DE102011083720A1

DE102011083720A1 - Apparatus for connecting solar generator to electrical alternating current (AC) system of photovoltaic plant, has transformer with changeable transmission ratio, to transform AC voltages of different sizes to preset AC supply voltage

Info

Publication number: DE102011083720A1
Application number: DE102011083720A
Authority: DE
Inventors: Karsten Handt; Marvin Nabe
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Siemens AG
Current assignee: Technische Universitaet Dresden; Siemens AG
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04

Abstract

The apparatus (100) comprises an inverter (110) for converting direct current (DC) voltage generated by a solar generator (150) to an alternating current (AC) voltage. A transformer (120) is arranged for transforming AC voltage of the inverter to a predetermined AC supply voltage of AC system (160). The inverter is configured to generate AC voltages of different sizes depending on size of DC voltage. The transformer is provided with a changeable transmission ratio, so as to transform AC voltages of different sizes to predetermined AC supply voltage of AC system. Independent claims are included for the following: (1) photovoltaic plant; and (2) method for connecting solar generator to electrical alternating current system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anbindung eines Solargenerators an ein elektrisches Wechselstromnetz. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Photovoltaikanlage mit einer solchen Vorrichtung und ein Verfahren zum Einspeisen einer mit einem Solargenerator erzeugten elektrischen Energie in ein Wechselstromnetz. The present invention relates to a device for connecting a solar generator to an electrical AC network. The invention further relates to a photovoltaic system with such a device and a method for feeding an electrical energy generated by a solar generator into an AC network.

Eine Photovoltaikanlage umfasst in der Regel mehrere Solarmodule, welche zum Umwandeln eines Teils der Sonnenstrahlung in elektrische Energie in Form von Gleichspannung bzw. Gleichstrom eingesetzt werden. Die Solarmodule, welche aus einer Mehrzahl an Solarzellen aufgebaut sind, besitzen eine stark schwankende Ausgangsspannung. Die Spannung ist abhängig von der solaren Einstrahlung und von der Temperatur der Module. Üblicherweise sind in einer Photovoltaikanlage mehrere Solarmodule in Form einer Reihenschaltung zu einem Strang, und sind mehrere Stränge in Form einer Parallelschaltung zusammengeschaltet. Der Ausgangsspannungsbereich einer solchen Anordnung aus Solarmodulen, auch als Solargenerator bezeichnet, richtet sich nach der Anzahl der Solarmodule in einem Strang. A photovoltaic system usually comprises a plurality of solar modules, which are used to convert a portion of the solar radiation into electrical energy in the form of DC or DC. The solar modules, which are composed of a plurality of solar cells, have a strongly fluctuating output voltage. The voltage depends on the solar radiation and the temperature of the modules. Usually, in a photovoltaic system, a plurality of solar modules in the form of a series circuit to a strand, and a plurality of strands interconnected in the form of a parallel connection. The output voltage range of such an arrangement of solar modules, also referred to as a solar generator, depends on the number of solar modules in a string.

Zur Einspeisung der mit Hilfe eines Solargenerators erzeugten elektrischen Energie in ein Wechselstromnetz werden typischerweise ein Wechselrichter und ein Transformator eingesetzt. Der Wechselrichter dient dazu, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln. Dies wird in der Regel mit Hilfe von Halbleiterbauelementen bzw. Halbleiterschaltern durchgeführt, welche die Wechselspannung durch Pulsweitenmodulation nachbilden. Der dem Wechselrichter nachgeschaltete Transformator dient dazu, die mit dem Wechselrichter erzeugte Wechselspannung weiter auf eine vorgegebene Netzwechselspannung des Wechselstromnetzes zu transformieren. For feeding the electrical energy generated by means of a solar generator into an alternating current network, an inverter and a transformer are typically used. The inverter is used to convert a DC voltage into an AC voltage. This is usually carried out with the aid of semiconductor components or semiconductor switches which simulate the AC voltage by pulse width modulation. The transformer downstream of the inverter is used to further transform the AC voltage generated by the inverter to a predetermined AC line voltage of the AC network.

Üblicherweise ist dem Wechselrichter eine zusätzliche Einrichtung zur Gleichspannungsregelung vorgeschaltet, welche die von den Solarmodulen erzeugte Gleichspannung derart einstellt, dass die Solarmodule am Punkt maximaler Leistung, auch als MPP-Punkt („maximum power point“) bezeichnet, betrieben werden. Die eingestellte Spannung, welche von der solaren Einstrahlung und von der Temperatur der Module abhängt, wird mit Hilfe der Regelungseinrichtung in eine konstante und dem Wechselrichter eingangsseitig zugeführte Gleichspannung umgewandelt. Der Einsatz einer solchen Regelungseinrichtung ist jedoch mit einem relativ hohen Aufwand verbunden, und kann darüber hinaus zu Verlusten mit der Folge eines verminderten Wirkungsgrads führen. Usually, the inverter is preceded by an additional device for DC voltage regulation, which sets the DC voltage generated by the solar modules such that the solar modules at the point of maximum power, also referred to as MPP point ("maximum power point"), operated. The set voltage, which depends on the solar irradiation and the temperature of the modules, is converted with the aid of the control device into a constant DC voltage supplied to the inverter on the input side. However, the use of such a control device is associated with a relatively high cost, and can also lead to losses with the result of reduced efficiency.

Um derartige Nachteile zu vermeiden, kann ein Weglassen der dem Wechselrichter vorgeschalteten Regelungseinrichtung in Betracht gezogen werden. Dies führt jedoch dazu, dass die eingangsseitig an dem Wechselrichter anliegende Gleichspannung nicht mehr konstant ist, sondern relativ großen Schwankungen unterliegt. Auf diese Weise können die im Folgenden beschriebenen Probleme auftreten. In order to avoid such disadvantages, omitting the control device upstream of the inverter may be considered. However, this leads to the fact that the DC voltage applied to the input side of the inverter is no longer constant but is subject to relatively large fluctuations. In this way, the problems described below may occur.

Die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters, welche auf den nachgeschalteten Transformator und damit auf die Netzwechselspannung des Stromnetzes abgestimmt ist, ist vorbestimmt durch die minimale, an den Wechselrichter angelegte Eingangsgleichspannung. Die minimale Eingangsspannung liegt bei geringer Leistung, d.h. bei geringer solarer Einstrahlung und/oder hoher Temperatur der Solarmodule vor. Bei anderen Betriebspunkten, bei welchen der Wechselrichter höhere Leistungen oder die maximale Leistung der Solarmodule verarbeitet, ist die Ausgangsspannung des Wechselrichters zunehmend kleiner oder relativ klein in Bezug auf die Eingangsspannung. The AC output voltage of the inverter, which is tuned to the downstream transformer and thus to the mains AC voltage of the power grid, is predetermined by the minimum, applied to the inverter DC input voltage. The minimum input voltage is low power, i. with low solar radiation and / or high temperature of the solar modules. At other operating points where the inverter processes higher powers or the maximum power of the solar modules, the output voltage of the inverter is increasingly smaller or relatively small with respect to the input voltage.

