DE102004025923A1 - Photovoltaic system for feeding into an electrical network and central control and monitoring device for a photovoltaic system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage (PVA) zur Einspeisung in ein elektrisches Netz (SN), welche mehrere Solarwechselrichter (M1-M4), die ausgangsseitig in das elektrische Netz einspeisen, und mehrere Photovoltaikgeneratoren (SM1-SM4) aufweist, die je an einer Eingangsseite eines Solarwechselrichters angeschlossen sind. Ein Kommunikationsbus (BUS) verbindet die Solarwechselrichter datentechnischuntereinander, wobei ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät (MAS) vorgesehen ist, welches gleichfalls mit dem Kommunikationsbus zur Steuerung und Überwachung der Solarwechselrichter verbunden ist und eine Netzüberwachungseinrichtung (ENS) aufweist, welche die Solarwechselrichter bei Nichteinhaltung vorgebbarer Netzüberwachungskriterien zumindest zeitweise abschaltet. Der große Vorteil liegt darin, dass ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät die ausschließliche Netzüberwachung übernimmt. Dadurch wird eine gegenseitige Beeinflussung der sonst modularen Solarwechselrichter mit je einer eigenen Netzüberwachungseinrichtung vermieden. Unnötige Abschaltungen einzelner Solarwechselrichter werden vermieden.The invention relates to a photovoltaic system (PVA) for feeding into an electrical network (SN), which several solar inverters (M1-M4), the output side feed into the electrical network, and a plurality of photovoltaic generators (SM1-SM4), each at an input side a solar inverter are connected. A communication bus (BUS) connects the solar inverters in terms of data technology, whereby a central control and monitoring device (MAS) is provided, which is likewise connected to the communication bus for controlling and monitoring the solar inverters and has a grid monitoring device (ENS) which predetermines the solar inverters in case of non-compliance Grid monitoring criteria at least temporarily shuts off. The big advantage is that a central control and monitoring device takes over the exclusive network monitoring. As a result, a mutual influence of the otherwise modular solar inverter with its own network monitoring device is avoided. Unnecessary shutdowns of individual solar inverters are avoided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaikanlage zur Einspeisung in ein elektrisches Netz, insbesondere in ein öffentliches Energieversorgungsnetz, mit mehreren Solarwechselrichtern, an welchen je ein Photovoltaikgenerator anschließbar ist, wobei die Solarwechselrichter über einen Kommunikationsbus datentechnische untereinander verbunden sind und wobei ein ebenfalls an den Kommunikationsbus angeschlossenes zentrales Steuer- und Überwachungsgerät zur Steuerung und Überwachung der Solarwechselrichter vorgesehen ist.The The invention relates to a photovoltaic system for feeding into a electrical network, in particular in a public power grid, with several solar inverters, each with a photovoltaic generator connectable is, wherein the solar inverters via a communication bus data-related are interconnected and where a likewise Central control and monitoring device connected to the communication bus for control and monitoring the solar inverter is provided.
Die Erfindung betrifft ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät für eine derartige Photovoltaikanlage.The The invention relates to a central control and monitoring device for such Photovoltaic system.
Photovoltaikanlagen
dienen der Einspeisung von elektrischem Strom in ein elektrisches
Netz, wie z.B. in ein 1-phasiges 50Hz/230V-Spannungsnetz oder in
ein 3-phasiges 50Hz/400V-Spannungsnetz z.B. eines Energieversorgungsunternehmens.
Dazu können
Photovoltaikanlagen ein oder mehrere Photovoltaikgeneratoren aufweisen,
wobei ein Photovoltaikgenerator aus einem oder mehreren Solarmodulen
bestehen kann, welches bzw. welche wiederum eine Vielzahl von untereinander
verschalteten Solarzellen aufweisen können. Dabei werden üblicherweise
mehrere Solarmodule als „String" in Reihe geschaltet,
damit die vom Wechselrichtermodul benötige Eingangsspannung erreicht
wird. Der auf photovoltaischem Weg erzeugte elektrische Strom wird
dann einem oder mehreren Solarwechselrichtern zugeführt, welcher
oder welche die zugeführte Gleichspannung
in eine geregelte standardisierte Netzspannung umwandeln. Derartige
Solarwechselrichter sind für
1phasige Ausführungen
z.B. in der
Eine Photovoltaikanlage kann zudem eine Anlagenleitebene zur Steuerung und Betriebsführung von mehreren angeschlossenen Solarwechselrichtern aufweisen.A Photovoltaic system can also be a plant control level for control and management have several connected solar inverters.
