug connector
    • G08B13/1418—Removal detected by failure in electrical connection between the appliance and a control centre, home control panel or a power supply
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/02—Monitoring continuously signalling or alarm systems
    • G08B29/06—Monitoring of the line circuits, e.g. signalling of line faults
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/02—Monitoring continuously signalling or alarm systems
    • G08B29/06—Monitoring of the line circuits, e.g. signalling of line faults
    • G08B29/08—Signalling of tampering with the line circuit
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/12—Checking intermittently signalling or alarm systems
    • G08B29/123—Checking intermittently signalling or alarm systems of line circuits

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting theft of DC/AC inverters connected to photovoltaic modules or for detecting a damaged communication and data line between the DC/AC inverters and a central communication unit of a photovoltaic system, the control of which is carried out by a central communication unit connected to the Internet as a communication network or another communication network via an associated communication and data line which is connected on the one hand to each DC/AC inverter and on the other hand to the central communication unit.
  • Countermeasures include low-impact fencing and/or camera-based surveillance devices, noise detectors or alarm systems with central monitoring, which can be located a long way away from the monitoring location.
  • a method for monitoring theft of solar modules and a photovoltaic system with a large number of solar modules for carrying out the method are disclosed.
  • Theft monitoring is carried out here with an electronic monitoring unit, which, for example, measures the generated electrical voltage, the Temperature of the solar modules, etc. are transmitted via a long-range communication network to a central server, for example by means of GSM transmission.
  • a first monitoring unit on a first solar module and a second monitoring unit on a second solar module are connected to one another via a communication network, with the first monitoring unit functioning as a slave and the second monitoring unit taking on the function of a master in a short-range communication network, which transmits the status information of the second solar module to the central server via the long-range data communication network. If the data exchange between the first and second monitoring units is interrupted, the first monitoring unit takes on the function of the master, which then sends an alarm signal and/or status information to the central server via the long-range data communication network.
  • WO 2010/054840 A1 describes an anti-theft device for solar modules in which at least two solar modules are firmly connected to one another and from which each solar module can only be removed in a destructive manner.
  • the anti-theft device contains a steel wire that is connected to other anti-theft devices and that can only be removed from the respective solar module by damaging it.
  • optical fibers can be used, which are connected to a control room via the solar modules and connectors. By connecting optical fibers accordingly and feeding in light and The entire photovoltaic system can be monitored by evaluating the signal emerging from the optical fibers.
  • Such an anti-theft device is very complex to install and difficult to repair in the event of damage.
  • a monitoring unit for the (functional) monitoring of independently operated electrical systems such as photovoltaic systems or wind turbines
  • a data processing and storage unit is described, which is connected to a communication network via a router and which serves in particular as a power failure backup.
  • a constant power supply from an energy network is required for the operation of the routers and communication networks.
  • the one from the DE 20 2014 106 258 U1 The known and above-described monitoring unit ÜE enables constant monitoring of independently operated electrical systems with regard to a possible power failure from an energy network and the fastest possible restart of the electrical systems, e.g. by restarting the router (see Fig. 3 ).
  • a monitoring unit ÜE that can be connected to a communication network KN, for example the Internet, which is connected to a relay input stage RES and to a relay output stage RAS, which represents the functional counterpart to the relay input stage RES, whereby the relay input stage RES and the relay output stage RAS each operate in the same variable voltage range from 3 V to 1,000 V.
  • the relay input stage RES is connected to the sensors, probes and switches of an electrical system to be monitored via a monitoring input ÜWE.
  • UVS mains-independent power supply
  • the monitoring unit ÜE is equipped with an operating and display unit BAZ for monitoring and manual control.
  • the monitoring unit ÜE In order for the monitoring unit ÜE to be able to exchange information with the central server independently of the monitored photovoltaic system, there is a separate data processing and storage unit DS between the relay input stage RES and the relay output stage RAS of the monitoring unit ÜE, which is connected to a communication network, such as the Internet IN.
  • a communication network such as the Internet IN.
  • the EP 2 299 495 A1 an anti-theft device for solar systems, in which each solar cell must be equipped with a non-volatile memory that is glued to the non-active side of the solar cell and in which the family code, the ID code and a checksum are permanently stored by the manufacturer. This data is queried by at least one presence/absence test device.
  • each test device is equipped with an input/output interface connected to each storage via at least one router.
  • the test device receives the output signal, compares it with a reference signal and generates a presence/absence signal which is transmitted to a control center.
  • the DE 10 2006 034 223 A1 also refers to a photovoltaic system in which several solar modules are connected to an inverter and in which each solar module is equipped with a measuring device for recording relevant operating data. Since each solar module is equipped with its own measuring device that can record operating data, it is possible for the central control system to detect not only the presence of a faulty string with several solar modules, but also the faulty solar module itself.
  • the measuring devices of the individual solar modules are connected to each other and to the central control system via two-wire cables, which would mean an immense wiring and economic effort if there were a large number of solar modules in a solar system.
  • a method for identifying individual components of a common A solar system consists of several generators, each of which has several photovoltaic modules and associated inverters, as well as ID tags (ROM, RFID), each with a stored serial number, and which operate on a common AC bus.
  • the AC bus of each generator is connected to a communications network via a controller.