Derartige Voraussetzungen erschweren die mit dem Wechselrichter vorgenommene Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung. Insbesondere ergibt sich ein kleiner Tastgrad bei der Spannungsregelung, und werden die in dem Wechselrichter eingesetzten Halbleiterschalter nur relativ schlecht ausgenutzt. Das Vorliegen einer maximalen Leistung der Solarmodule hat ferner, bedingt durch die relativ kleine Ausgangsspannung des Wechselrichters, einen relativ großen maximalen Stromfluss zur Folge, was eine entsprechende Auslegung des Wechselrichters bzw. von dessen Bauelementen erfordert. Such conditions complicate the conversion of DC to AC voltage made with the inverter. In particular, a small duty cycle results in the voltage regulation, and the semiconductor switches used in the inverter are only relatively poorly utilized. The presence of a maximum power of the solar modules also has, due to the relatively low output voltage of the inverter, a relatively large maximum current flow result, which requires a corresponding design of the inverter or its components.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung zur Anbindung eines Solargenerators an ein elektrisches Wechselstromnetz anzugeben. The object of the present invention is to provide an improved solution for connecting a solar generator to an electrical AC network.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is solved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Anbindung eines Solargenerators an ein elektrisches Wechselstromnetz vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst einen Wechselrichter zum Umwandeln einer mit Hilfe des Solargenerators erzeugten Gleichspannung in eine Wechselspannung, und einen Transformator zum Transformieren der Wechselspannung des Wechselrichters auf eine vorgegebene Netzwechselspannung des Wechselstromnetzes. Der Wechselrichter ist ausgebildet, in Abhängigkeit der Größe der Gleichspannung unterschiedlich große Wechselspannungen zu erzeugen. Des Weiteren ist der Transformator mit einem änderbaren Übersetzungsverhältnis ausgebildet, um die unterschiedlich großen Wechselspannungen des Wechselrichters auf die vorgegebene Netzwechselspannung des Wechselstromnetzes zu transformieren. According to the invention, a device for connecting a solar generator to an electrical AC network is proposed. The apparatus comprises an inverter for converting a DC voltage generated by means of the solar generator into an AC voltage, and a transformer for transforming the AC voltage of the inverter to a predetermined mains AC voltage of the AC mains. The inverter is designed to generate different sized AC voltages depending on the size of the DC voltage. Furthermore, the transformer is designed with a variable transmission ratio in order to transform the different sized AC voltages of the inverter to the predetermined AC line voltage of the AC network.

Unter den hier und im Folgenden verwendeten Begriff des „Solargenerators“ fallen sämtliche Einrichtungen, welche infolge einer Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, elektrische Energie in Form von Gleichspannung bzw. Gleichstrom erzeugen können. Der Solargenerator kann hierbei insbesondere wenigstens ein Solarmodul, oder auch eine Mehrzahl an miteinander verschalteten Solarmodulen umfassen. The term "solar generator" used here and below includes all devices which, as a result of irradiation with electromagnetic radiation, in particular sunlight, can generate electrical energy in the form of direct current or direct current. In this case, the solar generator may in particular comprise at least one solar module, or also a plurality of solar modules interconnected with one another.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, die von dem Wechselrichter ausgangsseitig ausgegebene Wechselspannung an die dem Wechselrichter eingangsseitig zugeführte Gleichspannung, und damit an den Betriebspunkt des Solargenerators, anzupassen. Durch entsprechendes Ändern des Übersetzungsverhältnisses des Transformators kann erzielt werden, dass die jeweils erzeugte Ausgangswechselspannung in die vorgegebene Netzwechselspannung umgewandelt wird. In the case of the device according to the invention, the AC voltage output by the inverter on the output side is adapted to the DC voltage supplied to the inverter on the input side, and thus to the operating point of the solar generator. By appropriately changing the transmission ratio of the transformer can be achieved that the output AC voltage generated in each case is converted into the predetermined AC line voltage.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei Vorliegen einer kleinen mit Hilfe des Solargenerators bereitgestellten Eingangsspannung bzw. bei Vorliegen einer Eingangsspannung aus einem ersten (niedrigen) Eingangsspannungsbereich der Wechselrichter eine vorgegebene erste (kleine) Ausgangsspannung erzeugt, mit der der Transformator gespeist wird. Bei Vorliegen einer größeren Eingangsspannung bzw. bei Vorliegen einer Eingangsspannung aus einem zweiten Eingangsspannungsbereich oberhalb des ersten Eingangsspannungsbereichs kann vorgesehen sein, dass der Wechselrichter eine vorgegebene zweite Ausgangsspannung erzeugt und dem Transformator zuführt, wobei die zweite Ausgangsspannung größer ist als die erste Ausgangsspannung. Durch Ändern des Übersetzungsverhältnisses des Transformators, d.h. in Bezug auf das vorstehende Beispiel von einem ersten auf ein zweites Übersetzungsverhältnis, kann die jeweils erzeugte erste bzw. zweite Ausgangswechselspannung in die vorgegebene Netzwechselspannung umgewandelt werden. For example, it can be provided that in the presence of a small provided by means of the solar generator input voltage or in the presence of an input voltage from a first (low) input voltage range of the inverter generates a predetermined first (small) output voltage with which the transformer is fed. In the presence of a larger input voltage or in the presence of an input voltage from a second input voltage range above the first input voltage range can be provided that the inverter generates a predetermined second output voltage and the transformer, wherein the second output voltage is greater than the first output voltage. By changing the transmission ratio of the transformer, i. with respect to the above example, from a first to a second transmission ratio, the respectively generated first and second AC output voltage can be converted into the predetermined mains AC voltage.

Eine solche, mit Hilfe des Transformators mit änderbarem Übersetzungsverhältnis ermöglichte Anpassung des Wechselrichters an den jeweiligen Betriebspunkt des Solargenerators bietet die Möglichkeit, den Wechselrichter effektiver zu betreiben bzw. in dem Wechselrichter zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung vorgesehene Halbleiterschalter besser auszunutzen. Insbesondere kann die Spannungsumwandlung mit einem höheren Tastgrad erfolgen, wodurch die Regelbarkeit verbessert ist. Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, den Wechselrichter bzw. dessen Halbleiterschalter auf einen geringeren maximalen Strom auszulegen, da eine Vergrößerung der Ausgangsspannung des Wechselrichters mit einer Verkleinerung des Stromflusses einhergehen kann. Sofern vorgesehen ist, den Wechselrichter (weiterhin) auf das Vorliegen eines relativ großen maximalen Stroms auszulegen, kann durch das Umschalten bzw. Vergrößern der Ausgangsspannung des Wechselrichters auch eine Vergrößerung der in das Wechselstromnetz eingespeisten Energie bzw. Leistung erzielt werden. Such, with the aid of the transformer with variable transmission ratio enabled adjustment of the inverter to the respective operating point of the solar generator offers the ability to operate the inverter more effectively or better use in the inverter to convert DC to AC voltage provided semiconductor switch. In particular, the voltage conversion can be done with a higher duty cycle, whereby the controllability is improved. In addition, it is possible to design the inverter or its semiconductor switch to a lower maximum current, since an increase in the output voltage of the inverter can be accompanied by a reduction in the current flow. If it is provided to design the inverter further for the presence of a relatively large maximum current, then by switching or increasing the output voltage of the inverter it is also possible to increase the energy or power fed into the AC grid.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wechselrichter ausgebildet, eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators zu veranlassen. Auf diese Weise ist es möglich, den Transformator mit einer hohen Zuverlässigkeit an die von dem Wechselrichter jeweils ausgegebene Wechselspannung anzupassen. In a preferred embodiment, the inverter is configured to cause a change in the transmission ratio of the transformer. In this way, it is possible to adapt the transformer with a high reliability to the alternating voltage output by the inverter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wechselrichter ausgebildet, die Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators auf der Grundlage der Größe der mit Hilfe des Solargenerators erzeugten Gleichspannung zu veranlassen. Dieser Parameter, anhand dessen der Wechselrichter die Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung durchführen kann und welcher auch die mit Hilfe des Wechselrichters jeweils erzeugte Wechselspannung vorgibt, kann in entsprechender Weise zur Anpassung des Transformators auf die jeweils von dem Wechselrichter ausgegebene Wechselspannung herangezogen werden. In a further preferred embodiment, the inverter is configured to cause the change in the gear ratio of the transformer based on the magnitude of the DC voltage generated by the solar generator. This parameter, by means of which the inverter can perform the conversion of DC into AC voltage and which also specifies the AC voltage generated by means of the inverter, can be used in a corresponding manner for adapting the transformer to the AC voltage respectively output by the inverter.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Transformator (wenigstens) eine Anzapfung und eine zugeordnete Schalteinrichtung. Die Anzapfung kann hierbei insbesondere im Bereich der Unterspannungs- bzw. Primärseite des Transformators, an welche die von dem Wechselrichter kommende Wechselspannung angelegt werden kann, vorgesehen sein. Durch die Schalteinrichtung und die Anzapfung ist es möglich, unterschiedliche Wicklungsteile des Transformators zu- bzw. abzuschalten, und das Übersetzungsverhältnis des Transformators hierdurch mit einer hohen Zuverlässigkeit auf die jeweilige Wechselspannung des Wechselrichters abzustimmen. Möglich ist es auch, die (wenigstens) eine Anzapfung an der Oberspannungs- bzw. Sekundärseite des Transformators vorzusehen. In a further preferred embodiment, the transformer comprises (at least) a tap and an associated switching device. In this case, the tap can be provided in particular in the region of the undervoltage or primary side of the transformer, to which the alternating voltage coming from the inverter can be applied. It is through the switching device and the tapping It is possible to connect or disconnect different winding parts of the transformer, and thereby to tune the transformation ratio of the transformer with high reliability to the respective AC voltage of the inverter. It is also possible to provide the (at least) one tap on the upper voltage or secondary side of the transformer.