Der Betrieb von Photovoltaikanlagen, welche in das öffentliche Stromversorgungsnetz eines Energieversorgungsunternehmens einspeisen, unterliegt einschlägigen nationalen oder internationalen Vorschriften.Of the Operation of photovoltaic systems connected to the public power grid of a power company is subject to relevant national or international regulations.
So ist z.B. für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland eine maximale einphasige Einspeiseleistung von 4,6kVA zulässig. Bei einer höheren Einspeiseleistung ist der Solarwechselrichter entweder dreiphasig auszuführen oder es sind mehrere einphasige Solarwechselrichter vorzusehen, welche verteilt auf die drei Phasen des elektrischen Netzes einspeisen. Dabei ist eine Schieflast zwischen den Phasen von über 4,6kVA nicht zulässig.So is e.g. For the territory of the Federal Republic of Germany a maximum single-phase Infeed power of 4,6kVA allowed. At a higher Infeed power is the solar inverter either three-phase execute or There are several single-phase solar inverters provide, which Distribute distributed to the three phases of the electrical network. There is no unbalanced load between the phases of more than 4,6kVA allowed.
Bei einphasig einspeisenden Solarwechselrichtern bis 4,6kVA ist eine zugelassene und gleichfalls einphasige Netzüberwachungseinrichtung vorzusehen. Diese überwacht netzseitig fortlaufend die Netzspannung, die Netzfrequenz sowie Änderungen der Netzimpedanz. Bei Verletzung einer der zu überwachenden Überwachungskriterien erfolgt eine sichere Abschaltung des einspeisenden Solarwechselrichters. Die Netzüberwachungseinrichtung stellt sicher, dass bei netzseitigen Wartungsarbeiten keine für das Servicepersonal gefährlichen Netzspannungen anliegen können, wenn entsprechende Stromzweige vom Stromversorgungsnetz freigeschalten werden.at single-phase solar inverters up to 4,6kVA is one approved and also single-phase network monitoring device. This monitors Mains continu- ously the mains voltage, the mains frequency and changes the network impedance. In case of violation of one of the monitoring criteria to be monitored a safe shutdown of the feeding solar inverter takes place. The network monitoring device Ensures that the maintenance of the network does not pose any danger to service personnel Mains voltages can be present, if corresponding power branches are disconnected from the power supply network become.
Für einen höheren Leistungsbereich kann auch eine dreiphasige Netzüberwachungseinrichtung eingesetzt werden, welche dann für eine elektrische Leistung bis 30kVA zugelassen ist.For one higher Power range can also be used a three-phase network monitoring device which are then for an electrical power up to 30kVA is allowed.
Auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland gelten für öffentliche elektrische Netze zur Zeit folgende Überwachungskriterien: On the territory of the Federal Republic of Germany apply to public electrical networks currently the following monitoring criteria:
Wird eines der o.g. Überwachungskriterien „verletzt", erfolgt eine Abschaltung des betreffenden Solarwechselrichters für ca. 30 Sekunden. Anschließend erfolgt wieder eine Zuschaltung des Solarwechselrichters, falls die o.g. Kriterien wieder im zulässigen Bereich liegen.Becomes one of the o.g. Monitoring criteria "violated", a shutdown occurs of the relevant solar inverter for approx. 30 seconds. Then done again a connection of the solar inverter, if the o.g. Criteria again in allowable Area lie.
Seit einiger Zeit besteht zunehmend der Wunsch von Betreibern von Photovoltaikanlagen, diese erweitern zu können. Die Ursache liegt zum einem darin begründet, dass die Betreiber die Photovoltaikanlage zuerst „im Kleinen" betreiben möchten, um die Rentabilität der Anlage verifizieren zu können, bevor weitere Investitionen getätigt werden.For some time now, there has been a growing demand from photovoltaic system operators to expand it. The reason is partly due to the fact that the operators use the photovoltaic system first to operate "on a small scale" in order to verify the profitability of the investment before making further investments.
Zum anderen ist auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland seit 1.1.2004 der Betrieb von Anlagen über 4,6kVA z.B. hinsichtlich der Einspeisevergütung begünstigt worden, was zu einer gesteigerten Nachfrage für Erweiterungen bestehender Photovoltaikanlagen geführt hat.To the Another is on the territory of the Federal Republic of Germany since 1.1.2004 the operation of plants over 4,6kVA e.g. with regard to the feed-in tariff, resulting in a increased demand for Extensions of existing photovoltaic systems has led.