  • All serial numbers are managed by a master controller so that a missing serial number (e.g. due to theft of a module) can be detected and a corresponding signal can be sent.
  • the invention is based on the object of creating a method for securing electronic components that communicate with each other, i.e. DC/AC inverters of a photovoltaic system connected to photovoltaic modules, against theft, which method does not require any intervention in the control system of a photovoltaic system and which guarantees constant operational readiness.
  • the problem underlying the invention is solved by the features of independent claim 1. Particular embodiments emerge from the respective associated subclaims.
  • the method according to the invention functions completely independently of the manufacturer and does not require any intervention in a photovoltaic system or in the data traffic present in such a system, wherein the existing communication is also used for monitoring, ie no new installation of data lines is necessary, which also simplifies the repair of a photovoltaic system.
  • monitoring also takes place at night when the DC/AC inverters are not sending any signals independently, i.e. when the photovoltaic system is inactive.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic representation of DC/AC inverters WR of a photovoltaic system known from the prior art without further details, such as the required photovoltaic modules, wherein usually each photovoltaic module, or several photovoltaic modules, are connected to a DC/AC inverter WR.
  • the DC/AC inverters WR are each grouped together, with the power supply of each of the DC/AC inverters WR in a group being provided via an associated sub-distribution UV, which are connected to an energy network EN via a main power supply HSV.
  • the DC/AC inverters WR are controlled via a common communication and data line KL (data bus), which is connected on the one hand to each DC/AC inverter WR and on the other hand to a central communication unit ZKE, which is connected to the Internet IN as a communication network or another communication network, whereby other communication options in the form of Ethernet communication or RS485 bus communication are also possible.
  • KL data bus
  • ZKE central communication unit
  • the monitoring unit ÜE known from the state of the art is, according to the invention, for monitoring the data traffic between the DC/AC inverters WR and the communication unit ZKE, the functionality has been expanded.
  • the monitoring unit ÜE is connected to one of the energy sub-distributions UV to supply power to the integrated off-grid power supply UVS, whereby the off-grid power supply UVS can also be connected to the central communication unit ZKE via a power supply SV to provide it with uninterruptible power.
  • This monitoring unit ÜE which is known per se, is also used according to the invention to check the communication paths, i.e. the data traffic, internal and external, of the central communication unit ZKE of the photovoltaic system with the help of the data processing and storage unit DS, for the secure notification of a central server and, if necessary, the restart of the corresponding devices, such as the central communication unit ZKE and the communication network of the DC/AC inverters WR via the common communication and data line KL.
  • the monitoring unit ÜE is connected to the central communication unit ZKE via a data line DL.
  • the monitoring unit ÜE can thus be used to indirectly monitor individual solar cells.
  • the known monitoring unit ÜE according to Fig. 3 equipped with a memory for storing the operating and device data SPG of a photovoltaic system, such as the type and number of connected devices, which are transmitted via a data line DL ( Fig. 1 ) between the monitoring unit ÜE and the central communication unit ZKE must be recorded or programmed once.
  • Fig. 2 shows an alternative in which a main monitoring unit HÜE is additionally connected to a secondary monitoring unit NÜE via a data transfer line DFL, whereby the secondary monitoring unit NÜE is coupled via an interrogation line AL to the end of the communication and data line KL that is not connected to the central communication unit ZKE.
  • the NÜE is connected to a sub-distribution UV for power supply.
  • the structure of the main monitoring unit HÜE and the secondary monitoring unit NÜE basically corresponds to the structure of the ÜE according to Fig. 3 .
  • the current operating and device data are queried by the monitoring unit ÜE continuously or at time intervals and compared with the data stored in the memory for operating and device data SPG, whereby if deviations are detected, corresponding information is sent via the central communication unit ZKE and the Internet IN is sent to the central server, e.g. as an e-mail message or as an alarm.
  • the monitoring unit ÜE monitors the mains supply of the devices to be monitored through the sub-distributions UV, in particular the central communication unit ZKE, and if a mains failure is detected by the relay input stage RES, it at least temporarily takes over the mains supply via the relay output stage RAS, which is connected to the central communication unit ZKE for emergency power supply via a switching output SAG (not part of the invention).
  • the data processing and storage unit DS is additionally coupled to an internal communication unit IKE, which, if necessary, establishes a connection to a communication network KN and via this to the central server or an emergency server.
  • Variant 1 according to the invention:
  • the check is carried out continuously or at adjustable time intervals.
  • variant 2 is only claimed in combination with variant 1.
  • the operating and display unit BAZ of the monitoring unit ÜE is equipped with a maintenance switch WS, which temporarily puts it out of operation.
  • the maintenance switch WS sends a control signal to the data processing and storage unit DS, which causes this to send a message to the central server to start maintenance work, and during the switch-on process, a message to the central server to announce the end of the maintenance work and that the monitoring unit ÜE is ready for operation again.
  • a central server is understood to be a distant server for remotely controlling the photovoltaic system via the Internet or another communication network, or another central monitoring unit.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Diebstahl von mit Photovoltaikmodulen verbundenen DC/AC-Wechselrichtern oder zur Erkennung einer beschädigten Kommunikations- und Datenleitung zwischen den DC/AC-Wechselrichtern und einer zentralen Kommunikationseinheit einer Photovoltaikanlage, deren Steuerung durch eine mit dem Internet als Kommunikationsnetz oder einem anderen Kommunikationsnetz verbundene zentrale Kommunikationseinheit über eine zugehörige Kommunikations- und Datenleitung erfolgt, die einerseits mit jedem DC/AC-Wechselrichter und andererseits mit der zentralen Kommunikationseinheit verbunden ist.
