DE102006049285A1 - Solar panels monitoring method for solar system, involves operating power semiconductors in boxes, which serve electrical connection of panels, in conducting direction, and monitoring current flowing through series connection of panels - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Solar-Panels in Solaranlagen auf Diebstahl und die dazugehörige Schaltung.The The invention relates to a method for monitoring solar panels in solar systems on theft and the associated circuit.
Angesichts der zunehmenden Umweltverschmutzung gewinnt die Nutzung von regenerativen Energiequellen, namentlich die Wasser-, Wind- und Sonnenenergie, immer mehr an Bedeutung. Dabei konnte die Leistungsfähigkeit von Solarmodulen in den letzten Jahren deutlich verbessert werden. Außerdem sind Solaranlagen nahezu wartungsfrei, einfach in der Anwendung und der modulare Aufbau von Solaranlagen ermöglicht eine flexible Gestaltung der Anlagengrößen und -leistungen, so dass sowohl kleinste bis große Verbraucher versorgt werden können.in view of Increasing pollution gains the use of renewable energy sources, especially the water, wind and solar energy, more and more important. This was the performance of solar modules have been significantly improved in recent years. Furthermore Solar systems are virtually maintenance-free, easy to use and the modular design of solar systems enables flexible design the plant sizes and services, so that small to large consumers are supplied can.
Der modulare Aufbau der Anlagen hat aber, verglichen mit den kompakten Anlagen zur Wind- und Wasserenergienutzung, den Nachteil, dass die einzelnen Solarmodule relativ einfach gestohlen und weiterverkauft werden können. Begünstigend dabei ist, dass Solaranlagen oft außerhalb der Ballungszentren betrieben werden, so dass eine Bewachung rund um die Uhr praktisch nicht möglich ist. Zum Schutz vor Diebstahl werden deshalb bei den herkömmlichen Solaranlagen entweder Zäune oder auch Gehäuse und Schlösser für die Solar-Panels verwendet. Für einen wirkungsvollen Schutz müssen diese jedoch massiv ausgeführt sein, können aber trotzdem mit mechanischen Mitteln relativ leicht aufgebrochen werden. Moderne Anlagen können den Diebstahl von Panels während des Betriebs der Anlage durch deren Leistungsabfall erkennen. Bereits aus diesem Grund werden Solar-Panels üblicherweise in der Nacht gestohlen, zumal bei Tag die auftretenden Spannungsüberschlagserscheinungen ungewollte Aufmerksamkeit erregen und die Gefahr eines elektrischen Schlages besteht.Of the modular layout of the plants but has, compared to the compact Installations for wind and water energy use, the disadvantage that the individual solar modules relatively easy stolen and resold can be. favoring it is that solar systems often outside the metropolitan areas be operated, so that a guard around the clock practically not possible is. To protect against theft are therefore in the conventional Solar systems either fences or housing and castles for the Solar panels used. For Effective protection must be this but executed massive could be but still relatively easily broken up by mechanical means become. Modern facilities can the theft of panels during recognize the operation of the system by their power loss. Already off that's why solar panels are usually stolen at night, especially during the day, the occurring voltage flashover unwanted Attract attention and the risk of an electric shock consists.
In
Trotz
erheblicher Fortschritte hat das Schutzsystem gemäß
Im
Hinblick auf die Erkennung und Lokalisierung von Fehlern in Photovoltaikanlagen
wird in
In
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein Verfahren, das nur eine Schaltungseinheit pro Solaranlage benötigt, jedes einzelne Solar-Panel, sowohl bei Nacht als auch während der Leistungsabgabe der Solar-Anlage vor Diebstahl zu überwachen. Die Schaltungseinheit soll für jeden Anlagentyp verwendbar sein; überwachen. Die Schaltungseinheit soll für jeden Anlagentyp verwendbar sein; zugleich sollen bestehende Anlagen damit unproblematisch nachrüstbar sein.Of the Invention is based on the object by a method that only one circuit unit per solar system needed, every single solar panel, both at night and during monitor the output of the solar system from theft. The circuit unit is intended for be usable for every type of plant; monitor. The circuit unit should for be usable for every type of plant; at the same time, existing facilities should thus easy to retrofit be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Schaltung sind aus den Ansprüchen 3 bis 7 zu entnehmen.These The object is achieved by the characterizing features of claims 1 and 2 solved. advantageous versions the circuit are from the claims To take 3 to 7.
