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DE102010011232A1 - Protection device for inverter of photovoltaic system, is designed such that semiconductor element is conductive during absence of alternating voltage or presence of input voltage exceeding threshold value - Google Patents

Protection device for inverter of photovoltaic system, is designed such that semiconductor element is conductive during absence of alternating voltage or presence of input voltage exceeding threshold value Download PDF

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DE102010011232A1
DE102010011232A1 DE102010011232A DE102010011232A DE102010011232A1 DE 102010011232 A1 DE102010011232 A1 DE 102010011232A1 DE 102010011232 A DE102010011232 A DE 102010011232A DE 102010011232 A DE102010011232 A DE 102010011232A DE 102010011232 A1 DE102010011232 A1 DE 102010011232A1
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voltage
inverter
semiconductor element
protection device
igbt
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DE102010011232A
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Inventor
Bernhard Beck
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Belectric GmbH
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Adensis GmbH
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Abstract

The device (1) is designed such that a semiconductor element such as switch and insulated gate bipolar transistor, is arranged between input terminals (3, 3') of an inverter (5), where the semiconductor element is conductive during absence of alternating voltage or presence of input voltage exceeding a threshold value. The input terminals supply direct voltage generated by a photovoltaic system. The semiconductor element is arranged at an accessible location at a housing of the inverter. Switching voltage of the semiconductor element is applied during absence of an alternating current signal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für den Wechselrichter einer Photovoltaikanlage, der zwei Eingangsklemmen für den Anschluss der von der PV-Anlage generierten Gleichspannung und einen Wechselspannungsausgang aufweist.The invention relates to a protective device for the inverter of a photovoltaic system, which has two input terminals for connecting the DC voltage generated by the PV system and an AC output.

Bei der Auslegung von Photovoltaikanlagen ist es zu beachten, dass die maximal zulässige Spannung Uz an der Gleichstromseite des Wechselrichters unter keinen Umständen überschritten wird, da ein Überschreiten zu einer Zerstörung des Wechselrichters führt.When designing photovoltaic systems, it should be noted that the maximum permissible voltage U z on the DC side of the inverter is under no circumstances exceeded, as exceeding this will lead to destruction of the inverter.

Aus diesem Grund ist es zur Zeit üblich, die Photovoltaikanlage so auszulegen, dass selbst im ungünstigsten Fall eines Leerlaufs die Leerlaufspannung UL oder U0 unterhalb der zulässigen Maximalspannung Uz bleibt. Eine typische Auslegung sieht vor, dass eine Vielzahl von Strängen parallel geschaltet wird. Die maximale Anzahl der Stränge richtet sich dabei nach der Leistung des Wechselrichters, an den die Stränge angeschlossen sind. Moderne Wechselrichter können bis zu einer Eingangsgleichspannung von ca. 900 Volt–1000 Volt ausgelegt sein.For this reason, it is currently customary to design the photovoltaic system so that even in the most unfavorable case of idling the no-load voltage U L or U 0 remains below the permissible maximum voltage U z . A typical design provides that a plurality of strings are connected in parallel. The maximum number of strings depends on the power of the inverter to which the strings are connected. Modern inverters can be designed up to a DC input voltage of about 900 volts-1000 volts.

Eine beispielhafte Ausführung sieht vor, jeden Strang der Anlage aus acht Photovoltaikmodulen aufzubauen, von denen jedes 60 Photovoltaikzellen aufweist. Insgesamt sind somit 480 Zellen in Reihe zueinander geschaltet. An jeder Zelle liegt im Leerlauffall eine Spannung von 1,5 Volt an, was zu einer Strangspannung von 720 Volt führt, was deutlich unter der von den Herstellern der Module angegebenen Maximalspannung von 900–1000 Volt liegt. Diese zur Zeit angewandte Praxis ist nochmals in der 2a dargestellt.An exemplary embodiment provides to build each strand of the plant from eight photovoltaic modules, each of which has 60 photovoltaic cells. Overall, 480 cells are connected in series with each other. At each cell, a voltage of 1.5 volts is present during idling, resulting in a line voltage of 720 volts, well below the maximum voltage of 900-1000 volts specified by the manufacturers of the modules. This practice is currently in use again 2a shown.

