DE102012011708A1 - Inverter device connected with renewable energy sources e.g. photovoltaic systems, has control unit that switches inverter unit into voltage led mode to connect emergency power supply connected over secondary switch unit with consumers - Google Patents

Inverter device connected with renewable energy sources e.g. photovoltaic systems, has control unit that switches inverter unit into voltage led mode to connect emergency power supply connected over secondary switch unit with consumers Download PDF

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Andreas Piepenbrink
Michael Gottschlich
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Abstract

The device (1) has an inverter unit (8) that is provided with a control unit (12) connected to a power meter (17) for measuring in a public power network (3). A security circuit (34) is provided with a primary switch unit (30) and a secondary switch unit (31). The control unit is configured to switch the primary and secondary switch units in case of failure of public power network into a separating state, and to switch the inverter unit into a voltage led mode to connect the emergency power supply connected over the secondary switch unit with consumers (5).

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Wechselrichtervorrichtung mit wenigstens einer Wechselrichtereinheit, welche über eine erste Anschlusseinrichtung mit wenigstens einer regenerativen Energiequelle, insbesondere einer Photovoltaikanlage, verbindbar ist, über eine zweite Anschlusseinrichtung mit einer Akkumulatorvorrichtung verbindbar ist, und über eine Verbindungseinrichtung mit einem Leitungsstrang zwischen einem öffentlichen Energienetz und Verbrauchern verbindbar ist, nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The invention relates to an inverter device having at least one inverter unit which can be connected via a first connection device with at least one regenerative energy source, in particular a photovoltaic system, via a second connection device with an accumulator device, and via a connection device with a wiring harness between a public power grid and Consumers can be connected, according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der Praxis sind Wechselrichter unterschiedlichster Art im Zusammenhang mit der Nutzung regenerativer Energiequellen, wie Photovoltaikanlagen oder Kleinwindanlagen, im gewerblichen Bereich wie im Wohnbereich bekannt. Die beispielsweise von Solarzellen photovoltaisch erzeugte elektrische Energie wird dem Wechselrichter zugeführt, welcher die zugeführte Gleichspannung in eine geregelte standardisierte Netzspannung umwandelt. Die bei der regenerativen Erzeugung von Strom mit Sonne und/oder Wind auftretenden Schwankungen als auch Verbrauchsschwankungen und das Bedürfnis nach einer Notstromversorgung veranlassen Inhaber regenerativer Energiegewinnungsanlagen zunehmend zur Verbindung der Anlage mit einer Akkumulatorvorrichtung, welche insbesondere im privaten Bereich häufig erst in einer weiteren Ausbaustufe der Anlage hinzugefügt wird.In practice, inverters of all kinds are known in connection with the use of regenerative energy sources, such as photovoltaic systems or small wind turbines, both in the commercial sector and in the home. The photovoltaic electrical energy produced, for example, by solar cells is supplied to the inverter, which converts the supplied DC voltage into a regulated standardized mains voltage. The fluctuations occurring in the regenerative production of electricity with sun and / or wind fluctuations and consumption fluctuations and the need for an emergency power owners of renewable energy recovery increasingly cause the connection of the system with an accumulator device, which especially in the private sector often only in a further expansion stage of the system will be added.

Eine besondere Problematik stellt die Verwendung einer solchen Anlage als Notstromversorgung bei einem Ausfall des öffentlichen Netzes dar, da hierbei besondere Sicherheits- und Anschlussbedingungen berücksichtigt werden müssen.A particular problem is the use of such a system as an emergency power supply in case of failure of the public network, as this special security and connection conditions must be considered.

Aus Sicherheitsgründen ist es erforderlich, dass bei einem Ausfall des öffentlichen Netzes eine Eigenenergieversorgungsanlage zur Vermeidung einer Einspeisung sicher vom öffentlichen Netz getrennt wird, womit diese in der Regel vollständig abgeschaltet wird und nicht zur Notstromversorgung von Verbrauchern des Hausnetzes herangezogen werden kann.For safety reasons, it is necessary that in case of failure of the public network, a self-energy supply system to avoid an infeed safely separated from the public grid, which this is usually completely shut down and can not be used for emergency power supply to consumers of the home network.

Aus der Praxis sind so genannte Inselwechselrichter bekannt, die über eine externe Schaltvorrichtung ein überwiegend separates Teilnetz im Haus versorgen.So-called stand-alone inverters are known from practice, which supply an predominantly separate sub-network in the house via an external switching device.

Eine solche Anlage ist zum Beispiel in der EP 1 965 483 A1 beschrieben, welche eine Zusatzeinrichtung vorschlägt, die zwischen einem öffentlichen Energiestromnetz und einer Eigenerzeugungsanlage ausgeführt ist. Die Eigenerzeugungsanlage liefert hier einerseits eine mittels einer selbständigen Freischaltstelle mit mindestens einem ersten Schalter parallel zum öffentlichen Energiestromnetz zuschaltbare AC-Spannung zur Einspeisung in das öffentliche Energiestromnetz, wobei eine in der Zusatzeinrichtung befindliche Netzüberwachungseinrichtung zum Öffnen der selbsttätigen Freischaltstelle bei Netzausfall des öffentlichen Energiestromnetzes vorhanden ist, und ist andererseits unmittelbar über ein zweites Schaltelement mit einem oder mehreren an die Zusatzeinrichtung anschließbaren elektrischen Verbrauchern zuschaltbar, wobei ein Schalter den Verknüpfungspunkt, an dem der Inselwechselrichter mit seinem Speicher, die Verbraucher sowie das Schaltelement angeschlossen ist, mit dem öffentlichen Energieversorgungsnetz verbindet.Such a plant is for example in the EP 1 965 483 A1 which proposes an additional device which is implemented between a public power grid and a self-generating installation. The self-generating system supplies here on the one hand a by means of an independent release point with at least a first switch in parallel to the public power grid switchable AC voltage for feeding into the public power grid, with an additional device located in the network monitoring device for opening the automatic disconnection point in case of power failure of the public power grid, and on the other hand, can be connected directly via a second switching element with one or more connectable to the auxiliary device electrical consumers, wherein a switch connects the node at which the island inverter with its memory, the consumer and the switching element is connected to the public power grid.

