DE102015012413A1

DE102015012413A1 - Bridging device for at least one photovoltaic module

Info

Publication number: DE102015012413A1
Application number: DE102015012413.7A
Authority: DE
Inventors: Tolgay Ungan; Dario Grgic
Original assignee: SMARTEXERGY WMS GmbH
Current assignee: SMARTEXERGY WMS GmbH
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Eine Überbrückungsvorrichtung (1, 1'') für ein Photovoltaikmodul (2) oder einen String hat Generatoranschlüsse für das Photovoltaikmodul (2) oder den String, die über einen Kurzschlusspfad (6) miteinander verbunden sind. Der Kurzschlusspfad (6) ist als Halbbrücke ausgestaltet, die einen ersten Brückenzweig (7) und einen damit in Reihe geschalteten zweiten Brückenzweig (8) aufweist. Der erste Brückenzweig (7) ist zwischen einem ersten Generatoranschluss (3) und einem Knotenpunkt (9) und der zweite Brückenzweig (8) zwischen dem Knotenpunkt (9) und einem zweiten Generatoranschluss (4) angeordnet. Jedem Brückenzeig (7, 8) ist jeweils ein als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgestalteter Halbleiterschalter (10, 13) zugeordnet, der eine in dem Brückenzweig (7, 8) angeordnete Halbleiterstrecke und einen mit der Ansteuereinrichtung (16) in Steuerverbindung stehenden Steuereingang (11, 14) zum Steuern der Halbleiterstrecke aufweist. Die Überbrückungsvorrichtung (1, 1'') weist einen Aufwärts-Spannungskonverter (18) auf, der mit seinen Eingangsanschlüssen parallel zu einem der Brückenzweige (8) angeordnet und mit seinen Ausgangsanschlüssen mit Betriebsspannungsanschlüssen einer Ansteuereinrichtung (16) verbunden und derart dimensioniert ist, dass die bei durchgeschalteten Halbleiterschaltern (10, 13) an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters (18) anliegende Durchlassspannung mindestens eines Halbleiterschalters (13) in eine zum Betrieb der Ansteuereinrichtung (16) geeignete Betriebsspannung konvertierbar ist.A bridging device (1, 1 '') for a photovoltaic module (2) or a string has generator connections for the photovoltaic module (2) or the string, which are connected to each other via a short circuit path (6). The short-circuit path (6) is configured as a half-bridge, which has a first bridge branch (7) and a second bridge branch (8) connected in series therewith. The first bridge branch (7) is arranged between a first generator terminal (3) and a node (9) and the second bridge branch (8) is arranged between the node (9) and a second generator terminal (4). Each bridge pointer (7, 8) is assigned a semiconductor switch (10, 13) configured as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, having a semiconductor path arranged in the bridge branch (7, 8) and being in control connection with the drive device (16) Control input (11, 14) for controlling the semiconductor path. The bridging device (1, 1 '') has an up-voltage converter (18) which is arranged with its input terminals parallel to one of the bridge branches (8) and with its output terminals connected to operating voltage terminals of a drive device (16) and dimensioned such that the forward voltage of at least one semiconductor switch (13) applied to through-connected semiconductor switches (10, 13) at the input terminals of the up-voltage converter (18) can be converted into an operating voltage suitable for operating the control device (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Überbrückungsvorrichtung für mindestens ein Photovoltaikmodul, die Generatoranschlüsse für das mindestens eine Photovoltaikmodul aufweist, welche über einen Kurzschlusspfad miteinander verbunden sind, wobei in dem Kurzschlusspfad eine Halbleiterstrecke eines Halbleiterschalters angeordnet ist, der einen Steuereingang aufweist, der derart mit einer Ansteuereinrichtung in Steuerverbindung steht, dass die Halbleiterstrecke in Abhängigkeit von einem von der Ansteuereinrichtung empfangbaren Steuersignal in die Offen- und die Schließstellung bringbar ist.The invention relates to a bridging device for at least one photovoltaic module having generator terminals for the at least one photovoltaic module, which are interconnected via a short-circuit path, wherein in the short-circuit path, a semiconductor path of a semiconductor switch is arranged, which has a control input, which in control connection with a control device is that the semiconductor path can be brought into the open and the closed position in response to a receivable by the control device control signal.

Eine derartige Überbrückungsvorrichtung ist aus GB 2 480 015 B bekannt. Sie hat einen positiven und einen negativen Generatoranschluss, die über einen Kurzschlusspfad, in dem ein steuerbarer Halbleiterschalter angeordnet ist, miteinander verbunden sind. Der positive Generatoranschluss ist mit einem positiven Photovoltaikspannungs-Anschluss und der negative Generatoranschluss ist mit einem negative Photovoltaikspannungs-Anschluss eines sogenannten Strings verbunden, der mehrere Photovoltaikmodule umfasst. Unter einem Photovoltaikmodul wird ein Solarpanel verstanden, das eine vorzugsweise flächige Solarzelle oder mehrere solcher in Reihe geschaltete Solarzellen aufweist. Da die von einem einzelnen Photovoltaikmodul erzeugte Photovoltaikspannung nur vergleichsweise gering ist, sind die Photovoltaikmodule in dem String in Reihe geschaltet. Dadurch liegt zwischen den Generatoranschlüssen eine Spannung an, die etwa der Summe der Einzelspannungen der Photovoltaikmodule entspricht. Die Überbrückungsvorrichtung ist in einem Wechselrichter angeordnet, der die an den Generatoranschlüssen anliegende Photovoltaik-Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert, die in ein Stromversorgungsnetz eingespeist wird.Such a bridging device is out GB 2 480 015 B known. It has a positive and a negative generator connection, which are connected to each other via a short circuit path in which a controllable semiconductor switch is arranged. The positive generator terminal is connected to a positive photovoltaic voltage terminal and the negative generator terminal is connected to a negative photovoltaic voltage terminal of a so-called string comprising a plurality of photovoltaic modules. A photovoltaic module is understood to be a solar panel which has a preferably flat solar cell or a plurality of such solar cells connected in series. Since the photovoltaic voltage generated by a single photovoltaic module is only comparatively small, the photovoltaic modules in the string are connected in series. As a result, there is a voltage between the generator terminals, which corresponds approximately to the sum of the individual voltages of the photovoltaic modules. The bridging device is arranged in an inverter which converts the photovoltaic DC voltage applied to the generator terminals into an AC voltage which is fed into a power supply network.

Der Halbleiterschalter weist einen Steuereingang auf, der derart mit einer Ansteuereinrichtung in Steuerverbindung steht, dass die Halbleiterstrecke in Abhängigkeit von einem von der Ansteuereinrichtung empfangbaren Steuersignals in die Offen- und die Schließstellung bringbar ist. Das Steuersignal wird von einer Schutzschaltung erzeugt, die den Betriebszustand der Photovoltaikanlage überwacht und beim Auftreten eines unzulässigen Betriebszustands oder bei einem Abschalten der Photovoltaikanlage durch Servicepersonal veranlasst, dass die Generatoranschlüsse der Photovoltaikmodule überbrückt werden. Dadurch soll die Photovoltaikanlage in einen sicheren Betriebszustand überführt werden, in dem keine für den Menschen gefährliche elektrische Spannungen an der Photovoltaikanlage mehr anliegen.The semiconductor switch has a control input which is in control connection with a drive device such that the semiconductor path can be brought into the open and the closed position as a function of a control signal which can be received by the drive device. The control signal is generated by a protection circuit that monitors the operating state of the photovoltaic system and causes the occurrence of an inadmissible operating state or when switching off the photovoltaic system by service personnel that the generator terminals of the photovoltaic modules are bridged. As a result, the photovoltaic system is to be converted into a safe operating state, in which no dangerous for humans electrical voltages to the photovoltaic system more.