Bei dem Wechselrichter handelt es sich vorzugsweise um einen dreiphasigen Wechselrichter, welcher aus der mit Hilfe des Solargenerators bereitgestellten Gleichspannung eine Dreiphasenwechselspannung in Form von drei zueinander phasenverschobenen Einzelspannungen erzeugt. In entsprechender Weise liegt der dazugehörige Transformator in Form eines Drehstromtransformators vor, bei dem das Übersetzungsverhältnis im Hinblick auf die drei zu transformierenden Einzelspannungen entsprechend geändert werden kann. Der Transformator kann hierbei drei getrennte Wicklungen an Primär- und Sekundärseite aufweisen. Zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses kann der Transformator ferner (wenigstens) drei, den einzelnen Wicklungen und damit den Spannungs- bzw. Stromphasen zugeordnete Anzapfungen, insbesondere an der Primärseite, und eine dazugehörige Schalteinrichtung, aufweisen. The inverter is preferably a three-phase inverter, which generates a three-phase alternating voltage in the form of three mutually phase-shifted individual voltages from the DC voltage provided with the aid of the solar generator. Correspondingly, the associated transformer is in the form of a three-phase transformer, in which the transmission ratio with respect to the three individual voltages to be transformed can be changed accordingly. The transformer can have three separate windings on the primary and secondary side. In order to change the transmission ratio, the transformer may further comprise (at least) three taps associated with the individual windings and thus the voltage or current phases, in particular on the primary side, and an associated switching device.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Transformator ausgebildet, wenigstens zwei unterschiedlich große mit dem Wechselrichter erzeugte Wechselspannungen (durch entsprechendes Anpassen bzw. Ändern des Übersetzungsverhältnisses) auf die vorgegebene Netzwechselspannung des Wechselstromnetzes zu transformieren. Eine Ausgestaltung des Transformators mit lediglich zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen kann relativ einfach verwirklicht werden. Das Vorsehen einer größeren Anzahl an Übersetzungsverhältnissen, um eine größere Anzahl an unterschiedlichen Wechselspannungen des Wechselrichters auf die Netzwechselspannung zu transformieren, erfordert gegebenenfalls einen komplexeren Aufbau des Transformators, bietet jedoch auch die Möglichkeit, eine bessere bzw. genauere Anpassung des Wechselrichters an die durch den Solargenerator bereitgestellte Gleichspannung durchzuführen. In a further preferred embodiment, the transformer is designed to transform at least two different-sized AC voltages generated by the inverter (by appropriately adapting or changing the transmission ratio) to the predetermined mains AC voltage of the AC mains. An embodiment of the transformer with only two different transmission ratios can be relatively easily realized. The provision of a greater number of gear ratios to transform a greater number of different alternating voltages of the inverter to the AC line voltage may require a more complex structure of the transformer, but also offers the possibility of a better or more accurate adaptation of the inverter to that by the solar generator to perform the supplied DC voltage.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wechselrichter ausgebildet, die mit Hilfe des Solargenerators erzeugte Gleichspannung (bzw. deren Größe) zu regeln. Hierbei kann der Wechselrichter die Gleichspannung mit einer hohen Zuverlässigkeit derart einstellen, dass der Solargenerator insbesondere am MPP-Punkt bzw. Punkt maximaler Leistung betrieben wird. In a further preferred embodiment, the inverter is designed to regulate the DC voltage (or its size) generated with the aid of the solar generator. Here, the inverter can set the DC voltage with a high reliability such that the solar generator is operated in particular at the MPP point or point of maximum power.

Erfindungsgemäß wird des Weiteren eine Photovoltaikanlage vorgeschlagen, welche eine Vorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und einen mit der Vorrichtung verbundenen Solargenerator umfasst. Hierbei bietet das Anpassen der Ausgangsspannung des Wechselrichters an die an den Wechselrichter angelegte Eingangsspannung bzw. an den Betriebspunkt des Solargenerators die Möglichkeit, den Wechselrichter effektiver zu betreiben und in dem Wechselrichter vorgesehen Leistungsschalter besser auszunutzen. According to the invention, a photovoltaic system is furthermore proposed which comprises a device according to one of the embodiments described above and a solar generator connected to the device. In this case, adjusting the output voltage of the inverter to the input voltage applied to the inverter or to the operating point of the solar generator offers the possibility to operate the inverter more effectively and to make better use of the circuit breaker provided in the inverter.

Diese Vorteile gelten in entsprechender Weise für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einspeisen einer mit einem Solargenerator erzeugten elektrischen Energie in ein Wechselstromnetz. Bei dem Verfahren wird mit einem Wechselrichter eine mit Hilfe des Solargenerators erzeugte Gleichspannung abhängig von der Größe der Gleichspannung in unterschiedlich große Wechselspannungen umgewandelt. Des Weiteren werden mit einem Transformator mit änderbarem Übersetzungsverhältnis, welches entsprechend geändert wird, die unterschiedlich großen Wechselspannungen des Wechselrichters auf eine vorgegebene Netzwechselspannung des Wechselstromnetzes transformiert. These advantages apply correspondingly to a method according to the invention for feeding an electrical energy generated by a solar generator into an AC network. In the method, a DC voltage generated by means of the solar generator is converted into different sized AC voltages with an inverter depending on the size of the DC voltage with an inverter. Furthermore, with a transformer with variable transmission ratio, which is changed accordingly, the different sized AC voltages of the inverter is transformed to a predetermined AC line voltage of the AC network.

Vorzugsweise wird das Ändern des Übersetzungsverhältnisses des Transformators auf der Grundlage der Größe der mit Hilfe des Solargenerators erzeugten Gleichspannung durchgeführt. Preferably, changing the gear ratio of the transformer is performed on the basis of the magnitude of the DC voltage generated by the solar generator.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen. The advantageous embodiments and further developments of the invention explained above and / or reproduced in the subclaims can be used individually or else in any desired combination with one another except, for example, in the case of clear dependencies or incompatible alternatives.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of exemplary embodiments which will be described in connection with the drawings.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer an ein elektrisches Wechselstromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage, welche einen Solargenerator und eine Vorrichtung zur Anbindung des Solargenerators an das Wechselstromnetz umfasst. 1 shows a schematic representation of a connected to an electrical AC grid photovoltaic system, which includes a solar generator and a device for connecting the solar generator to the AC mains.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer an ein elektrisches Wechselstromnetz 160 angeschlossenen Photovoltaikanlage. Die Photovoltaikanlage umfasst einen Solargenerator 150 und eine mit dem Solargenerator 150 verbundene Vorrichtung 100. Über die Vorrichtung 100 ist der Solargenerator 150 an das Wechselstromnetz 160 angebunden, so dass mit Hilfe des Solargenerators 150 solar erzeugte Energie in das Wechselstromnetz 160 eingespeist werden kann. Das Stromnetz 160 kann insbesondere in Form eines Mittelspannungsnetzes vorliegen, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. 1 shows a schematic representation of an electrical AC network 160 connected photovoltaic system. The photovoltaic system includes a solar generator 150 and one with the solar generator 150 connected device 100 , About the device 100 is the solar generator 150 to the AC mains 160 Tied, so with the help of the solar generator 150 solar generated energy in the AC grid 160 can be fed. The power grid 160 may be present in particular in the form of a medium-voltage network, as will be described in more detail below.