Die Hauptnachteile einer solchen Lösung, die grundsätzlich zwei Wechselrichter erfordert, bestehen neben dem hohen und kostenintensiven apparativen Aufwand in der Separation des Hausnetzes und der zugehörigen elektrischen Installation, die sehr aufwändig ist und jeweils nur ein Teilproblem löst.The main disadvantages of such a solution, which basically requires two inverters, exist in addition to the high and costly equipment expense in the separation of the house network and the associated electrical installation, which is very complex and solves only a partial problem.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

TECHNISCHE AUFGABETECHNICAL TASK

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechselrichtervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein mehrphasiges Stromnetz einer Gebäudeeinheit nach einem Ausfall des öffentlichen Netzes sicher von diesem getrennt wird und das Stromnetz der Gebäudeeinheit von der Akkumulatorvorrichtung mit Strom versorgt wird, ohne dass Änderungen oder separate Versorgungen zu den versorgten Verbrauchern oder Änderungen an einem Hausanschlusskasten notwendig sind.It is an object of the present invention to provide an inverter device of the type mentioned above, with which a multi-phase power system of a building unit after a failure of the public network is safely separated from this and the power system of the building unit is powered by the accumulator device with no changes or separate supplies to the supplied consumers or modifications to a service connection box are necessary.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird mit einer Wechselrichtervorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 derart gelöst, dass der ein- oder mehrphasigen Wechselrichtereinheit eine Sicherheitsschaltung zugeordnet ist, umfassend eine erste Schaltereinrichtung zwischen der Verbindungseinrichtung, welche die Wechselrichtereinheit mit dem zwischen dem öffentlichen Energienetz und den Verbrauchern geführten Leitungsstrang verknüpft, und dem öffentlichen Energienetz und eine zweite Schaltereinrichtung zwischen der Wechselrichtereinheit und der die Wechselrichtereinheit mit dem Leitungsstrang verknüpfenden Verbindungseinrichtung, wobei die Steuereinheit bei einem Ausfall oder einer Störung des öffentlichen Energienetzes zugeordneten Messwerten des Leistungsmessers die erste Schaltereinrichtung und die zweite Schaltereinrichtung in einen trennenden Zustand schaltet und anschließend die in einen spannungsgeführten Modus geschaltete Wechselrichtereinheit über die zweite Schaltereinrichtung mit den Verbrauchern zu deren Notstromversorgung verbindet.This object is achieved with an inverter device according to the features of the preamble of claim 1 such that the single- or multi-phase inverter unit is associated with a safety circuit comprising a first switch means between the connection means, which the inverter unit with the guided between the public power grid and the consumers Wiring harness linked, and the public power grid and a second switch means between the inverter unit and the inverter unit with the wiring harness link connecting means, wherein the control unit in case of failure or malfunction of the public power network associated measurements of the power meter, the first switch means and the Switching the second switch means in a disconnecting state and then connects the connected in a voltage-controlled mode inverter unit via the second switch means with the consumers to the emergency power supply.

VORTEILHAFTE WIRKUNGEN UND AUSFÜHRUNGENBENEFICIAL EFFECTS AND VERSIONS

Die Erfindung hat den Vorteil, dass nur ein einziger Wechselrichter erforderlich ist, der die sichere rein elektrische Trennung von zwei Spannungsnetzen (Wechselrichter und Stromnetz) selbst vornimmt, so dass in keinem Fall ein Kurzschluss dieser Spannungsquellen entsteht und dadurch ein Endverbraucher zu Schaden kommen kann.The invention has the advantage that only a single inverter is required, which makes the safe purely electrical separation of two voltage networks (inverter and power grid) itself, so that in no case a short circuit of these sources of voltage and thus an end user can be harmed.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass ein Hausnetz zwischen Hausanschluss und Verbraucher durch Einbringung der Komponenten Messung und Trennung vom Netz, Trennung zur Wechselrichtereinheit sowie durch eine Sicherheitsschaltung mit geringem Aufwand notstromfähig wird.The invention offers the particular advantage that a home network between house connection and consumers by introducing the components measurement and separation from the grid, separation to the inverter unit and by a safety circuit with low cost emergency power is.

Die Aufgabe der Umschaltung zwischen Normal- und Notstrombetrieb kann mit der Erfindung besonders einfach dadurch gelöst werden, dass z. B. in einem Schaltkasten als Bestandteil oder Nichtbestandteil eines Hauskraftwerkes bzw. einer Wechselrichtereinheit eine sichere Trennung erfolgt, wobei das gesamte Hausnetz durch das Kraftwerk oder den Schaltkasten geleitet sein kann und so auf einfachste Weise die Funktion Notstrom integrierbar, d. h. nachrüstbar, oder integriert ist.The task of switching between normal and emergency operation can be particularly easily solved with the invention that z. B. in a control box as part or non-component of a home power station or an inverter unit is a safe separation, the entire home network can be passed through the power plant or the control box and so easily integrated into the function emergency power, d. H. retrofitted, or integrated.

Insbesondere bei einer Integration aller oder der wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Wechselrichtervorrichtung in ein gemeinsames Gehäuse, d. h. bei der Anordnung der wenigstens einen einer regenerativen Energiequelle zugeordneten Wechselrichtereinheit, der Verbindungseinrichtung mit dem Leitungsstrang zwischen dem öffentlichen Energienetz und Verbrauchern, der Steuereinheit, der Sicherheitsschaltung mit der ersten und zweiten Schaltereinrichtung, ggf. des Leistungsmessers und ggf. der Akkumulatorvorrichtung in einem gemeinsamen Schaltschrank bzw. Schaltkasten, kann durch Einführung von weiteren wenigen Bauteilen sowie durch Software des Wechselrichters eine komplette Notstromvorrichtung erzeugt werden, die das Hausnetz ohne weitere zusätzliche Geräte und externe Kabel autark macht und vor Schmutz und unbefugtem Zugriff geschützt ist.In particular, when integrating all or the essential components of the inverter device according to the invention in a common housing, d. H. in the arrangement of the at least one inverter unit associated with a regenerative energy source, the connecting device with the wiring harness between the public power grid and consumers, the control unit, the safety circuit with the first and second switching device, possibly the power meter and, if applicable, the accumulator device in a common control cabinet or Control box, can be created by introducing a few more components and by software of the inverter, a complete emergency power device that makes the home network self-sufficient without any additional equipment and external cables and is protected from dirt and unauthorized access.