Die vorbekannte Überbrückungsvorrichtung hat den Nachteil, dass sie im Wechselrichter angeordnet ist, also an einer Stelle, die relativ weit von den Photovoltaikmodulen des Strings entfernt ist. Wenn die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen der Überbrückungsvorrichtung und den Photovoltaikmodulen gestört und insbesondere unterbrochen sind, was beispielsweise bei einem Brand oder beim Auftreten eines elektrischen Defekts oder mechanischen passieren kann, ist der String nicht mehr kurzgeschlossen und es können für den Menschen lebensgefährliche elektrische Spannungen von bis zu 1.500 Volt an den Photovoltaikmodulen und den Verbindungsleitungen auftreten.The previously known bridging device has the disadvantage that it is arranged in the inverter, that is, at a location that is relatively far away from the photovoltaic modules of the string. When the electrical connection lines between the bridging device and the photovoltaic modules are disturbed and in particular interrupted, which can happen, for example, in the event of a fire or the occurrence of an electrical defect or mechanical failure, the string is no longer short-circuited and it is possible for man to sustain life-threatening electrical voltages of up to 1,500 volts appear at the photovoltaic modules and interconnecting lines.

Es ist zwar auch denkbar, die Überbrückungsvorrichtung näher an den Photovoltaikmodulen anzuordnen, um das Risiko einer Unterbrechung der Verbindungsleitung zu reduzieren. Nachteilig ist dabei jedoch, dass dann für die Versorgung der Ansteuereinrichtung mit einer Betriebsspannung, die auch bei abgeschalteter Photovoltaikanlage zur Verfügung stehen muss, um den Kurzschluss dauerhaft aufrechtzuerhalten, zusätzliche Leitungen verlegt werden müssen, die beispielsweise die Überbrückungsvorrichtung mit einer aus der Netzspannung erzeugten Hilfsspannung versorgen.Although it is also conceivable to arrange the bridging device closer to the photovoltaic modules in order to reduce the risk of interruption of the connecting line. The disadvantage here, however, that then for the supply of the control device with an operating voltage that must be available even when the photovoltaic system is switched off to permanently maintain the short circuit, additional lines must be laid, for example, supply the bridging device with an auxiliary voltage generated from the mains voltage ,

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Überbrückungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, einen Photovoltaikgenerator auf einfache Weise sicher zu überbrücken bzw. abzuschalten.It is therefore an object to provide a bridging device of the type mentioned, which makes it possible to easily bypass a photovoltaic generator safely or turn off.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese sehen vor, dass der Kurzschlusspfad als Halbbrücke ausgestaltet ist, die zumindest einen ersten Brückenzweig und einen damit in Reihe geschalteten zweiten Brückenzweig aufweist, dass der erste Brückenzweig zwischen einem ersten Generatoranschluss und einem Knotenpunkt und der zweite Brückenzweig zwischen dem Knotenpunkt und einem zweiten Generatoranschluss angeordnet ist, dass jedem Brückenzeig jeweils mindestens ein als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgestalteter Halbleiterschalter zugeordnet ist, der eine in dem Brückenzweig angeordnete Halbleiterstrecke und einen mit der Ansteuereinrichtung in Steuerverbindung stehenden Steuereingang zum Steuern der Halbleiterstrecke aufweist, dass die Überbrückungsvorrichtung einen Aufwärts-Spannungskonverter aufweist, der mit seinen Eingangsanschlüssen parallel zu einem der Brückenzweige angeordnet und mit seinen Ausgangsanschlüssen mit Betriebsspannungsanschlüssen der Ansteuereinrichtung verbunden ist und derart dimensioniert ist, dass die bei durchgeschalteten Halbleiterschaltern an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters anliegende Durchlassspannung eines Halbleiterschalters in eine zum Betrieb der Ansteuereinrichtung geeignete Betriebsspannung konvertierbar ist.This object is achieved with the features of claim 1. These provide that the short-circuit path is configured as a half-bridge, which has at least a first bridge branch and a second bridge branch connected in series, that the first bridge branch between a first generator terminal and a node and the second bridge branch between the node and a second generator terminal in that each bridge pointer is assigned in each case at least one semiconductor switch designed as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, which has a semiconductor path arranged in the bridge branch and a control input for controlling the semiconductor path in control connection with the drive device, the bridging device having an up-voltage converter and having its input terminals arranged in parallel with one of the bridge branches and connected with its output terminals to operating voltage terminals of the drive means and so on is dimensioned such that the through-connected semiconductor switches at the input terminals of the step-up voltage converter forward voltage of a semiconductor switch in a suitable operation of the drive operating voltage is convertible.

Dadurch ist es möglich, die Halbleiterschalter durch Übermitteln eines entsprechenden Steuersignals an die Ansteuereinrichtung durchzuschalten, um die Generatoranschlüsse bzw. das daran angeschlossene Photovoltaikmodul oder den daran angeschlossenen String kurz zu schließen. In vorteilhafter Weise wird die für den Betrieb der Ansteuereinrichtung erforderliche Betriebsspannung während des Kurzschlusses dadurch erzeugt, dass der in dem Kurzschlusspfad fließende Kurzschlussstrom an der parallel zu den Eingangsanschlüssen der Aufwärts-Spannungskonverters geschalteten Halbleiterstrecke einen der Durchlassspannung der Halbleiterstrecke entsprechenden Spannungsabfall bewirkt, der mittels des Aufwärts-Spannungskonverters in die Betriebsspannung hochkonvertiert wird. Dadurch ist es möglich, die benötigte Betriebsspannung, welche beispielsweise zwischen 3,1 und 3,3 Volt betragen kann, während des Kurzschlusses dauerhaft autark zu erzeugen. Somit kann die Überbrückungsvorrichtung dicht benachbart zum Photovoltaikmodul angeordnet werden, ohne dass zu der Überbrückungsvorrichtung eine externe Versorgungsleitung zum Zuführen der Betriebsspannung gelegt werden muss. Da Photovoltaikmodule hohe Kurzschlussströme haben können, sind die Halbleiterschalter als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass an ihrer Halbleiterstrecke im durchgeschalteten Zustand nur eine relativ geringe Durchlassspannung abfällt. Dadurch wird die während des Kurschlusses an den Halbleiterschaltern auftretende Verlustleistung begrenzt, so dass auch entsprechend hohe Kurzschlussströme dauerhaft geschaltet werden können. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren benötigen zum Schalten eine Steuerspannung von einigen 100 Millivolt bis mehreren Volt. As a result, it is possible to connect the semiconductor switches by transmitting a corresponding control signal to the control device in order to short-circuit the generator connections or the photovoltaic module or the string connected thereto. Advantageously, the operating voltage required for the operation of the drive device is generated during the short circuit in that the short-circuit current flowing in the short-circuit path at the semiconductor path connected in parallel with the input terminals of the step-up voltage converter causes a voltage drop corresponding to the forward voltage of the semiconductor path, which is determined by means of the uplink Voltage converter is upconverted to the operating voltage. This makes it possible, the required operating voltage, which may be, for example, between 3.1 and 3.3 volts to produce permanently self-sufficient during the short circuit. Thus, the lock-up device can be arranged closely adjacent to the photovoltaic module without having to connect an external supply line for supplying the operating voltage to the bridging device. Since photovoltaic modules can have high short circuit currents, the semiconductor switches are designed as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs). This has the advantage that only a relatively low forward voltage drops at its semiconductor path in the switched-through state. As a result, the power loss occurring at the semiconductor switches during the short circuit is limited, so that correspondingly high short-circuit currents can be permanently switched. Metal oxide semiconductor field effect transistors require a control voltage of a few hundred millivolts to several volts for switching.

