DE102014101406A1

DE102014101406A1 - Control device and method for operating a photovoltaic system

Info

Publication number: DE102014101406A1
Application number: DE102014101406.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hattert; Jan Bader
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage, aufweisend mindestens einen Photovoltaikgenerator (10), der mit einer Verstelleinrichtung (14) zur Einstellung einer geographischen Ausrichtung (φ) des Photovoltaikgenerators (10) gekoppelt ist, und der mit mindestens einem elektrischen Energiewandler verbunden ist, über den ein elektrischer Arbeitspunkt des Photovoltaikgenerators (10) einstellbar ist, wobei – in einem ersten Betriebszustand bei einer ersten geographischen Ausrichtung (φ1) und bei einem ersten elektrischen Arbeitspunkt eine erste Leistung (P1) in ein Energieversorgungsnetz (40) eingespeist wird und – in einem zweiten Betriebszustand eine von der ersten Leistung (P1) abweichende zweite Leistung (P2) bei einer zweiten geographischen Ausrichtung (φ2) in das Energieversorgungsnetz (40) eingespeist wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Wechsel von dem ersten in den zweiten Betriebszustand eine Änderung der von der Photovoltaikanlage eingespeisten Leistung (P) von der ersten Leistung (P1) zu der zweiten Leistung (P2) in einem ersten Teilschritt dadurch erfolgt, dass der elektrische Arbeitspunkt des Photovoltaikgenerators (10) durch den elektrischen Energiewandler verändert wird, und dass in einem zweiten Teilschritt der Photovoltaikgenerator (10) durch die Verstelleinrichtung (14) in seiner geographische Ausrichtung (φ) zur Sonne verändert wird, bis der Photovoltaikgenerator (10) in dem zweiten Betriebszustand bei der zweiten geographischen Ausrichtung (φ2) und bei einem zweiten elektrischen Arbeitspunkt arbeitet, wobei eine sich durch die Veränderung der geographische Ausrichtung (φ) ändernde Leistungscharakteristik des Photovoltaikgenerators (10) durch ein Nachführen des elektrischen Arbeitspunkts des Photovoltaikgenerators (10) bis in den zweiten elektrischen Arbeitspunkt zumindest teilweise kompensiert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuervorrichtung für eine Photovoltaikanlage zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a photovoltaic system, comprising at least one photovoltaic generator (10) which is coupled to an adjusting device (14) for setting a geographical orientation (φ) of the photovoltaic generator (10), and which is connected to at least one electrical energy converter , via which an electrical operating point of the photovoltaic generator (10) is adjustable, wherein - in a first operating state at a first geographical orientation (φ1) and at a first electrical operating point, a first power (P1) is fed into a power grid (40) and in a second operating state, a second power (P2) deviating from the first power (P1) is fed into the energy supply network (40) at a second geographical orientation (φ2). The method is characterized in that, when changing from the first to the second operating state, a change in the power (P) fed from the photovoltaic system from the first power (P1) to the second power (P2) takes place in a first sub-step, that the electrical operating point of the photovoltaic generator (10) is changed by the electric energy converter, and that in a second substep of the photovoltaic generator (10) by the adjusting device (14) in its geographical orientation (φ) is changed to the sun until the photovoltaic generator (10 ) operates in the second operating state at the second geographical orientation (φ2) and at a second electrical operating point, wherein a changing by the change of the geographical orientation (φ) power characteristics of the photovoltaic generator (10) by tracking the electrical operating point of the photovoltaic generator (10 ) until the second elek trical operating point is at least partially compensated. The invention further relates to a control device for a photovoltaic system for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage, die mindestens einen Photovoltaikgenerator aufweist, der mit einer Verstelleinrichtung zur Einstellung seiner geografischen Ausrichtung gekoppelt ist. Die Photovoltaikanlage weist weiterhin mindestens einen elektrischen Energiewandler auf, mit dem der Photovoltaikgenerator verbunden ist und über den ein elektrischer Arbeitspunkt des Photovoltaikgenerators einstellbar ist. In einem ersten Betriebszustand des Photovoltaikgenerators wird bei einer ersten geografischen Ausrichtung und bei einem ersten elektrischen Arbeitspunkt eine erste Leistung in ein Energieversorgungsnetz eingespeist. In einem zweiten Betriebszustand wird eine von der ersten Leistung abweichende zweite Leistung bei einer zweiten geografischen Ausrichtung in das Energieversorgungsnetz eingespeist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuervorrichtung für eine Photovoltaikanlage, die zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignet ist. The invention relates to a method for operating a photovoltaic system, which has at least one photovoltaic generator, which is coupled to an adjusting device for adjusting its geographical orientation. The photovoltaic system further comprises at least one electrical energy converter, with which the photovoltaic generator is connected and via which an electrical operating point of the photovoltaic generator is adjustable. In a first operating state of the photovoltaic generator, a first power is fed into a power supply network at a first geographical orientation and at a first electrical operating point. In a second operating state, a second power deviating from the first power is fed into the energy supply network in a second geographic orientation. The invention further relates to a control device for a photovoltaic system, which is suitable for carrying out said method.

Die zunehmende Verbreitung von Photovoltaikanlagen, nachfolgend abkürzend PV-Anlagen genannt, beispielsweise in Form von Dachanlagen oder auch als Freifeldanlagen, sowie von Windenergiegeneratoren führt zu einem unsteten und im voraus nur bedingt kalkulierbaren Angebot an Energie in öffentlichen Energieversorgungsnetzen. Es können dabei Situationen auftreten, in denen kurzfristig mehr Energie zur Verfügung steht, als benötigt wird und als das Energieversorgungsnetz aufnehmen kann. Umgekehrt kann zumindest lokal oder regional kurzfristig weniger Energie bereitstehen, als benötigt wird. The increasing use of photovoltaic systems, abbreviated to PV systems below, for example in the form of roof systems or as free-field systems, as well as wind energy generators leads to an unstable and in advance only conditionally calculable supply of energy in public energy supply networks. There may be situations in which more energy is available in the short term than is needed and can be absorbed by the energy supply network. Conversely, at least locally or regionally, less energy can be available in the short term than is needed.

Da in das Energieversorgungsnetz einspeisende große konventionelle Kraftwerke nicht oder nur sehr eingeschränkt und mit langen Vorlaufzeiten regelbar sind, besteht vielerorts die Anforderung an PV-Anlagen, ihre eingespeiste Leistung auf Aufforderung kurzfristig ändern zu können. Since in the power grid feeding large conventional power plants are not or only very limited and adjustable with long lead times, there is the requirement in many places for PV systems to change their power fed promptly upon request.

In Deutschland zum Beispiel schreiben die gültigen Mittel- und Niederspannungsrichtlinien vor, dass eine Abregelung von PV-Generatoren bestimmter Leistungsklassen möglich sein muss. Abregelung bedeutet in diesem Fall, dass eine kleinere Leistung eingespeist wird als aufgrund der Sonneneinstrahlung und der Auslegung des PV-Generators aktuell möglich wäre. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass von einem Energieversorgungsunternehmen (EVU), das das Energieversorgungsnetz bereitstellt und/oder betreut, eine Aufforderung zur Abregelung der PV-Anlage übermittelt wird. In Reaktion auf eine solche Abregelungsaufforderung wird die eingespeiste Leistung der PV-Anlage reduziert. Zur Übermittlung einer expliziten Abregelungsaufforderung sind beispielsweise elektronische Kommunikationssysteme, mit denen die PV-Anlage in Verbindung steht, bekannt. Auch ist die Übermittlung eines Regelsignals über das Energieversorgungsnetz selbst als sogenanntes Rundsteuersignal bekannt. Neben der geschriebenen explizit übermittelten Abregelungsaufforderung kann eine Abregelung auch auf Basis einer gesondert getroffen Vereinbarung und/oder Regel erfolgen, beispielsweise das regelmäßig Leistungsspitzen um die Mittagszeit für eine bestimmte Zeitdauer um einen bestimmten Prozentsatz gekappt werden. Des Weiteren ist es möglich, eine PV-Anlage in Abhängigkeit der Frequenz der Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes abzuregeln. In diesem Fall ist eine sogenannte Frequenzstatik innerhalb einer Steuerung der PV-Anlage hinterlegt, die einen Prozentsatz der maximal verfügbaren Leistung definiert, der bei der jeweiligen Frequenz der Wechselspannung in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden darf. In Germany, for example, the valid medium and low voltage guidelines stipulate that a reduction of PV generators of certain power classes must be possible. Down regulation in this case means that a smaller power is fed in than would be currently possible due to the solar radiation and the design of the PV generator. For this purpose, it may be provided, for example, that a request for the regulation of the PV system is transmitted by an energy supply company (RU) that provides and / or manages the energy supply network. In response to such a control request, the injected power of the PV system is reduced. To transmit an explicit Abregelungsaufforderung example, electronic communication systems with which the PV system is in communication known. Also, the transmission of a control signal via the power grid itself is known as a so-called ripple control signal. In addition to the written explicitly requested Abregelungsaufforderung can also be done on the basis of a separately made agreement and / or rule, for example, the regular peak performance at noon for a certain period of time by a certain percentage be capped. Furthermore, it is possible to regulate a PV system as a function of the frequency of the AC voltage of the power supply network. In this case, a so-called frequency static is stored within a control of the PV system, which defines a percentage of the maximum available power that may be fed into the power grid at the respective frequency of the AC voltage.