Im Betrieb der Anlage sinkt die Leerlaufspannung der Zellen auf eine Betriebsspannung von ca. 1 bis 1,1 Volt, so dass zwischen den Enden der herkömmlichen Stränge eine Spannung zwischen 480 Volt und 510 Volt anliegt. Sollte der Netzbetreiber, an den die Photovoltaikanlage angeschlossen ist, diese aus welchen Gründen auch immer vom Netz nehmen (e. g. Kurzschluss in dem Einspeisekabel) springt die Spannung auf die genannten 720 Volt, was für die Module und die Anlage unkritisch ist. Liegt eine höhere Spannung an, kann dies zur Zerstörung der Module, des Wechselrichters und der gesamten Anlage führen.During operation of the system, the open circuit voltage of the cells drops to an operating voltage of about 1 to 1.1 volts, so that between the ends of the conventional strands a voltage between 480 volts and 510 volts is applied. Should the grid operator, to which the photovoltaic system is connected, disconnect it for whatever reason (eg a short circuit in the supply cable), the voltage jumps to the mentioned 720 volts, which is uncritical for the modules and the system. If a higher voltage is applied, this can destroy the modules, the inverter and the entire system.

Auf der anderen Seite wäre es wünschenswert, insbesondere in Hinblick auf kürzlich vorgestellte neuartige PV-Module mit höheren Nenn- und Leerlaufspannungen, die Photovoltaik-Module und auch den Wechselrichter im Normalbetrieb mit einer höheren Spannung als 480–510 Volt, ideale Weise mit der zulässigen Höchstspannung von 900–1000 Volt zu betreiben. Dieses ist aber nicht möglich, da dann im Leerlauffall eine Spannung von ca. 1500 Volt zur Zerstörung der Photovoltaik-Module und des Wechselrichters und der Anlage führen würde. Ein solcher unerwünschter Fall ist in der 2b wiedergegeben, bei dem ab einem Schnittpunkt P, der von der am Eingang des Wechselrichters liegenden Spannungskurve UMPP mit der maximal zulässigen Spannung Uz gebildet wird, eine Schädigung des Wechselrichters einsetzt.On the other hand, it would be desirable, especially with regard to recently introduced new PV modules with higher rated and open circuit voltages, the photovoltaic modules and also the inverter in normal operation with a higher voltage than 480-510 volts, ideally with the permissible Maximum voltage of 900-1000 volts to operate. However, this is not possible because then in idle case, a voltage of about 1500 volts would lead to the destruction of the photovoltaic modules and the inverter and the system. Such an undesirable case is in the 2 B reproduced, in which from an intersection P, which is formed by the lying at the input of the inverter voltage curve U MPP with the maximum allowable voltage U z , damage to the inverter begins.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Photovoltaikanlage der genannten Art mit einer Schutzvorrichtung zu versehen, die den Betrieb mit einer höheren Betriebsspannung erlaubt und trotzdem sicherzustellen, dass keine unzulässigen Spannungsüberschreitungen auftreten.The invention is therefore based on the object to provide a photovoltaic system of the type mentioned with a protective device that allows operation with a higher operating voltage and still ensure that no inadmissible voltage exceedances occur.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzvorrichtung gelöst, bei der ein Halbleiterelement zwischen den Eingangsklemmen vorgesehen ist, das bei Ausbleiben der Wechselspannung oder bei Vorliegen einer einen Schwellwert übersteigenden Eingangsspannung leitend wird.This object is achieved by a protective device in which a semiconductor element is provided between the input terminals, which becomes conductive in the absence of the AC voltage or in the presence of a threshold value exceeding an input voltage.

Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass an den Komponenten der Anlage, insbesondere an den Modulen und dem Wechselrichter keine unzulässig hohe Spannung Uz im Leerlauffall auftritt. Durch die hohe Betriebsspannung von z. B. 1000 Volt können bei gleicher Leistung der PV-Anlage Kabel mit dünneren Leitungsquerschnitten eingesetzt werden, was kostengünstiger ist und größere Anlagen erlaubt. Der Wechselrichter selber kann an seiner maximalen Spannung betrieben werden, wodurch eine bessere Ausnutzung seiner Dimensionierung, d. h. der Spannungsfestigkeit der verbauten Kondensatoren und elektronischer Bauelemente, der Verdrahtung etc. erreicht wird.This measure ensures that no unacceptably high voltage Uz occurs during idling at the components of the system, in particular on the modules and the inverter. Due to the high operating voltage of z. B. 1000 volts can be used with thinner cable cross-sections with the same power of the PV system cables, which is less expensive and allows larger systems. The inverter itself can be operated at its maximum voltage, whereby a better utilization of its dimensions, d. H. the dielectric strength of the installed capacitors and electronic components, the wiring, etc. is achieved.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to FIGS. Show it:

1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, und 1 the diagram of a protective device according to the invention, and

2a bis 2c verschiedene zeitliche Spannungsverläufe am Wechselrichter. 2a to 2c different temporal voltage curves at the inverter.