Erwähnt werden soll noch, dass ein in dem ersten Brückenzweig angeordneter erster Halbleiterschalter eine parallel zur ersten Halbleiterstrecke angeordnete erste Body Diode aufweisen kann, die für Ströme durchlässig ist, die in dem ersten Brückenzweig von dem Knotenpunkt zum ersten Generatoranschluss fließen. Ein in dem zweiten Brückenzweig angeordneter zweiter Halbleiterschalter kann eine parallel zur zweiten Halbleiterstrecke angeordnete zweite Body Diode aufweisen, die für Ströme durchlässig ist, die in dem zweiten Brückenzweig von dem Knotenpunkt zum zweiten Generatoranschluss fließen. Die Body Dioden sind üblicherweise in den Halbleiterchip der MOSFETs integriert.It should also be mentioned that a first semiconductor switch arranged in the first bridge branch can have a first body diode arranged parallel to the first semiconductor path, which is permeable to currents flowing in the first bridge branch from the node point to the first generator terminal. A second semiconductor switch arranged in the second bridge branch may have a second body diode arranged parallel to the second semiconductor path, which is permeable to currents flowing in the second bridge branch from the node point to the second generator terminal. The body diodes are usually integrated in the semiconductor chip of the MOSFETs.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Steuereingang und/oder der zweite Steuereingang über einen ohmschen Ableitwiderstand mit einem Generatoranschluss oder dem Knotenpunkt elektrisch leitend verbunden. Durch den Ableitwiderstand kann beim Schalten der Halbleiterschalter die an den hochohmigen Steuereingängen anliegende Ladung schneller abgeführt werden. Dies ermöglicht ein schnelles Öffnen und Schließen der Halbleiterschalter.In a preferred embodiment of the invention, the first control input and / or the second control input via an ohmic bleeder resistor to a generator terminal or the node electrically connected. Due to the bleeder resistor, the charge applied to the high-impedance control inputs can be dissipated more quickly when the semiconductor switches are switched. This allows a fast opening and closing of the semiconductor switch.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist zumindest der an den Eingängen des Aufwärts-Spannungskonverter angeordnete Halbleiterschalter eine Body-Diode auf, wobei die Überbrückungsvorrichtung zusätzlich zu einem ersten Aufwärts-Spannungskonverter einen zweiten Aufwärts-Spannungskonverter hat, der mit seinen Eingangsanschlüssen parallel zu denen des ersten Aufwärts-Spannungskonverters angeordnet ist und mit seinen Ausgangsanschlüssen mit den Betriebsspannungsanschlüssen der Ansteuereinrichtung verbunden ist, und wobei der zweite Aufwärts-Spannungsskonverter derart dimensioniert ist, dass eine bei gesperrten Halbleiterschaltern an den Eingangsanschlüssen der Aufwärts-Spannungskonverter anliegende Durchlassspannung der Body Diode, welche höher ist als die Durchlassspannung des parallel zu der der Body Diode angeordneten Halbleiterschalters, in die zum Betrieb der Ansteuereinrichtung geeignete Betriebsspannung konvertierbar ist. Durch die beiden Aufwärts-Spannungskonverter ist es möglich, sowohl die beim Auftreten eines Rückwärtsstroms in dem Kurzschlusspfad bei gesperrten Halbleiterschaltern an der Bodydiode abfallende höhere Durchlassspannung als auch die bei durchgeschalteten Halbleiterschaltern an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters anliegende Durchlassspannung des Halbleiterschalters jeweils verlustarm in die Betriebsspannung der Ansteuereinrichtung zu konvertieren.In an advantageous embodiment of the invention, at least the semiconductor switch arranged at the inputs of the step-up voltage converter has a body diode, the bridging device having, in addition to a first up-voltage converter, a second up-voltage converter with its input terminals parallel to those of the first Up-Spannungskonverters is arranged and is connected with its output terminals to the operating voltage terminals of the drive means, and wherein the second up-voltage converter is dimensioned such that at a closed semiconductor switches at the input terminals of the up-voltage converter applied forward voltage of the body diode, which is higher than the forward voltage of the semiconductor switch arranged parallel to that of the body diode, into which operating voltage suitable for the operation of the drive device can be converted. Due to the two up-voltage converters, it is possible to lower both the forward voltage dropping when a reverse current occurs in the short-circuit path when the semiconductor switches are closed on the body diode and the forward voltage of the semiconductor switch connected to the input terminals of the up-voltage converter when the semiconductor switches are turned on, in each case with low losses in the operating voltage to convert the drive device.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Diese sehen vor, dass der Kurzschlusspfad als Halbbrücke ausgestaltet ist, die zumindest einen ersten Brückenzweig und einen damit in Reihe geschalteten zweiten Brückenzweig aufweist, dass der erste Brückenzweig zwischen einem ersten Generatoranschluss und einem Knotenpunkt und der zweite Brückenzweig zwischen dem Knotenpunkt und einem zweiten Generatoranschluss angeordnet ist, dass der Halbleiterschalter als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgebildet ist, dessen Halbleiterstrecke in dem ersten Brückenzweig angeordnet ist, dass in dem zweiten Brückenzweig eine Smart-Bypass-Diode angeordnet ist, die für einen in dem Kurzschlusspfad fließenden Kurzschlussstrom durchlässig ist, dass die Überbrückungsvorrichtung einen Aufwärts-Spannungskonverter aufweist, der mit seinen Eingangsanschlüssen parallel zu einem der Brückenzweige angeordnet und mit seinen Ausgangsanschlüssen mit Betriebsspannungsanschlüssen der Ansteuereinrichtung verbunden ist, dass der Aufwärts-Spannungskonverter derart dimensioniert ist, dass eine bei durchgeschaltetem Halbleiterschalter an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters anliegende Durchlassspannung in eine zum Betrieb der Ansteuereinrichtung geeignete Betriebsspannung konvertierbar ist.The above object is also achieved with the features of claim 4. These provide that the short-circuit path is configured as a half-bridge, which has at least a first bridge branch and a second bridge branch connected in series, that the first bridge branch between a first generator terminal and a node and the second bridge branch between the node and a second generator terminal in that the semiconductor switch is designed as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor whose semiconductor path is arranged in the first bridge branch, in which a smart bypass diode is arranged in the second bridge branch, which is permeable to a short-circuit current flowing in the short-circuit path, in that the bridging device has an upwards voltage converter, which is arranged with its input terminals parallel to one of the bridge branches and is connected with its output terminals to operating voltage terminals of the control device, that the upwards voltage converter Voltage converter is dimensioned such that a switched-through semiconductor switch at the input terminals of the up- Voltage converter applied forward voltage in a suitable operation of the drive voltage is convertible.