  • Der Einsatz von Photovoltaikmodulen und insbesondere solche mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, sowie die nötige Steuerelektronik einschließlich der DC/AC-Wechselrichter und Kommunikationseinrichtungen, sind sehr wert- und kostenintensiv.
  • Aus diesem Grund haben Diebstähle einzelner Photovoltaikmodule, bzw. kompletter Anlagen oder Teilen davon, stark zugenommen und verursachen einen immensen Schaden, wobei die Nachtstunden bevorzugt werden, weil da ein sonst am Tage zu verzeichnender Leistungsabfall beim Entfernen einzelner Photovoltaikmodule nicht eintreten kann. Als Gegenmaßnahmen werden Umzäunungen mit geringer Wirkung und/oder kameragestützte Überwachungseinrichtungen, Geräuschmelder oder Alarmanlagen mit zentraler Überwachung eingesetzt, die sich in großer Entfernung zum Ort der Überwachung befinden können.
  • Wenn ein Alarmsignal wegen Unregelmäßigkeiten von einer der überwachten Photovoltaikanlagen in der zentralen Überwachung eingeht, vergeht jedoch relativ viel Zeit, bis das Wachpersonal, oder andere alarmierte Einsatzkräfte den Ort und die Art des Alarms identifiziert haben und schließlich am Einsatzort eintreffen. In der Zwischenzeit kann bereits ein großer Schaden angerichtet worden sein.
  • Eine andere Möglichkeit zur Diebstahlsicherung von Photovoltaikmodulen nach der EP 2 077 588 A2 besteht darin, jedes der Photovoltaikmodule mit einer GSM-Einheit zu versehen, die dann natürlich jeweils mit einer eigenen SIM-Karte versehen werden muss. Das führt zu erheblichen Investitionskosten für die Vielzahl von einzusetzenden SIM-Karten und zu laufenden Verbindungskosten sowie zu einem zusätzlichen Energieverbrauch bei der Herstellung von Funkverbindungen.
  • Aus der WO 2012/167909 A1 geht weiterhin ein Verfahren zur Diebstahlüberwachung von Solarmodulen und eine Photovoltaikanlage mit einer Vielzahl von Solarmodulen zur Durchführung des Verfahrens hervor. Die Diebstahlüberwachung erfolgt hier mit einer elektronischen Überwachungseinheit, welche beispielsweise die erzeugte elektrische Spannung, die Temperatur der Solarmodule usw. über ein Fernbereichs-Kommunikationsnetzwerk an einen zentralen Server, beispielsweise mittels GSM- Übertagung, übermittelt.
  • Hier sind eine erste Überwachungseinheit an einem ersten Solarmodul und eine zweite Überwachungseinheit an einem zweiten Solarmodul über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden, wobei die erste Überwachungseinheit als Slave funktioniert und die zweite Überwachungseinheit die Funktion eines Masters in einem Nahbereichs-Kommunikationsnetzwerk übernimmt, der die Statusinformationen des zweiten Solarmoduls über das Fernbereichs-Datenkommunikationsnetzwerk an den zentralen Server übermittelt. Bei einer Unterbrechung des Datenaustausches zwischen der ersten und der zweiten Überwachungseinheit übernimmt die erste Überwachungseinheit die Funktion des Masters, welche dann ein Alarmsignal und/oder Statusinformationen über das Fernbereichs-Datenkommunikationsnetzwerk an den zentralen Server übersendet.
  • Bei dieser Diebstahlüberwachung ist lediglich ein GSM-Modul an der Master-Überwachungseinheit tätig, wobei die als Slave dienenden Überwachungseinheiten so lange inaktiv bleiben, bis die Nahbereichs-Datenkommunikation, z.B. durch Diebstahl eines Solarmoduls, aufgehoben wird. In diesem Fall werden ein Alarmsignal und/oder eine Statusinformation über das Fernbereichs-Datenkommunikationsnetzwerk an den zentralen Server übermittelt.
  • Ein anderes Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung von Solar-Panels auf Diebstahl wird in der WO 2008/046370 A1 beschrieben, bei dem jedes einzelne Solar-Panel einer Photovoltaikanlage überwacht wird. Dazu wird an eine Reihenschaltung der Solar-Panels, d.h. zu einem Solar-Panel-String, oder an eine Parallelschaltung mehrerer solcher Strings eine Spannung mit einer im Vergleich zur Ausgangsspannung der Anlage umgekehrten Polarität angelegt, wodurch die dem Schutz der Solar-Panels dienenden Schottky-Dioden in Durchlassrichtung betrieben werden. Der während dieses sogenannten Reversspannungsbetrieb aus einer Stromquelle durch die Reihenschaltung und einen Widerstand eines Prüfmoduls fließende Strom erzeugt einen Spannungsabfall über dem Widerstand. Unterschreitet die Spannung am Widerstand einen vorgegebenen Wert, wird Alarm ausgelöst. Bei der Anwendung einer solchen Schaltung zur Überwachung muss allerdings für jeden Kontrollvorgang der reguläre Betrieb der Photovoltaikanlage unterbrochen werden, oder die Kontrolle erfolgt lediglich während der Nachtstunden.