Die Fähigkeit einer PV-Anlage, auf Anfrage hin ihre Leistung reduzieren zu können, wird auch als Bereitstellung negativer Regelleistung bezeichnet. Neben der negativen Regelleistung, die eine Verringerung der eingespeisten Leistung von einer Grundleistung darstellt, ist auch eine positive Regelleistung definiert, die die Fähigkeit bezeichnet, auf Aufforderung eine gegenüber der Grundleistung zumindest zeitweise erhöhte Leistung in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Als Grundleistung ist dabei diejenige Leistung anzusehen, die die PV-Anlage aktuell und ohne Ab- oder Aufregelaufforderung einspeist. Bei einer Bereitstellung von negativer Regelleistung kann die Grundleistung der PV-Anlage auch ihre maximal mögliche Einspeiseleistung sein. Hingegen bedingt eine Bereitstellung positiver Regelleistung automatisch, dass die PV-Anlage bei Einspeisung der Grundleistung in einem Zustand unterhalb ihrer aktuell maximal möglichen Einspeiseleistung betrieben wird. Dies gilt insbesondere für eine PV-Anlage, die ohne Energiezwischenspeicher ausgerüstet ist. Da die Energieversorgungsunternehmen positive ebenso wie negative Regelleistung in ihren Systemen benötigen, um das Energieversorgungsnetz zu stabilisieren, honorieren sie die Bereitstellung von positiver ebenso wie negativer Regelleistung durch die Betreiber von PV-Anlagen, um die Betreiber für den Ausfall von ansonsten vergüteter eingespeister Leistung zu kompensieren. The ability of a PV system to reduce its power on demand is also referred to as providing negative control power. In addition to the negative control power, which represents a reduction of the input power from a basic power, also a positive control power is defined, which means the ability to feed on demand at least temporarily increased power compared to the basic power in the power grid. The basic service is the power that the PV system feeds in up-to-date and without any request or cancellation request. In the case of a provision of negative control power, the basic power of the PV system may also be its maximum possible feed-in power. On the other hand, a provision of positive control power automatically means that the PV system is operated in a state below its currently maximum possible feed-in power when the basic power is fed in. This is especially true for a PV system that is equipped without intermediate energy storage. As utilities need both positive and negative balancing power in their systems to stabilize the power grid, they reward the provision of both positive and negative control power by PV system operators to compensate operators for the loss of otherwise compensated injected power ,

Aus der Druckschrift DE 10 2011 054 971 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer PV-Anlage bekannt, durch das über die PV-Anlage sowohl positive als auch negative dynamische Regelleistung bereitgestellt werden kann. Bei diesem Verfahren wird der PV-Generator im Grundzustand in einem Arbeitspunkt betrieben, in dem er eine gegenüber seinem Arbeitspunkt maximaler Leistung (MPP – maximum power point) reduzierte elektrische Leistung abgibt. Durch Verschiebung des Arbeitspunktes in Richtung des MPP kann die abgegebene Leistung auf Anforderung kurzfristig dynamisch erhöht werden (positive Regelleistung), durch Verschieben vom MPP weg kann die eingespeiste Leistung verringert werden (negative Regelleistung). From the publication DE 10 2011 054 971 A1 A method for controlling a PV system is known, by means of which both positive and negative dynamic control power can be provided via the PV system. In this method, the PV generator is operated in the ground state at an operating point in which it delivers a reduced power compared to its maximum power point (MPP) electrical power. By shifting the operating point in the direction of the MPP, the power output can Requirement can be increased dynamically in the short term (positive control power), by moving away from the MPP, the fed-in power can be reduced (negative control power).

Auch die Druckschrift US 8,346,400 B2 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Leistungsregelung einer PV-Anlage. Gemäß dieser Druckschrift ist eine Änderung der von dem PV-Generator abgegebenen und in das Energieversorgungsnetz eingespeisten Leistung entweder durch eine Veränderung des elektrischen Arbeitspunktes des PV-Generators möglich, oder dadurch, dass die Ausrichtung von zumindest einem Teil des Photovoltaikgenerators gegenüber der Sonne geändert wird. Zur aktiven Änderung der geografischen Ausrichtung des Photovoltaikgenerators werden sogenannte Verstelleinrichtungen, auch Solar-Tracker genannt, eingesetzt, die üblicherweise dazu dienen, die Ausrichtung der PV-Generatoren im Hinblick auf den Sonnenstand zu optimieren, um eine möglichst große Energieausbeute zu erzielen. Gemäß der genannten Druckschrift US 8,346,400 B2 können die Verstelleinrichtungen jedoch auch genutzt werden, um PV-Generatoren gezielt in einen nicht optimalen Einstellwinkel gegenüber der Sonneneinstrahlungsrichtung zu drehen und so die eingespeiste Leistung gegenüber der maximal möglichen einspeisbaren Leistung zu reduzieren. Also the publication US 8,346,400 B2 describes a method and a system for power control of a PV system. According to this document, a change of the output from the PV generator and fed into the power grid power either by changing the electrical operating point of the PV generator is possible, or in that the orientation of at least a part of the photovoltaic generator is changed from the sun. To actively change the geographic orientation of the photovoltaic generator so-called adjustment, also called solar tracker, used, which are usually used to optimize the orientation of the PV generators with respect to the position of the sun, in order to achieve the highest possible energy yield. According to the cited document US 8,346,400 B2 However, the adjustment can also be used to selectively rotate PV generators in a non-optimal setting with respect to the direction of sunlight and so reduce the power fed to the maximum possible feedable power.

Eine Verminderung der eingespeisten Leistung durch Verändern des elektrischen Arbeitspunktes des PV-Generators kann durch Erhöhen der Spannung des PV-Generators (PV-Spannung) in Richtung seiner Leerlaufspannung erfolgen oder durch Erhöhen des gelieferten Stroms des PV-Generators in Richtung des Kurzschlussstroms. Bei einer Leistungsverringerung durch Erhöhung der PV-Spannung werden jedoch der PV-Generator selbst, als auch ihm nachgeschaltete elektronische Komponenten, beispielsweise der Energiewandler, aufgrund der höheren anliegenden Spannungen stärker belastet und altern unter Umständen schneller. Auch eine Reduktion der Leistung durch Erhöhen des Stroms bei Verringerung der Photovoltaikspannung führt zu einer stärkeren Belastung, insbesondere des nachgeschalteten Energiewandlers. Zudem ist ist in beiden Fällen zu berücksichtigen, dass im Einspeisebetrieb ein Spannungsfenster eines DC-Zwischenkreises des Energiewandlers definiert durch eine minimal erlaubte, wie auch eine maximal erlaubte Spannung nicht verlassen werden darf. So ist bei Unterschreiten der minimal erlaubten Spannung des DC-Zwischenkreises eine Einspeisung in das Energieversorgungsnetz nicht mehr möglich, während bei Überschreiten der maximal erlaubten Spannung des DC-Zwischenkreises elektronische Komponenten des Energiewandlers – beispielsweise Zwischenkreiskondensatoren und/oder Halbleiter-Schaltelemente – geschädigt werden können. Je nach Lage des aktuellen Arbeitspunktes des PV-Generators kann es somit sein, dass zur Abregelung der PV-Anlage unter Berücksichtigung des erlaubten Spannungsfensters des DC-Zwischenkreises nur ein eingeschränkter Bereich zur Verfügung steht. Beispielsweise kann eine Abregelung der PV-Anlage unter Vergrößerung der Spannung des DC-Zwischenkreises nur bis zur maximal erlaubten Spannung des DC-Zwischenkreises erfolgen. Dies muss jedoch nicht notwendigerweise der gewünschten Abregelung entsprechen. Ein derartiger Zustand kann insbesondere bei PV-Anlagen auftreten, deren PV-Generator relativ zur Nominalleistung des jeweiligen Energiewandlers überdimensioniert ist. A reduction of the injected power by changing the electrical operating point of the PV generator can be done by increasing the voltage of the PV generator (PV voltage) in the direction of its open circuit voltage or by increasing the supplied current of the PV generator in the direction of the short-circuit current. However, with a reduction in power by increasing the PV voltage, the PV generator itself, as well as downstream electronic components, such as the energy converter, are more heavily loaded due to the higher applied voltages and may age faster. Also, a reduction of the power by increasing the current with reduction of the photovoltaic voltage leads to a higher load, in particular of the downstream energy converter. In addition, it must be taken into account in both cases that in feed-in mode a voltage window of a DC intermediate circuit of the energy converter defined by a minimum allowed, as well as a maximum permitted voltage must not be left. So when falling below the minimum allowable voltage of the DC link an injection into the power grid is no longer possible while exceeding the maximum allowable voltage of the DC link electronic components of the power converter - such as DC link capacitors and / or semiconductor switching elements - can be damaged. Depending on the position of the current operating point of the PV generator, it may therefore be that only a limited range is available for the regulation of the PV system taking into account the permitted voltage window of the DC link. For example, a reduction of the PV system by increasing the voltage of the DC link only to the maximum allowable voltage of the DC link. However, this does not necessarily correspond to the desired reduction. Such a state can occur in particular in PV systems whose PV generator is oversized relative to the nominal power of the respective energy converter.