Der Solargenerator 150 kann wenigstens ein Solarmodul aufweisen, welches bei Bestrahlung mit Sonnenlicht eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom erzeugen kann. Im Hinblick auf eine (bevorzugte) Ausgestaltung des Solargenerators 150 mit einer Mehrzahl an Solarmodulen können die Solarmodule in üblicher Weise miteinander verschaltet sein. Hierbei können mehrere Solarmodule insbesondere in Form einer Reihenschaltung zu einem Strang, und können mehrere Stränge in Form einer Parallelschaltung zusammengeschaltet sein. The solar generator 150 can have at least one solar module, which can generate a DC voltage or a direct current when irradiated with sunlight. With regard to a (preferred) embodiment of the solar generator 150 With a plurality of solar modules, the solar modules can be interconnected in the usual way. In this case, a plurality of solar modules, in particular in the form of a series connection to a strand, and several strands can be interconnected in the form of a parallel connection.

Die Vorrichtung 100 umfasst, wie in 1 gezeigt, einen Wechselrichter 110, einen Filter 115 und einen umschaltbaren Transformator 120. Der Wechselrichter 110 ist dazu ausgebildet, eine mit Hilfe des Solargenerators 150 erzeugte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzusetzen. Zu diesem Zweck ist der Wechselrichter 110 über eine Verbindung 141 elektrisch mit dem Solargenerator 150 verbunden. Die Verbindung 141 kann in Form eines elektrischen Leitungs- bzw. Bussystems, in Anlehnung an die von dem Solargenerator 150 erzeugte Gleichspannung bzw. an den solar erzeugen Gleichstrom auch als DC-Bus („direct current“) bezeichnet, ausgebildet sein, oder ein solches Leitungssystem umfassen. The device 100 includes, as in 1 shown an inverter 110 , a filter 115 and a switchable transformer 120 , The inverter 110 is designed to be one with the help of the solar generator 150 converted DC voltage into an AC voltage. For this purpose, the inverter 110 over a connection 141 electrically with the solar generator 150 connected. The connection 141 can be in the form of an electrical line or bus system, based on that of the solar generator 150 generated DC voltage or to the solar generate direct current also referred to as a DC bus ("direct current"), be formed, or include such a line system.

Eine dem Wechselrichter 110 vorgeschaltete Regelungseinrichtung zur Gleichspannungsregelung, wie sie bei einer herkömmlichen Anbindung eines Solargenerators üblicherweise in Betracht kommt, ist hierbei nicht vorgesehen. Auf diese Weise können hiermit verbundene Nachteile (Aufwand, Wirkungsgradverminderung) entfallen. One to the inverter 110 upstream control device for DC voltage control, as usually comes into consideration in a conventional connection of a solar generator is not provided here. In this way, associated disadvantages (effort, efficiency reduction) can be omitted.

Der Wechselrichter 110 weist entsprechende Halbleiter- bzw. Leistungsschalter auf, mit deren Hilfe die Wechselspannung durch Pulsweitenmodulation aus der dem Wechselrichter 110 eingangsseitig zugeführten Gleichspannung nachgebildet wird. Bei den Leistungsschaltern kann es sich insbesondere um IGBT-Bauelemente („insulated-gate bipolar transistor“) handeln. The inverter 110 has corresponding semiconductor or power switch, with the help of the AC voltage by pulse width modulation from the inverter 110 the input side supplied DC voltage is simulated. The circuit breakers may in particular be IGBT components (insulated-gate bipolar transistor).

Der Transformator 120 wird dazu verwendet, die von dem Wechselrichter 110 ausgangsseitig ausgegebene Wechselspannung auf die in dem Stromnetz 160 verwendete Netzwechsel- bzw. Mittelspannung hochzutransformieren. Zu diesem Zweck ist der Transformator 120 über eine Verbindung 142 elektrisch mit dem Wechselrichter 110 verbunden. Die Verbindung 142 kann (ebenfalls) in Form eines elektrischen Leitungs- bzw. Bussystems, in Anlehnung an die übertragene Wechselspannung bzw. den übertragenen Wechselstrom auch als AC-Bus („alternating current“) bezeichnet, ausgebildet sein, oder ein solches Leitungssystem umfassen. The transformer 120 is used by the inverter 110 Output voltage output on the output in the power grid 160 to up-convert used mains or medium voltage. For this purpose is the transformer 120 over a connection 142 electrically with the inverter 110 connected. The connection 142 may (also) in the form of an electrical line or bus system, referred to as the AC voltage or the transmitted AC also referred to as an AC bus ("alternating current") may be formed, or include such a line system.

Wie des Weiteren in 1 dargestellt ist, ist der Filter 115 in der Verbindung 142 zwischen dem Wechselrichter 110 und dem Transformator 120 angeordnet und dem Wechselrichter 110 nachgeschaltet. Der Filter 115, welcher eine Kombination aus einer Spule und einem Kondensator umfassen kann, dient dazu, die von dem Wechselrichter 110 erzeugte Wechselspannung bzw. den dazugehörigen Wechselstrom vor der Einspeisung in den Transformator 120 zu filtern und zu glätten. As further in 1 is shown is the filter 115 in the connection 142 between the inverter 110 and the transformer 120 arranged and the inverter 110 downstream. The filter 115 , which may comprise a combination of a coil and a capacitor, serves that of the inverter 110 generated alternating voltage or the associated alternating current before feeding into the transformer 120 to filter and smooth.

Der Transformator 120, welcher wie weiter unten noch näher beschrieben wird mit einem umschaltbaren Übersetzungsverhältnis ausgebildet ist, ist über eine Verbindung 143, welche ebenfalls in Form eines Leitungssystems ausgebildet sein kann, elektrisch an das Wechselstromnetz 160 angeschlossen. Auf diese Weise kann die von dem Transformator 120 transformierte Wechselspannung dem Stromnetz 160 zugeführt werden. The transformer 120 , which is formed as described in more detail below with a switchable gear ratio, is connected 143 , which may also be in the form of a line system, electrically connected to the AC network 160 connected. In this way, that of the transformer 120 transformed AC voltage to the power grid 160 be supplied.

Der Wechselrichter 110 ist dazu ausgebildet, die von dem Solargenerator 150 erzeugte und dem Wechselrichter 110 eingangsseitig zugeführte Gleichspannung, welche im Folgenden auch als Eingangsgleichspannung bzw. Eingangsspannung UDC bezeichnet wird, zu regeln. Das Regeln der Eingangsspannung UDC kann der Wechselrichter 110 anhand des von dem Solargenerator 150 entnommenen elektrischen Stroms bzw. anhand der von dem Solargenerator 150 entnommenen Leistung durchführen. Der Wechselrichter 110 führt die Regelung hierbei insbesondere derart durch, dass der Solargenerator 150 auf zuverlässige Weise am MPP-Punkt („maximum power point“) bzw. am Punkt maximaler Leistung betrieben wird, was mit einem hohen Wirkungsgrad verbunden ist. The inverter 110 is designed to be that of the solar generator 150 generated and the inverter 110 On the input side supplied DC voltage, which is hereinafter also referred to as input DC voltage or input voltage UDC to regulate. The regulation of the input voltage UDC can be the inverter 110 on the basis of the solar generator 150 removed electric current or on the basis of the solar generator 150 perform the extracted power. The inverter 110 leads the Control here in particular such that the solar generator 150 is reliably operated at the MPP point ("maximum power point") or at the point of maximum power, which is associated with a high efficiency.