Auch bei dieser Lösung ist es möglich, den Halbleiterschalter durch Übermitteln eines entsprechenden Steuersignals an die Ansteuereinrichtung durchzuschalten, um die Generatoranschlüsse bzw. das daran angeschlossene Photovoltaikmodul oder den daran angeschlossenen String kurz zu schließen. Dabei fließt ein Kurzschlussstrom von dem ersten Generatoranschluss über den den Halbleiterschalter aufweisenden ersten Brückenzweig und den die Smart-Bypass-Diode aufweisenden zweiten Brückenzweig zum zweiten Generatoranschluss. Unter einer Smart-Bypass-Diode wird ein Bauelement verstanden, das einen steuerbaren Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und eine Steuereinrichtung für den MOSFET aufweist, mittels welcher dieser derart ansteuerbar ist, dass die ein diodenähnliches Schaltungsverhalten nachgebildet wird. Der MOSFET weist im durchgeschaltetem Zustand eine geringe Durchlassspannung auf, die bevorzugt kleiner als 140 mV ist. Eine derartige Smart-Bypass-Diode ist unter der Bezeichnung SM 74611 bei der Firma Texas Instruments erhältlich.Also in this solution, it is possible to turn on the semiconductor switch by transmitting a corresponding control signal to the drive means to close the generator terminals or the connected photovoltaic module or the connected string short. In this case, a short-circuit current flows from the first generator terminal via the first bridge branch having the semiconductor switch and the second bridge branch having the smart bypass diode to the second generator terminal. A smart bypass diode is understood to mean a component which has a controllable metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and a control device for the MOSFET, by means of which it can be driven in such a way that a diode-like circuit behavior is simulated. The MOSFET has a low forward voltage when switched through, which is preferably less than 140 mV. Such a smart bypass diode is available under the designation SM 74611 from Texas Instruments.

Die für den Betrieb der Ansteuereinrichtung erforderliche Betriebsspannung wird während des Kurzschlusses dadurch erzeugt, dass der in dem Kurzschlusspfad fließende Kurzschlussstrom an dem parallel zu den Eingängen des Aufwärts-Spannungskonverters angeordneten Brückenzeig einen Spannungsabfall bewirkt, der mittels des Aufwärts-Spannungskonverters in die Betriebsspannung hochkonvertiert wird. Dadurch ist es möglich, die benötigte Betriebsspannung, welche beispielsweise zwischen 3,1 und 3,3 Volt betragen kann, während des Kurzschlusses dauerhaft autark zu erzeugen. Somit kann auch bei dieser Lösung die Überbrückungsvorrichtung dicht benachbart zum Photovoltaikmodul angeordnet werden, ohne dass zu der Überbrückungsvorrichtung eine externe Versorgungsleitung zum Zuführen der Betriebsspannung gelegt werden muss. Da Photovoltaikmodule hohe Kurzschlussströme haben können, ist der Halbleiterschalter als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgestaltet.The operating voltage required for the operation of the drive device is generated during the short circuit in that the short-circuit current flowing in the short-circuit path causes a voltage drop across the bridge pointer arranged parallel to the inputs of the step-up voltage converter, which is upconverted into the operating voltage by means of the up-voltage converter. This makes it possible, the required operating voltage, which may be, for example, between 3.1 and 3.3 volts to produce permanently self-sufficient during the short circuit. Thus, even with this solution, the bridging device can be arranged closely adjacent to the photovoltaic module, without having to connect an external supply line for supplying the operating voltage to the bridging device. Since photovoltaic modules can have high short-circuit currents, the semiconductor switch is designed as a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET).

Bevorzugt ist der Aufwärts-Spannungskonverter mit seinen Eingangsanschlüssen parallel zu dem zweiten Brückenzweig angeordnet. Die an der Smart-Bypass-Diode abfallende Spannung kann dann als Eingangsspannung für den Aufwärts-Spannungskonverter genutzt werden.Preferably, the up-voltage converter is arranged with its input terminals parallel to the second bridge branch. The voltage dropping across the smart bypass diode can then be used as the input voltage to the boost voltage converter.

Vorteilhaft ist, wenn parallel zu der Smart-Bypass-Diode mindestens eine weitere Smart-Bypass-Diode in dem Kurzschlusspfad angeordnet ist. Dadurch kann der Kurzschlussstrom auf mehrere Smart-Bypass-Dioden verteilt werden, wodurch sich die an den einzelnen Smart-Bypass-Dioden auftretende Verlustleistung entsprechend reduziert.It is advantageous if at least one further smart bypass diode is arranged in the short-circuit path parallel to the smart bypass diode. As a result, the short-circuit current can be distributed to a plurality of smart bypass diodes, which reduces the power loss occurring at the individual smart bypass diodes accordingly.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ansteuereinrichtung einen Kondensator oder dergleichen elektrischen Energiespeicher auf, der mit den Ausgangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters verbunden ist. Die Ansteuereinrichtung kann dann bei Dunkelheit aus dem Energiespeicher mit Betriebsspannung versorgt werden. Der Energiespeicher ist bevorzugt als Superkondensator ausgestaltet. Unter einem Superkondensator wird ein elektrochemischer Kondensator verstanden, dessen Kapazität sich aus der Summe zweier hochkapazitiver Speicherprinzipien ergibt, nämlich

– aus der statischen Speicherung elektrischer Energie durch Ladungstrennung in Helmholtz-Doppelschichten in einer Doppelschichtkapazität und
– aus der elektrochemischen Speicherung elektrischer Energie durch faradayschen Ladungstausch mit Hilfe von Redoxreaktionen in einer Pseudokapazität.

In a development of the invention, the drive device has a capacitor or the like electrical energy store, which is connected to the output terminals of the up-voltage converter. The control device can then be supplied from the energy store with operating voltage in the dark. The energy store is preferably designed as a supercapacitor. A supercapacitor is understood to mean an electrochemical capacitor whose capacity results from the sum of two highly capacitive storage principles, namely

- From the static storage of electrical energy by charge separation in Helmholtz double layers in a double-layer capacity and
- from the electrochemical storage of electrical energy by Faraday charge transfer by means of redox reactions in a pseudo capacity.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Aufwärts-Spannungskonverter mit seinen Eingangsanschlüssen parallel zum zweiten Brückenzweig angeordnet. Während des normalen Generatorbetriebs des Photovoltaikmoduls, also wenn der Halbleiterschalter gesperrt ist bzw. die Halbleiterschalter gesperrt sind, liegt dann an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters nur eine relativ geringe Spannung an, die etwa der Durchlassspannung der Body Diode des in dem zweiten Brückenzweig angeordneten Halbleiterschalters bzw. der Durchlassspannung der in diesem Brückenzweig angeordneten Smart-Bypass-Diode entspricht. Somit kann der Aufwärts-Spannungskonverter auch bei gesperrtem Halbleiterschalter bzw. bei gesperrten Halbleiterschaltern zum Erzeugen der Betriebsspannung genutzt werden.In a preferred embodiment of the invention, the up-voltage converter is arranged with its input terminals parallel to the second bridge branch. During normal generator operation of the photovoltaic module, that is, when the semiconductor switch is disabled or the semiconductor switches are disabled, then at the input terminals of the up-voltage converter only a relatively low voltage, which is about the forward voltage of the body diode of the arranged in the second bridge branch semiconductor switch or the forward voltage of the arranged in this bridge branch smart bypass diode corresponds. Thus, the up-voltage converter can be used to generate the operating voltage even with locked semiconductor switch or locked semiconductor switches.