Bei einer Änderung der eingespeisten Leistung durch Veränderung der geografischen Ausrichtung des PV-Generators treten diese Nachteile nicht auf, jedoch ist die (mechanische) Verstelleinrichtung zur Einstellung der geografischen Ausrichtung üblicherweise relativ träge, so dass einer Ab- bzw. Aufregelaufforderung nicht oder zumindest nur eingeschränkt mit der von den Energieversorgungsunternehmen geforderten Schnelligkeit nachgekommen werden kann. When changing the power fed by changing the geographic orientation of the PV generator, these disadvantages do not occur, but the (mechanical) adjustment device for adjusting the geographical orientation is usually relatively sluggish, so that a suspension or Aufregelaufforderung not or at least only limited can be met with the speed demanded by the utility companies.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Betreiben einer PV-Anlage zu schaffen, mit dem ein Wechsel von einer ersten zu einer zweiten eingespeisten Leistung möglichst schnell erfolgen kann, ohne das Komponenten der PV-Anlage dabei dauerhaft Belastungen aufgrund einer hohen Photovoltaikspannung und/oder einem hohen Photovoltaikstrom ausgesetzt sind. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Steuereinrichtung für eine PV-Anlage bereitzustellen, mit der dieses Verfahren umgesetzt werden kann. It is therefore an object of the present invention to provide a method of the type mentioned for operating a PV system, with which a change from a first to a second input power can be done as quickly as possible without the components of the PV system permanently Loads are exposed due to a high photovoltaic voltage and / or a high photovoltaic current. It is a further object to provide a controller for a PV system with which this method can be implemented.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren bzw. eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a method or a control device having the features of the respective independent claim. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt bei einem Wechsel von dem ersten in den zweiten Betriebszustand eine Änderung der von der PV-Anlage eingespeisten Leistung von der ersten Leistung zu der zweiten Leistung in einem ersten Teilschritt dadurch, dass der elektrische Arbeitspunkt des PV-Generators durch den elektrischen Energiewandler verändert wird. Dann wird in einem zweiten Teilschritt der PV-Generator durch die Verstelleinrichtung in seiner geographischen Ausrichtung zur Sonne verändert, bis der PV-Generator in dem zweiten Betriebszustand bei der zweiten geographischen Ausrichtung und in einem zweiten elektrischen Arbeitspunkt arbeitet, wobei eine sich durch die Veränderung der geographischen Ausrichtung ändernde Leistungscharakteristik des PV-Generators durch ein Nachführen des elektrischen Arbeitspunkts des PV-Generators bis in den zweiten elektrischen Arbeitspunkt zumindest teilweise kompensiert wird. In a method according to the invention, when changing from the first to the second operating state, a change in the power fed from the PV system from the first power to the second power in a first substep is achieved by the electrical operating point of the PV generator being controlled by the electrical power Energy converter is changed. Then, in a second partial step, the PV generator is changed by the adjusting device in its geographic orientation to the sun, until the PV generator operates in the second operating state at the second geographical orientation and at a second electrical operating point, which is due to the change of geographic orientation changing performance of the PV generator by tracking the electrical operating point of the PV Generator is at least partially compensated to the second electrical operating point.

Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert somit bei dem Wechsel von der ersten eingespeisten Leistung zur zweiten eingespeisten Leistung die vorteilhaft schnell durchführbare Leistungsveränderung durch Veränderung des elektrischen Arbeitspunkts des PV-Generators mit der langsameren Veränderung der eingespeisten Leistung durch Änderung der geografischen Ausrichtung des PV-Generators. In dem ersten Teilschritt wird die Leistung durch ein Verschieben des elektrischen Arbeitspunkts des PV-Generators, wie gefordert, schnell variiert. In einem nachfolgenden zweiten Teilschritt wird durch Verändern der geografischen Ausrichtung des PV-Generators die Einstrahlungsbedingung auf den PV-Generator geändert. Damit verändert sich die Leistungscharakteristik des PV-Generators, also beispielsweise seine Leistungs-Spannungskurve. Ohne weitere Maßnahmen würde dieses wiederum zu einer Veränderung der eingespeisten Leistung führen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch während der Änderung der geografischen Ausrichtung des PV-Generators der elektrische Arbeitspunkt so verschoben, dass die Auswirkung des Veränderns der geografischen Ausrichtung auf die eingespeiste Leistung zumindest teilweise kompensiert wird. Die eingespeiste Leistung kann so beispielsweise bei der gewünschten zweiten Leistung konstant gehalten werden. The inventive method thus combines in the change from the first injected power to the second power fed advantageous advantageous fast-performing power change by changing the electrical operating point of the PV generator with the slower change in the power fed by changing the geographic orientation of the PV generator. In the first substep, the power is quickly varied by shifting the electrical operating point of the PV generator as required. In a subsequent second substep, changing the geographic orientation of the PV generator changes the irradiation condition to the PV generator. This changes the performance of the PV generator, for example, its power-voltage curve. Without further action, this would in turn lead to a change in the feed-in power. However, in the method according to the invention, during the change in the geographic orientation of the PV generator, the electrical operating point is shifted so as to at least partially compensate for the effect of changing the geographic orientation to the injected power. The fed-in power can thus be kept constant, for example, at the desired second power.

Es kann im zweiten Teilschritt vorgesehen sein, die Auswirkungen des Veränderns der geografischen Ausrichtung zu jedem Zeitpunkt während der Durchführung des zweiten Teilschritts durch die Verschiebung des elektrischen Arbeitspunktes so exakt wie möglich zu kompensieren. Unter Umständen gelingt dies jedoch z.B. aufgrund von Regelabweichungen nicht oder ist auch nicht gewünscht, beispielsweise weil sich die Einstrahlungsintensität z.B. durch einen Wolkenzug während der Durchführung des zweiten Teilschritts ändert. In jedem Fall bewirkt im zweiten Teilschritt die Verschiebung des elektrischen Arbeitspunktes eine anteilige Leistungsänderung, die gegenläufig zur anteiligen Leistungsänderung des Veränderns der geographischen Ausrichtung des PV-Generators ist. In diesem Sinne ist unter einem teilweisen Kompensieren ein zumindest gegenläufiger Einfluss des Veränderns der geographischen Ausrichtung einerseits und des elektrischen Arbeitspunktes andererseits zu verstehen. It may be provided in the second sub-step to compensate for the effects of changing the geographic orientation at any time during the implementation of the second sub-step by the displacement of the electrical operating point as accurately as possible. However, this may be possible, e.g. due to control deviations is not or is not desired, for example because the irradiation intensity, e.g. through a cloud of clouds during the implementation of the second substep changes. In any case, in the second sub-step, the shift of the electrical operating point causes a proportional change in power, which is opposite to the proportionate power change of changing the geographic orientation of the PV generator. In this sense, a partial compensation is to be understood as an at least opposing influence of changing the geographical orientation on the one hand and the electrical operating point on the other hand.

Die Verstellung der geografischen Ausrichtung wird solange durchgeführt, bis der elektrische Arbeitspunkt den Wert eines zweiten gewünschten Arbeitspunkts angenommen hat. Dieser kann gleich dem ursprünglichen ersten Arbeitspunkt sein, muss es aber nicht. Durch die Veränderung der geographischen Ausrichtung kann der PV-Generator trotz der zur schnellen Leistungsänderung zunächst vorgenommenen Arbeitspunktänderung langfristig im gewünschten zweiten Arbeitspunkt betrieben werden. Der zweite Arbeitspunkt kann beispielsweise bei einer niedrigeren PV-Spannung liegen als unmittelbar nach der Leistungsänderung, was sich positiv auf die Lebensdauer der PV-Anlage auswirkt. Weiterhin ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, schon bei Erfüllen einer ersten Regelaufforderung seitens des Energieversorgungsunternehmens dafür zu sorgen, dass bei einer potentiell danach folgenden zweiten Regelaufforderung ebenfalls ein ausreichender Bereich zur Änderung der PV-Generatorspannung und damit ein ausreichend großer Bereich zur Leistungsänderung für eine weitere Auf- bzw. Abregelung der PV-Anlage zur Verfügung steht. The adjustment of the geographical orientation is carried out until the electrical operating point has assumed the value of a second desired operating point. This can be the same as the original first working point, but it does not have to be. By changing the geographical orientation of the PV generator can be operated in the long term at the desired second operating point despite the initial change in operating power for rapid power change. For example, the second operating point may be at a lower PV voltage than immediately after the power change, which has a positive effect on the life of the PV system. Furthermore, it is possible by the inventive method, even when fulfilling a first rule request from the power company to ensure that at a potentially subsequent second rule request also a sufficient range for changing the PV generator voltage and thus a sufficiently large range for power change for a further up or down control of the PV system is available.