Da über wenige Schalt- und Trennelemente sowie über Software des Wechselrichters eine bisher stromgeführte Lösung in eine spannungsgeführte Lösung für Notstrom überführt werden kann, erfolgt die Umschaltung zwischen Normalbetrieb und Notstrombetrieb ausschließlich innerhalb des Gerätes.Since only a few switching and disconnecting elements as well as the software of the inverter, a previously current-controlled solution can be converted into a voltage-controlled solution for emergency power, switching between normal operation and emergency operation takes place exclusively within the device.

Die Schaltereinrichtungen der Sicherheitsschaltung von der Wechselrichtereinheit können dabei baulich separate Baukomponenten darstellen, so dass eine einfache Nachrüstung realisierbar ist.The switch devices of the safety circuit of the inverter unit can represent structurally separate components, so that a simple retrofit can be realized.

Die wenigstens eine Wechselrichtereinheit kann als ein Solarwechselrichter ausgebildet sein, der durch optionale Spannungsführung die Notstromfunktion wahrnimmt, wobei vorzugsweise ein Zwischenkreis der Wechselrichtereinheit von der mit einer Batteriewechselrichtereinheit verbundenen Akkumulatorvorrichtung aufrechterhalten wird.The at least one inverter unit can be designed as a solar inverter, which perceives the emergency power function by optional voltage, wherein preferably a DC link of the inverter unit is maintained by the connected to a battery inverter unit accumulator.

Weiterhin kann die wenigstens eine Wechselrichtereinheit ein integral ausgebildeter Solar- und Batteriewechselrichter sein, d. h. ein sogenannter DC-Anschluss des Akkumulators an den Wechselrichter.Furthermore, the at least one inverter unit may be an integrally formed solar and battery inverter, d. H. a so-called DC connection of the accumulator to the inverter.

Bei einer vorteilhaften Ausführung stellt die Steuereinheit den trennenden Zustand der ersten und zweiten Schaltereinrichtungen bei einem Ausfall oder einer Störung des öffentlichen Energienetzes durch eine rein elektrische Zustandsauswertung, insbesondere mittels Hilfskontakten, ein.In an advantageous embodiment, the control unit adjusts the disconnecting state of the first and second switch devices in the event of a failure or malfunction of the public power grid by a purely electrical status evaluation, in particular by means of auxiliary contacts.

Durch eine derartige Auswertung ggf. zusammen mit einer elektronischen Safety-Control-Einheit kann eine Fehlschaltung sicher vermieden werden.By such an evaluation, if necessary together with an electronic safety control unit, a faulty circuit can be safely avoided.

In jedem Fall ist eine Sicherstellung der Netztrennung durch Auslesen der ersten Schaltereinheit derart gegeben, dass der Zustand der Trennung elektrisch ausgeführt ist und somit unabhängig von Software.In any case, ensuring the network separation by reading the first switch unit is such that the state of the separation is carried out electrically and thus independent of software.

Die Schaltereinheiten der Sicherheitsschaltung können Leistungsschutzschalter und/oder Relais umfassen und somit normkonform ausgebildet sein.The switch units of the safety circuit can comprise circuit breakers and / or relays and thus be designed in conformity with the standard.

Der elektrische Ablauf der Trennung und Wiedereinschaltung der wenigstens einen Wechselrichtereinheit kann mittels einer Schnittstelle zwischen der der regenerativen Energiequelle zugeordneten Wechselrichtereinheit und der Batteriewechselrichtereinheit gesteuert sein, wobei von der Steuereinheit an die Schnittstelle ein einem Notstrombetrieb zugeordnetes Signal ausgebbar ist und die Wechselrichtereinheit von der Schnittstelle in einen Notstrommodus schaltbar ist. Das heißt, die Umschaltung auf Notstrombetrieb und wieder in Normalbetrieb führt der Wechselrichter auf Kommandierung der Schnittstelle aus, welche auch intern realisiert sein kann. Hierzu kann die Schnittstelle zweckmäßigerweise eine Netzmesseinrichtung aufweisen.The electrical sequence of the separation and reconnection of the at least one inverter unit can be controlled by means of an interface between the inverter unit associated with the regenerative energy source and the battery inverter unit, wherein from the control unit to the interface an emergency power operation associated signal can be output and the inverter unit from the interface in a Emergency power mode is switchable. That is, the switchover to emergency operation and back to normal operation, the inverter executes command of the interface, which can also be implemented internally. For this purpose, the interface may expediently have a network measuring device.

Der elektrische Ablauf der Trennung und Wiedereinschaltung der wenigstens einen Wechselrichtereinheit kann auch über eine interne Ausführung der Schnittstelle realisiert sein, so dass der Wechselrichter ohne eigene Netzmessung sicher in den Spannungsmodus schalten kann, da dies die externen Einheiten oder als intern ausgeführten Einheiten zur Messung und Trennung sicherstellen.The electrical sequence of the separation and reconnection of the at least one inverter unit can also be via an internal design be implemented in the interface, so that the inverter can safely switch to voltage mode without its own network measurement, as this ensure the external units or as internally designed units for measurement and separation.