Vorteilhaft ist, wenn parallel zum ersten Brückenzweig ein ohmscher Bypass-Widerstand angeordnet ist. Über den Bypass-Widerstand kann das an den Generatoranschlüssen angeschlossene Photovoltaikmodul oder der an den Generatoranschlüssen angeschlossene String nachts eine Photovoltaikspannung an die Eingänge des Aufwärts-Spannungskonverters anlegen, wenn das Photovoltaikmodul beispielsweise vom Mondlicht beleuchtet wird.It is advantageous if an ohmic bypass resistor is arranged parallel to the first bridge branch. By means of the bypass resistor, the photovoltaic module connected to the generator terminals or the string connected to the generator terminals can at night apply a photovoltaic voltage to the inputs of the boost converter when the photovoltaic module is illuminated, for example, by the moonlight.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ansteuereinrichtung zum Empfangen des Steuersignals einen Funkempfänger auf, der mit dem Eingang für das Steuersignal verbunden ist. Dadurch kann zusätzlich zu der Versorgungsleitung zum Zuführen der Betriebsspannung auch eine externe Datenleitung, über welche das Steuersignal an die Ansteuereinrichtung übermittelt wird, eingespart werden. Dies ist insbesondere bei größeren Photovoltaikanlagen, bei denen jedem Photovoltaikmodul jeweils eine eigene Überbrückungsvorrichtung zugeordnet ist, vorteilhaft.In a development of the invention, the drive device for receiving the control signal has a radio receiver which is connected to the input for the control signal. As a result, in addition to the supply line for supplying the operating voltage, an external data line via which the control signal is transmitted to the drive device is also saved become. This is particularly advantageous in larger photovoltaic systems in which each photovoltaic module is assigned its own bridging device, advantageous.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. It shows

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Überbrückungsvorrichtung, die mit Generatoranschlüssen eines in einem String angeordneten Photovoltaikmoduls verbunden ist, 1 a first embodiment of the bridging device connected to generator terminals of a photovoltaic module arranged in a string,

2 ein Schaltbild einer Photovoltaikanlage, 2 a circuit diagram of a photovoltaic system,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Überbrückungsvorrichtung, die mit Generatoranschlüssen eines in einem String angeordneten Photovoltaikmoduls verbunden ist, 3 A second exemplary embodiment of the bridging device, which is connected to generator terminals of a photovoltaic module arranged in a string.

4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Überbrückungsvorrichtung, und 4 a third embodiment of the lock-up device, and

5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Überbrückungsvorrichtung. 5 A fourth embodiment of the lock-up device.

Eine in 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete Überbrückungsvorrichtung für ein Photovoltaikmodul 2 weist einen ersten Generatoranschluss 3 und einen zweiten Generatoranschluss 4 für das Photovoltaikmodul 2 auf. Das Photovoltaikmodul 2 ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und hat ein Trägerteil, an dem mehrere Submodule matrixförmig angeordnet sind, die jeweils mindestens eine Solarzelle aufweisen. Um die Ausgangsspannung des Photovoltaikmoduls 2 zu erhöhen, sind die Submodule in Reihe geschaltet. Das Photovoltaikmodul 2 produziert einen zur eingestrahlten Lichtstärke proportionalen elektrischen Strom.An in 1 in the whole with 1 designated bridging device for a photovoltaic module 2 has a first generator connection 3 and a second generator terminal 4 for the photovoltaic module 2 on. The photovoltaic module 2 is shown only schematically in the drawing and has a support member on which a plurality of submodules are arranged in a matrix, each having at least one solar cell. To the output voltage of the photovoltaic module 2 To increase, the submodules are connected in series. The photovoltaic module 2 produces an electric current proportional to the incident light intensity.

Wie in 2 erkennbar ist, sind mehrere Photovoltaikmodule 2 zu einem sogenannten String in Reihe geschaltet. Dabei ist jedem Photovoltaikmodul 2 jeweils eine separate Überbrückungsvorrichtung 1 zugeordnet, mittels der die Generatoranschlüsse 3, 4 des betreffenden Photovoltaikmoduls 2 überbrückbar sind. Außerdem ist in jedes Photovoltaikmodul 2 jeweils eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Smart-Bypass-Diode integriert, die zu den Anschlüssen des Photovoltaikmoduls 2 derart parallel geschaltet ist, dass ein beim Abschatten eines Photovoltaikmoduls 2 in dem abgeschatteten Photovoltaikmodul 2 auftretender Rückwärtsstrom über die Smart-Bypass Diode an den Solarzellen des abgeschatteten Photovoltaikmoduls 2 vorbeigeleitet wird.As in 2 is recognizable, are several photovoltaic modules 2 connected in series to a so-called string. This is every photovoltaic module 2 each a separate lock-up device 1 assigned, by means of the generator connections 3 . 4 of the relevant photovoltaic module 2 can be bridged. Also, in every photovoltaic module 2 each integrated in the drawing, not shown, a smart bypass diode to the terminals of the photovoltaic module 2 is connected in parallel so that when shading a photovoltaic module 2 in the shadowed photovoltaic module 2 occurring reverse current via the smart bypass diode to the solar cells of the shaded photovoltaic module 2 is bypassed.

In einem String können bis zu 20 Photovoltaikmodule 2 in Reihe geschaltet sein, wodurch sich die Spannung summiert. Die Spannung am String, die bis zu 1500 Volt betragen kann, liegt an den Gleichspannungsanschlüssen eines Wechselrichters 5 an. Der Ausgang des Wechselrichters 5 ist an einem Wechsel- oder Drehstromstromnetz angeschlossen.In a string can be up to 20 photovoltaic modules 2 be connected in series, which adds up the voltage. The voltage on the string, which can be up to 1500 volts, is due to the DC voltage connections of an inverter 5 at. The output of the inverter 5 is connected to an alternating or three-phase current network.

Wie sich der 1 entnehmen lässt, weist die Überbrückungsvorrichtung 1 einen Kurzschlusspfad 6 auf, über den die Generatoranschlüsse 3, 4 miteinander verbindbar sind. Der Kurzschlusspfad 6 ist als Halbbrücke ausgestaltet, die einen ersten Brückenzweig 7 und einen damit in Reihe geschalteten zweiten Brückenzweig 8 aufweist. Der erste Brückenzweig 7 ist zwischen dem ersten Generatoranschluss 3 und einem Knotenpunkt 9 und der zweite Brückenzweig 8 zwischen dem Knotenpunkt 9 und einem zweiten Generatoranschluss 4 angeordnet.How is the 1 can be seen, has the lock-up device 1 a short circuit path 6 on, over which the generator connections 3 . 4 can be connected to each other. The short circuit path 6 is designed as a half bridge, which is a first bridge branch 7 and a second bridge branch connected in series therewith 8th having. The first bridge branch 7 is between the first generator connection 3 and a node 9 and the second bridge branch 8th between the node 9 and a second generator terminal 4 arranged.