Das Verfahren kann für verschiedene Änderungen der Betriebszustände einer PV-Anlage verwendet werden. Beispielsweise kann das Verfahren der Bereitstellung von negativer Regelleistung dienen, indem die zweite Leistung kleiner als die erste Leistung gewählt wird und der Wechsel von der ersten auf die zweite Leistung in Reaktion auf eine Abregelungsaufforderung hin durchgeführt wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren zur Bereitstellung von positiver Regelleistung eingesetzt werden, indem die erste Leistung kleiner als die zweite Leistung gewählt wird. Der Wechsel von dem ersten in den zweiten Betriebszustand erfolgt dann als Reaktion auf eine Aufregelaufforderung. The method can be used for various changes in the operating states of a PV system. For example, the method may be to provide negative control power by selecting the second power less than the first power and performing the change from the first to the second power in response to a trim request. In a further advantageous embodiment, the method for providing positive control power can be used by selecting the first power less than the second power. The change from the first to the second operating state is then in response to a Aufregelaufforderung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die geographische Ausrichtung des PV-Generators bereits während der Durchführung des ersten Teilschritts verändert. Da ein Verstellen der Ausrichtung des PV-Generators relativ träge ist, kann Zeit für das Gesamtverfahren eingespart werden, wenn mit dem Verstellen der Ausrichtung des PV-Generators schon möglichst frühzeitig begonnen wird und insbesondere nicht abgewartet wird, bis der erste Teilschritt vollständig beendet ist. So kann beispielsweise zusätzlich zum zweiten Teilschritt auch schon im ersten Teilschritt ein Verstellen der Ausrichtung des PV-Generators vorgenommen werden. Dieses kann somit das Verstellen der Ausrichtung des PV-Generators im zweiten Teilschritt unterstützen und insbesondere zeitlich abkürzen, wodurch der gesamte Zeitaufwand zur Durchführung des Verfahrens minimiert wird. In an advantageous embodiment of the method, the geographic orientation of the PV generator is already changed during the implementation of the first substep. Since adjusting the orientation of the PV generator is relatively sluggish, time can be saved for the overall process if the adjustment of the orientation of the PV generator is started as early as possible and, in particular, is not awaited until the first substep is completely completed. For example, in addition to the second sub-step, an adjustment of the orientation of the PV generator can also be carried out in the first sub-step. This can thus support the adjustment of the orientation of the PV generator in the second partial step and in particular shorten in time, whereby the total time required for performing the method is minimized.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist der erste und/oder der zweite elektrische Arbeitspunkt ein Punkt maximaler Leistung bei der jeweiligen geographischen Ausrichtung. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste und/oder der zweite elektrische Arbeitspunkt abseits des Punktes maximaler Leistung bei der jeweiligen geographischen Ausrichtung ist, derart, dass von der PV-Anlage in dem ersten und/oder in dem zweiten elektrischen Arbeitspunkt eine schnell abrufbare positive Regelleistung vorgehalten wird. In an advantageous embodiment of the method, the first and / or the second electrical operating point is a point of maximum power at the respective geographical orientation. However, it is also possible that the first and / or the second electrical operating point is away from the point of maximum power at the respective geographical orientation, such that of the PV system in the first and / or in the second electrical operating point a fast-retrievable positive control power is maintained.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Photovoltaikspannung des PV-Generators während des Nachführens des elektrischen Arbeitspunkts des PV-Generators beim Verändern der geographischen Ausrichtung verringert. Auf diese Weise werden der PV-Generator und ein an den PV-Generator angeschlossener Energiewandler, z. B. ein Wechselrichter, langfristig, z.B. auch im abgeregelten Zustand, materialschonend und lebensdauererhöhend bei einer möglichst niedrigen Photovoltaikspannung betrieben. In an advantageous embodiment of the method, a photovoltaic voltage of the PV generator is reduced during the tracking of the electrical operating point of the PV generator when changing the geographical orientation. In this way, the PV generator and a connected to the PV generator energy converter, z. An inverter, long term, e.g. also in the regulated state, material-saving and life-time-increasing with the lowest possible photovoltaic voltage.

Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine PV-Anlage der eingangs genannten Art weist eine mit dem Energiewandler verbundene Arbeitspunktsteuerung und eine mit der Verstelleinrichtung gekoppelte Ausrichtungssteuerung auf. Die Steuervorrichtung ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche eingerichtet, wodurch sich die zuvor im Zusammenhang mit dem Verfahren aufgeführten Vorteile ergeben. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung in dem als Energiewandler wirkenden Wechselrichter integriert. A control device according to the invention for a PV system of the aforementioned type has an operating point control connected to the energy converter and an alignment control coupled to the adjusting device. The control device is set up for carrying out a method according to one of the preceding claims, resulting in the advantages listed above in connection with the method. Preferably, the control device is integrated in the inverter acting as an energy converter.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to figures. The figures show:

1 ein Blockschaltbild einer PV-Anlage; 1 a block diagram of a PV system;

2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und 2 a flow chart of a method according to the invention; and

3 eine schematische Darstellung verschiedener Leistungskurven eines PV-Generators zur Illustration eines erfindungsgemäßen Verfahren. 3 a schematic representation of various performance curves of a PV generator for illustrating a method according to the invention.

1 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete PV-Anlage in einem Blockschaltbild. Die PV-Anlage weist einen PV-Generator 10 auf, der über einen Wechselrichter 20 als Energiewandler und einen Transformator 30 mit einem Energieversorgungsnetz 40 verbunden ist. 1 shows a set up for carrying out the method according to the invention PV system in a block diagram. The PV system has a PV generator 10 up, over an inverter 20 as an energy converter and a transformer 30 with a power supply network 40 connected is.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der PV-Generator 10 eine Mehrzahl von PV-Strings 11, die ihrerseits eine Reihenschaltung mehrerer PV-Module 12 darstellen. Beispielhaft sind von dem PV-Generator 10 in der 1 zwei PV-Strings mit je drei PV-Modulen 12 wiedergegeben. Die genannten Zahlen sind jedoch nicht einschränkend. Insbesondere bei großen Freifeldanlagen kann sowohl die Anzahl der PV-Strings 11 als auch die Anzahl der PV-Module 12 innerhalb eines Strings deutlich größer sein. Umgekehrt kann ein erfindungsgemäßes Verfahren auch mit einer PV-Anlage mit nur einem einzigen PV-Modul oder einem String und/oder einer beliebigen anderen elektrischen Verschaltung von PV-Modulen umgesetzt werden. In the illustrated embodiment, the PV generator includes 10 a plurality of PV strings 11 , in turn, a series connection of several PV modules 12 represent. Exemplary are of the PV generator 10 in the 1 two PV strings with three PV modules each 12 played. However, the numbers mentioned are not restrictive. Especially with large free-field systems, both the number of PV strings 11 as well as the number of PV modules 12 be significantly larger within a string. Conversely, an inventive method can also be implemented with a PV system with only a single PV module or a string and / or any other electrical interconnection of PV modules.

Der PV-Generator 10 ist über Gleichstrom (DC – direct current) -Leitungen 13 mit DC-Eingängen 21 des Wechselrichters 20 verbunden. Der einfachen Darstellung halber ist eine direkte Verbindung von den einzelnen PV-Strings 11 zum Wechselrichter 20 dargestellt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, sogenannte Sammelboxen im Feld des PV-Generators 10 anzuordnen, in denen mehrere PV-Strings 11 zusammengeführt werden und über eine gemeinsame Leitung mit dem Wechselrichter 20 verbunden sind. Eine derartige Sammelbox kann weitere Komponenten, beispielsweise Sicherungsorgane und/oder Schaltorgane aufweisen. In 1 ist eine PV-Anlage ohne einen zwischen dem PV-Generator 10 und dem Wechselrichter 20 angeordneten DC/DC-Wandler dargestellt. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass der PV-Generator 10 oder auch nur einzelne PV-Strings 11 des PV-Generators 10 über einen DC/DC-Wandler, beispielsweise einen Hochsetzsteller, an den Wechselrichter 20 angebunden sind. In diesem Fall weist der Energiewandler einen DC/DC-Wandler auf. The PV generator 10 is via DC (direct current) lines 13 with DC inputs 21 of the inverter 20 connected. For the sake of simplicity, it is a direct connection between the individual PV strings 11 to the inverter 20 shown. However, it may also be provided, so-called collection boxes in the field of the PV generator 10 to arrange in which several PV strings 11 be merged and via a common line with the inverter 20 are connected. Such a collection box may have other components, such as security organs and / or switching devices. In 1 is a PV system without one between the PV generator 10 and the inverter 20 arranged DC / DC converter shown. In the context of the invention, however, it is also possible that the PV generator 10 or just individual PV strings 11 of the PV generator 10 via a DC / DC converter, such as a boost converter, to the inverter 20 are connected. In this case, the energy converter has a DC / DC converter.