Vorteilhaft ist eine Wiedereinschaltbedingung für die Wechselrichtereinheit nach einer Netztrennung der Wechselrichtereinheit mittels der ersten und zweiten Schaltereinrichtung, wenn ein rein elektrisch getrennter Zustand der Sicherheitsschaltung festgestellt wird, beispielsweise durch Auslesen des Zustandes der ersten Schaltereinrichtung mit dem Ergebnis, dass der Zustand der Trennung elektrisch ausgeführt ist und somit unabhängig von Software.Advantageously, a reconnection condition for the inverter unit after a power disconnection of the inverter unit by means of the first and second switch means when a purely electrically disconnected state of the safety circuit is detected, for example by reading the state of the first switch means with the result that the state of the separation is carried out electrically and thus independent of software.

Ein besonders sicherer Zustand wird weiterhin erzielt, wenn die wenigstens eine Wechselrichtereinheit durch die mit einer Steuerfunktion und einem Zwischenkreis ausgebildete Schnittstelle rein elektrisch ohne eigene Messungen der Wechselrichtereinheit auf Notstrombetrieb schaltbar ist.A particularly safe state is further achieved if the at least one inverter unit can be switched to emergency power operation by means of the interface formed with a control function and an intermediate circuit purely electrically without its own measurements of the inverter unit.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.Further advantages and advantageous developments of the invention will become apparent from the claims and the embodiment described in principle with reference to the drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Ausführungsbeispiele einer notstromfähigen Stromversorgungsanlage eines Hauses, welche mit einer Photovoltaikanlage und einem öffentlichen Stromnetz verbunden ist, sind in 1 und 2 der Zeichnung vereinfacht als Prinzipskizze dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.Embodiments of an emergency current-capable power supply system of a house, which is connected to a photovoltaic system and a public power grid are in 1 and 2 the drawing simplified illustrated as a schematic diagram and are explained in more detail below.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGEMBODIMENTS OF THE INVENTION

Bezug nehmend auf die Figuren der Zeichnung ist jeweils eine Anlage zur Versorgung eines Hauses mit elektrischer Energie dargestellt, wobei eine Wechselrichtervorrichtung 1 eine als Solarwechselrichter ausgebildete Wechselrichtereinheit 8 aufweist, welche über eine erste Anschlusseinrichtung 6 mit einer als Photovoltaikanlage ausgebildeten regenerativen Energiequelle 7 und über eine zweite Anschlusseinrichtung mit einer Akkumulatorvorrichtung 9 und deren zugeordneter Batteriewechselrichtereinheit 10 verbunden ist.Referring to the figures of the drawing, a system for supplying a house with electrical energy is shown in each case, wherein an inverter device 1 a trained as a solar inverter inverter unit 8th which has a first connection device 6 with a trained as a photovoltaic plant regenerative energy source 7 and via a second connection device with an accumulator device 9 and their associated battery inverter unit 10 connected is.

Die Solarwechselrichtereinheit 8 und die Batteriewechselrichtereinheit 10 sind bei der in 1 gezeigten Ausführung als ein kombinierter Solar-/Batteriewechselrichter ausgebildet, während die Wechselrichtereinheiten bei der Ausführung nach 2 getrennte Komponenten darstellen.The solar inverter unit 8th and the battery inverter unit 10 are at the in 1 shown execution as a combined solar / battery inverter, while the inverter units in the execution of 2 represent separate components.

Der Solarwechselrichter 8 ist über eine einen Einspeisepunkt bildende Verbindungseinrichtung 36 mit einem Leitungsstrang 18 verbindbar, welcher zwischen einer Netzanschlusseinheit 2 an ein externes, öffentliches Energienetz 3 und einer Anschlusseinrichtung 4 mit Verbrauchern 5 eines dreiphasigen Hausnetzes geführt ist.The solar inverter 8th is via a connection point forming an entry point 36 with a wiring harness 18 connectable, which between a network connection unit 2 to an external, public energy network 3 and a connection device 4 with consumers 5 a three-phase house network is performed.

Der Solar-/Batteriewechselrichter 8, 10 ist zusammen mit einer Schaltvorrichtung 11 und einer eine Rechnereinheit aufweisenden Steuereinheit 12, welche zur Ausführung eines elektronischen Energiemanagements ausgelegt ist, integral in einem schrankartigen Gehäuse 13 angeordnet. Bauraumtechnisch ist das Gehäuse 13 modular aufgebaut mit einem Unterbringungsraum für die Akkumulatorvorrichtung 9, welche bei der gezeigten Ausführung mit modularen Aufnahmeplätzen zur berührungsgesicherten Aufnahme austauschbarer Batterien 14A, 14B, 14C ausgebildet ist, einem daneben, darüber oder darunter angeordneten Aufnahmeraum für die kombinierten Solar-/Batteriewechselrichtereinheiten 8, 10, einem Aufnahmeraum für die integral in dem Gehäuse 13 ausgebildete Schaltvorrichtung 11, einem Aufnahmeraum für die Steuereinheit 12 mit einer beispielsweise als Touch-Display ausgeführten Anzeigeeinrichtung 15, über die alle wesentlichen Funktionen einfach angesteuert werden können und alle Informationen zu Solarleistung, Batterieladezustand und Stromeinspeisung bzw. -bezug abgelesen werden können, einem Aufnahmeraum für eine Messvorrichtung 16 zur Messung der dem öffentlichen Netz 3 zugeführten elektrischen Leistung und einem Aufnahmeraum für eine weitere als Leistungsmesser ausgebildete Messvorrichtung 17 zur Messung der an dem öffentlichen Energienetz 3 anliegenden Spannung.The solar / battery inverter 8th . 10 is together with a switching device 11 and a control unit having a computer unit 12 , which is designed to perform an electronic power management, integral in a cabinet-like housing 13 arranged. Installation space technology is the housing 13 modular structure with an accommodation space for the accumulator device 9 , which in the embodiment shown with modular recording spaces for the contact-protected recording of replaceable batteries 14A . 14B . 14C is formed, an adjacent, above or below arranged receiving space for the combined solar / battery inverter units 8th . 10 , a receiving space for the integral in the housing 13 trained switching device 11 , a recording room for the control unit 12 with a display device designed, for example, as a touch display 15 , through which all essential functions can be easily controlled and all information about solar power, battery state of charge and power supply or reference can be read, a recording room for a measuring device 16 for measuring the public network 3 supplied electrical power and a receiving space for another designed as a power meter measuring device 17 to measure the on the public energy grid 3 applied voltage.