Nach Maßgabe der Erfindung wird bei Nacht an die Reihenschaltung der Solar-Panels eine Spannung mit einer im Vergleich zur Ausgangsspannung der Anlage umgekehrten Polarität angelegt. Somit werden die Schottky-Dioden bzw. die entsprechenden Leistungshalbleiter in Durchlassrichtung betrieben. Als Kriterium, wann die so genannte Reversspannung angelegt wird, dient die aktuelle Ausgangsspannung der Solaranlage. Bei Nacht sinkt diese beispielsweise von ca. 1000 V auf nahezu 0 V ab. Die Reversspannung wird deshalb bei Unterschreiten einer definierten Spannungsgrenze aus dem Bereich von 0–60 V, typischerweise 42 V, angelegt. Dabei ist bei einer Wahl von Spannungsgrenzen kleiner oder gleich 42 V im Nachtbetrieb immer gewährleistet, dass die Anlage im Bereich der Sicherheitsspannungen betrieben wird.According to the invention, a voltage with a reverse polarity compared to the output voltage of the system is applied at night to the series connection of the solar panels. Thus, the Schottky diodes or the corresponding power semiconductors are operated in the forward direction ben. As a criterion, when the so-called Reversspannung is applied, the current output voltage of the solar system is used. At night, for example, this drops from approx. 1000 V to almost 0 V. The Reversspannung is therefore applied when falling below a defined voltage limit in the range of 0-60 V, typically 42V. With a choice of voltage limits less than or equal to 42 V in night mode, it is always ensured that the system is operated in the area of the safety voltages.
Je nach Typ des verwendeten Wechselrichters wird dieser vor Anlegen der Reversspannung von der Solaranlage getrennt oder nicht. Wenn der Wechselrichter im Reversspannungsbetrieb größere Störspannungen ausgibt oder eingangsseitig Leckströme verursacht, so muss er in jedem Fall abgetrennt werden.ever according to the type of inverter used, this is before applying the Reversspannung separated from the solar system or not. If the inverter outputs greater interference voltages in the reverse voltage mode or on the input side leakage currents caused, it must be separated in any case.
Erfindungsgemäß wird im Reversspannungsbetrieb, um durch Diebstahl verursachte Unterbrechungen zu erkennen, der Strom, welcher durch die Reihenschaltung der Panels fließt, überwacht. Da die Solarzellen in Sperrrichtung und die Leistungshalbleiter, bzw. Schutz-Dioden in Durchlassrichtung geschaltet sind, wird die Reihenschaltung beim Diebstahl von Panels elektrisch durch das Entfernen der Leistungshalbleiter unterbrochen. Da jedoch das Solar-Panel eine bauliche Einheit aus Solarzellen und Leistungshalbleitern bildet, werden im Falle eines Diebstahls die Leistungshalbleiter zwangsläufig mit entfernt.According to the invention is in Reverse voltage operation to interruptions caused by theft to recognize the current through the series connection of the panels flows, monitors. Since the solar cells in the reverse direction and the power semiconductors, or protective diodes are connected in the forward direction, the Series connection in the theft of panels electrically by removal the power semiconductor interrupted. However, because the solar panel forms a structural unit of solar cells and power semiconductors, In the case of a theft, the power semiconductors are inevitably removed.