Der geregelte MPP-Punkt des Solargenerators 150 und damit die Eingangsspannung UDC unterliegen relativ großen Schwankungen. Die Eingangsspannung UDC ist dabei insbesondere abhängig von der solaren Einstrahlung, und von der Temperatur des Solargenerators 150 bzw. von dessen Solarmodul(en). Bei hoher Einstrahlung und/oder geringer Temperatur ist die solar erzeugte Energie bzw. Leistung und infolgedessen die Eingangsspannung UDC entsprechend hoch, wohingegen bei kleinerer Einstrahlung und/oder höherer Temperatur eine entsprechend kleinerer Energie bzw. Leistung, und damit auch eine kleinere Eingangsspannung UDC bereitgestellt wird. The regulated MPP point of the solar generator 150 and thus the input voltage UDC are subject to relatively large fluctuations. The input voltage UDC is dependent in particular on the solar irradiation, and on the temperature of the solar generator 150 or from its solar module (s). At high irradiation and / or low temperature, the solar energy or power and consequently the input voltage UDC is correspondingly high, whereas with smaller irradiation and / or higher temperature a correspondingly smaller energy or power, and thus a smaller input voltage UDC is provided ,

Um diesem unterschiedlichen Betriebsverhalten des Solargenerators 150 gerecht zu werden, ist der Wechselrichter 110 dazu ausgebildet, die Eingangsgleichspannung UDC in Abhängigkeit von deren Größe in unterschiedlich große – d.h. unterschiedlich große Amplituden bzw. Effektivwerte aufweisende – Ausgangswechselspannungen bzw. Ausgangsspannungen umzuwandeln. To this different operating behavior of the solar generator 150 to meet, is the inverter 110 designed to convert the input DC voltage UDC as a function of their size into different sized output voltages or output voltages, ie having different amplitudes or effective values.

Bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 100 ist vorgesehen, dass der Wechselrichter 110 zwei unterschiedlich große Ausgangsspannungen, im Folgenden auch als erste Ausgangsspannung UAC1 und zweite Ausgangsspannung UAC2 bezeichnet, ausgibt, wobei die zweite Ausgangsspannung UAC2 größer ist als die erste Ausgangsspannung UAC1. Die erste Ausgangsspannung UAC1 erzeugt der Wechselrichter 110 bei Vorliegen einer relativ kleinen, mit Hilfe des Solargenerators 110 bereitgestellten Eingangsspannung UDC bzw. bei Vorliegen einer Eingangsspannung UDC aus einem ersten, niedrigen Eingangsspannungsbereich. Der erste Eingangsspannungsbereich reicht bis an eine vorgegebene Grenzspannung U0, wobei die Grenzspannung U0 dem ersten Eingangsspannungsbereich zum Beispiel nicht mehr zugerechnet wird. Bei Erreichen oder Überschreiten der Grenzspannung U0, wodurch eine entsprechend größere Eingangsspannung UDC bzw. eine Eingangsspannung UDC aus einem zweiten Eingangsspannungsbereich oberhalb des ersten Eingangsspannungsbereichs vorliegt, erzeugt der Wechselrichter 110 die zweite (größere) Ausgangsspannung UAC2. In umgekehrter Weise kann der Wechselrichter 110 bei Unterschreiten der Grenzspannung U0 (wieder) in einen Betrieb mit der Ausgangsspannung UAC1 versetzt werden. At the in 1 shown device 100 is provided that the inverter 110 two output voltages of different sizes, hereinafter also referred to as first output voltage UAC1 and second output voltage UAC2, outputs, wherein the second output voltage UAC2 is greater than the first output voltage UAC1. The first output voltage UAC1 is generated by the inverter 110 in the presence of a relatively small, with the help of the solar generator 110 provided input voltage UDC or in the presence of an input voltage UDC from a first, low input voltage range. The first input voltage range extends to a predetermined limit voltage U0, wherein the threshold voltage U0 is no longer attributed to the first input voltage range, for example. Upon reaching or exceeding the threshold voltage U0, whereby a correspondingly larger input voltage UDC or an input voltage UDC from a second input voltage range above the first input voltage range is present, the inverter generates 110 the second (larger) output voltage UAC2. Conversely, the inverter can 110 fall below the limit voltage U0 (again) in an operation with the output voltage UAC1 are added.

Die vorstehend erläuterte Funktionsweise des Wechselrichters 110, welche in entsprechender Weise in 1 angedeutet ist, und gemäß derer der Wechselrichter 110 an die Leistung bzw. an den Betriebspunkt des Solargenerators 150 angepasst wird, ermöglicht einen relativ effektiven Betrieb des Wechselrichters 110. In dieser Hinsicht ist die Möglichkeit gegeben, dass die in dem Wechselrichter 110 vorgesehenen Halbleiterschalter die Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung trotz schwankender Eingansspannung UDC mit einem relativ hohen Tastgrad, und infolgedessen mit einer hohen Effizienz durchführen können. The above-described operation of the inverter 110 , which in a corresponding manner in 1 is indicated, and according to which the inverter 110 to the power or to the operating point of the solar generator 150 adjusted, allows a relatively effective operation of the inverter 110 , In this regard, the possibility exists that in the inverter 110 provided semiconductor switch the conversion of DC into AC voltage despite fluctuating input voltage UDC with a relatively high duty cycle, and consequently can perform with a high efficiency.

Bei einer herkömmlichen Anbindung eines Solargenerators an ein Stromnetz erzeugt der zur Spannungsumwandlung eingesetzte Wechselrichter lediglich eine einzelne bzw. vorgegebene Ausgangswechselspannung, welche durch eine minimale, an den Wechselrichter angelegte Eingangsgleichspannung bestimmt ist. Je größer die Leistung eines mit dem Wechselrichter verbundenen Solargenerators und damit die Eingangsgleichspannung ist, desto kleiner ist die nachzubildende Ausgangswechselspannung im Verhältnis zur Eingangsgleichspannung. Dies hat bei hoher Leistung eine erschwerte Spannungsregelung durch den Wechselrichter zur Folge, dessen Halbleiterschalter daher relativ schlecht ausgenutzt werden. Das Vorliegen einer maximalen Leistung des Solargenerators führt hierbei ferner, bedingt durch die kleine Ausgangsspannung des Wechselrichters, zu einem relativ großen maximalen Stromfluss, auf welchen der Wechselrichter bzw. dessen Bauelemente ausgelegt sein müssen. In a conventional connection of a solar generator to a power grid used for voltage conversion inverter generates only a single or predetermined AC output voltage, which is determined by a minimum, applied to the inverter DC input voltage. The greater the power of a solar generator connected to the inverter and thus the DC input voltage, the smaller the AC output voltage to be simulated in relation to the DC input voltage. At high power, this results in a difficult voltage regulation by the inverter, whose semiconductor switches are therefore relatively poorly utilized. The presence of a maximum power of the solar generator also leads here, due to the small output voltage of the inverter, to a relatively large maximum current flow on which the inverter or its components must be designed.