  • In der WO 2010/054840 A1 wird eine Diebstahlsicherung für Solarmodule beschrieben, bei der zumindest zwei Solarmodule fest miteinander verbunden sind und von der jedes Solarmodul nur in zerstörerischer Weise entfernt werden kann. Die Diebstahlsicherung enthält einen Stahldraht, der mit weiteren Diebstahlsicherungen verbunden ist und der vom jeweiligen Solarmodul nur durch Beschädigung desselben gelöst werden kann.
  • Alternativ können anstelle des Stahldrahtes auch Lichtwellenleiter eingesetzt werden, die über die Solarmodule und Steckverbinder mit einer Leitwarte verbunden sind. Durch entsprechende Verschaltung von Lichtwellenleitern und durch Einspeisung von Licht und dessen Auswertung bei Austritt aus den Lichtwellenleitern kann die gesamte Photovoltaikanlage überwacht werden.
  • Eine solche Diebstahlsicherung ist sehr aufwändig zu installieren und im Schadensfall schwierig zu reparieren.
  • Schließlich wird in der DE 20 2014 106 258 U1 eine Überwachungseinheit zur (Funktions-)Überwachung von eigenständig betriebenen elektrischen Anlagen, wie Photovoltaikanlagen, oder Windkraftanlagen mit einer Datenverarbeitungs- und Speichereinheit beschrieben, die über einen Router mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist und die insbesondere als Netzausfallsicherung dient. Für die Steuerung der Photovoltaikanlagen, oder auch von Windkraftanlagen bzw. von anderen selbständig betriebenen Anlagen ist eine ständige für den Betrieb der Router und Kommunikationsnetzwerke notwendige Stromversorgung aus einem Energienetz erforderlich.
  • Die aus der DE 20 2014 106 258 U1 bekannte und vorstehend beschriebene Überwachungseinheit ÜE ermöglicht eine ständige Kontrolle von eigenständig betriebenen elektrischen Anlagen hinsichtlich eines möglichen Ausfalls der Stromversorgung aus einem Energienetz und eine schnellstmögliche Wiederinbetriebnahme der elektrischen Anlagen, u.a. durch Neustart des Routers (s. Fig. 3).
  • Erreicht wird das nach dem Stand der Technik durch eine mit einem Kommunikationsnetzwerk KN, beispielsweise dem Internet, verbindbare Überwachungseinheit ÜE, die mit einer Relais-Eingangsstufe RES und mit einer Relais-Ausgangsstufe RAS verbunden ist, die das funktionelle Gegenstück zur Relais-Eingangsstufe RES darstellt, wobei die Relais-Eingangsstufe RES und die Relais-Ausgangsstufe RAS jeweils im gleichen variablen Spannungsbereich vom 3 V bis 1.000 V arbeiten. Die die Relais-Eingangsstufe RES ist über einen Überwachungseingang ÜWE mit den Sensoren, Fühlern und Schaltern einer zu überwachenden elektrischen Anlage verbunden. Weiterhin ist eine interne netzunabhängige Stromversorgung UVS vorhanden, die eingangsseitig mit dem öffentlichen 220 V Netz EN und ausgangseitig sowohl mit der Datenverarbeitungs- und Speichereinheit ZKE, als auch über einen Schalter mit der Spannungsversorgung SV eines Routers und anderen Komponenten verbunden ist. Der Router wird nach einem Netzausfall neu gestartet. Zusätzlich ist die Überwachungseinheit ÜE mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit BAZ zur Kontrolle und manuellen Steuerung versehen.
  • Damit die Überwachungseinheit ÜE unabhängig von der überwachten Photovoltaikanlage selbständig Informationen mit dem zentralen Server austauschen kann, befindet sich zwischen der Relais-Eingangsstufe RES und der Relais-Ausgangsstufe RAS der Überwachungseinheit ÜE eine eigene Datenverarbeitungs- und Speichereinheit DS, die mit einem Kommunikationsnetzwerk, wie dem Internet IN, verbunden ist.
  • Weiterhin geht aus der EP 2 299 495 A1 eine Diebstahlsicherung für Solaranlagen hervor, bei der jede Solarzelle mit einem nichtflüchtigen Speicher ausgestattet sein muss, der auf der nichtaktiven Seite der Solarzelle aufgeklebt ist und in dem der Familiencode, der ID-Code sowie eine Prüfsumme dauerhaft durch den Hersteller gespeichert. Diese Daten werden von mindestens einer Anwesenheits-/Abwesenheits-Prüfvorrichtung abgefragt. Dazu ist jede Prüfvorrichtung mit einem Eingabe-/Ausgabe-Interface über mindestens einen Router mit jedem Speicher verbunden.
  • Die Prüfvorrichtung empfängt das Ausgangssignal, vergleicht es mit einem Referenzsignal und erzeugt ein Anwesenheits-/Abwesenheitssignal, welches an ein Kontrollcenter übertragen wird.