Bei den heute üblichen Solaranlagen mit Verbindungsboxen aus Kunststoff, in denen sich die Schutzdioden befinden, kann die Reihenschaltung der Panels entweder aufgrund von Diebstahl oder auch durch eine durchgebrannte Schutzdiode unterbrochen werden. Eine Unterscheidung ist durch den Zeitpunkt, zu dem der Ausfall gemeldet wird, möglich. Die Schutzdioden können nur während des Leistungsbetriebs der Solaranlage durchbrennen. Folglich wird der Alarm sofort beim Anlegen der Reversspannung, d.h. beim Umschalten in den Nachtbetrieb, gemeldet. Tritt der Alarm zu einem anderen Zeitpunkt auf, handelt es sich mit sehr großer Wahrscheinlichkeit um einen Diebstahl; ansonsten können für die Unterbrechungen beispielsweise Einflüsse wie Unwetter oder Marderbiss ursächlich sein. Der Diebstahl eines Solar-Panels beim Leistungsbetrieb der Anlage wird ebenfalls erkannt, da beim Entfernen eines Solar-Panels die Solaranlage aufgrund des dadurch verursachten Leistungsverlusts automatisch in den Nachtbetrieb wechselt. Dadurch wird die Diebstahlsicherung aktiviert.at the usual today Solar systems with plastic junction boxes in which the protection diodes are located, the series connection of the panels can either due to theft or even a blown-off protective diode to be interrupted. A distinction is by the time to which the failure is reported, possible. The protection diodes can only while of the power operation of the solar system. Consequently, will the alarm immediately upon application of the Reversspannung, i. when switching in the night mode, reported. If the alarm occurs at a different time on, it is very likely to be one Theft; otherwise, for the interruptions for example, influences such as Bad weather or marten bite be. The theft of a solar panel during power operation of the Plant is also detected because when removing a solar panel the solar system due to the power loss caused thereby automatically switches to night mode. This will prevent theft activated.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann in besonders vorteilhafter Weise in Kombination mit den in
Die Schaltung zur Überwachung von Solar-Panels in Solaranlagen auf Diebstahl besteht aus einem Prüfmodul, das dem Anlegen der Reversspannung im Nacht- bzw. Ruhebetrieb dient, einer Strom-Überwachungseinrichtung und einer Alarmmeldeeinheit.The Circuit for monitoring of solar panels in solar panels on theft consists of a test module, which serves to apply the Reversspannung in night or rest mode, a power monitoring device and an alarm unit.
Eine vorteilhafte Ausführung des Prüfmoduls ist aus einer Stromquelle und einer Spannungsmessvorrichtung aufgebaut. Die Messvorrichtung schaltet die Stromquelle im Nachtbetrieb, d. h. wenn die Ausgangsspannung der Solaranlage eine Spannungsgrenze von ca. 42 V unterschreitet, ein. Optional kann das Prüfmodul auch mit einem Relais ausgestattet sein, das gleichzeitig mit dem Einschalten der Stromquelle den Wechselrichter von der Reihenschaltung der Solar-Panels trennt. Dabei ist es von Vorteil, den Öffner-Kontakt des Relais zu verwenden, da dann keine Leistungsverluste während des Betriebs der Solaranlage auftreten und außerdem die Solaranlage auch beim – allerdings äußerst selten auftretenden – Ausfall des Prüfmoduls ohne Störung weiter betrieben werden kann.A advantageous embodiment of the test module composed of a power source and a voltage measuring device. The measuring device switches the power source in night mode, d. H. if the output voltage of the solar system is a voltage limit of about 42 V below. Optionally, the test module can also be equipped with a relay simultaneously with the power the power source the inverter from the series connection of the solar panels separates. It is advantageous to the normally closed contact of the relay use, because then no power losses during operation of the solar system occur and as well the solar system even when - but extremely rare - failure of the test module continue without interruption can be operated.
Die Stromüberwachungseinheit ist in einer kostengünstigen Variante aus einem Widerstand, der mit der Reihenschaltung der Solar-Panels in Serie geschaltet ist und einer Spannungskomparatorschaltung mit Schaltrelais aufgebaut, welche die am Widerstand abfallende Spannung überwacht. Fällt die Spannung bei einer Unterbrechung der Reihenschaltung der Panels unter einen bestimmten Wert, so schaltet die Spannungskomparatorschaltung das Relais. Am potentialfreien Schaltkontakt des Relais, ist eine Alarmmeldeeinrichtung angeschlossen. Diese kann nach Bedarf eine akustische oder optische Meldung, einen stillen Alarm über Funk, per Internet oder durch einen Telefonruf auslösen.The Power Management is in a cost effective Variant of a resistor connected to the series connection of the solar panels is connected in series and a voltage comparator circuit with Switching relay constructed, which monitors the voltage drop across the resistor. If the voltage drops in an interruption of the series connection of the panels under a certain value, the voltage comparator circuit switches that Relay. The potential-free switching contact of the relay is an alarm signaling device connected. This can be an acoustic or optical as needed Message, a silent alarm about Radio, via the Internet or by a telephone call.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können Solaranlagen jeder Bauart und Größe aus- oder nachgerüstet werden. In jedem Fall wird nur eine zentrale Schaltung benötigt, die auf kleinstem Raum aufgebaut und mit kostengünstigen Bauteilen bestückt ist. Die Schaltung wird entweder als separates Gerät ausgeführt oder in den Wechselrichter bzw. den Trennschalter integriert.With the circuit according to the invention can Solar systems of every type and size or retrofitted become. In any case, only one central circuit is needed built in a small space and equipped with cost-effective components. The circuit is either designed as a separate device or in the inverter or the disconnector integrated.