Aus diesem Grund werden vermehrt Solarwechselrichter angeboten, welche in ihrer Zahl entsprechend der projektierten Einspeiseleistung modular aneinander gereiht werden können. Dabei übernimmt ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät die Steuerung und Überwachung der zumeist über einen Kommunikationsbus untereinander verbundenen Solarwechselrichter. Über eine Anzeigeeinheit und Eingabetasten des Steuer- und Überwachungsgeräts können dann z.B. die aktuelle Einspeiseleistung, die Sonnenscheindauer sowie interne Parameter der angeschlossenen Solarwechselrichter dargestellt werden und ggf. diese Parameter abgeändert werden, z.B. im Falle einer Erweiterung der Photovoltaikanlage.Out For this reason, more solar inverters are offered, which in number according to the projected feed-in power modular can be strung together. It takes over a central control and monitoring device control and monitoring mostly over a communication bus interconnected solar inverter. Over a Display unit and input keys of the control and monitoring device can then e.g. the current feed-in power, the sunshine duration as well as internal parameters of the connected solar inverters are shown and, if necessary, these parameters are changed, e.g. in the event of an extension of the photovoltaic system.
Nachteilig am bisherigen modularen Aufbau der Solarwechselrichter ist es, dass die jeweiligen Netzüberwachungseinrichtungen bei Aneinanderreihung mehrerer Module von Solarwechselrichter sich gegenseitig beeinflussen, was zu vermehrten unnötigen Abschaltungen von Solarwechselrichtern und folglich zu Einbußen hinsichtlich der eingespeisten Energie führte.adversely The previous modular design of solar inverters is that the respective network monitoring devices when juxtaposing several modules of solar inverters themselves influence each other, resulting in increased unnecessary shutdowns of solar inverters and consequently to losses regarding the energy supplied.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Photovoltaikanlage anzugeben, welche einen wirtschaftlicheren Betrieb ermöglicht und einen einfacheren Aufbau aufweist.It is therefore an object of the invention to provide a photovoltaic system, which enables a more economical operation and a simpler one Structure has.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes zentrales Steuer- und Überwachungsgerät für eine derartige Photovoltaikanlage anzugeben.It Another object of the invention is a suitable central one Control and monitoring device for such Specify photovoltaic system.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Photovoltaikanlage zur Einspeisung in ein elektrisches Netz, wobei die Photovoltaikanlage mehrere Solarwechselrichter, die ausgangsseitig in das elektrische Netz einspeisen, und mehrere Photovoltaikgeneratoren aufweist, welche je an einer Eingangsseite eines Solarwechselrichters angeschlossen sind. Ein Kommunikationsbus verbindet die Solarwechselrichter datentechnisch untereinander, wobei ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät vorgesehen ist, welches gleichfalls mit dem Kommunikationsbus zur Steuerung und Überwachung der Solarwechselrichter verbunden ist und eine Netzüberwachungseinrichtung aufweist, welche die Solarwechselrichter bei Nichteinhaltung vorgebbarer Netzüberwachungskriterien zumindest zeitweise abschaltet.The Task is solved with a photovoltaic system for feeding into an electric Network, the photovoltaic system comprising several solar inverters, feed the output side into the electrical network, and several Photovoltaic generators, which ever at an input side a solar inverter are connected. A communication bus connects the solar inverters in terms of data technology, whereby a central control and monitoring device provided which is also with the communication bus to control and monitoring the solar inverter is connected and a network monitoring device has, which the solar inverters specified in case of non-compliance Network monitoring criteria at least temporarily turns off.
Der große Vorteil der Erfindung liegt darin begründet, dass ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät die ausschließliche Netzüberwachung übernimmt. Dadurch wird eine gegenseitige Beeinflussung, wie z.B. durch einen Impedanzsprung eines abgeschalteten Solarwechselrichters, der sonst modularen Solarwechselrichter mit je einer eigenen Netzüberwachungsreinrichtung vermieden. Unnötige Abschaltungen einzelner Solarwechselrichter werden vermieden. Die eingespeiste elektrische Energiemenge wird erhöht.Of the size Advantage of the invention lies in the fact that a central control and monitor takes over the exclusive network monitoring. Thereby a mutual influence, e.g. through a Impedance jump of a switched-off solar inverter, otherwise modular solar inverter with its own network monitoring device avoided. unnecessary Shutdowns of individual solar inverters are avoided. The fed-in electrical energy is increased.