In der 1 ist eine Schutzvorrichtung 1 zum Einsatz mit einer Photovoltaikanlage gezeigt. An den Eingangsklemmen 3, 3' eines Wechselrichters 5 liegt die von der Photovoltaikanlage (nicht gezeigt) erzeugte Spannung Upv an, sofern im Betrieb zugehörige Trennschalter 7, 7' geschlossen sind. Die Spannung Upv wird mittels eines sogenannten, auf dem einschlägigen Fachgebiet weit verbreiteten MPP-Regler bezüglich des Leistungspunkts der PV-Anlage optimiert und wird im folgenden teilweise auch UMPP genannt.In the 1 is a protection device 1 shown for use with a photovoltaic system. At the input terminals 3 . 3 ' an inverter 5 is the voltage generated by the photovoltaic system (not shown) U pv , if associated in operation disconnector 7 . 7 ' are closed. The voltage U pv is determined by means of a so-called MPP controller, which is widely used in the relevant field, with respect to the power point of the PV system. Optimized system and is sometimes also called U MPP .

Die Trennschalter 7, 7' sind schwere, mechanische Schütze die beim Schaltvorgang einen Lichtbogen ziehen. Der beim Öffnen des Schützes auftretende Strom von mehreren hundert Ampere bei einer Spannung von bis zu 1000 Volt führt zu einer Erosion der Schaltelektroden durch den einhergehenden Lichtbogen. Der Schaltvorgang sollte möglichst schonend ablaufen, worauf später noch eingegangen wird.The circuit breaker 7 . 7 ' are heavy, mechanical contactors that pull an arc during the switching process. The current of several hundred amperes occurring at the opening of the contactor at a voltage of up to 1000 volts leads to erosion of the switching electrodes by the associated arc. The switching process should be as gentle as possible, as will be discussed later.

Zwischen den Eingangsklemmen 3, 3' ist die Reihenschaltung eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 11, eines Vorwiderstands R1 und eines Kondensators C geschaltet. Die Steuereingänge der Trennschalter 7, 7' und des IGBT 11 sind zu dem Ausgang 13 einer Steuereinheit 15 geführt, an deren Eingang ein Signal S anliegt. Das Signal S kann im einfachsten Fall die am Ausgang des Wechselrichters 5 anliegende Wechselspannung sein. Bleibt die Wechselspannung aus, generiert die Steuereinheit 15 ein Steuersignal 17, das sowohl ein Öffnen der Trennschalter initiiert, als auch am Steuereingang des IGBT's 11 anliegt. Das Steuersignal 17 kann auch das Ausgangssignal eines Schwellwertgebers sein, welches anliegt, falls die PV-Generatorspannung Upv einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.Between the input terminals 3 . 3 ' is the series connection of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 11 , a series resistor R 1 and a capacitor C connected. The control inputs of the disconnectors 7 . 7 ' and the IGBT 11 are to the exit 13 a control unit 15 guided, at whose input a signal S is applied. In the simplest case, the signal S can be at the output of the inverter 5 be applied alternating voltage. If the AC voltage stops, the control unit generates 15 a control signal 17 which initiates both opening of the circuit breaker and the control input of the IGBT 11 is applied. The control signal 17 may also be the output of a threshold, which is present if the PV generator voltage U pv exceeds a predetermined limit.