Falls der verwendete Wechselrichter im Reversspannungsbetrieb keine größeren Störspannungen ausgibt oder eingangsseitig Leckströme verursacht, kann auch das vergleichsweise teure Spezialrelais für das Abtrennen des Wechselrichters eingespart und der damit verbundene Spannungsabfall an den Kontakten der Relais vermieden werden. Andererseits treten durch diesen Spannungsabfall nur Leistungsverluste von typischerweise zwei bis vier Watt auf, die üblicherweise vernachlässigbar sind. Zudem ist es denkbar, die DC-Trennung der Solaranlage vom Wechselrichter über dieses Relais durchzuführen und damit den üblicherweise verwendeten DC-Trennschalter zu ersetzen.If the inverter used in Reversspannungsbetrieb no major Störspannun gene outputs or causes leakage currents on the input side, and the comparatively expensive special relay for the separation of the inverter can be saved and the associated voltage drop across the contacts of the relay can be avoided. On the other hand, due to this voltage drop only power losses of typically two to four watts, which are usually negligible. In addition, it is conceivable to carry out the DC isolation of the solar system from the inverter via this relay and thus replace the commonly used DC circuit breaker.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; hierzu zeigen:The The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment; For this demonstrate:
Aus
Die
Spannung, die am Widerstand
Ein
entsprechender Schaltplan ist in
Die erste Schaltungseinheit, der so genannte Stromprüf-Generator, ist als Stromquelle ausgebildet, die eine ausreichende Spannungsreserve hat, um bis zu 20 Panels mit je 3 Bypass-Dioden inklusive der Kabelstrecken von typischerweise über 100 m mit ca. 20 mA Gleichstrom zu speisen. Nach der Gleichrichtung und Siebung der Trafo-Sekundär-Nennspannung von 30 V Wechselstrom, begrenzt R1 den Summenstrom und T1 schaltet den als Stromquelle geschalteten Linearregler 1 ein. Über die zwei in Serie geschalteten Hochvoltdioden D5 und D6 wird der Prüfstrom in Reversrichtung auf den positiven und negativen Pol der in Serie geschalteten Solar-Panels (Panelkette) geführt, durchläuft die Panelkette und erzeugt über den Serienwiderstand R3 einen Spannungsabfall, der über T3 den Schalttransistor T4 sperrt. Wird im Falle eines Diebstahls die Panelkette unterbrochen, dann schaltet T4 durch, das Relais 2 zieht an, die rote LED1 leuchtet und die potentialfreien Alarmkontakte werden geschlossen. Über diese können alle möglichen Arten von Alarmen ausgelöst werden.The first circuit unit, the so-called Stromprüf generator, is as a power source trained, which has a sufficient voltage reserve, up to to 20 panels each with 3 bypass diodes including the cable routes typically over To feed 100 m with approx. 20 mA direct current. After the rectification and filtering the transformer-secondary rated voltage of 30 V AC, R1 limits the total current and T1 switches the switched as a current source linear regulator 1 a. About the two series-connected high-voltage diodes D5 and D6, the test current in Lapel direction on the positive and negative pole of the series switched solar panels (panel chain) guided, goes through the panel chain and generates over the series resistor R3 a voltage drop, which via T3 the Switching transistor T4 blocks. If the panel chain is interrupted in case of theft, then T4 goes through, relay 2 picks up, red LED1 lights up and the potential-free alarm contacts are closed. All of them can do this potential Types of alarms are triggered.
Die erste Schaltungseinheit wird erst dann in Betrieb genommen, wenn der Optokoppler OK1 von der zweiten Schaltungseinheit aktiviert und damit die Stromquelle der ersten Einheit durch den Transistor T1 eingeschaltet wird.The first circuit unit is only put into operation when the optocoupler OK1 activated by the second circuit unit and thus the current source of the first unit through the transistor T1 is turned on.