Die Netzüberwachungseinrichtung des zentralen Steuer- und Überwachungsgeräts kann dabei ein- oder dreiphasig entsprechend der projektierten solaren Einspeiseleistung ausgeführt sein. Die Netzüberwachungseinrichtung kann dabei derart ausgebildet sein, dass diese innerhalb des zentralen Steuer- und Überwachungsgeräts ausgetauscht werden können.The Network monitoring device the central control and monitoring device can one or three phases according to the projected solar Feed-in performance carried out be. The network monitoring device can be designed such that these within the central Control and monitoring device replaced can be.
Dadurch ist es vorteilhaft möglich, z.B. bei Erweiterung der Anlage anstelle einer einphasigen eine dreiphasige Netzüberwachungseinrichtung zu verwenden.Thereby it is advantageously possible e.g. when expanding the plant instead of a single-phase a three-phase Network monitoring device to use.
Die Netzüberwachungseinrichtungen erfordern üblicherweise eine technische Zulassung einer nationalen oder internationalen Zulassungsbehörde, um den entsprechenden Sicherheitsanforderungen zu genügen. Dazu weist die Netzüberwachungseinrichtung Messmittel zur Überwachung eines vorgebbaren Spannungs- und/oder Frequenzbereichs und/oder eines vorgebbaren Impedanzsprungwerts auf.The Network Security Appliances usually require a technical approval of a national or international Administration, to meet the corresponding safety requirements. To indicates the network monitoring device Measuring equipment for monitoring a predefinable voltage and / or frequency range and / or a predetermined impedance jump value.
Die Netzüberwachungseinrichtung ist insbesondere für ein öffentliches einphasiges oder dreiphasiges 50Hz-Wechselspannungsnetz, wie z.B. in Europa, oder auch für ein 60Hz-Wechselspannungsnetz, wie z.B. in den USA, ausgebildet.The Network monitoring device is especially for a public one single-phase or three-phase 50 Hz alternating voltage network, such as in Europe, or even for a 60Hz AC mains such as e.g. in the US, educated.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem zentralen Steuerund Überwachungsgerät zur Steuerung und Überwachung mehrerer Solarwechselrichter einer Photovoltaikanlage zur Einspeisung in ein elektrisches Netz sowie zur Überwachung vorgebbarer netzseitiger Überwachungskriterien.The Task is still solved with a central control and monitoring device for control and monitoring several solar inverters of a photovoltaic system for feeding in an electrical network and for monitoring of specifiable network-side monitoring criteria.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden einzigen Figur beispielhaft näher erläutert.The Invention will be exemplified with reference to the following single figure explained in more detail.
Dabei zeigt die Figur eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage PVA, welche beispielhaft vier Photovoltaikgeneratoren SM1-SM4 aufweist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist deren interner Aufbau nicht weiter dargestellt. Die Photovoltaikgeneratoren SM1-SM4 speisen dabei in je einen Solarwechselrichter M1-M4. Im Beispiel der Figur verfügt jeder Solarwechselrichter M1-M4 über ein Wechselrichtermodul WR, welches eingangsseitig mit einem Photovoltaikgenerator PVA verbunden ist. Dabei wird der Solargleichstrom in eine einphasige Wechselspannung umgewandelt. Aus Sicherheitsgründen kann – wie bereits im Beispiel der Figur dargestellt – diese Spannung potentialfrei gegenüber der Spannungsebene der Photovoltaikgeneratoren SM1-SM4 sein.there the figure shows a photovoltaic system PVA according to the invention, which exemplarily has four photovoltaic generators SM1-SM4. For reasons the clarity its internal structure is not shown further. The photovoltaic generators SM1-SM4 feed in each case a solar inverter M1-M4. For example the figure has each solar inverter M1-M4 via an inverter module WR, which input side with a photovoltaic generator PVA is connected. The solar DC current is in a single-phase AC voltage converted. For security reasons - as in the example of the Figure shown - this Voltage potential-free be the voltage level of the photovoltaic generators SM1-SM4.
Im Beispiel der Figur speisen die vier Solarwechselrichter M1-M4 in je eine Phase R, S, T eines elektrischen Netzes SN ein, um eine in etwa gleichmäßige Leistungsverteilung in diesem Netz SN zu erreichen. Ein derartiges Netz SN ist insbesondere ein öffentliches 3-phasiges 50Hz/400V-Spannungsnetz. Mit N ist der allen drei einspeisenden Solarwechselrichtern M1-M4 gemeinsame Nullleiter.in the Example of the figure feed the four solar inverters M1-M4 in each a phase R, S, T of an electrical network SN to one roughly even power distribution to reach SN in this network. Such a network SN is in particular a public one 3-phase 50Hz / 400V power supply. With N is feeding all three Solar inverters M1-M4 common neutral.