  • Damit erfordert eine solche Diebstahlsicherung einen erheblichen Installationsaufwand, um beispielsweise eine Vielzahl von Solarmodulen bei der Erstinstallation oder nachträglich mit Speichern zu versehen und zu verkabeln.
  • Die DE 10 2006 034 223 A1 bezieht sich ebenfalls auf eine Photovoltaikanlage, bei der mehrere Solarmodule mit einem Wechselrichter verbunden sind und bei der jedes Solarmodul mit einer Messvorrichtung zum Erfassen relevanter Betriebsdaten versehen ist. Da jedes Solarmodul mit einer eigenen Messvorrichtung versehen ist, die Betriebsdaten erfassen kann, ist es für die zentrale Steuerung möglich, nicht nur das Vorhandensein eines fehlerhaften Strings mit mehreren Solarmodulen, sondern auch das jeweils fehlerhafte Solarmodul selbst zu erkennen.
  • Die Messvorrichtungen der einzelnen Solarmodule sind beispielsweise über Zweidrahtleitungen miteinander und mit der zentralen Steuerung verbunden, was einen immensen verdrahtungstechnischen und wirtschaftlichen Aufwand bei Vielzahl von Solarmodulen einer Solaranlage bedeuten würde.
  • In der WO 2011/008701 A2 wird ein Verfahren zum Identifizieren einzelner Komponenten einer üblichen Solaranlage beschrieben, die aus mehreren Generatoren besteht, die jeweils mehrere Photovoltaikmodule und jeweils zugehörige Wechselrichter, sowie ID-Tags (ROM, RFID), mit jeweils gespeicherter Seriennummer umfassen und die auf einen gemeinsamen AC-Bus arbeiten. Der AC-Bus jedes Generators ist über einen Controller mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden.
  • Sämtliche Seriennummern werden von einem Master Kontroller verwaltet, so dass eine fehlende Seriennummer (z.B. durch Diebstahl eines Moduls) festgestellt und ein entsprechendes Signal gesendet werden kann.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Sicherung von miteinander kommunizierenden elektronischen Bauteilen, d.h. von mit Photovoltaikmodulen verbundenen DC/AC-Wechselrichtern einer Photovoltaikanlage vor Diebstahl, zu schaffen, das keinerlei Eingriff in die Steuerung einer Photovoltaikanlage erfordert und das eine ständige Betriebsbereitschaft garantiert.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen gehen aus den jeweils zugehörigen Unteransprüchen hervor. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert vollkommen herstellerunabhängig und erfordert keinerlei Eingriffe in eine Photovoltaikanlage sowie in den in einer solchen Anlage vorhandenen Datenverkehr, wobei außerdem die vorhandene Kommunikation zur Überwachung verwendet wird, d.h. es ist keine Neuinstallation von Datenleitungen notwendig, wodurch auch die Reparatur einer Photovoltaikanlage vereinfacht wird.
  • Weiterhin erfolgt die Überwachung auch nachts, wenn seitens der DC/AC-Wechselrichter eigenständig keine Signale gesendet werden, d.h. wenn die Photovoltaikanlage inaktiv ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung von DC/AC-Wechselrichtern (WR) einer Photovoltaikanlage, die in Gruppen geschaltet, einerseits jeweils über eine Unterverteilung (UV) mit einer Energieversorgung verbunden sind und die anderseits über eine gemeinsame Kommunikationsleitung (KL) (Datenbus) mit einer zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) als Bestandteil der Photovoltaikanlage verbunden sind, wobei der Datenverkehr zwischen den DC/AC-Wechselrichtern (WR) und der Kommunikationseinheit (ZKE) durch eine Überwachungseinheit (ÜE) überwacht wird, die über eine Datenleitung (DL) mit der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) gekoppelt ist;
    Fig. 2:
    eine Variante der Überwachungseinheit, bestehend aus einer Haupt- und einer Neben-Überwachungseinheit, wobei die Haupt-Überwachungseinheit (HÜE) zwecks Stromversorgung zwischen einer Unterverteilung (UV) und der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) geschaltet ist und die über eine Datenleitung (DL) mit der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) gekoppelt ist, wobei die mit der Haupt-Überwachungseinheit (HÜE) verbundene Neben-Überwachungseinheit (NÜE) mit der gemeinsamen Kommunikationsleitung (KL) der DC/AC-Wechselrichter verbunden ist; und
    Fig. 3:
    ein schematisches Blockschaltbild der aus dem Stand der Technik bekannten und erfindungsgemäß modifizierten Überwachungseinheit (ÜE).
  • Aus Fig. 1 geht eine vereinfachte schematische Darstellung von DC/AC-Wechselrichtern WR einer aus dem Stand der Technik bekannten Photovoltaikanlage ohne weitere Einzelheiten, wie die erforderlichen Photovoltaikmodule, hervor, wobei üblicherweise jedes Photovoltaikmodul, oder mehrere Photovoltaikmodule mit einem DC/AC-Wechselrichter WR verbunden sind.
  • Die DC/AC-Wechselrichter WR sind jeweils in Gruppen zusammengefasst, wobei die Energieversorgung jedes der DC/AC-Wechselrichter WR einer Gruppe über eine zugehörige Unterverteilung UV erfolgt, die über eine Hauptstromversorgung HSV mit einem Energienetz EN verbunden sind.