Bauraumtechnisch kann der mit der Steuereinheit 12 zusammenwirkenden Leistungsmesser 17 wiederum mit der Messeinrichtung 16 zu einer Komponente als Messmodul 20 zusammengefasst sein.Installation space technology can with the control unit 12 cooperating power meter 17 again with the measuring device 16 to a component as a measuring module 20 be summarized.

Das Gehäuse 13 ist mit integrierten Signal- und Leistungsleitungen ausgebildet, wobei die einzelnen Komponenten je nach Ausgestaltung gegebenenfalls über Steckverbindungen hiermit oder auch über Steckverbindungen untereinander kabellos in dem Gehäuse 13 angeordnet werden können.The housing 13 is formed with integrated signal and power lines, the individual components depending on the design, if necessary, via connectors hereby or via plug-in connections with each other wirelessly in the housing 13 can be arranged.

Über ein den Leistungsstrang 18 aufnehmendes Kabel ist das Gehäuse 13 mit einem so genannten Hausanschlusskasten 19 verbunden, welcher die Netzanschlusseinheit 2 an das externe Energienetz 3 und die Anschlusseinheit 4 für das dreiphasige Hausnetz mit den Verbrauchern 5 bildet. Innerhalb des Hausanschlusskastens 19 zweigt von den dreiphasigen Anschlüssen an das externe Energienetz 3 und das Hausnetz zwischen einer versorgerseitig üblicherweise vorgesehenen, jedoch technisch nicht erforderlichen Bezugs-/Einspeisemessvorrichtung 21 und einer Sicherungseinheit 22 eine dreiphasige in dem Leitungsstrang 18 gebildete Leiterschleife 23 zu dem Gehäuse 13 ab. In dem Gehäuse 13 ist der Leitungsstrang 18 mit dem Messmodul 20 zur dreiphasigen Strommessung und Spannungsüberwachung des öffentlichen Netzes 3 verbunden und elektrisch leitend mit den Wechselrichtereinheiten 8, 10 der Photovoltaikanlage 7 und der Akkumulatorvorrichtung 9 verschaltbar.About the power train 18 receiving cable is the housing 13 with a so-called house connection box 19 connected, which the network connection unit 2 to the external energy network 3 and the connection unit 4 for the three-phase home network with consumers 5 forms. Inside the service connection box 19 branches from three-phase connections to the external power network 3 and the home network between a provider usually provided, but technically not required reference / feed meter 21 and a fuse unit 22 a three-phase in the wiring harness 18 formed conductor loop 23 to the housing 13 from. In the case 13 is the wiring harness 18 with the measuring module 20 for three-phase current measurement and voltage monitoring of the public network 3 connected and electrically conductive with the inverter units 8th . 10 the photovoltaic system 7 and the accumulator device 9 interconnected.

Das Gehäuse 13 mit den darin angeordneten Komponenten der Solar- und Batteriewechselrichtereinheiten 8, 10, der Akkumulatorvorrichtung 9, der Schaltvorrichtung 11, deren Rückwand beispielsweise zugleich die Front der kombinierten Solar- und Batteriewechselrichtereinheiten 8, 10 bilden kann, und der Steuereinheit 12 bildet ein kompaktes, optisch einheitliches und beispielsweise durch eine Tür abdeckbares Gerät, welches mit geringem Bauraumbedarf in einem privaten Eigenheim oder einem Kleinbetrieb installierbar ist. Installationstechnisch stellt die gezeigte Anlage eine „Mount & Use”-Lösung dar, d. h. sie kann ohne größeren Installationsaufwand aufgestellt und in Betrieb genommen werden, wobei weder an den Verbrauchern selbst noch an Steckdosen der Verbraucher Veränderungen vorgenommen werden müssen.The housing 13 with the components of the solar and battery inverter units arranged therein 8th . 10 , the accumulator device 9 , the switching device 11 whose rear wall, for example, at the same time the front of the combined solar and battery inverter units 8th . 10 can form, and the control unit 12 forms a compact, visually uniform and, for example, coverable by a door device that can be installed in a private home or a small business with little space requirements. Installation technology, the system shown is a "mount &use" solution, ie it can be set up and put into operation without major installation effort, with no changes must be made to the consumers themselves or to sockets of consumers.

Um über die Wechselrichtereinheit 8 und die daran angeschlossene Photovoltaikanlage 7 und Akkumulatorvorrichtung 9 eine Notstromversorgung der Verbraucher 5 im Falle eines Ausfalls des öffentlichen Netzes 3 zu ermöglichen, ist der Wechselrichtereinheit 8 eine Sicherheitsschaltung 34 zugeordnet, die bei Netzausfall eine sichere Leitungstrennung durchführt und die durch elektronische Auswertung eine Einfehlersicherung darstellt.To go about the inverter unit 8th and the connected photovoltaic system 7 and accumulator device 9 an emergency power supply to the consumer 5 in case of failure of the public network 3 to enable is the inverter unit 8th a security circuit 34 assigned, which carries out a secure line disconnection in the event of a power failure and which represents an error protection by electronic evaluation.