Jeder Solarwechselrichter M1-M4 verfügt über einen Mikrocontroller μC als elektronische Steuereinheit. Dieser ist über elektrische Verbindungsleitungen zur Steuerung, Regelung und Überwachung bzw. Diagnose des zugehörigen Wechselrichtermoduls WR mit diesem verbunden.Everyone Solar inverter M1-M4 has a Microcontroller μC as an electronic control unit. This is via electrical connection lines for control, regulation and monitoring or diagnosis of the associated Inverter module WR connected to this.
Im Beispiel der Figur ist zudem der Mikrocontroller μC mit einer Busanschaltung BA verbunden. Derartige Busanschaltung sind auch als integrierte Bauelemente erhältlich und auf den jeweiligen Kommunikationsbus zugeschnitten.in the Example of the figure is also the microcontroller μC with a Bus interface BA connected. Such bus connection are also available as integrated components and tailored to the particular communication bus.
Ein Kommunikationsbus BUS verbindet die Solarwechselrichter M1-M4 datentechnisch untereinander, wobei ein zentrales Steuer- und Überwachungsgerät MAS vorgesehen ist, welches gleichfalls mit dem Kommunikationsbus BUS zur Steuerung und Überwachung der Solarwechselrichter M1-M4 verbunden ist. Das zentrale Steuer- und Überwachungsgerät MAS fungiert dabei als übergeordneter „Master", welcher die „Slaves", d.h. die beispielhaften vier Solarwechselrichter M1-M4 aussteuert.One Communication bus BUS connects the solar inverters M1-M4 in terms of data technology among themselves, with a central control and monitoring device MAS provided is, which also with the communication bus BUS for control and monitoring the solar inverter M1-M4 is connected. The central tax and monitor MAS acts as a higher-level "master", which the "slaves", i. the exemplary ones four solar inverters M1-M4 controls.
Erfindungsgemäß weist das zentrale Steuer- und Überwachungsgerät MAS alleinig eine Netzüberwachungseinrichtung auf, welche die Solarwechselrichter M1-M4 bei Nichteinhaltung vorgebbarer Netzüberwachungskriterien, wie eingangs beschrieben, zumindest zeitweise abschaltet.According to the invention the central control and monitoring device MAS alone a network monitoring device on which the solar inverters M1-M4 can be specified in case of non-compliance Network monitoring criteria as described above, at least temporarily turns off.
Das zentrale Steuer- und Überwachungsgerät MAS weist vorteilhaft keinen Leistungsteil, wie z.B. einen Wechselrichter auf, sondern umfasst lediglich die zur Steuerung- und Überwachung der Solarwechselrichter M1-M4 notwendige weitere elektronische Steuereinheit μC2 sowie eine Busanschaltung BA zur Verbindung mit dem Kommunikationsbus BUS.The central control and monitoring device MAS points advantageously no power unit, such as an inverter but only includes those for control and monitoring the solar inverter M1-M4 necessary further electronic control unit μC2 as well a bus interface BA for connection to the communication bus BUS.
Durch den Wegfall des Leistungsteils ist eine äußerst kompakte Bauform des zentralen Steuer- und Überwachungsgeräts MAS möglich.By The omission of the power unit is an extremely compact design of the central control and monitoring device MAS possible.
Im Beispiel der Figur weist das zentrale Steuer- und Überwachungsgerät MAS eine Anzeigeeinheit DISP sowie Eingabetasten T auf, mittels welcher vorteilhaft z.B. laufende betriebliche Parameter wie die aktuelle elektrische Einspeiseleistung zentral für die gesamte Photovoltaikanlage PVA dargestellt werden können. Mittels der Eingabetasten T ist es z.B. möglich, Änderungen an der Konfiguration der Photovoltaikanlage PVA vorzunehmen oder die betriebliche Anzeige DISP zu ändern.in the Example of the figure, the central control and monitoring device MAS a Display unit DISP and input keys T on, by means of which advantageous e.g. ongoing operational parameters such as the current electrical Feed in centrally for the entire photovoltaic system PVA can be represented. through of the input keys T is e.g. possible, changes to the configuration the photovoltaic system PVA or the operational display Change DISP.
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