Mit dem Einleiten des Öffnungsvorgangs durch das Steuersignal 17 beginnen sich die Kontakte der Schütze 7, 7' auseinander zu bewegen und der Lichtbogen baut sich auf. Gleichzeitig erreicht das Steuersignal 17 den IGBT 11, wodurch dieses leitend wird, und den Pluspol 3 des Wechselrichters 5 mit seinem Minuspol 3' über den Vorwiderstand R1 und den Kondensator C verbindet. Der Kondensator C wird mit dem photovoltaisch erzeugten Strom geladen, wodurch die PV-Spannung Upv sinkt, im ersten Moment nach dem Schalten des IGBT's bis auf nahezu null, was einem Kurzschluss der Pole 3, 3' entspricht. Je nach Zeitkonstante des RC-Glieds von Kondensators und Vorwiderstands R1 dauert der Vorgang einige Millisekunden, also sehr viel schneller als die mechanischen Schütze 7, 7' ihren Schaltvorgang beenden. Idealerweise ist daher optional ein erstes Verzögerungsglied 19 vorgesehen, welches das den IGBT 11 erreichende Steuersignal 17 so verzögert, dass der Abfluss der Ladungsträger in den Kondensator dann eingeleitet wird, wenn die Trägheit des Schützes 7, 7' d. h. der Stromaufbau in den Schaltspulen, die Umsetzung des Magnetfeldes in eine Rotations- oder Translationsbewegung zur Kontakttrennung, das mechanische Spiel der Komponenten etc., soweit stattgefunden hat, dass der eigentliche Trennvorgang der Kontakte beginnt. Der Zeitpunkt des Ladungsabflusses wird also über das erste Zeitverzögerungsglied 19 zur Schonung der Schaltkontakte dahingehend optimiert, dass der Lichtbogen in seiner Entstehungsphase gelöscht bzw. überhaupt an seiner Entstehungsphase gehindert wird. Es soll hier angemerkt werden, dass der Kondensator C und der Vorwiderstand R1 optional sind. Es ist möglich, die zeitliche Abfolge des Schaltmoments des IGBT's 11 in Bezug auf den Trennvorgang der Schätzkontakte so zu optimieren, dass die im IGBT 11 durch den Kurzschlussstrom zwischen den Eingangsklemmen 3, 3' erzeugte Wärme unterhalb der Wärme bleibt, ab der eine Erhitzung des IGBT's über die zulässige Temperatur des IGBT's hinaus stattfindet.With the initiation of the opening process by the control signal 17 The contacts of the shooter begin 7 . 7 ' move apart and the arc builds up. At the same time the control signal reaches 17 the IGBT 11 whereby this becomes conductive and the positive pole 3 of the inverter 5 with his negative pole 3 ' via the series resistor R 1 and the capacitor C connects. The capacitor C is charged with the photovoltaic generated current, whereby the PV voltage U pv decreases, at the first moment after the switching of the IGBT to almost zero, resulting in a short circuit of the poles 3 . 3 ' equivalent. Depending on the time constant of the RC element of capacitor and series resistor R 1, the process takes a few milliseconds, ie much faster than the mechanical contactors 7 . 7 ' finish their switching process. Ideally, therefore, optionally a first delay element 19 provided, which is the IGBT 11 reaching control signal 17 delayed so that the discharge of the charge carriers into the capacitor is then initiated when the inertia of the contactor 7 . 7 ' that is, the current build-up in the switching coils, the implementation of the magnetic field in a rotational or translational movement for contact separation, the mechanical play of the components, etc., has taken place so far that the actual separation process of the contacts begins. The time of the charge outflow is thus over the first time delay element 19 To protect the switch contacts optimized to the effect that the arc is deleted in its formation phase or prevented at all from its formation phase. It should be noted here that the capacitor C and the series resistor R 1 are optional. It is possible, the timing of the switching torque of the IGBT 11 in terms of the separation process of the estimation contacts to optimize so that the in the IGBT 11 by the short circuit current between the input terminals 3 . 3 ' heat generated below the heat remains, from which a heating of the IGBT's beyond the permissible temperature of the IGBT's takes place.

Die 1 zeigt noch weitere Trennschalter 21, 21', die über ein zweites Zeitverzögerungsglied 23 mit dem Steuersignal 17 geöffnet werden, um nach dem Erlöschen des Lichtbogens in den ersten Trennschaltern 7, 7' die Reihenschaltung des IGBT's, des Vorwiderstands R1 und des Kondensators C stromlos zu schalten. Der Kondensator C kann sich dann, auch wenn das Steuersignal 17 noch weiter anliegt, über eine parallel zum RC-Glied geschaltete Reihenschaltung eines Entladewiderstands R2 und einer Diode 25 entladen und steht für einen späteren Einsatz wieder zur Verfügung. Es ist alternativ möglich, die Diode 25 durch ein weiteres Halbleiterschaltelement, z. B. einen weiteren IGBT 26, zu ersetzen und auf die Schalter 21, 21' zu verzichten, wie es in der 1 gestrichelt dargestellt ist. Dann wird nach der erfolgten Trennung der Kontakte der Trennschalter 7, 7' das Steuersignal 17 vom IGBT 11 genommen, so dass dieser wieder öffnet. Anschließend wird der weitere IGBT 26 geschlossen, wodurch der Entladevorgang des Kondensators C ermöglicht wird. Nach seiner Entladung wird der weitere IGBT 26 wieder geöffnet und die Schutzvorrichtung 1 steht für einen weiteren Einsatz zur Verfügung.The 1 shows even more circuit breakers 21 . 21 ' that has a second time delay 23 with the control signal 17 be opened to after the arc has gone out in the first circuit breakers 7 . 7 ' the series connection of the IGBT's, the series resistor R 1 and the capacitor C to deenergize. The capacitor C can then, even if the control signal 17 still further applied, via a parallel to the RC circuit connected series connection of a discharge resistor R 2 and a diode 25 unloaded and is available for later use again. It is alternatively possible, the diode 25 by a further semiconductor switching element, for. B. another IGBT 26 , replace and on the switches 21 . 21 ' to renounce, as it is in the 1 is shown in dashed lines. Then, after the successful separation of the contacts of the circuit breaker 7 . 7 ' the control signal 17 from the IGBT 11 taken so that it opens again. Subsequently, the further IGBT 26 closed, whereby the discharge of the capacitor C is made possible. After its discharge, the further IGBT becomes 26 reopened and the fender 1 is available for another use.