  • Die Steuerung der DC/AC-Wechselrichter WR erfolgt über eine gemeinsame Kommunikations- und Datenleitung KL (Datenbus), die einerseits mit jedem DC/AC-Wechselrichter WR und andererseits mit einer zentralen Kommunikationseinheit ZKE verbunden sind, die mit dem Internet IN als Kommunikationsnetz oder einem anderen Kommunikationsnetz verbunden ist, wobei auch andere Kommunikationsmöglichkeiten in Form einer Ethernet Kommunikation oder einer RS485 Bus Kommunikation möglich sind.
  • Zusätzlich zur Netzausfallsicherung ist die aus dem Stand der Technik bekannte Überwachungseinheit ÜE erfindungsgemäß für die Überwachung des Datenverkehrs zwischen den DC/AC-Wechselrichtern WR und der Kommunikationseinheit ZKE funktionell erweitert worden. Die Überwachungseinheit ÜE ist zur Stromversorgung der in dieser integrierten netzunabhängigen Stromversorgung UVS mit einer der Energie-Unterverteilungen UV verbunden, wobei die netzunabhängige Stromversorgung UVS auch mit der zentralen Kommunikationseinheit ZKE über eine Stromversorgung SV zu deren unterbrechungsfreien Stromversorgung verbindbar ist.
  • Damit wird bei einem Ausfall des Energienetzes EN, zumindest vorübergehend, die Energieversorgung der Überwachungseinheit ÜE und anderer angeschlossener Baugruppen, wie der zentralen Kommunikationseinheit ZKE, sichergestellt und die Funktion der mit einer Datenverarbeitungs- und Speichereinheit DS sowie der Kommunikations- und Datenleitung KL und anderer Datenleitungen DL gesichert.
  • Die vorstehend beschriebene Sicherung der Stromversorgung ist nicht Bestandteil der Erfindung, ist aber funktionsnotwendig für die nachfolgend beschriebene Erfindung.
  • Diese an sich bekannte Überwachungseinheit ÜE dient erfindungsgemäß auch der Prüfung der Kommunikationswege, d.h. des Datenverkehrs, intern und extern, der zentralen Kommunikationseinheit ZKE der Photovoltaikanlage mit Hilfe der Datenverarbeitungs- und Speichereinheit DS, zur sicheren Benachrichtigung eines zentralen Servers und ggf. dem Neustart der entsprechenden Geräte, wie der zentralen Kommunikationseinheit ZKE sowie des Kommunikationsnetzwerkes der DC/AC-Wechselrichter WR über die gemeinsame Kommunikations- und Datenleitung KL. Zu diesem Zweck ist die Überwachungseinheit ÜE erfindungsgemäß über eine Datenleitung DL mit der zentralen Kommunikationseinheit ZKE verbunden. Mit der Überwachungseinheit ÜE kann somit eine indirekte Überwachung einzelner Solarzellen erfolgen.
  • Dazu ist die die an sich bekannte Überwachungseinheit ÜE nach Fig. 3 mit einem Speicher zur Speicherung der Betriebssowie der Gerätedaten SPG einer Photovoltaikanlage, wie Art und Anzahl der angeschlossenen Geräte, versehen, die beim erstmaligen Start über eine Datenleitung DL (Fig. 1) zwischen der Überwachungseinheit ÜE und der zentralen Kommunikationseinheit ZKE einmalig erfasst oder programmiert werden.
  • Fig. 2 zeigt eine Alternative, bei der eine Haupt-Überwachungseinheit HÜE zusätzlich mit einer Neben-Überwachungseinheit NÜE über eine Daten-Transferleitung DFL verbunden ist, wobei die Neben-Überwachungseinheit NÜE über eine Abfrageleitung AL mit dem Ende der Kommunikations- und Datenleitung KL gekoppelt ist, das nicht mit der zentralen Kommunikationseinheit ZKE verbunden ist. Die NÜE ist zur Stromversorgung mit einer Unterverteilung UV verbunden. Die Struktur der Haupt-Überwachungseinheit HÜE und der Neben-Überwachungseinheit NÜE entspricht grundsätzlich der Struktur der ÜE nach Fig. 3.
  • Während des laufenden Betriebs der Photovoltaikanlage werden die aktuellen Betriebs- und Gerätedaten durch die Überwachungseinheit ÜE ständig, oder in Zeitintervallen abgefragt und mit den im Speicher für Betriebs- und Gerätedaten SPG gespeicherten Daten verglichen, wobei bei der Feststellung von Abweichungen eine entsprechende Information über die zentrale Kommunikationseinheit ZKE und das Internet IN an den zentralen Server z.B. als e-Mail-Nachricht, oder als Alarm, gesendet wird.
  • Außerdem überwacht die Überwachungseinheit ÜE die Netzversorgung der zu überwachenden Geräte durch die Unterverteilungen UV, insbesondere der zentralen Kommunikationseinheit ZKE und übernimmt bei Feststellung eines Netzausfalls durch die Relais-Eingangsstufe RES zumindest vorübergehend die Netzversorgung über die Relais-Ausgangsstufe RAS, die über einen Schaltausgang SAG mit der zentralen Kommunikationseinheit ZKE zur Notstromversorgung verbunden ist (gehört nicht zur Erfindung).