Der PV-Generator 10 ist mit einer Verstelleinrichtung 14 gekoppelt, über die seine geometrische Ausrichtung ϕ und damit seine Ausrichtung relativ zur Richtung der Sonneneinstrahlung variiert werden kann. In der schematischen Zeichnung der 1 ist dazu zu jedem PV-Modul 12 ein Stellmotor als Verstelleinrichtung 14 dargestellt, über den eine Verkippung des PV-Moduls 12 vorgenommen werden kann. Die Verstelleinrichtung 14 kann Stellmotoren aufweisen, die auf einzelne Module wirken, wie in 1 dargestellt, oder auch Stellmotoren, die auf mehrere Module gleichzeitig wirken, beispielsweise auf eine Modulreihe oder auf alle Module eines Strings. Es ist bevorzugt, aber nicht notwendig, dass alle PV-Module 12 des PV-Generators 10 über die Verstelleinrichtung 14 in ihrer geografischen Ausrichtung ϕ variiert werden können. Die Verstelleinrichtung 14 kann sowohl einachsig, beispielsweise unter ausschließlicher Berücksichtigung des Azimutwinkels, als auch zweiachsig unter Berücksichtigung des Azimut- und Elevationswinkels ausgeführt sein. The PV generator 10 is with an adjustment 14 coupled, over which its geometric orientation φ and thus its orientation relative to the direction of solar radiation can be varied. In the schematic drawing of 1 is to every PV module 12 a servomotor as adjusting 14 represented by a tilting of the PV module 12 can be made. The adjusting device 14 can have servomotors that act on individual modules, as in 1 represented, or servomotors, which act on several modules simultaneously, for example, on a module row or on all modules of a string. It is preferable, but not necessary, that all PV modules 12 of the PV generator 10 over the adjusting device 14 in their geographical orientation φ can be varied. The adjusting device 14 can be carried out both uniaxial, for example, under exclusive consideration of the azimuth angle, as well as biaxially taking into account the azimuth and elevation angle.

Die Verstelleinrichtung 14 ist über eine Steuerleitung 15 mit einer Ausrichtungssteuerung 25 verbunden, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Wechselrichter 20 integriert ist. Die Ausrichtungssteuerung 25 kann alternativ extern von dem Wechselrichter 20 angeordnet sein. Es ist auch möglich, alternativ oder zusätzlich eine übergeordnete Steuervorrichtung zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung 14 in der PV-Anlage anzuordnen, die ggf. mit mehreren, mit unterschiedlichen Wechselrichtern verbundenen PV-Generatoren bzw. deren Verstelleinrichtungen zusammenwirkt. The adjusting device 14 is via a control line 15 with an alignment control 25 connected in the illustrated embodiment in the inverter 20 is integrated. The registration control 25 may alternatively be external to the inverter 20 be arranged. It is also possible, alternatively or additionally, a higher-level control device for controlling the adjusting device 14 in the PV system, possibly with several, with different inverters connected PV generators or their adjusting cooperates.

Wechselstromseitig ist der Wechselrichter 20 dreiphasig ausgelegt und ist entsprechend über einen dreiphasigen AC-Ausgang 22 über den ebenfalls dreiphasig ausgelegten Transformator 30 mit einem dreiphasigen Energieversorgungsnetz 40 verbunden. Es versteht sich, dass eine andere Anzahl von Phasen sowohl für den Wechselrichter 20, den Transformator 30 und ggf. auch für das Energieversorgungsnetz 40 möglich ist. Weiterhin ist eine direkte Anbindung ohne Transformator 30 vom Wechselrichter 20 zum Energieversorgungsnetz 40 möglich. AC side is the inverter 20 three-phase and is accordingly via a three-phase AC output 22 over the also three-phase designed transformer 30 with a three-phase power supply network 40 connected. It is understood that a different number of phases for both the inverter 20 , the transformer 30 and possibly also for the energy supply network 40 is possible. Furthermore, there is a direct connection without a transformer 30 from the inverter 20 to the power supply network 40 possible.

Der Wechselrichter 20 umfasst eine integrierte Steuervorrichtung 23, die eine Arbeitspunktsteuerung 24 zur Einstellung eines elektrischen Arbeitspunktes des PV-Generators 10 aufweist. Als Arbeitspunkt ist ein bestimmter elektrischer Zustand des PV-Generators 10 zu verstehen, der durch eine bestimmte PV-Spannung U und/oder einen bestimmten PV-Strom charakterisiert ist und – abhängig von den Eigenschaften des PV-Generators 10 und abhängig von den Einstrahlungsbedingungen – mit einer bestimmten Leistung P des PV-Generators 10 einhergeht. Zum Zwecke einer vereinfachten Beschreibung der prinzipiellen Funktionsweise wird nachfolgend zur Charakterisierung eines elektrischen Arbeitspunktes allein die PV-Spannung U herangezogen, was bei konstanter geometrischer Ausrichtung ϕ eine gleichbleibende Sonneneinstrahlung und damit einen konstanten PV-Strom voraussetzt. Die gleiche Beschreibung lässt sich analog jedoch auch auf den Fall einer sich bei konstanter geometrischer Ausrichtung ϕ zeitlich ändernden Sonneneinstrahlung, beispielsweise aufgrund von Wolkenzügen, übertragen. The inverter 20 includes an integrated control device 23 that has a working point control 24 for setting an electrical operating point of the PV generator 10 having. The operating point is a specific electrical state of the PV generator 10 to understand, which is characterized by a specific PV voltage U and / or a specific PV current and - depending on the properties of the PV generator 10 and depending on the irradiation conditions - with a certain power P of the PV generator 10 accompanied. For the purpose of a simplified description of the basic mode of operation, only the PV voltage U is used in the following to characterize an electrical operating point, which, given a constant geometric orientation φ, presupposes a constant solar irradiation and thus a constant PV current. However, the same description can analogously also be applied to the case of a solar radiation which varies in time with a constant geometric orientation φ, for example due to cloud trains.

Der Wechselrichter 20 kann ein- oder mehrstufig aufgebaut sein. Eine Einstellung des elektrischen Arbeitspunktes kann bei einem einstufigen Wechselrichter durch Variation der Betriebsparameter einer Wechselrichterbrücke erfolgen. Bei einem mehrstufigen Wechselrichter ist der Wechselrichterbrücke mindestens ein Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) vorgeschaltet, über den der elektrischen Arbeitspunkt dann in meist weiteren Grenzen variiert werden kann. The inverter 20 can be constructed in one or more stages. An adjustment of the electrical operating point can be carried out in a single-stage inverter by varying the operating parameters of an inverter bridge. In the case of a multi-stage inverter, the inverter bridge is preceded by at least one DC-DC converter (DC / DC converter), via which the electrical operating point can then be varied within generally further limits.

Es wird angemerkt, dass in der 1 lediglich im Rahmen der Anmeldung wesentliche Elemente der PV-Anlage gezeigt sind. So können auf der Gleich- und/oder Wechselstromseite des Wechselrichters 20 beispielsweise nicht dargestellte Schaltorgane (zum Beispiel Trennelemente, Schütze), Filter (zum Beispiel ein Sinusfilter), Netzüberwachungseinrichtungen oder weitere Komponenten vorgesehen sein. It is noted that in the 1 only in the context of the application essential elements of the PV system are shown. So can on the DC and / or AC side of the inverter 20 For example, not shown switching elements (for example, dividing elements, contactors), filters (for example, a sine wave filter), network monitoring devices or other components may be provided.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer PV-Anlage anhand der 2 und 3 näher beschrieben. Das Verfahren kann beispielsweise von der in 1 dargestellten PV-Anlage durchgeführt werden und wird beispielhaft mit Bezug auf 1 und die dort benutzten Bezugszeichen erläutert. Hereinafter, an embodiment of a method for operating a PV system based on 2 and 3 described in more detail. The method may be, for example, from the in 1 shown PV system and is exemplified with reference to 1 and the reference numerals used there explained.