Hierzu umfasst die Sicherheitsschaltung 34 zwei Schaltereinrichtungen 30, 31, von denen eine erste Schaltereinrichtung 30 zur Netztrennung der Wechselrichtereinheit 8 und somit des Hauskraftwerks dient und zwischen der die Wechselrichtereinheit 8 mit dem Leitungsstrang 18 verknüpfenden Verbindungseinrichtung 36 und dem öffentlichen Energienetz 3 angeordnet ist. Eine zweite Schaltereinrichtung 31 dient der Trennung des Hauskraftwerks bzw. der Wechselrichtereinheit 8 zum Hausnetz und dessen Verbrauchern 5 hin und ist zwischen der Wechselrichtereinheit 8 und der die Wechselrichtereinheit 8 mit dem Leitungsstrang 18 verknüpfenden Verbindungseinrichtung 36 angeordnet.This includes the safety circuit 34 two switch devices 30 . 31 , of which a first switching device 30 for grid separation of the inverter unit 8th and thus serves the home power station and between the inverter unit 8th with the wiring harness 18 linking connection device 36 and the public power grid 3 is arranged. A second switch device 31 serves to separate the home power station or the inverter unit 8th to the home network and its consumers 5 towards and between the inverter unit 8th and the inverter unit 8th with the wiring harness 18 linking connection device 36 arranged.

Die Schaltereinrichtungen 30, 31 der Sicherheitsschaltung 34 stellen vorliegend von der Wechselrichtereinheit 8 separate Baukomponenten dar, welche jedoch in dem gemeinsamen Gehäuse 13 angeordnet sind.The switch devices 30 . 31 the safety circuit 34 present case of the inverter unit 8th separate components, but which in the common housing 13 are arranged.

Beide Schaltereinheiten 30 und 31 sind über die Sicherheitsschaltung 34 in ihrem Schaltverhalten abgesichert und können als Teil der Steuereinheit 12 oder durch Anschluss an die Steuereinheit 12 zwischen einem Notstrombetrieb und einem Normalbetrieb wechseln. Der Wechsel kann unterbrechungsfrei sein oder mit Unterbrechungen erfolgen.Both switch units 30 and 31 are over the security circuit 34 protected in their switching behavior and can be used as part of the control unit 12 or by connecting to the control unit 12 switch between an emergency operation and a normal operation. The change can be uninterrupted or intermittent.

Wird ein Ausfall oder eine Störung des öffentlichen Energienetzes 3 anhand diesem Zustand zugeordneter Messergebnisse des Leistungsmessers 17 erkannt, schaltet die Steuereinheit 12 beide Schaltereinrichtungen 30, 31, welche als sichere Trennstellen beispielsweise mittels Leitungsschutzschalter oder Trennrelais ausgeführt sind, in einen trennenden Zustand. Anschließend wird die in einen spannungsgeführten Modus geschaltete Wechselrichtereinheit 8 über die zweite Schaltereinrichtung 31 mit den Verbrauchern 5 zu deren Notstromversorgung verbunden.Will be a failure or disruption of the public power network 3 based on this state associated measurement results of the power meter 17 detected, the control unit turns off 12 both switch devices 30 . 31 , which are designed as safe disconnection points, for example by means of circuit breaker or disconnect relays, in a disconnecting state. Subsequently, the inverter unit switched to a voltage-driven mode 8th via the second switch device 31 with the consumers 5 connected to their emergency power supply.

Das Schalten zwischen Notstrombetrieb und Normalbetrieb erfolgt mithin über die Messung der kompletten Netzleistung sowie des Zustandes des Netzes über den Leistungsmesser 17 sowie einen Schaltkreis der Sicherheitsschaltung 34, der die zwei Trennstellen 30, 31 schaltet und sicher überwacht. Dieser Schaltkreis funktioniert rein elektrisch ohne Software.The switching between emergency power operation and normal operation is thus carried out via the measurement of the entire network performance and the state of the network via the power meter 17 and a circuit of the safety circuit 34 that the two separation points 30 . 31 switches and monitors safely. This circuit works purely electrically without software.

Über eine mit dem Leistungsmesser 17 und der Sicherheitsschaltung 34 zusammenwirkende elektronische Safety-Control-Einheit 35 der Steuereinheit 12 wird das System per Software übergeordnet gesteuert, wobei die Saftey-Control-Einheit zur Durchführung des elektrischen Ablaufs der Trennung und Wiedereinschaltung der Wechselrichtereinheit 8 Signale an eine die Wechselrichtereinheit 8 der regenerativen Energiequelle 7 steuernde Schnittstelle 38 zwischen der Wechselrichtereinheit 8 und der Batteriewechselrichtereinheit 10 ausgibt, wenn eine sichere, rein elektrische Trennung an den Schaltereinrichtungen 30, 31 und somit eine Wiedereinschaltbeding für die Wechselrichtereinheit 8 erkannt ist.About one with the power meter 17 and the security circuit 34 cooperating electronic safety control unit 35 the control unit 12 the system is controlled by software superordinate, wherein the Saftey control unit to perform the electrical process of disconnection and reconnection of the inverter unit 8th Signals to an inverter unit 8th the regenerative energy source 7 controlling interface 38 between the inverter unit 8th and the battery inverter unit 10 outputs, if a safe, pure electrical isolation at the switch devices 30 . 31 and thus a reconnection condition for the inverter unit 8th is recognized.

Sobald an der Schnittstelle 38, welche bei dem kombinierten Solar-Energiewechselrichter 8, 10 der Ausführung nach 1 intern ausgeführt ist, ein einem Notstrombetrieb zugeordnetes Signal eingeht, schaltet diese die Wechselrichtereinheit 8 in einen spannungsgenerierenden Notstrommodus.Once at the interface 38 , which in the combined solar energy inverter 8th . 10 according to the execution 1 is executed internally, an emergency power operation assigned signal received, this switches the inverter unit 8th in a voltage-generating emergency power mode.

Die Wechselrichtereinheit 8 wird damit über die mit einer Steuerfunktion und einem Zwischenkreis ausgebildete Schnittstelle 38 rein elektrisch ohne eigene Messungen der Wechselrichtereinheit 8 auf Notstrombetrieb geschaltet.The inverter unit 8th is thus about the trained with a control function and a DC link interface 38 purely electrical without own measurements of the inverter unit 8th switched to emergency operation.