Dem ersten Brückenzweig 7 ist ein als n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgebildeter erster Halbleiterschalter 10 zugeordnet, der eine in dem ersten Brückenzeig 7 angeordnete erste Halbleiterstrecke und einen ersten Steuereingang 11 aufweist, mittels dem die erste Halbleiterstrecke in eine Offen- bzw. Sperrstellung und eine Schließ- bzw. Durchlassstellung bringbar ist. Der erste Steuereingang 11 hat eine ersten Gate-Elektrode, die elektrisch gegen die erste Halbleiterstrecke isoliert ist. In den ersten Halbleiterschalter 10 ist eine erste Bodydiode 12 integriert, die parallel zu der ersten Halbleiterstrecke angeordnet ist und für Rückwärtsströme durchlässig ist, die von dem Knotenpunkt 9 durch den ersten Brückenzeig 7 zum ersten Generatoranschluss 3 fließen.The first bridge branch 7 is a first semiconductor switch formed as an n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor 10 associated with one in the first bridge pointer 7 arranged first semiconductor path and a first control input 11 by means of which the first semiconductor path can be brought into an open or blocking position and a closing or passage position. The first control input 11 has a first gate electrode which is electrically isolated from the first semiconductor path. In the first semiconductor switch 10 is a first body diode 12 integrated, which is arranged parallel to the first semiconductor path and is permeable to reverse currents from the node 9 through the first bridge pointer 7 to the first generator connection 3 flow.

In entsprechender Weise ist dem zweiten Brückenzweig 8 ein als n-Kanal Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ausgebildeter zweiter Halbleiterschalter 13 zugeordnet, der eine in dem zweiten Brückenzeig 8 angeordnete zweite Halbleiterstrecke und einen zweiten Steuereingang 14 aufweist, mittels dem die zweite Halbleiterstrecke in eine Offen- bzw. Sperrstellung und eine Schließ- bzw. Durchlassstellung bringbar ist. Der zweite Steuereingang 14 hat eine zweite Gate-Elektrode, die elektrisch leitend mit der ersten Gate-Elektrode verbunden und gegen die Halbleiterstrecken isoliert ist. In den zweiten Halbleiterschalter 13 ist eine zweite Bodydiode 15 integriert, die parallel zu der zweiten Halbleiterstrecke angeordnet ist und für Ströme durchlässig ist, die von dem Knotenpunkt 9 durch den zweiten Brückenzeig 7 zum zweiten Generatoranschluss 4 fließen.Similarly, the second bridge branch is 8th a second semiconductor switch formed as an n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor 13 associated with one in the second bridge pointer 8th arranged second semiconductor path and a second control input 14 by means of which the second semiconductor path can be brought into an open or blocking position and a closing or passage position. The second control input 14 has a second gate electrode electrically connected to the first gate electrode and insulated from the semiconductor lines. In the second semiconductor switch 13 is a second body diode 15 integrated, which is arranged parallel to the second semiconductor path and is permeable to currents flowing from the node 9 through the second bridge pointer 7 to the second generator connection 4 flow.

Die Steuereingänge 11, 14 stehen mit einer Ansteuereinrichtung 16 in Steuerverbindung, die einen Funkempfänger 17 zum drahtlosen Empfangen eines Steuersignals aufweist. Der Funkempfänger 17 kann mit einem dazu passenden, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Sender zusammenwirken, der von dem Funkempfänger 17 beabstandet ist und beispielsweise an einer zentralen Stelle einer Photovoltaikanlage, wie zum Beispiel einem Steuerraum angeordnet sein kann.The control inputs 11 . 14 stand with a drive device 16 in control connection, which is a radio receiver 17 for wirelessly receiving a control signal. The radio receiver 17 can interact with a matching, not shown in the drawing transmitter from the radio receiver 17 is spaced and For example, at a central location of a photovoltaic system, such as a control room can be arranged.

Mittels der Ansteuereinrichtung 16 können die Halbleiterschalter 10, 13 in Abhängigkeit von dem Steuersignal in die Offen- und die Schließstellung verstellt werden. In der Schließstellung sind die Generatoranschlüsse 3, 4 über die beiden Halbleiterstrecken der Halbleiterschalter 10, 13 kurzgeschlossen. Wenn an den Generatoranschlüssen 3, 4 eine Photovoltaikspannung anliegt, fließt dann über den Kurzschlusspfad 6 ein relativ großer Kurzschlussstrom, der an den Halbleiterstrecken einen Spannungsabfall verursacht, welcher der Durchlassspannung des Halbleiterschalters entspricht.By means of the drive device 16 can the semiconductor switches 10 . 13 be adjusted depending on the control signal in the open and closed positions. In the closed position are the generator connections 3 . 4 over the two semiconductor lines of the semiconductor switch 10 . 13 shorted. If at the generator connections 3 . 4 a photovoltaic voltage is applied, then flows through the short circuit path 6 a relatively large short-circuit current, which causes a voltage drop at the semiconductor lines, which corresponds to the forward voltage of the semiconductor switch.

Wie in 1 erkennbar ist, ist der Knotenpunkt 9 mit einem ersten Eingangsanschluss eines Aufwärts-Spannungskonverters 18 verbunden, der mit seinen Ausgangsanschlüssen mit Betriebsspannungsanschlüssen der Ansteuereinrichtung 16 verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Aufwärts-Spannungskonverters 18 ist mit dem zweiten Generatoranschluss 4 verbunden. Der Aufwärts-Spannungskonverter 18 ist an sich bekannt und kann zum Erzeugen einer im Vergleich zu der an seinen Eingangsanschlüssen anliegenden Spannung höheren Betriebsspannung für die Ansteuereinrichtung 16 Kondensatoren aufweisen, die mit der Eingangsspannung geladen und dann in Reihe geschaltet werden, um die Spannung zu vervielfältigen. Der Aufwärts-Spannungskonverter 18 kann auch mindestens eine Induktivität aufweisen, in die aus einer an den Eingangsanschlüssen anliegenden Eingangsspannung oder einer daraus erzeugten Spannung ein zeitlich veränderlicher Strom eingespeist wird, der an der Induktivität eine Spannung induziert, die betragsmäßig größer ist als die Eingangsspannung.As in 1 is recognizable, is the node 9 with a first input terminal of an up-voltage converter 18 connected to the output terminals with operating voltage terminals of the drive device 16 connected is. A second input of the up-voltage converter 18 is with the second generator connection 4 connected. The up-voltage converter 18 is known per se and can be used to generate a voltage higher than the voltage applied to its input terminals for the drive device 16 Have capacitors that are charged with the input voltage and then connected in series to multiply the voltage. The up-voltage converter 18 may also have at least one inductance, in which from a voltage applied to the input terminals input voltage or a voltage generated therefrom, a time-varying current is fed, which induces a voltage at the inductance, which is greater in magnitude than the input voltage.