Die oben beschriebene Änderung der Ausgangsspannung bei dem Wechselrichter 110 der Vorrichtung 100 von 1 bietet demgegenüber die Möglichkeit, eine verbesserte Regelbarkeit in Bezug auf die Spannungsumwandlung zu erzielen, und die Halbleiterschalter des Wechselrichters 110 besser auszunutzen. Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, den Wechselrichter 110 bzw. dessen Halbleiterschalter (d.h. deren Nennleistung) auf einen geringeren maximalen Strom auszulegen, da die Vergrößerung der Ausgangsspannung von der ersten Ausgangsspannung UAC1 auf die zweite Ausgangsspannung UAC2 mit einer Verkleinerung des Stromflusses durch den Wechselrichter 110 einhergehen kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, den Wechselrichter 110 auf das Vorliegen eines relativ großen maximalen Stroms (entsprechend einem herkömmlich betriebenen Wechselrichter) auszulegen, so dass durch die Vergrößerung der Ausgangsspannung des Wechselrichters 110 auch eine Vergrößerung der übertragbaren und damit in das Wechselstromnetz 160 einspeisbaren Energie bzw. Leistung ermöglicht werden kann. The above-described change of the output voltage at the inverter 110 the device 100 from 1 On the other hand, it offers the possibility of achieving improved controllability with respect to the voltage conversion and the semiconductor switches of the inverter 110 better exploit. In addition, the possibility is given to the inverter 110 or its semiconductor switch (ie its rated power) to be interpreted to a lower maximum current, since the increase of the output voltage from the first output voltage UAC1 to the second output voltage UAC2 with a reduction of the current flow through the inverter 110 can go along. Alternatively, it can also be provided, the inverter 110 to interpret the presence of a relatively large maximum current (corresponding to a conventionally operated inverter), so that by increasing the output voltage of the inverter 110 also an enlargement of the transferable and thus into the AC mains 160 Infeedable energy or power can be made possible.

Der dem Wechselrichter 110 (bzw. dem Filter 115) nachgeschaltete Transformator 120 ist dazu ausgebildet, die unterschiedlich großen, von dem Wechselrichter 110 erzeugten Ausgangsspannungen UAC1, UAC2 jeweils auf die vorgegebene Netzwechselspannung des Stromnetzes 160 zu transformieren. Der Transformator 120 ist zu diesem Zweck als umschaltbarer Transformator 120 ausgebildet, dessen Übersetzungsverhältnis (d.h. Verhältnis der Windungszahlen von Sekundär- bzw. Mittelspannungsseite und Primär- bzw. Unterspannungsseite) entsprechend geändert bzw. umgeschaltet werden kann. Erst die Ausgestaltung des Transformators 120 mit einem änderbaren Übersetzungsverhältnis ermöglicht die vorstehend beschriebene Anpassung des Wechselrichters 110 an den Betriebspunkt des Solargenerators 150. The inverter 110 (or the filter 115 ) downstream transformer 120 is designed to be of different sizes, from the inverter 110 generated output voltages UAC1, UAC2 each to the specified AC mains voltage of the power grid 160 to transform. The transformer 120 is for this purpose as a switchable transformer 120 formed, the transmission ratio (ie ratio of the number of turns of secondary or medium voltage side and primary and low voltage side) can be changed or switched accordingly. Only the design of the transformer 120 with a variable gear ratio allows the adaptation of the inverter described above 110 to the operating point of the solar generator 150 ,

Wie in 1 angedeutet ist, ist vorgesehen, dass der Transformator 120 bei Aufschaltung bzw. Speisung desselben mit der ersten Ausgangsspannung UAC1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis n1 betrieben wird. Bei Speisung mit der zweiten Ausgangsspannung UAC2 wird der Transformator 120 hingegen mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis n2 betrieben. Hierbei ist das zweite Übersetzungsverhältnis n2 kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis n1, um sowohl die kleine Ausgangsspannung UAC1, als auch die größere Ausgangsspannung UAC2 auf die vorgegebene Netzwechselspannung transformieren zu können. As in 1 is indicated, it is provided that the transformer 120 when switched on or supply the same with the first output voltage UAC1 with a first transmission ratio n1 is operated. When feeding with the second output voltage UAC2, the transformer 120 however, operated with a second gear ratio n2. Here, the second gear ratio n2 is smaller than the first gear ratio n1 to transform both the small output voltage UAC1, and the larger output voltage UAC2 to the predetermined AC line voltage can.

Für eine derartige Betriebsweise weist der Transformator 120 einen mit Wicklungen versehenen Transformatorkern auf, wobei an der Unterspannungs- bzw. Primärseite zwei Anschlüsse bzw. Hauptanschlüsse 121, 122 und ein als „Anzapfung“ bzw. „Unterspannungsanzapfung“ 123 bezeichneter Zwischenanschluss vorgesehen sind. Der Transformator 120 umfasst des Weiteren, wie in 1 angedeutet ist, eine an der Unterspannungsseite angeordnete und an die Verbindung 142 bzw. den AC-Bus 142 angeschlossene Schalteinrichtung 125, welche zum Herstellen bzw. Trennen einer Verbindung mit den Anschlüssen 121, 122 und der Anzapfung 123 ausgebildet ist. Auf diese Weise können unterschiedliche Wicklungsteile der Unterspannungsseite an- oder abgeschaltet, und das Übersetzungsverhältnis des Transformators 120 auf zuverlässige Weise entsprechend geändert werden. For such a mode of operation, the transformer 120 a transformer core provided with windings, wherein at the lower voltage or primary side, two terminals or main terminals 121 . 122 and a "tap" or "undervoltage tap" 123 designated intermediate connection are provided. The transformer 120 further includes, as in 1 is indicated, one arranged on the low voltage side and to the connection 142 or the AC bus 142 connected switching device 125 which are used to establish or disconnect a connection with the terminals 121 . 122 and the tap 123 is trained. In this way, different winding parts of the low voltage side can be switched on or off, and the transmission ratio of the transformer 120 be changed in a reliable manner accordingly.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für das erste Übersetzungsverhältnis n1 der Anschluss 122 und die Anzapfung 123 kontaktiert werden, wodurch eine entsprechende Teilwicklung an der Unterspannungsseite des Transformators 120 zur Spannungstransformation genutzt wird. Für das zweite kleinere Übersetzungsverhältnis n2 können hingegen zum Beispiel die Anschlüsse 121, 122 kontaktiert werden, wodurch die gesamte Wicklung der Unterspannungsseite des Transformators 120 „aktiviert“ ist. For example, it can be provided that for the first transmission ratio n1 of the connection 122 and the tap 123 be contacted, whereby a corresponding partial winding at the low voltage side of the transformer 120 is used for voltage transformation. For the second smaller gear ratio n2, however, for example, the connections 121 . 122 be contacted, reducing the entire winding of the low voltage side of the transformer 120 Is "activated".

Die Steuerung bzw. Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 120 über dessen Schalteinrichtung 125 wird bei der Vorrichtung 100 von 1 durch den Wechselrichter 110 vorgenommen. Zu diesem Zweck ist der Wechselrichter 110 über eine Steuerleitung 111 mit der Schalteinrichtung 125 des Transformators 120 verbunden, so dass der Wechselrichter 110 der Schalteinrichtung 125 entsprechende Steuersignale zuführen kann. Hierdurch ist es möglich, den Transformator 120 bzw. dessen Übersetzungsverhältnis mit einer hohen Zuverlässigkeit an die jeweilige, von dem Wechselrichter 110 erzeugte Ausgangsspannung anzupassen. The control or change of the transformation ratio of the transformer 120 via its switching device 125 gets at the device 100 from 1 through the inverter 110 performed. For this purpose, the inverter 110 via a control line 111 with the switching device 125 of the transformer 120 connected so that the inverter 110 the switching device 125 can supply appropriate control signals. This makes it possible to use the transformer 120 or its transmission ratio with a high reliability to the respective, from the inverter 110 adjusted output voltage.