Die zweite Schaltungseinheit ist die so genannte Komparator-Einheit. Nach der Gleichrichtung und Siebung der Trafo-Sekundär-Nennspannung von 24 V Wechselstrom wird die Gleichspannung mit Hilfe des Linearreglers LR2 auf 24 V Gleichstrom stabilisiert. Diese Spannung versorgt den Bipolar-Komparator IC1, den Relais-Lastkreis sowie die Ansteuerung des Optokopplers OK1 und der grünen Leuchtdiode LED2. Am invertierenden Eingang des Komparators liegt die zu erfassende Panelspannung, die aus Sicherheitsgründen, insbesondere zum Schutz vor Überschlägen, durch einen 5-teiligen Vorwiderstand heruntergeteilt wird. Am nicht invertierenden Eingang liegt eine Präzisionsreferenzspannung an. Diese wird mit Hilfe des Leistungsreglers LR3 und einem einstellbaren Spannungsteiler gebildet. Damit lassen sich Panelspannungsbereiche von 30 bis 1000 V Gleichstrom erfassen bzw. vergleichen. Wird P1 so eingestellt, dass eine Spannung von ca. 1 V am PIN3 des Komparators IC1 anliegt, dann schaltet der Komparator bei Unterschreiten einer Panel-Spannung von ca. 42 V den Lastkreis und damit das Relais 1 ein und T2 wird durchgesteuert. Infolgedessen steuert der PNP-Transistor T5 durch und aktiviert die LED2 und den Optokoppler OK1, der damit die Schaltungseinheit 1 aktiviert.The second circuit unit is the so-called comparator unit. After rectification and screening of the transformer-secondary rated voltage of 24 V AC is the DC voltage with the help of the linear regulator LR2 stabilized to 24 V DC. This voltage supplies the Bipolar comparator IC1, the relay load circuit and the control of the Optocoupler OK1 and the green LED LED2. Located at the inverting input of the comparator the panel voltage to be detected, for safety reasons, in particular to protect against rollovers, by a 5-part resistor is divided down. At the non-inverting input is a precision reference voltage at. This is done using the power controller LR3 and an adjustable Voltage dividers formed. This allows panel voltage ranges from 30 to 1000 V DC detect or compare. Will P1 adjusted so that a voltage of about 1 V at the pin3 of the comparator IC1 is present, then the comparator switches when falling below a Panel voltage of approx. 42 V the load circuit and thus the relay 1 on and T2 is turned on. As a result, the PNP transistor controls T5 and activates the LED2 and the optocoupler OK1, so that the Circuit unit 1 activated.
Bei bestimmten Typen von Wechselrichtern, die in den Solaranlagen verwendet werden, kann das Relais 1 entfallen. Andernfalls trennt das Relais 1 die positive Leitung zwischen der Panelkette und dem Wechselrichter auf und der Reverse-Prüfstrom fließt nur noch durch die Panels, bzw. deren Bypass-Dioden. Wichtig ist, dass das Relais erst beim Erkennen einer Panel-Spannung von kleiner 42 V schalten kann. Dieser Fall wird bei Eintritt der Dunkelheit sicher erreicht und die Leistung der Panels ist dann nahezu Null.For certain types of inverters that are used in the solar panels, the relay 1 can be omitted. Otherwise, the relay 1 disconnects the positive line between the panel chain and the inverter and the reverse test current flows only through the panels, or their bypass Dio the. It is important that the relay can only switch when a panel voltage of less than 42 V is detected. This case is safely achieved when darkness falls and the performance of the panels is then almost zero.
- 11
- Schottky-DiodeSchottky diode
- 22
- Solar-PanelSolar Panel
- 33
- Solarzellesolar cell
- 44
- Wechselrichterinverter
- 55
- Prüfmodultest module
- 66
- Trennschalterdisconnectors
- 77
- Spannungsquellevoltage source
- 88th
- Serienwiderstandseries resistance
- 99
- Spannungskomparatorvoltage
- 1010
- Relaisrelay
- 1111
- Potentialfreier Kontaktfloating Contact
- 1212
- Diebstahl-AlarmmeldesystemTheft alarm notification system
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