Der Aufwärts-Spannungskonverters 18 ist derart dimensioniert, dass die bei durchgeschalteten Halbleiterschaltern 10, 13 an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters anliegende Durchlassspannung des zweiten Halbleiterschalters 13 in die Betriebsspannung der Ansteuereinrichtung 16 konvertiert wird. Dadurch kann die Betriebsspannung für die Ansteuereinrichtung 16 auch während des Kurzschließens der Generatoranschlüsse 3, 4 aus der von dem Photovoltaikmodul 2 bereitgestellten Photovoltaikspannung erzeugt werden.The Upward Voltage Converter 18 is dimensioned such that when switched through semiconductor switches 10 . 13 on the input terminals of the up-voltage converter applied forward voltage of the second semiconductor switch 13 in the operating voltage of the drive device 16 is converted. As a result, the operating voltage for the drive device 16 even during short-circuiting of the generator connections 3 . 4 from the of the photovoltaic module 2 provided photovoltaic voltage can be generated.

In 1 ist noch erkennbar, dass die Steuereingänge 11, 14 über einen Ableitwiderstand 19 mit dem zweiten Generatoranschluss 4 elektrisch leitend verbunden sind. Beim Schalten der Halbleiterschalter 10 können dadurch die elektrischen Ladungen schneller von den Steuereingängen 11, 14 bzw. deren Gate-Elektroden abgeleitet werden.In 1 is still recognizable that the control inputs 11 . 14 via a bleeder resistor 19 with the second generator connection 4 are electrically connected. When switching the semiconductor switch 10 This allows the electrical charges to be faster from the control inputs 11 . 14 or their gate electrodes are derived.

Parallel zu den Ausgangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters 18 ist ein als Superkondensator ausgestalteter elektrischer Energiespeicher 20 angeordnet, der die Betriebsspannung für die Ansteuereinrichtung 16 puffert. Mit Hilfe des Energiespeicher 20 kann die Betriebsspannung auch bei völliger Dunkelheit und kurzgeschlossenem Photovoltaikmodul 2 eine gewisse Zeitlang aufrecht erhalten werden.Parallel to the output terminals of the up-voltage converter 18 is designed as a supercapacitor electrical energy storage 20 arranged, the operating voltage for the drive device 16 buffers. With the help of energy storage 20 The operating voltage can also be used in complete darkness and a short-circuited photovoltaic module 2 be maintained for a while.

Parallel zum ersten Brückenzweig 7 ist ein Bypass-Widerstand 21 angeordnet ist. Dieser ist so dimensioniert, dass der Aufwärts-Spannungskonverter 18 an seinen Eingangsanschlüssen nachts aus dem Photovoltaikmodul 2 mit Spannung versorgt werden kann.Parallel to the first bridge branch 7 is a bypass resistor 21 is arranged. This is dimensioned so that the up-voltage converter 18 at its input terminals at night from the photovoltaic module 2 can be supplied with voltage.

Das in 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Überbrückungsvorrichtung 1' entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, jedoch mit dem Unterschied, dass in dem zweiten Brückenzweig 8 anstelle der aus dem zweiten Halbleiterschalter 13 und der zweiten Bodydiode bestehenden Anordnung eine Smart Bypass-Diode 22 (selbstschaltender MOSFET) angeordnet ist. Der Aufwärts-Spannungskonverter 18' ist derart dimensioniert ist, dass eine bei durchgeschaltetem Halbleiterschalter 10 an den Eingangsanschlüssen des Aufwärts-Spannungskonverters 18' anliegende Durchlassspannung in die Betriebsspannung der Ansteuereinrichtung 16 konvertierbar ist. Der Steuereingang 11 ist über den Ableitwiderstand 19 mit dem Knotenpunkt 9 verbunden.This in 3 shown second embodiment of the lock-up device 1' essentially corresponds to the embodiment according to 1 , but with the difference that in the second bridge branch 8th instead of the second semiconductor switch 13 and the second body diode existing arrangement, a smart bypass diode 22 (self-switching MOSFET) is arranged. The up-voltage converter 18 ' is dimensioned such that a switched-through semiconductor switch 10 at the input terminals of the up-voltage converter 18 ' applied forward voltage in the operating voltage of the drive device 16 is convertible. The control input 11 is above the bleeder resistor 19 with the node 9 connected.

Die 4 und 5 zeigen jeweils eine Überbrückungsvorrichtung 1'', 1''', die an jedes Photovoltaik-Modul 2 angeschlossen ist und die Eigenschaft hat, nach Erhalt eines Steuersignals, drahtgebunden oder drahtlos, das Photovoltaik-Modul 2 kurz zu schließen. Hierbei ist die Stromaufnahme sehr gering, so dass mit einem Energiespeicher der MOSFET mehrere Stunden bis Tage gesteuert werden kann. Um unabhängig von der Größe des Energiespeichers zu sein, wird hier eine Lösung vorgestellt, bei der sich der Energiespeicher im kurzgeschlossenen Zustand des Photovoltaik-Moduls 2 auflädt und dadurch die Limitierung der Betriebszeit des Kurzschlusses aufhebt. Dies geschieht dadurch, dass die an einem MOSFET abfallende Spannung mit einem Aufwärtswandler 18 (step-up converter) von wenigen mV zu einigen Volt transformiert wird und einen Energiespeicher 20 lädt (siehe 4).The 4 and 5 each show a lock-up device 1'' . 1''' to any photovoltaic module 2 is connected and has the property, after receiving a control signal, wired or wireless, the photovoltaic module 2 to close briefly. Here, the power consumption is very low, so that can be controlled with an energy storage MOSFET several hours to days. To be independent of the size of the energy storage, a solution is presented here, in which the energy storage device in the short-circuited state of the photovoltaic module 2 charges and thereby abolishes the limitation of the operating time of the short circuit. This is done by the voltage drop across a MOSFET with a boost converter 18 (Step-up converter) is transformed from a few mV to a few volts and an energy storage 20 loads (see 4 ).

Alternativ könnte das Aufladen des Energiespeichers 20 auch mithilfe einer Smart-Bypass-Diode 22 (selbstschaltender MOSFET) erfolgen, vgl. 5. Diese erzeugt periodische Spannungsimpulse von einigen 100 bis 800 Millivolt. Wodurch eine effizientere Aufwärtswandlung der Spannung mit einem Aufwärtswandler 18 erfolgt. Beide Ansätze ermöglichen den autarken Betrieb einer Abschaltvorrichtung.Alternatively, charging the energy storage could 20 also using a smart bypass diode 22 (self-switching MOSFET), cf. 5 , This generates periodic voltage pulses of several 100 to 800 millivolts. Thus, a more efficient up-conversion of the voltage with a boost converter 18 he follows. Both approaches allow the self-sufficient operation of a shutdown device.