Der Wechselrichter 110 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 120 auf der Grundlage der Größe der dem Wechselrichter 110 zugeführten Eingangsspannung UDC durchzuführen. Dieser Parameter, anhand dessen die Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung durch den Wechselrichter 110 durchgeführt wird und anhand dessen die jeweils von dem Wechselrichter 110 erzeugte Ausgangsspannung UAC1 oder UAC2 festlegt wird, kann in entsprechender Weise zur Anpassung des Transformators 120 auf die dazugehörige Ausgangsspannung UAC1 oder UAC2 herangezogen werden. The inverter 110 is preferably adapted to the change of the transmission ratio of the transformer 120 based on the size of the inverter 110 supplied input voltage UDC. This parameter, by which the conversion of DC to AC voltage by the inverter 110 is performed and based on which each of the inverter 110 generated output voltage UAC1 or UAC2 can be set in a similar manner to adapt the transformer 120 be used on the associated output voltage UAC1 or UAC2.

Bei dem in 1 angedeuteten Wechselstromnetz 160 kann es sich insbesondere um ein Mittelspannungsnetz mit einer vorgegebenen Mittelspannung von 20kV (Effektivwert) handeln, in welchem elektrische Energie mittels Drehstrom bzw. Dreiphasenwechselstrom übertragen wird. In entsprechender Weise kann es sich bei dem gezeigten Wechselrichter 110 um einen dreiphasigen Wechselrichter 110 handeln, welcher die von dem Solargenerator 150 gelieferte Eingangsgleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung in Form von drei zueinander phasenverschobenen Einzelspannungen umrichtet. Dabei kann den einzelnen Spannungsphasen jeweils ein entsprechender Filter 115 zugeordnet sein. At the in 1 indicated AC mains 160 In particular, it can be a medium-voltage network with a predetermined mean voltage of 20 kV (rms value) in which electrical energy is transmitted by means of three-phase alternating current. In a corresponding manner, it may be in the inverter shown 110 around a three-phase inverter 110 Act which of the solar generator 150 supplied input DC voltage in a three-phase AC voltage in the form of three mutually phase-shifted individual voltages umführt. In this case, the individual voltage phases each have a corresponding filter 115 be assigned.

In gleicher Weise kann der Transformator 120 hierbei als Dreiphasen- bzw. Drehstromtransformator 120 ausgebildet sein, wobei die Primär- bzw. Unterspannungsseite und die Sekundär- bzw. Mittelspannungsseite des Transformators 120 jeweils drei getrennte Wicklungen umfassen können. In dieser Ausgestaltung können ferner an jeder der drei primärseitigen Wicklungen jeweils zwei Anschlüsse 121, 122 und jeweils eine Anzapfung 123 vorliegen. Des Weiteren kann die Schalteinrichtung 125 hierbei zum Herstellen bzw. Trennen einer Verbindung mit sämtlichen Anschlüssen 121, 122, 123 ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, Teilwicklungen von sämtlichen der drei primärseitigen Wicklungen in der oben beschriebenen Art und Weise mit Hilfe der Schalteinrichtung 125 an- und abzuschalten, und dadurch das Übersetzungsverhältnis hinsichtlich jeder der drei mit dem Transformator 120 transformierten Spannungsphasen zu verändern bzw. umzuschalten. In the same way, the transformer 120 here as a three-phase or three-phase transformer 120 be formed, wherein the primary or undervoltage side and the secondary or medium voltage side of the transformer 120 each may comprise three separate windings. In this embodiment, furthermore, two connections can each be made on each of the three primary-side windings 121 . 122 and one each tap 123 available. Furthermore, the switching device 125 in this case for establishing or disconnecting a connection with all connections 121 . 122 . 123 be educated. In this way, it is possible to use partial windings of all of the three primary-side windings in the manner described above with the aid of the switching device 125 on and off, and thereby the gear ratio with respect to each of the three with the transformer 120 to change or switch over transformed voltage phases.

Im Hinblick auf die in 1 dargestellte Photovoltaikanlage kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass der Solargenerator 150 eine von dem Wechselrichter 110 verarbeitbare Gleichspannung UDC in einem Bereich zwischen einer minimalen Spannung UMPP,low von 1,5kV (niedrige bzw. minimale Spannung am MPP-Punkt) und einer maximalen Spannung UDC,max von 3kV erzeugt, und der Solargenerator 150 daher eine auf die maximale Spannung UDC,max bezogene Spannungsschwankung von 50% bis 100% aufweist. Eine diesen Spannungsbereich in zwei Bereiche, d.h. den oben beschriebenen ersten und zweiten Eingangsspannungsbereich unterteilende Grenzspannung U0 kann hierbei zum Beispiel eine unter Standardtestbedingungen (d.h. beispielsweise Bestrahlungsstärke von 1kW/m² und Temperatur von 25°C) erzeugbare MPP-Spannung UMPP,STC („standard condition“) von beispielsweise 2,1kV sein. Der Wechselrichter 110 kann hierbei, abhängig von der jeweils vorliegenden Eingangsspannung UDC, zur wahlweisen Ausgabe einer ersten Ausgangsspannung UAC1 von zum Beispiel 1kV oder einer zweiten Ausgangsspannung UAC2 von zum Beispiel 1,7kV ausgebildet sein (jeweils Effektivwerte). Die Ausgangsspannungen UAC1, UAC2 können, entsprechend der Netzfrequenz des Mittelspannungsnetzes 160, durch den Wechselrichter 110 mit einer Frequenz von zum Beispiel 50Hz erzeugt werden. With regard to in 1 shown photovoltaic system can be provided, for example, that the solar generator 150 one from the inverter 110 processable DC voltage UDC is generated in a range between a minimum voltage UMPP, low of 1.5kV (low and minimum voltage at the MPP point) and a maximum voltage UDC, max of 3kV, and the solar generator 150 Therefore, it has a voltage fluctuation of 50% to 100% relative to the maximum voltage UDC, max. A limiting voltage U0 subdividing this voltage range into two ranges, ie the above-described first and second input voltage ranges, may in this case be, for example, a MPP voltage UMPP, STC ("which can be generated under standard test conditions (eg irradiation intensity of 1 kW / m ² and temperature of 25 ° C.). standard condition ") of, for example, 2.1kV. The inverter 110 In this case, depending on the respectively present input voltage UDC, it may be designed to selectively output a first output voltage UAC1 of, for example, 1 kV or a second output voltage UAC2 of, for example, 1.7 kV (in each case rms values). The output voltages UAC1, UAC2 can, according to the mains frequency of the medium-voltage network 160 , through the inverter 110 be generated with a frequency of, for example, 50Hz.

Die obigen Spannungswerte sind zur Veranschaulichung in der folgenden Tabelle zusammengefasst: UDC,max = 3kV UMPP,STC = 2,1kV → UAC1 = 1,7kV UMPP,low = 1,5kV → UAC2 = 1kV The above voltage values are summarized in the following table for illustrative purposes: UDC, max = 3kV UMPP, STC = 2.1kV → UAC1 = 1.7kV UMPP, low = 1.5kV → UAC2 = 1kV

Der Wechselrichter 110 bzw. dessen Bauelemente können des Weiteren für einen Stromfluss mit einer maximalen Stromstärke Imax von 580A ausgelegt sein. Bei Vorliegen der maximalen Stromstärke Imax und der ersten Ausgangsspannung UAC1 kann der Wechselrichter 110 hierbei eine Leistung von 1MW, und bei Vorliegen der maximalen Stromstärke Imax und der zweiten Ausgangsspannung UAC2 eine Leistung von 1,7MW übertragen und in das Stromnetz 160 einspeisen. Bei einem herkömmlich betriebenen Wechselrichter, welcher für den gleichen Strom Imax von 580A ausgelegt und lediglich zur Erzeugung der Ausgangsspannung UAC1 von 1kV ausgebildet sein kann, kann demgegenüber lediglich eine (maximale) Leistung von 1MW eingespeist werden. The inverter 110 or its components may further be designed for a current flow with a maximum current Imax of 580A. In the presence of the maximum current Imax and the first output voltage UAC1, the inverter 110 in this case, a power of 1MW, and in the presence of the maximum current Imax and the second output voltage UAC2 transmitted a power of 1.7MW and into the mains 160 feed. In contrast, in the case of a conventionally operated inverter which is designed for the same current Imax of 580 A and can only be designed to generate the output voltage UAC1 of 1 kV, only a (maximum) power of 1 MW can be supplied.