In der 2c ist der Spannungsverlauf bei Einsatz der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t0 folgt die Spannung an den Wechselrichtereingängen 3, 3' dem durch den MPP (Maximum Power Point) Regler vorgegeben Verlauf. Bei Wegfall der Wechselspannung und Erzeugung des Steuersignals 17 zum Zeitpunkt t0 wird sich die Spannung zunächst weiter erhöhen, bis zu einem Wert, der unterhalb der maximal zulässigen Spannung Uz liegen muss, die bei t = t1 erreicht ist. Bis spätestens t1 muss der weitere Aufbau der Spannung also aufgrund des Einsetzens des Ladevorgangs im Kondensator C zum Stillstand gekommen sein. Das heißt, in der Zeitspanne t1 – t0 muss der IGBT 11 geschaltet haben. Ab dem Schaltpunkt t1 wird der Kondensator C geladen und die Spannung über die Eingangsklemmen 3, 3' am Wechselrichter 5 baut sich ab. Die mechanischen Kontakte der Trennschalter 7, 7' werden wegen ihrer Entlastung durch den vom Kondensator C gezogenen Strom schneller getrennt, als sie es bei einem weiterhin unverändert bestehenden Lichtbogen wären. Nach ca. fünf Zeitkonstanten Tau, die zu t2 erreicht sind, kann der Kondensator C keine weitere Ladung aufnehmen und die Spannung zwischen den Eingangsklemmen 3, 3 baut sich wieder auf. Dieser Spannungsaufbau muss spätestens zu einem Zeitpunkt t3, wenn die zulässige Spannung Uz erreicht wird, unterbrochen werden. Das heißt, dass zum Zeitpunkt t3 die Kontakte der Schütze 7, 7' geöffnet sein müssen und eventuell entstandene Lichtbögen müssen in sich zusammengefallen sein. Zum Zeitpunkt t3 sind die Kontakte also vollständig geöffnet und es liegt keine weitere Spannung an den Eingangsklemmen 3, 3' des Wechselrichter 5 an. Die Schutzschaltung 1 erlaubt so ein sehr viel dichter an der maximal zulässigen Betriebsspannung Uz des Wechselrichters 5 liegende photovoltaisch generierte Spannung der Photovoltaikanlage.In the 2c the voltage curve is shown when using the protective device according to the invention. Until time t0, the voltage follows at the inverter inputs 3 . 3 ' the course given by the MPP (Maximum Power Point) controller. In case of elimination of the AC voltage and generation of the control signal 17 At time t 0 , the voltage will initially increase further, up to a value which must be below the maximum allowable voltage U z , which is reached at t = t 1 . By t 1 at the latest, the further build-up of the voltage must therefore have come to a standstill due to the onset of the charging process in the capacitor C. That is, in the period t 1 - t 0 , the IGBT 11 have switched. From the switching point t 1 , the capacitor C is charged and the voltage across the input terminals 3 . 3 ' at the inverter 5 breaks down. The mechanical contacts of the disconnectors 7 . 7 ' are separated faster due to their relief by the current drawn by the capacitor C, as they would be in a still unchanged existing arc. After about five time constants tau, which are reached at t 2 , the capacitor C can not receive any further charge and the voltage between the input terminals 3 . 3 builds up again. This voltage build-up must be interrupted at the latest at a time t 3 when the allowable voltage U z is reached. This means that at the time t 3, the contacts of the shooter 7 . 7 ' must be open and possibly arcing must have collapsed. At time t 3 , the contacts are thus fully opened and there is no further voltage at the input terminals 3 . 3 ' of the inverter 5 at. The protection circuit 1 allows a much closer to the maximum allowable operating voltage U z of the inverter 5 lying photovoltaic generated voltage of the photovoltaic system.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Schutzvorrichtungguard
3, 3'3, 3 '
Eingangsklemmen WechselrichterInput terminals inverter
55
Wechselrichterinverter
7, 7'7, 7 '
Trennschalter, SchützDisconnector, contactor
1111
IGBTIGBT
1313
Eingang SteuereinheitInput control unit
1515
Steuereinheitcontrol unit
1717
Steuersignalcontrol signal
1919
1. Zeitverzögerungsglied1st time delay element
2323
2. Zeitverzögerungsglied2. Time delay element
2525
weiteres Halbleiterelementfurther semiconductor element
2626
weiterer IGBTanother IGBT
R1R1
Vorwiderstanddropping resistor
R2R2
Entladewiderstanddischarge
CC
Kondensatorcapacitor
PP
Schnittpunktintersection
SS
Signalsignal