In 2 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer PV-Anlage wiedergegeben. Das Verfahren startet in einem ersten Schritt S1, in dem der PV-Generator 10 (vgl. 1) bei einer ersten geografischen Ausrichtung ϕ₁ in einem ersten elektrischen Arbeitspunkt betrieben wird. Der erste elektrische Arbeitspunkt ist durch eine erste PV-Spannung U = U₁ charakterisiert. Die von dem PV-Generator 10 aktuell gelieferte Leistung wird als Leistung P bezeichnet. Bei dem ersten Arbeitspunkt liefert der PV-Generator 10 eine bestimmte erste Leistung P = P₁. Unter anderem aufgrund von Leitungsverlusten in den DC-Leitungen 13 und durch Umwandlungsverluste im Wechselrichter 20 ist die vom PV-Generator 10 gelieferte Leistung üblicherweise größer als die von der PV-Anlage in das Energieversorgungsnetz 40 eingespeiste Leistung. Dieser Unterschied wird im Folgenden nicht mit berücksichtigt. Es wird vielmehr davon ausgegangen, dass die vom PV-Generator 10 gelieferte Leistung der in das Energieversorgungsnetz 40 eingespeisten Leistung entspricht. In einer Umsetzung des dargestellten Verfahrens kann dieser Unterschied berücksichtigt werden, indem als relevante Größe die eingespeiste anstelle der gelieferten Leistung betrachtet wird. In 2 is a flowchart of an embodiment of a method for operating a PV system reproduced. The method starts in a first step S1, in which the PV generator 10 (see. 1 ) is operated at a first geographical orientation φ ₁ in a first electrical operating point. The first electrical operating point is characterized by a first PV voltage U = U ₁ . The one from the PV generator 10 currently delivered power is referred to as power P. At the first operating point, the PV generator delivers 10 a certain first power P = P ₁ . Among other things, due to line losses in the DC lines 13 and by conversion losses in the inverter 20 is that of the PV generator 10 delivered power usually greater than that of the PV system in the power grid 40 fed power. This difference will not be considered below. It is rather assumed that the PV generator 10 delivered power into the power grid 40 supplied power corresponds. In an implementation of the illustrated method, this difference can be taken into account by considering the fed-in instead of the delivered power as the relevant variable.

Die geometrische Ausrichtung ϕ, die PV-Spannung U und die gelieferte Leistung P kennzeichnen die Betriebsparameter des PV-Generators 10 und damit den Betriebszustand der PV-Anlage. Diese Betriebsparameter werden nachfolgend abkürzend durch einen Vektor (ϕ, U, P) dargestellt. Im Schritt S1 wird der PV-Generator 10 somit mit den Betriebsparametern bzw. in einem ersten Betriebszustand (ϕ₁, U₁, P₁) betrieben. The geometric orientation φ, the PV voltage U and the delivered power P characterize the operating parameters of the PV generator 10 and thus the operating status of the PV system. These operating parameters are shown below in abbreviation by a vector (φ, U, P). In step S1, the PV generator 10 thus operated with the operating parameters or in a first operating state (φ ₁ , U ₁ , P ₁ ).

3 zeigt zwei für den PV-Generator 10 charakteristische Leistungskurven. Eine erste Leistungskurve 1 gibt die vom PV-Generator 10 gelieferte Leistung P in Abhängigkeit der PV-Spannung U für die erste Ausrichtung ϕ₁ wieder. Die dargestellte Leistungskurve 1 ist eine schematische, idealisierte Kurve, die durch einen zunächst in etwa linearen Anstieg der Leistung P mit wachsender PV-Spannung U, ein Leistungsmaximum bei einer maximalen Leistung P_max, sowie einen gegenüber dem Anstieg steileren Abfall der Leistung bei weiter wachsender PV-Spannung U gekennzeichnet ist. Das Leistungsmaximum wird auch als MPP bezeichnet. Eine derartige Leistungskurve ist typisch für einen nicht (teil-)verschatteten PV-Generator. Beispielhaft wird für die nachfolgende Beschreibung davon ausgegangen, dass die geografische Ausrichtung ϕ₁ eine optimale Ausrichtung zum aktuellen Sonnenstand des PV-Generators 10 darstellt, so dass das Leistungsmaximum P_max der Leistungskurve 1 auch die maximal unter den vorliegenden aktuellen Bedingungen vom PV-Generator 10 lieferbare Leistung darstellt. Gegenüber dieser maximalen Leistung P_max wird der PV-Generator 10 im Schritt S1 bei einer PV-Spannung U₁ oberhalb der Spannung im Leistungsmaximum P_max bei der ersten Leistung P₁ < P_max betrieben. 3 shows two for the PV generator 10 characteristic power curves. A first performance curve 1 gives the from the PV generator 10 delivered power P as a function of the PV voltage U for the first orientation φ ₁ again. The illustrated power curve 1 is a schematic, idealized curve, which is characterized by an initially approximately linear increase of the power P with increasing PV voltage U, a power maximum at a maximum power P _max , as well as a steeper drop in power compared to the rise with increasing PV voltage U is marked. The maximum power is also called MPP. Such a power curve is typical of a non (partially) shaded PV generator. An example becomes For the following description, assume that the geographic orientation φ _{1 is} an optimal alignment with the current position of the sun of the PV generator 10 represents, so that the power _maximum P _{max of} the power curve 1 also the maximum under the current conditions of the PV generator 10 represents deliverable power. Opposite this maximum power P _max is the PV generator 10 in step S1 at a PV voltage U ₁ above the voltage in the power _maximum P _max at the first power P ₁ <P _max operated.

Das Betreiben des PV-Generators 10 in einem elektrischen Arbeitspunkt, der oberhalb der MPP-Spannung liegt, ermöglicht beispielsweise auf Anforderung durch Verschieben des Arbeitspunktes in den MPP eine größere Leistung einzuspeisen. Beim Betrieb mit der ersten Leistung P₁ verfügt die PV-Anlage also über eine Leistungsreserve ∆P₊ = P_max – P₁, die auch als positive Regelleistung bezeichnet wird. Umgekehrt kann bei Betreiben der PV-Anlage bei Spannungen U > U₁ eine geringere Leistung bereitgestellt werden, was einer Bereitstellung von negativer Regelleistung ∆P_– entspricht.Operating the PV generator 10 in an electrical operating point, which is above the MPP voltage, allows, for example, on request by shifting the operating point in the MPP to feed a larger power. When operating with the first power P ₁ , the PV system thus has a power reserve ΔP ₊ = P _max -P ₁ , which is also referred to as a positive control power. Conversely, when the PV system is operated at voltages U> U _1, a lower power can be provided, which corresponds to a provision of negative control power ΔP _- .

In einem Schritt S2 empfängt die PV-Anlage eine Aufforderung zur Einspeisung einer von der Leistung P₁ geänderten Leistung, beispielsweise eine Abregelungsaufforderung, der zur Folge eine zweite Leistung P₂, die folglich kleiner als die erste Leistung P₁ ist, eingespeist werden soll. Eine derartige Regelaufforderung kann beispielsweise über ein in der 1 nicht dargestelltes Datenübertragungsnetz oder über ein über das Energieversorgungsnetz 40 bereitgestelltes Rundsteuersignal oder auch anhand vorgegebener, beispielsweise zeitbasierter Regeln ausgegeben werden. Gleichfalls kann auch die aktuelle Frequenz des Energieversorgungsnetzes 40 in Verbindung mit einer in der Steuervorrichtung 23 des Wechselrichters 20 hinterlegten Frequenzstatik diese Abregelaufforderung charakterisieren. In a step S2, the PV system receives a request to feed in a power changed by the power P ₁ , for example a control request, which is to be fed with a second power P ₂ , which is consequently smaller than the first power P ₁ . Such a rule request, for example, via a in the 1 not shown data transmission network or via a via the power grid 40 provided ripple control signal or even on the basis of predetermined, for example time-based rules are issued. Likewise, the current frequency of the power grid can also 40 in conjunction with one in the control device 23 of the inverter 20 stored frequency static characterize this Abregelaufforderung.

In einem nachfolgenden Schritt S3 wird auf die Abregelungsaufforderung dadurch reagiert, dass der elektrische Arbeitspunkt des PV-Generators 10 verändert wird. Die PV-Spannung U des PV-Generators 10 wird dabei auf eine Spannung U‘ erhöht, wodurch sich die Leistung P des PV-Generators entlang der Leistungskurve 1 von der Leistung P₁ bis zu einer in dem Abregelerfordernis geforderten zweiten Leistung P₂ verringert. In der 3 ist diese Veränderung des elektrischen Arbeitspunktes durch den Änderungspfad 3 für die Betriebsparameter von (ϕ₁, U₁, P₁) zu (ϕ₁, U‘, P₂) dargestellt. Die Änderung des elektrischen Arbeitspunktes kann von der Arbeitspunktsteuerung 24 der in den Wechselrichter 20 integrierten Steuervorrichtung 23 innerhalb eines kurzen Zeitraums eingestellt werden, typischerweise innerhalb von wenigen 10 oder 100 Millisekunden. Dabei kann vorgesehen sein, die Änderung des elektrischen Arbeitspunktes mit einer definierten Änderungsrate durchzuführen, um sprunghafte und für die Stabilität im Energieversorgungsnetz unter Umständen nachteilige Änderungen zu vermeiden. In a subsequent step S3 is responded to the Abregelungsaufforderung that the electrical operating point of the PV generator 10 is changed. The PV voltage U of the PV generator 10 is thereby increased to a voltage U ', whereby the power P of the PV generator along the power curve 1 decreased from the power P ₁ to a demanded in the Abregelerfordernis second power P ₂ . In the 3 is this change in the electrical operating point through the change path 3 for the operating parameters from (φ ₁ , U ₁ , P ₁ ) to (φ ₁ , U ', P ₂ ). The change of the electrical operating point may be from the operating point control 24 in the inverter 20 integrated control device 23 within a short period of time, typically within a few 10 or 100 milliseconds. It can be provided to carry out the change of the electrical operating point with a defined rate of change in order to avoid erratic changes and adverse for the stability in the power grid under certain circumstances.