Zusammenfassend ergibt sich eine Überbrückungsvorrichtung für einen Photovoltaikgenerator, welche Generatoranschlüsse für den Photovoltaikgenerator aufweist, die über mindestens einen Kurzschlusspfad miteinander verbunden sind, wobei in dem Kurzschlusspfad zumindest ein Halbleiterschalter angeordnet ist, der mit den Generatoranschlüssen in Reihe geschaltete, durch eine Halbleiterstrecke miteinander verbundene Laststromanschlüsse und einen Steuereingang hat, an den eine Steuerspannung anlegbar ist, mittels welcher die Halbleiterstrecke in eine Offen- und eine Schließstellung bringbar ist, wobei die Laststromanschlüsse mit Eingangsanschlüssen eines Aufwärts-Spannungskonverters verbunden sind, und wobei Ausgangsanschlüsse des Aufwärts-Spannungskonverters mit Stromversorgungsanschlüssen einer Ansteuereinrichtung verbunden sind, die mit dem Steuereingang in Steuerverbindung steht. In dem Kurzschlusspfad kann auch eine Diode angeordnet sein, deren Diodenanschlüsse mit Eingangsanschlüssen eines Aufwärts-Spannungskonverters verbunden sind, und wobei Ausgangsanschlüsse des Aufwärts-Spannungskonverters mit Stromversorgungsanschlüssen einer Ansteuereinrichtung verbunden sind, die mit dem Steuereingang in Steuerverbindung steht.In summary, there is a bridging device for a photovoltaic generator, which has generator connections for the photovoltaic generator, which are interconnected via at least one short circuit path, wherein in the short circuit path at least one semiconductor switch is arranged, connected to the generator terminals in series, interconnected by a semiconductor link load current terminals and a control input to which a control voltage can be applied, by means of which the semiconductor path can be brought into an open and a closed position, wherein the load current terminals are connected to input terminals of an up-voltage converter, and wherein output terminals of the up-voltage converter are connected to power supply terminals of a drive means which is in control connection with the control input. A diode may also be arranged in the short-circuit path, the diode terminals of which are connected to input terminals of an up-voltage converter, and output terminals of the up-voltage converter are connected to power supply terminals of a drive means in control connection with the control input.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

GB 2480015 [0002]

Claims

Lock-up device ( 1 . 1'' ) for at least one photovoltaic module ( 2 ), the generator connections for the at least one photovoltaic module ( 2 ), which via a short-circuit path ( 6 ), wherein in the short circuit path ( 6 ) a semiconductor path of a semiconductor switch ( 10 . 13 ), which has a control input ( 11 . 14 ), which in such a way with a drive device ( 16 ) in control connection is that the semiconductor path in dependence on one of the drive device ( 16 ) can be brought into the open and the closed position, characterized in that the short-circuit path ( 6 ) is designed as a half-bridge, the at least one first bridge branch ( 7 ) and a second bridge branch connected in series therewith ( 8th ), that the first bridge branch ( 7 ) between a first generator terminal ( 3 ) and a node ( 9 ) and the second bridge branch ( 8th ) between the node ( 9 ) and a second generator connection ( 4 ), that each bridge pointer ( 7 . 8th ) each have at least one semiconductor metal oxide semiconductor field effect transistor designed as a semiconductor switch ( 10 . 13 ) associated with one in the bridge branch ( 7 . 8th ) arranged semiconductor track and one with the drive device ( 16 ) in control connection control input ( 11 . 14 ) for controlling the semiconductor path, that the bridging device ( 1 . 1'' ) an up-voltage converter ( 18 ) with its input terminals parallel to one of the bridge branches ( 8th ) and with its output terminals with operating voltage terminals of the drive device ( 16 ) and dimensioned such that when switched through semiconductor switches ( 10 . 13 ) at the input terminals of the up-voltage converter ( 18 ) applied forward voltage of a semiconductor switch ( 13 ) in one for operation of the control device ( 16 ) suitable operating voltage is convertible.

Lock-up device ( 1 . 1'' ) according to claim 1, characterized in that the first control input ( 11 ) and / or the second control input ( 14 ) via an ohmic bleeder resistor ( 19 ) with a generator connection ( 3 . 4 ) or the node ( 9 ) is electrically connected.

Lock-up device ( 1 . 1'' ) according to claim 1 or 2, characterized in that at least that at the inputs of the up-voltage converter ( 18 ) arranged semiconductor switch ( 13 ) a body diode ( 15 ), that the bridging device ( 1 . 1'' ) in addition to a first up-voltage converter ( 18 ) has a second step-up voltage converter with its input terminals parallel to those of the first step-up voltage converter ( 18 ) is arranged and with its output terminals to the operating voltage terminals of the drive device ( 16 ), and in that the second step-up voltage converter is dimensioned such that when the semiconductor switches ( 10 . 13 ) at the input terminals of the up-voltage converters ( 18 ) applied forward voltage of the body diode ( 15 ), which is higher than the forward voltage of the parallel to the body diode ( 15 ) arranged semiconductor switch ( 13 ) into which the control device ( 16 ) suitable operating voltage is convertible.

Lock-up device ( 1 . 1'' ) for at least one photovoltaic module ( 2 ), the generator connections for the at least one photovoltaic module ( 2 ), which via a short-circuit path ( 6 ), wherein in the short circuit path ( 6 ) a semiconductor path of a semiconductor switch ( 10 ), which has a control input ( 11 ), which in such a way with a drive device ( 16 ) in control connection is that the semiconductor path in dependence on one of the drive device ( 16 ) can be brought into the open and the closed position, characterized in that the short-circuit path ( 6 ) is designed as a half-bridge, the at least one first bridge branch ( 7 ) and a second bridge branch connected in series therewith ( 8th ), that the first bridge branch ( 7 ) between a first generator terminal ( 3 ) and a node ( 9 ) and the second bridge branch ( 8th ) between the node ( 9 ) and a second generator connection ( 4 ) is arranged such that the semiconductor switch ( 10 ) is formed as a metal-oxide-semiconductor field effect transistor whose semiconductor path in the first bridge branch ( 7 ) is arranged such that in the second bridge branch ( 8th ) a smart bypass diode ( 22 ) arranged for one in the short circuit path ( 6 ) flowing short-circuit current is permeable, that the bridging device ( 1' . 1''' ) an up-voltage converter ( 18 ' ) with its input terminals parallel to one of the bridge branches ( 8th ) and with its output terminals with operating voltage terminals of the drive device ( 16 ), that the up-voltage converter ( 18 ' ) is dimensioned such that a switched-through semiconductor switch ( 10 ) at the input terminals of the up-voltage converter ( 18 ' ) applied forward voltage in a for the operation of the control device ( 16 ) suitable operating voltage is convertible.

Lock-up device ( 1' . 1''' ) according to claim 4, characterized in that parallel to the smart bypass diode ( 22 ) at least one further smart bypass diode in the short circuit path ( 6 ) is arranged.

Lock-up device ( 1 . 1' . 1'' . 1''' ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive means a capacitor or the like electrical energy storage ( 20 ) connected to the output terminals of the boost voltage converter ( 18 . 18 ' ) connected is.

Lock-up device ( 1 . 1' . 1'' . 1''' ) according to claims 1 to 6, characterized in that the up-voltage converter ( 18 . 18 ' ) with its input terminals parallel to the second bridge branch ( 8th ) is arranged.

Lock-up device ( 1 . 1' . 1'' . 1''' ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that parallel to the first bridge branch ( 7 ) an ohmic bypass resistor ( 21 ) is arranged.

Lock-up device ( 1 . 1' ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the drive device ( 16 ) for receiving the control signal a radio receiver ( 17 ) connected to the input for the control signal.