Umgekehrt erfolgt bei Wiedervorliegen einer Normalbetriebsspannung des öffentlichen Netzes 3 und deren Erfassung über den Leistungsmesser 17 automatisch über die Steuereinheit 12 und die Sicherheitsschaltung 34 eine Schließung der Schaltereinrichtungen 30, 31 und eine Umschaltung der Wechselrichtereinheit 8 auf Normalbetriebsmodus mit einer möglichen Netzeinspeisung.Conversely, when resuming a normal operating voltage of the public network 3 and their detection via the power meter 17 automatically via the control unit 12 and the security circuit 34 a closure of the switch devices 30 . 31 and a changeover of the inverter unit 8th in normal operating mode with a possible mains supply.

In weiteren Ausgestaltungen sind selbstverständlich unterschiedlichste Anordnungen und Ausbaustufen der gezeigten Anlage denkbar, wobei die Steuervorrichtung 12 z. B. nicht nur mit einem externen Rechner zum Abrufen aller Daten und zum Update von Software und Applikationen verbunden sein kann, sondern auch über ein Smartphone ferngesteuert werden kann, und fernbedienbare Leitungsschutzschalter Verwendung finden können.In other embodiments, of course, a wide variety of arrangements and expansion stages of the system shown are conceivable, wherein the control device 12 z. B. can not only be connected to an external computer to retrieve all data and update software and applications, but can also be controlled remotely via a smartphone, and remote-operated circuit breakers can be used.

Es versteht sich, dass der Fachmann auch den Punkt der Verschaltung einer oder mehrerer Wechselrichtereinheiten mit dem Leitungsstrang 18 je nach den gegebenen Anforderungen frei wählen kann. Eine gemeinsame Einspeisung an einem Punkt verbraucherseitig des Leistungsmessers 17 hat den Vorteil, dass eine in dem Leitungsstrang angeordnete Messeinrichtung genau die an der Netzanschlusseinheit 2 anliegende elektrische Leistung bzw. Spannung erfassen kann, wodurch sich eine zusätzliche rechnerische Ermittlung unter Berücksichtigung der von der Einspeisemesseinrichtung 16 erfassten Leistung erübrigt. Die Einspeisemesseinrichtung 16 kann dabei auch völlig entfallen, wenngleich sie zur Eigenstromeinspeisungsmessung vorteilhaft ist.It is understood that the person skilled in the art also the point of interconnection of one or more inverter units with the wiring harness 18 depending on the given requirements. A common feed to a point on the consumer side of the power meter 17 has the advantage that a measuring device arranged in the wiring harness exactly matches the network connection unit 2 can detect applied electrical power or voltage, resulting in an additional computational determination taking into account of the feed-in measuring device 16 recorded power is unnecessary. The feed-in measuring device 16 can be completely eliminated, although it is advantageous for Eigenstromeinspeisungsmessung.

In einer Ausbaustufe kann beispielsweise eine weitere Energieerzeugungseinrichtung mit einer zugeordneten Wechselrichtereinheit mit dem Leitungsstrang verschaltet sein, wobei die Art der Energieerzeugungseinrichtung unerheblich ist. Es kann sich dabei um eine weitere Photovoltaikanlage, eine Windradanlage, ein Blockheizkraftwerk, eine Brennstoffzelle oder auch um einen Generator handeln. Auch können mehrere zusätzliche Wechselrichtereinheiten und Energieerzeugungseinrichtungen zugeschaltet sein.In an expansion stage, for example, a further power generating device with an associated inverter unit can be connected to the wiring harness, wherein the type of power generating device is irrelevant. It may be another photovoltaic system, a wind turbine, a combined heat and power plant, a fuel cell or even a generator. Also, several additional inverter units and power generation devices can be switched on.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1965483 A1 [0006] EP 1965483 A1 [0006]

Claims (11)