Claims (8)

Schutzvorrichtung (1) für den Wechselrichter (5) einer Photovoltaikanlage, der zwei Eingangsklemmen (3, 3') für den Anschluss der von der PV-Anlage generierten Gleichspannung (Umpp) und einen Wechselspannungsausgang aufweist, gekennzeichnet durch ein Halbleiterelement (11) zwischen den Eingangsklemmen (3, 3'), das bei Ausbleiben der Wechselspannung oder bei Vorliegen einer einen Schwellwert übersteigenden Eingangsspannung leitend wird.Protection device ( 1 ) for the inverter ( 5 ) of a photovoltaic system having two input terminals ( 3 . 3 ' ) for the connection of the DC voltage generated by the PV system (Umpp) and an AC output, characterized by a semiconductor element ( 11 ) between the input terminals ( 3 . 3 ' ), which becomes conductive in the absence of the AC voltage or in the presence of a threshold voltage exceeding an input voltage. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement ein Schalter ist, dessen Schaltspannung bei fehlendem AC-Signal anliegt.Protection device according to claim 1, characterized in that the semiconductor element is a switch whose switching voltage is applied in the absence of AC signal. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement ein IGBT (11) ist.Protection device according to claim 2, characterized in that the semiconductor element is an IGBT ( 11 ). Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement in Reihe zu einem R-C Glied liegt.Protection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor element is in series with an R-C member. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum RC-Glied ein weiterer Halbleiterschalter (25) mit einem Entladewiderstand (R2) angeordnet ist.Protection device according to claim 4, characterized in that parallel to the RC element another semiconductor switch ( 25 ) is arranged with a discharge resistor (R2). Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement an einer zugänglichen Stelle am Gehäuse des Wechselrichters (5) angeordnet ist.Protection device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the semiconductor element at an accessible location on the housing of the inverter ( 5 ) is arranged. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement ohne Werkzeuggebrauch austauschbar ist.Protection device according to claim 6, characterized in that the semiconductor element is exchangeable without tool use. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Zeitverzögerungsglied (19), welches das Schaltsignal zur Betätigung des IGBT's gegenüber dem Schaltsignal zur Betätigung eines Trennschalters (7, 7'), der die PV-Anlage von dem Wechselrichter trennt, verzögert.Protection device according to one of claims 1 to 7, characterized by a time delay element ( 19 ), which detects the switching signal for actuating the IGBT with respect to the switching signal for actuating a disconnecting switch ( 7 . 7 ' ), which disconnects the PV system from the inverter, delays.
DE102010011232A 2010-03-12 2010-03-12 Protection device for inverter of photovoltaic system, is designed such that semiconductor element is conductive during absence of alternating voltage or presence of input voltage exceeding threshold value Ceased DE102010011232A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013091689A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Separating device for direct current interruption between a photovoltaic generator and an electrical apparatus, and photovoltaic system having such a separating device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008050543A1 (en) * 2008-10-06 2010-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Protection circuit for a DC link of an inverter, in particular a solar inverter, against overvoltages

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008050543A1 (en) * 2008-10-06 2010-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Protection circuit for a DC link of an inverter, in particular a solar inverter, against overvoltages

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patent Abstracts of Japan zu JP 11312022 A *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013091689A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Separating device for direct current interruption between a photovoltaic generator and an electrical apparatus, and photovoltaic system having such a separating device

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