Hinsichtlich des Stromnetzes 160 kann die oben beschriebene Netzspannung von 20kV, und ein maximaler Strom von 144A vorgesehen sein. Dabei wird darauf hingewiesen, dass die obigen Angaben zu Spannungs- und Stromwerten, zur Leistung und Netzfrequenz als Beispiele anzusehen sind, welche (gegebenenfalls) durch andere Werte ersetzt werden können. Regarding the electricity network 160 For example, the 20kV mains voltage described above and a maximum current of 144A may be provided. It should be noted that the above information on voltage and current values, power and line frequency are examples that can be replaced (if any) by other values.

Die anhand von 1 erläuterte Ausführungsform stellt eine bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dar. Darüber hinaus sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche Abwandlungen oder Abänderungen von beschriebenen Merkmalen umfassen können. The basis of 1 explained embodiment represents a preferred or exemplary embodiment of the invention. In addition, further embodiments are conceivable, which may include modifications or modifications of features described.

Insbesondere ist es vorstellbar, dass der Wechselrichter 110 nicht nur zum Erzeugen von zwei unterschiedlichen Ausgangsspannungen UAC1, UAC2, sondern zum Ausgeben einer größeren Anzahl an unterschiedlich großen Ausgangsspannungen ausgebildet ist. In entsprechender Weise kann ein Spannungsbereich für eine an den Wechselrichter 110 angelegte Eingangsspannung in mehr als zwei verschiedene Eingangsspannungsbereiche unterteilt sein, bzw. können wenigstens zwei unterschiedliche Grenzspannungen vorliegen, wobei bei Über- oder Unterschreiten einer Grenzspannung der Wechselrichter in entsprechender Weise auf die Ausgabe einer zugehörigen Ausgangsspannung umschaltet. Ein hierauf abgestimmter Transformator 120 kann in entsprechender Weise mit mehr als zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen betrieben werden, was durch eine entsprechende (und durch den Wechselrichter 110 gesteuerte) Schalteinrichtung 125 und eine Ausgestaltung des Transformators 120 mit mehr als zwei Anzapfungen 123 (pro Strom- bzw. Spannungsphase) an der Unterspannungsseite verwirklicht werden kann. Hierdurch ist es möglich, eine bessere bzw. genauere Anpassung des Wechselrichters 110 an den Betriebspunkt des Solargenerators 150 zu erzielen. In particular, it is conceivable that the inverter 110 is designed not only for generating two different output voltages UAC1, UAC2, but for outputting a larger number of different sized output voltages. Similarly, a voltage range for a to the inverter 110 applied input voltage may be divided into more than two different input voltage ranges, or at least two different limit voltages may be present, and when exceeding or falling below a threshold voltage of the inverter switches in a corresponding manner to the output of an associated output voltage. A matched transformer 120 can be operated in a corresponding manner with more than two different transmission ratios, which by a corresponding (and by the inverter 110 controlled) switching device 125 and an embodiment of the transformer 120 with more than two taps 123 (per current or voltage phase) can be realized on the low voltage side. This makes it possible to better or more accurate adjustment of the inverter 110 to the operating point of the solar generator 150 to achieve.

Eine weitere mögliche Abwandlung besteht darin, gegebenenfalls den bzw. die Filter 115 wegzulassen. Ein zur Spannungstransformation einsetzbarer Transformator 120 ist hierbei dazu ausgebildet bzw. geeignet, die von dem Wechselrichter 110 kommende Wechselspannung auch ohne Filterung bzw. Glättung verarbeiten zu können. Another possible modification is, if necessary, the filter (s) 115 omit. A transformer that can be used for voltage transformation 120 is here designed or suitable to that of the inverter 110 to be able to process the incoming alternating voltage without filtering or smoothing.

Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, einen umschaltbaren Transformator derart auszubilden, dass eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zusätzlich oder alternativ durch das An- und Abschalten von Wicklungsteilen an der Mittelspannungs- bzw. Sekundärseite des Transformators erfolgen kann. Hierbei kann der Transformator (wenigstens) eine Anzapfung (pro Spannungsphase) und eine zugeordnete Schalteinrichtung (auch) auf der Sekundärseite aufweisen. In addition, there is the possibility to form a switchable transformer such that a change in the transmission ratio can be done additionally or alternatively by switching on and off of winding parts on the medium-voltage or secondary side of the transformer. In this case, the transformer (at least) have a tap (per voltage phase) and an associated switching device (also) on the secondary side.

Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebene Vorrichtung 100 (sowie möglicher Abwandlungen hiervon) nicht auf ein Dreiphasenspannungssystem beschränkt ist. Möglich ist auch eine einphasige Ausgestaltung von Wechselrichter 110 und Transformator 120, wobei das Stromnetz 160 in entsprechender Weise ein einphasiges Stromnetz sein kann. It should also be noted that the device described above 100 (and possible modifications thereof) is not limited to a three-phase voltage system. Also possible is a single-phase design of inverters 110 and transformer 120 , where the power grid 160 in a corresponding manner may be a single-phase power grid.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das beispielhafte bzw. bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the exemplary embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Contraption ( 100 ) for connecting a solar generator ( 150 ) to an electrical AC network ( 160 ) comprising: an inverter ( 110 ) for converting one using the solar generator ( 150 ) generated DC voltage in an AC voltage, and a transformer ( 120 ) for transforming the AC voltage of the inverter ( 110 ) to a predetermined mains AC voltage of the AC mains ( 160 ), characterized in that the inverter ( 110 ) is designed to generate different sized AC voltages depending on the size of the DC voltage, and that the transformer ( 120 ) is formed with a variable transmission ratio to the different AC voltages of the inverter ( 110 ) to the predetermined mains AC voltage of the AC mains ( 160 ) to transform.

Apparatus according to claim 1, wherein the inverter ( 110 ), a change in the transmission ratio of the transformer ( 120 ).

Apparatus according to claim 2, wherein the inverter ( 110 ), the change of the transformation ratio of the transformer ( 120 ) on the basis of the size of the solar generator ( 150 ) to cause generated DC voltage.

Device according to one of the preceding claims, wherein the transformer ( 120 ) at least one tap ( 123 ) and an associated switching device ( 125 ).

Device according to one of the preceding claims, wherein the transformer ( 120 ) is formed, at least two different sizes with the inverter ( 110 ) generated AC voltages to the predetermined AC line voltage of the AC mains ( 160 ) to transform.

Device according to one of the preceding claims, wherein the inverter ( 110 ) formed by means of the solar generator ( 150 ) to regulate generated DC voltage.

Photovoltaic system comprising a device ( 100 ) according to one of the preceding claims and one with the device ( 100 ) connected solar generator ( 150 ).

Method for feeding one with a solar generator ( 150 ) generated electrical energy in an AC network ( 160 ), with an inverter ( 110 ) one with the help of the solar generator ( 150 ) DC voltage is converted depending on the size of the DC voltage in different sized AC voltages, and where with a transformer ( 120 ) with a variable transmission ratio, which is changed accordingly, the different sized AC voltages of the inverter ( 110 ) to a predetermined mains AC voltage of the AC mains ( 160 ) are transformed.

Method according to claim 8, wherein changing the transmission ratio of the transformer ( 120 ) by the inverter ( 110 ).

Method according to one of claims 8 or 9, wherein changing the transmission ratio of the transformer ( 120 ) on the basis of the size of the solar generator ( 150 ) DC voltage is performed.

Method according to one of claims 8 to 10, wherein the by means of the solar generator ( 150 ) generated by the inverter DC voltage ( 110 ) is regulated.