In einem nächsten Schritt S4 wird über die Ausrichtungssteuerung 25 und die Steuerleitung 15 ein Signal an die Verstelleinrichtung 14 ausgegeben, durch das die Ausrichtung ϕ des PV-Generators 10 verändert wird. Eine Veränderung der Ausrichtung ϕ führt zu einer Änderung der Leistungscharakteristik des PV-Generators 10. Ausgehend von der Annahme, dass die Ausrichtung ϕ₁ die optimale Ausrichtung des PV-Generators relativ zur Sonneneinstrahlung darstellt, führt jede Veränderung der Ausrichtung ϕ nun zu einer weniger optimalen Ausrichtung des PV-Generators 10 zur Sonneneinstrahlungsrichtung und damit zu einer Verringerung der vom PV-Generator 10 gelieferten Leistung P bei gleichem elektrischen Arbeitspunkt (d. h. gemäß des oben Genannten bei gleicher PV-Spannung). In a next step S4 is via the alignment control 25 and the control line 15 a signal to the adjustment 14 output by the orientation φ of the PV generator 10 is changed. A change in the orientation φ leads to a change in the power characteristic of the PV generator 10 , Based on the assumption that the orientation φ _{1 represents} the optimum orientation of the PV generator relative to the solar radiation, any change in the orientation φ now leads to a less optimal orientation of the PV generator 10 to the solar irradiation direction and thus to a reduction of the PV generator 10 supplied power P at the same electrical operating point (ie according to the above with the same PV voltage).

Eine solche Verringerung der vom PV-Generator 10 gelieferten Leistung P wird jedoch in einem nachfolgenden Schritt S5 unmittelbar dadurch kompensiert, dass die PV-Spannung U von dem im Schritt S3 eingenommenen Wert U‘ in Richtung des MPP erniedrigt wird. Der durch die Veränderung der Ausrichtung ϕ andernfalls eintretende Leistungsverlust des PV-Generators wird somit durch Anpassung des elektrischen Arbeitspunkts so abgefangen, dass nach wie vor die zweite Leistung P = P₂ vom PV-Generator 10 geliefert wird. Such a reduction of the PV generator 10 delivered power P is, however, compensated in a subsequent step S5 directly by the fact that the PV voltage U is lowered from the value taken in step S3 value U 'in the direction of the MPP. The power loss of the PV generator which otherwise occurs as a result of the change in the orientation φ is thus intercepted by adaptation of the electrical operating point so that the second power P = P ₂ from the PV generator continues to be absorbed 10 is delivered.

In einem nächsten Schritt S6 wird überprüft, ob der elektrische Arbeitspunkt des PV-Generators 10 einem vorgegebenen gewünschten Arbeitspunkt entspricht. Beispielsweise wird überprüft, ob die PV-Spannung U einer vorgegebenen und gewünschten zweiten PV-Spannung U₂ entspricht. Ist dieses nicht der Fall, verzweigt das Verfahren zurück zu dem Schritt S4, in dem die Ausrichtung ϕ des PV-Generators 10 weiter verändert wird. Die weitere Veränderung der Ausrichtung ϕ wird entsprechend wiederum im Schritt S5 durch Nachführen des elektrischen Arbeitspunktes (d. h. der elektrischen PV-Spannung U) kompensiert. In a next step S6, it is checked whether the electrical operating point of the PV generator 10 corresponds to a predetermined desired operating point. For example, it is checked whether the PV voltage U corresponds to a predetermined and desired second PV voltage U ₂ . If this is not the case, the method branches back to the step S4, in which the orientation φ of the PV generator 10 is changed further. The further change in the orientation φ is correspondingly compensated in turn in step S5 by tracking the electrical operating point (ie the electrical PV voltage U).

Wenn der gewünschte elektrische Arbeitspunkt (d. h. die elektrische PV-Spannung) erreicht ist, wird in einem Schritt S7 die Verstellung der Ausrichtung ϕ gestoppt, so dass der PV-Generator 10 nun in einer zweiten Ausrichtung ϕ₂ verbleibt. When the desired electrical operating point (ie, the electrical PV voltage) is reached, in a step S7, the adjustment of the orientation φ is stopped so that the PV generator 10 now in a second orientation φ ₂ remains.

Im Schritt S8 wird dann der PV-Generator 10 mit diesen Betriebsparametern bzw. in einem zweiten Betriebszustand (ϕ₂, U₂, P₂) weiter betrieben. Die Änderung der Betriebsparameter in den Schritten S5 bis S7 ist in der 3 durch einen Änderungspfad 4 dargestellt. Bei gleichbleibender Leistung P₂ verringert sich die PV-Spannung U von ihrem Startwert U‘ auf der Leistungskurve 1 zu der zweiten PV-Spannung U₂ im gewünschten elektrischen Arbeitspunkt des PV-Generators 2, die auf einer zweiten Leistungskurve 2 bei der dann eingenommenen zweiten Ausrichtung ϕ₂ liegt. In step S8 then the PV generator 10 operated with these operating parameters or in a second operating state (φ ₂ , U ₂ , P ₂ ) on. The change of the operating parameters in steps S5 to S7 is in the 3 through a change path 4 shown. At constant power P ₂ , the PV voltage U decreases from its starting value U 'on the power curve 1 to the second PV voltage U ₂ in the desired electrical operating point of the PV generator 2 that on a second power curve 2 at the then occupied second orientation φ ₂ .

Im Endeffekt wird durch das dargestellte Verfahren der PV-Generator 1 von einem ersten Betriebszustand mit Betriebsparametern (ϕ₁, U₁, P₁) im Schritt S1 in einen zweiten Betriebszustand mit Betriebsparametern (ϕ₂, U₂, P₂) im Schritt S8 gebracht. Dabei wird die Änderung des elektrischen Arbeitspunktes derart mit der Änderung der Ausrichtung ϕ kombiniert, dass sowohl die Änderung der Leistung von der ersten Leistung P₁ zur zweiten Leistung P₂ möglichst schnell erfolgt, als auch über die Veränderung der Ausrichtung ϕ ein letztlich gewünschter elektrischer Arbeitspunkt eingestellt wird. Der gewünschte elektrische Arbeitspunkt kann z.B. durch eine möglichst geringe PV-Spannung U gekennzeichnet sein. In the end, by the illustrated method the PV generator 1 from a first operating state with operating parameters (φ ₁ , U ₁ , P ₁ ) in step S1 into a second operating state with operating parameters (φ ₂ , U ₂ , P ₂ ) in step S8. In this case, the change in the electrical operating point is combined with the change in the orientation φ in such a way that both the change in power from the first power P ₁ to the second power P ₂ takes place as quickly as possible, as well as an ultimately desired electrical operating point via the change in the orientation φ is set. The desired electrical operating point can be characterized, for example, by the lowest possible PV voltage U.

Wie in 3 dargestellt, kann dieser zweite Arbeitspunkt (d. h. die PV-Spannung U₂) im Maximum der Leistungskurve 2 liegen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn in naher Zukunft ein Abruf von positiver Regelleistung seitens des Energieversorgungsunternehmens ausgeschlossen werden kann, zumindest jedoch unwahrscheinlich ist. Ist es hingegen wahrscheinlich, dass demnächst ein Abruf positiver Regelleistung seitens des Energieversorgungsunternehmens erfolgt, so ist es sinnvoller, den gewünschten Spannungswert U₂ so zu wählen, dass die PV-Anlage über eine erneute Änderung des Arbeitspunktes ihres PV-Generators 10 schnell auf den Abruf dieser positiven Regelleistung reagieren kann. In diesem Fall ist es daher sinnvoll, die Parameter des zweiten Betriebszustandes (ϕ₂, U₂, P₂) derart zu wählen, dass die PV-Spannung U₂ links oder rechts der dem Maximum der Leistungskurve 2 zugeordneten PV-Spannung U liegt. In diesem Fall entspricht die Leistung P₂ nicht dem Maximalwert der Leistungskurve 2. As in 3 shown, this second operating point (ie the PV voltage U ₂ ) in the maximum of the power curve 2 lie. This is particularly useful if in the near future a call for positive control power can be excluded by the energy supply company, or at least is unlikely. If, on the other hand, it is probable that a retrieval of positive control power by the energy supply company will take place in the near future, it makes more sense to select the desired voltage value U ₂ such that the PV system changes again by changing the operating point of its PV generator 10 can respond quickly to the call of this positive control power. In this case, it therefore makes sense to select the parameters of the second operating state (φ ₂ , U ₂ , P ₂ ) such that the PV voltage U ₂ left or right of the maximum of the power curve 2 assigned PV voltage U is located. In this case, the power P ₂ does not correspond to the maximum value of the power curve 2 ,