  • Um einen sicheren Betrieb der Überwachungseinheit ÜE auch bei einer Störung der zentralen Kommunikationseinheit ZKE zu gewährleisten und eine Verbindung mit einem Kommunikationsnetzwerk KN herstellen zu können, ist die Datenverarbeitungs- und Speichereinheit DS zusätzlich mit einer internen Kommunikationseinheit IKE gekoppelt, die im Bedarfsfall eine Verbindung zu einem Kommunikationsnetzwerk KN und darüber zum zentralen Server, oder einen Notfallserver, herstellt.
  • Für die Sicherung von miteinander kommunizierenden elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise von DC/AC-Wechselrichtern WR von Photovoltaikmodulen in der Photovoltaikanlage vor Diebstahl/Beschädigung mit der vorstehend beschriebenen Überwachungseinheit ÜE kommen grundsätzlich zwei Varianten in Betracht.
    • Variante 1 gemäß der Erfindung:
  • Überprüfung des Datenverkehrs der zentralen Kommunikationsleitung KL von DC/AC-Wechselrichtern WR am Eingang der zentralen Kommunikationseinheit ZKE durch Abfrage auf Vollständigkeit der angeschlossenen Geräte, wie der Anzahl der in Betrieb befindlichen DC/AC-Wechselrichter WR mit Vorgabe der Anzahl fehlerhafter oder fehlender DC/AC-Wechselrichter und Speicherung der Vorgaben im Speicher für Betriebs- und Gerätedaten SPG sowie Benachrichtigung des zentralen Servers bei Fehlen einer Mindestanzahl von Geräten infolge Diebstahl oder beschädigter Kommunikationsleitung KL mittels E-Mail und/oder Alarmsignal durch die Datenverarbeitungs- und Speichereinheit DS über die zentrale Kommunikationseinheit ZKE oder die interne Kommunikationseinheit IKE über das Internet IN oder eine Ethernet bzw. RS485 Bus Kommunikation.
  • Die Überprüfung erfolgt ständig, oder in einstellbaren Zeitintervallen.
    • Variante 2:
  • Überprüfung des Dateneingangs der zentralen Kommunikationseinheit ZKE durch eine Haupt-Überwachungseinheit HÜE sowie des Endes der zentralen Kommunikationsleitung KL der DC/AC-Wechselrichter WR das nicht mit der zentralen Kommunikationseinheit ZKE verbunden ist, durch eine Neben-Überwachungseinheit NÜE, wobei die Haupt-Überwachungseinheit HÜE und die Neben-Überwachungseinheit NÜE über eine Datentransferleitung DFL miteinander verbunden sind, wobei das Wechselrichternetz auf Spannungsunterbrechung überprüft und der Ort der Spannungsunterbrechung ermittelt wird und/oder bei vollständiger Abschaltung der Photovoltaikanlage eine Benachrichtigung des zentralen Servers über die zentrale Kommunikationseinheit ZKE bzw. bei Netzausfall über die interne Kommunikationseinheit IKE mit E-Mail-Informationen und/oder einem Alarmsignal und wobei bei externen Kommunikationsstörungen oder nach einem Ausfall des Energienetzes EN ein Nachsenden der Nachrichten nach einem Reset der Router in der zentralen Kommunikationseinheit ZKE erfolgt.
  • Gemäß der Erfindung in den Ansprüchen wird die Variante 2 nur in Kombination mit der Variante 1 beansprucht.
  • Um Wartungs- und Reparaturarbeiten ohne größeren Aufwand und jederzeit zu ermöglichen, ist die Bedien- und Anzeigeeinheit BAZ der Überwachungseinheit ÜE mit einem Wartungsschalter WS versehen, der diese vorübergehend außer Betrieb setzt, wobei der Wartungsschalter WS während des Ausschaltvorganges ein Steuersignal an die Datenverarbeitungs- und Speichereinheit DS sendet und diese veranlasst eine Meldung an den zentralen Server zum Beginn von Wartungsarbeiten und beim Einschaltvorgang eine Meldung an den zentralen Server zum Ende der Wartungsarbeiten und zur erneuten Funktionsbereitschaft der Überwachungseinheit ÜE sendet. Unter einem zentralen Server soll ein weit entfernter Server zur Fernsteuerung der Photovoltaikanlage über das Internet oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk, oder eine andere zentrale Überwachungseinheit, verstanden werden.