Wechselrichtervorrichtung mit wenigstens einer Wechselrichtereinheit (8), welche mit wenigstens einer regenerativen Energiequelle (7), insbesondere einer Photovoltaikanlage, mit einer Akkumulatorvorrichtung (9) sowie über eine Verbindungseinrichtung (36) mit einem Leitungsstrang (18) zwischen einem öffentlichen Energienetz (3) und Verbrauchern (5) verbindbar ist, wobei der Wechselrichtereinheit (8) eine Steuereinheit (12) zugeordnet ist, welche mit einem Leistungsmesser (17) zur Messung der an dem öffentlichen Energienetz (3) anliegenden Spannung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichtereinheit (8) eine Sicherheitsschaltung (34) zugeordnet ist, umfassend eine erste Schaltereinrichtung (30) zwischen der die Wechselrichtereinheit (8) mit dem Leitungsstrang (18) verknüpfenden Verbindungseinrichtung (36) und dem öffentlichen Energienetz (3) und eine zweite Schaltereinrichtung (31) zwischen der Wechselrichtereinheit (8) und der die Wechselrichtereinheit (8) mit dem Leitungsstrang (18) zwischen dem öffentlichen Energienetz (3) und den Verbrauchern (5) verknüpfenden Verbindungseinrichtung (36), wobei die Steuereinheit (12) bei einem Ausfall oder einer Störung des öffentlichen Energienetzes (3) zugeordneten Messergebnissen des Leistungsmessers (17) die erste Schaltereinrichtung (30) und die zweite Schaltereinrichtung (31) in einen trennenden Zustand schaltet und anschließend die in einen spannungsgeführten Modus geschaltete Wechselrichtereinheit (8) über die zweite Schaltereinrichtung (31) mit den Verbrauchern (5) zu deren Notstromversorgung verbindet.Inverter device with at least one inverter unit ( 8th ), which with at least one regenerative energy source ( 7 ), in particular a photovoltaic system, with an accumulator device ( 9 ) and via a connection device ( 36 ) with a wiring harness ( 18 ) between a public energy network ( 3 ) and consumers ( 5 ) is connectable, wherein the inverter unit ( 8th ) a control unit ( 12 ) associated with a power meter ( 17 ) on the measurement of the public energy network ( 3 ) voltage, characterized in that the inverter unit ( 8th ) a security circuit ( 34 ), comprising a first switch device ( 30 ) between the inverter unit ( 8th ) with the wiring harness ( 18 ) linking device ( 36 ) and the public energy network ( 3 ) and a second switch device ( 31 ) between the inverter unit ( 8th ) and the inverter unit ( 8th ) with the wiring harness ( 18 ) between the public energy network ( 3 ) and consumers ( 5 ) linking device ( 36 ), the control unit ( 12 ) in the event of a failure or disruption of the public energy network ( 3 ) associated measurement results of the power meter ( 17 ) the first switching device ( 30 ) and the second switch device ( 31 ) switches to a disconnecting state and then the switched into a voltage-controlled mode inverter unit ( 8th ) via the second switch device ( 31 ) with consumers ( 5 ) connects to their emergency power supply. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltereinrichtungen (30, 31) der Sicherheitsschaltung (34) von der Wechselrichtereinheit (8) separate Baukomponenten darstellen.An inverter device according to claim 1, characterized in that the switch devices ( 30 . 31 ) of the safety circuit ( 34 ) from the inverter unit ( 8th ) represent separate building components. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wechselrichtereinheit (8) als ein Solarwechselrichter ausgebildet ist, der durch optionale Spannungsführung die Notstromfunktion wahrnimmt, wobei vorzugsweise ein Zwischenkreis der Wechselrichtereinheit (8) von der mit einer Batteriewechselrichtereinheit (10) verbundenen Akkumulatorvorrichtung (9) aufrechterhalten wird.Inverter device according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one inverter unit ( 8th ) is designed as a solar inverter, the emergency power function perceives by optional voltage control, preferably a DC link of the inverter unit ( 8th ) of the with a battery inverter unit ( 10 ) connected accumulator device ( 9 ) is maintained. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wechselrichtereinheit ein integral ausgebildeter Solar- und Batteriewechselrichter (8, 10) ist.Inverter device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the at least one inverter unit is an integrally formed solar and battery inverter ( 8th . 10 ). Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine einer regenerativen Energiequelle (7) zugeordnete Wechselrichtereinheit (8), die Verbindungseinrichtung (36) mit dem Leitungsstrang (18) zwischen dem öffentlichen Energienetz (3) und Verbrauchern (5), die Steuereinheit (12), die Sicherheitsschaltung (34) mit der ersten (30) und zweiten (31) Schaltereinrichtung, ggf. der Leistungsmesser (17) und ggf. die Akkumulatorvorrichtung (9, 10) in einem gemeinsamen Gehäuse (13) angeordnet sind.Inverter device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one of a regenerative energy source ( 7 ) associated inverter unit ( 8th ), the connection device ( 36 ) with the wiring harness ( 18 ) between the public energy network ( 3 ) and consumers ( 5 ), the control unit ( 12 ), the safety circuit ( 34 ) with the first ( 30 ) and second ( 31 ) Switch device, possibly the power meter ( 17 ) and possibly the accumulator device ( 9 . 10 ) in a common housing ( 13 ) are arranged. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) den trennenden Zustand der ersten (30) und zweiten (31) Schaltereinrichtungen bei einem Ausfall oder einer Störung des öffentlichen Energienetzes (3) durch eine rein elektrische Zustandsauswertung, insbesondere mittels Hilfskontakten, einstellt.Inverter device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the control unit ( 12 ) the separating state of the first ( 30 ) and second ( 31 ) Switch equipment in the event of a failure or malfunction of the public power grid ( 3 ) by a purely electrical condition evaluation, in particular by means of auxiliary contacts adjusts. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltereinheiten (30, 31) der Sicherheitsschaltung (34) Leistungsschutzschalter und/oder Relais umfassen.Inverter device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the switch units ( 30 . 31 ) of the safety circuit ( 34 ) Comprise circuit breakers and / or relays. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Ablauf der Trennung und Wiedereinschaltung der wenigstens einen Wechselrichtereinheit (8) mittels einer Schnittstelle (38) zwischen der der regenerativen Energiequelle (7) zugeordneten Wechselrichtereinheit (8) und der Batteriewechselrichtereinheit (10) gesteuert wird, wobei von der Steuereinheit (12) an die Schnittstelle (38) ein einem Notstrombetrieb zugeordnetes Signal ausgebbar ist und die Wechselrichtereinheit (8) von der Schnittstelle (38) in einen Notstrommodus schaltbar ist.Inverter device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electrical sequence of the separation and reconnection of the at least one inverter unit ( 8th ) by means of an interface ( 38 ) between the regenerative energy source ( 7 ) associated inverter unit ( 8th ) and the battery inverter unit ( 10 ) is controlled by the control unit ( 12 ) to the interface ( 38 ) a signal assigned to an emergency power operation can be output and the inverter unit ( 8th ) from the interface ( 38 ) is switchable into an emergency power mode. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (38) eine Netzmesseinrichtung aufweist.Inverter device according to claim 8, characterized in that the interface ( 38 ) has a network measuring device. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) nach einer Trennung der Wechselrichtereinheit (8) mittels der ersten (30) und zweiten (31) Schaltereinrichtung eine Wiedereinschaltbedingung für die Wechselrichtereinheit (8) erkennt, wenn die die Sicherheitsschaltung (34) rein elektrisch einen trennenden Zustand einstellt.Inverter device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the control unit ( 12 ) after a disconnection of the inverter unit ( 8th ) by means of the first ( 30 ) and second ( 31 ) Switch means a reclosing condition for the inverter unit ( 8th ) detects when the safety circuit ( 34 ) sets purely electrically a separating state. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wechselrichtereinheit (8) durch die mit einer Steuerfunktion und einem Zwischenkreis ausgebildete Schnittstelle (38) rein elektrisch ohne eigene Messungen der Wechselrichtereinheit (8) auf Notstrombetrieb schaltbar ist.Inverter device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the at least one inverter unit ( 8th ) by the interface (with a control function and an intermediate circuit) ( 38 ) purely electrically without own measurements of the inverter unit ( 8th ) is switchable to emergency power operation.
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