Bei dem dargestellten Verfahren wird der Schritt S4 erst ausgeführt, wenn im Schritt S3 die gewünschte zweite Leistung P₂ durch die Verstellung des elektrischen Arbeitspunktes erreicht ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann jedoch bereits während des Schrittes S3 mit der Veränderung der Ausrichtung ϕ begonnen werden. Beispielsweise kann bereits mit dem Start des Schrittes S3 ein entsprechendes Steuersignal über die Steuerleitung 15 an die Verstelleinrichtung 14 ausgegeben werden, woraufhin Stellmotoren der Verstelleinrichtung 14 anlaufen. Die gewünschte Leistung P₂ wird dann mit Betriebsparametern (ϕ‘, U‘, P₂) erreicht, wobei die geographische Ausrichtung ϕ‘ zwischen den Ausrichtungen ϕ₁ und ϕ₂ liegt. In the illustrated method, step S4 is executed only when in step S3, the desired second power P _{2 is} achieved by the adjustment of the electrical operating point. In an alternative embodiment, however, the change in the orientation φ can already be started during the step S3. For example, already with the start of step S3, a corresponding control signal via the control line 15 to the adjustment 14 are issued, whereupon actuators of the adjustment 14 start. The desired power P ₂ is then achieved with operating parameters (φ ', U', P ₂ ), wherein the geographic orientation φ 'lies between the alignments φ ₁ and φ ₂ .

Das Verfahren wurde zuvor im Zusammenhang mit der in 1 dargestellten PV-Anlage erläutert, bei der der elektrische Arbeitspunkt des PV-Generators 10 durch den Wechselrichter 20 eingestellt wird. Es ist jedoch z.B. ebenso möglich, das Verfahren mit Hilfe von separaten DC/DC-Wandlern, die beispielsweise im Feld des PV-Generators angeordnet sein können, als Energiewandler durchzuführen, wobei die Einstellung des elektrischen Arbeitspunkts des PV-Generators dann von den DC/DC-Wandlern vorgenommen wird. The procedure was previously related to the in 1 illustrated PV system in which the electrical operating point of the PV generator 10 through the inverter 20 is set. However, it is also possible, for example, to carry out the method with the aid of separate DC / DC converters, which can be arranged, for example, in the field of the PV generator, as an energy converter, wherein the adjustment of the electrical operating point of the PV generator is then performed by the DC / DC converters. DC converters is made.

2 beschreibt das Verfahren anhand einer Reaktion auf eine Abregelungsaufforderung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus auch in anderen Fällen, in denen eine Einstellung der Leistung P des PV-Generators erfolgt, sinnvoll eingesetzt werden. 2 describes the method based on a response to a Abregelungsaufforderung. In addition, the method according to the invention can also be usefully used in other cases in which an adjustment of the power P of the PV generator takes place.

Beispielsweise ist eine Anwendung für eine PV-Anlage denkbar, die einen gegenüber dem Wechselrichter überdimensionierten PV-Generator aufweist. Eine solche Auslegung einer PV-Anlage ist insbesondere bei großen PV-Anlagen nicht unüblich. Dahinter steht die Überlegung, dass ideale Einstrahlungsbedingungen, die zur Lieferung der maximal möglichen Leistung des PV-Generators führen, im Jahresverlauf eher selten sind. Es ist dann unter Umständen kosteneffizienter, eine Anlage mit einem leistungsmäßig unterdimensionierten, aber kostengünstigeren Wechselrichter auszustatten und den PV-Generator zu den eher seltenen Gelegenheiten, in denen eine höhere PV-Leistung produziert werden könnte, als der Wechselrichter zu verarbeiten in der Lage ist, entsprechend auf die Maximalleistung des Wechselrichters zu reduzieren. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine derartige Reduktion auf einer kurzen Zeitskala schnell über eine entsprechende Einstellung des elektrischen Arbeitspunktes erfolgen, was jedoch zunächst zu einer relativ hohen PV-Spannung am PV-Generator führt. Diese hohe PV-Spannung wird sodann durch Änderung der geografischen Ausrichtung des PV-Generators reduziert. For example, an application for a PV system is conceivable, which has a relation to the inverter oversized PV generator. Such a design of a PV system is not uncommon, especially in large PV systems. This is based on the idea that ideal irradiation conditions, which lead to the delivery of the maximum possible power of the PV generator, are rather rare during the course of the year. It may then be more cost effective to equip a plant with an under-sized, but cheaper inverter, and to be able to process the PV array on the more rare occasions when a higher PV power could be produced than the inverter can process; according to the maximum power of the inverter to reduce. Using the method according to the invention such a reduction on a short time scale can be done quickly via a corresponding adjustment of the electrical operating point, but this initially leads to a relatively high PV voltage at the PV generator. This high PV voltage is then reduced by changing the geographic orientation of the PV generator.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 2 1, 2: Leistungskurve power curve
3, 4 3, 4: Änderungspfad change path
10 10: PV-Generator PV generator
11 11: PV-String PV string
12 12: PV-Modul PV module
13 13: DC-Leitung DC line
14 14: Verstelleinrichtung adjustment
15 15: Steuerleitung control line
20 20: Wechselrichter inverter
21 21: DC-Eingang DC input
22 22: AC-Ausgang AC output
23 23: Steuervorrichtung control device
24 24: Arbeitspunktsteuerung Working point control
25 25: Ausrichtungssteuerung alignment control
30 30: Transformator transformer
40 40: Energieversorgungsnetz Power grid
S1–S8 S1-S8: Schritt step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011054971 A1 [0006]
US 8346400 B2 [0007, 0007]

Claims

Method for operating a photovoltaic system, comprising at least one photovoltaic generator ( 10 ) equipped with an adjusting device ( 14 ) for adjusting a geographical orientation (φ) of the photovoltaic generator ( 10 ), and which is connected to at least one electrical energy converter, via which an electrical operating point of the photovoltaic generator ( 10 ) is adjustable, wherein - in a first operating state at a first geographical orientation (φ ₁ ) and at a first electrical operating point, a first power (P ₁ ) in a power supply network ( 40 ) and - in a second operating state, a second power (P ₂ ) deviating from the first power (P ₁ ) at a second geographical orientation (φ ₂ ) into the energy supply network ( 40 ) is fed, characterized in that - in a change from the first to the second operating state, a change in the power supplied by the photovoltaic power (P) of the first power (P ₁ ) to the second power (P ₂ ) in a first sub-step characterized in that the electrical operating point of the photovoltaic generator ( 10 ) is changed by the electric energy converter, and - in a second substep of the photovoltaic generator ( 10 ) by the adjusting device ( 14 ) is changed in its geographic orientation (φ) to the sun until the photovoltaic generator ( 10 ) operates in the second operating state at the second geographical orientation (φ ₂ ) and at a second electrical operating point, wherein a changing by the change of the geographical orientation (φ) performance of the photovoltaic generator ( 10 ) by tracking the electrical operating point of the photovoltaic generator ( 10 ) is at least partially compensated until the second electrical operating point.

Method according to Claim 1, in which, in addition to the second sub-step, the geographic orientation (φ) of the photovoltaic generator is already determined during the execution of the first sub-step ( 10 ) is changed.

The method of claim 1 or 2, wherein the second power (P ₂ ) is less than the first power (P ₁ ), wherein the transition from the first power (P ₁ ) to the second power (P ₂ ) upon receipt of a Abregelungsaufforderung is carried out.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the first and / or the second electrical operating point is a point of maximum power at the respective geographical orientation (φ).

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the first and / or the second electrical operating point is away from a point of maximum power at the respective geographical orientation (φ), such that of the PV system in the first and / or in the second electrical operating point a fast-retrievable positive control power ΔP _{+ is} maintained.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein the changing of the electrical operating point for changing the power supplied by the photovoltaic plant (P) is performed within a shorter time than changing the geographical orientation (φ).

Method according to one of claims 1 to 6, wherein a photovoltaic voltage (U) of the photovoltaic generator ( 10 ) while tracking the electrical operating point of the photovoltaic generator ( 10 ) is reduced when changing the geographical orientation (φ).

Control device ( 23 ) for a photovoltaic system with at least one photovoltaic generator ( 10 ) equipped with an adjusting device ( 14 ) for adjusting a geographical orientation (φ) of the photovoltaic generator ( 10 ) and with an electrical energy converter connected to the photovoltaic generator ( 10 ) and via which an electrical operating point of the photovoltaic generator ( 10 ), characterized in that the control device ( 23 ) an operating point control connected to the energy converter ( 24 ) and one with the adjusting device ( 14 ) coupled alignment control ( 25 ) and is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims.

Control device ( 23 ) according to claim 8, which is in an inverter ( 20 ) is integrated as an energy converter.