    • Bezugszeichenliste
    • ÜE
    Überwachungseinheit
    RES
    Relais-Eingangsstufe
    RAS
    Relais-Ausgangsstufe
    UVS
    netzunabhängige Stromversorgung
    BAZ
    Bedien- und Anzeigeeinheit
    WR
    DC/AC-Wechselrichter
    EN
    Energienetz
    KL
    Kommunikations- und Datenleitung
    ZKE
    zentrale Kommunikationseinheit
    IN
    Internet
    ÜE
    Überwachungseinheit
    UV
    Unterverteilung
    WS
    Wartungsschalter
    DS
    Datenverarbeitungs- und Speichereinheit
    KE
    Kommunikationsnetzwerk
    DL
    Datenleitung
    SPG
    Speicher für Betriebs- und Gerätedaten
    HÜE
    Haupt-Überwachungseinheit
    NÜE
    Neben-Überwachungseinheit
    DFL
    Datentransferleitung
    IKE
    interne Kommunikationseinheit
    SAG
    Schaltausgang
    SV
    Stromversorgung
    ÜWE
    Überwachungseingang
    AL
    Abfrageleitung
    HSV
    Hauptstromversorgung

Claims (5)

  1. Verfahren zur Erkennung von Diebstahl von mit Photovoltaikmodulen verbundenen DC/AC-Wechselrichtern (WR)oder zur Erkennung einer beschädigten Kommunikations- und Datenleitung (KL) zwischen den DC/AC-Wechselrichtern (WR) und einer zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) einer Photovoltaikanlage, wobei die Steuerung der DC/AC-Wechselrichter durch besagte mit dem Internet (IN) als Kommunikationsnetz oder einem anderen Kommunikationsnetz verbundene zentrale Kommunikationseinheit (ZKE) über besagte Kommunikations- und Datenleitung (KL) erfolgt, die einerseits mit jedem der DC/AC-Wechselrichter (WR) und andererseits mit der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass eine Überwachungseinheit (ÜE) zur Prüfung des internen und externen Datenverkehrs der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) der Photovoltaikanlage mit dieser über eine Datenleitung (DL) verbunden wird; dass beim erstmaligen Start der Überwachungseinheit über die Datenleitung (DL) die Betriebs- und Gerätedaten der Photovoltaikanlage, wie Anzahl und Art der angeschlossenen Geräte einmalig erfasst werden und in einem Speicher der Betriebs- und Gerätedaten (SPG) in der Überwachungseinheit (ÜE) gespeichert werden, dass die Anzahl fehlerhafter oder fehlender DC/AC-Wechselrichter (WR) vorgegeben ist und diese Vorgabe im Speicher für Betriebs- und Gerätedaten (SPG) innerhalb der Überwachungseinheit (ÜE) gespeichert wird , dass der Datenverkehr der zentralen Kommunikations- und Datenleitung (KL) zwischen den DC/AC-Wechselrichtern (WR) und der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) der Photovoltaikanlage über die mit der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) verbundene Datenleitung (DL) durch die Überwachungseinheit (ÜE) während des laufenden Betriebs der Photovoltaikanlage durch ständige oder in einstellbaren Zeitintervallen erfolgende Abfrage der Anzahl der in Betrieb befindlichen angeschlossenen DC/AC-Wechselrichter (WR) überwacht wird und mit den im Speicher der Betriebs- und Gerätedaten (SPG) der Überwachungseinheit (ÜE) gespeicherten Daten verglichen wird wobei bei der Feststellung von Abweichungen eine entsprechende Information über die zentrale Kommunikationseinheit ZKE und das Internet IN an den zentralen Server als e-Mail-Nachricht, oder als Alarm, gesendet wird, sowie Benachrichtigung des zentralen Servers bei Fehlen einer Mindestanzahl von Geräten mittels E-Mail und/oder Alarmsignal durch eine Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (DS) in der Überwachungseinheit über die zentrale Kommunikationseinheit ZKE oder die interne Kommunikationseinheit IKE über das Internet IN oder eine Ethernet bzw. RS485 Bus Kommunikation.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Benachrichtigung des zentralen Servers durch die Datenverarbeitungs- und Speichereinheit (DS) bei einer Störung der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) über eine interne Kommunikationseinheit (IKE) der Überwachungseinheit (ÜE) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, umfassend die Überprüfung des Dateneingangs der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) durch eine Haupt-Überwachungseinheit (HÜE) über die Herstellung einer Verbindung mit der Datenleitung (DL) sowie der zentralen Kommunikationsleitung (KL) der DC/AC-Wechselrichter (WR) durch eine Neben-Überwachungseinheit (NÜE) über eine Abfrageleitung (AL), die mit dem Ende der Kommunikations- und Datenleitung (KL) in Form eines Datenbusses zur Steuerung der DC/AC-Wechselrichter (WR) gekoppelt ist, das nicht mit der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) verbunden ist und wobei die Haupt-Überwachungseinheit (HÜE) und die Neben-Überwachungseinheit (NÜE) über eine Datentransferleitung (DFL) miteinander verbunden sind, wobei die DC/AC-Wechselrichter (WR) auf Spannungsunterbrechung überprüft und der Ort der Spannungsunterbrechung ermittelt wird und/oder bei vollständiger Abschaltung der Photovoltaikanlage eine Benachrichtigung des zentralen Servers über die zentrale Kommunikationseinheit (ZKE) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Energienetzes (EN), welches über zugehörige Unterverteilungen mit einer Energieversorgung jeder der DC/AC-Wechselrichter verbunden ist, über die interne Kommunikationseinheit (IKE) der Überwachungseinheit (ÜE, HÜE, NÜE) E-Mail-Informationen und/oder Alarmsignale an den zentralen Server gesendet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei externen Kommunikationsstörungen oder nach einem Ausfall des Energienetzes EN, welches über zugehörige Unterverteilungen mit einer Energieversorgung jeder der DC/AC-Wechselrichter verbunden ist, ein Nachsenden der Nachrichten an den zentralen Server nach einem Reset der Router in der zentralen Kommunikationseinheit (ZKE) erfolgt.
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