DE102011080296A1

DE102011080296A1 - Wechselrichter, Photovoltaikanlage und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102011080296A1
Application number: DE102011080296A
Authority: DE
Inventors: Matthias Haag; Frank Phlippen
Original assignee: Kaco New Energy GmbH
Current assignee: Kaco New Energy GmbH
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07
Also published as: WO2013017630A3; WO2013017630A2

Abstract

Ein Wechselrichter (1) für eine Photovoltaikanlage (2) mit mindestens einem Solarmodul (3), das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, weist Mittel (5) zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in ein Netz (6) auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, eine Photovoltaikanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren.
Wechselrichter werden typisch mit einer vorgegebenen AC-Leistung bzw. in das Netz einspeisbaren Wirkleistung ausgeliefert.
Gesetzliche Vorgaben können erfordern, dass an einem Verknüpfungspunkt der Photovoltaikanlage mit dem Netz die maximale Wirkleistungseinspeisung auf einen vorgegebenen Prozentsatz, beispielsweise 70 Prozent, der installierten Leistung begrenzt wird. Damit soll vermieden werden, dass die Netze auf den unwahrscheinlichen Fall der maximal zur Verfügung stehenden Leistung ausgelegt werden müssen.
Die installierte Leistung wird in der Regel durch die Anzahl und den Typ der installierten Solarmodule bestimmt, wobei die Anzahl wiederum von der verfügbaren Fläche, beispielsweise auf einem Dach, abhängt.
Wenn beispielsweise Solarmodule mit einer maximalen Gesamtleistung bzw. installierten Leistung von 6,3 kW installiert sind, darf bei einer vorgeschriebenen Begrenzung auf 70 % ein Wechselrichter mit maximal 4,41 kW AC- bzw. Einspeiseleistung verwendet werden.
Handelsübliche Wechselrichter existieren jedoch typisch entweder mit einer AC-Leistung von 4,6 kW oder 4,2 kW. Da der Umrichter mit 4,6 kW aufgrund der gesetzlichen Norm nicht verwendet werden darf, muss der Umrichter mit 4,2 kW verwendet werden, so dass der grundsätzlich zur Verfügung stehende Leistungsbereich zwischen 4,2 kW und 4,41 kW ungenutzt bleibt. Dies bewirkt einen Effizienzverlust der Photovoltaikanlage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselrichter, eine Photovoltaikanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst effizienten Betrieb ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Wechselrichter nach Anspruch 1, eine Photovoltaikanlage nach Anspruch 8 und ein zugehöriges Betriebsverfahren nach Anspruch 10.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.
Der Wechselrichter ist zur Verwendung in einer Photovoltaikanlage ausgebildet. Die Photovoltaikanlage weist mindestens ein Solarmodul auf, das herkömmlich, basierend beispielsweise auf seiner Fläche, seinem Typ, etc., eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt. Es sind Mittel zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung des Wechselrichters in das (Wechselstrom-)Netz auf einen vorgebbaren bzw. vorgegebenen Anteil der installierten Leistung vorgesehen. Der vorgebbare bzw. vorgegebene Anteil beträgt bevorzugt weniger als 100%. Die Mittel zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung des Wechselrichters in das Netz sind dazu ausgebildet, die Wirkleistungseinspeisung in Abhängigkeit von der installierten Leistung zu begrenzen. Die installierte Leistung kann beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher des Wechselrichters als entsprechender Wert abgelegt sein. Dieser Wert kann beispielsweise vor einer Auslieferung des Wechselrichters bei einem Hersteller oder Lieferanten in dem Speicher abgelegt werden. Die Mittel zum Begrenzen der Wirkleistungseinspeisung können Bestandteil eines Leistungsteils des Wechselrichters sein und in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Anteil auf herkömmliche Art und Weise, beispielsweise durch Wahl geeigneter Betriebsparameter, die eingespeiste Wirkleistung einstellen bzw. begrenzen. Die Erfindung ermöglicht es, den gesamten, von einer gesetzlichen Norm oder sonstigen regulatorischen Vorgaben bestimmten Leistungsbereich der Photovoltaikanlage effizient auszunutzen, ohne dass hierzu eine Vielzahl von Wechselrichtern mit voreingestellten, spezifischen AC-Leistungen vorgehalten werden müssen.
Der Wechselrichter weist optionale Mittel zum Erfassen der installierten Leistung auf, mittels derer dem Wechselrichter Informationen über die installierte Leistung zugänglich gemacht werden können.
In einer Weiterbildung weisen die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Bedienerschnittstelle auf, mittels der die installierte Leistung von einer hierfür autorisierten Person, beispielsweise nur nach Eingabe eines Passworts, eingebbar ist. Die Bedienerschnittstelle kann unmittelbar Bestandteil des Wechselrichters sein und ein Eingabemedium, beispielsweise eine Tastatur, und ein zugehöriges Display umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bedienerschnittstelle netzwerkbasiert sein, so dass beispielsweise eine browserbasierte Eingabe der installierten Leistung auf einem PC möglich ist, falls der Wechselrichter über einen Netzwerkanschluss verfügt und über ein herkömmliches Netzwerk mit dem PC verbunden ist.
In einer Weiterbildung weisen die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Schnittstelle zu dem Solarmodul auf, über die die installierte Leistung bzw. diesbezügliche Kenngrößen von dem Solarmodul einlesbar sind. Falls das bzw. die Solarmodule einen Identifikationschip, auf dem die installierte Leistung bzw. diesbezügliche Kenngrößen gespeichert sind, und eine Schnittstelle aufweisen, besteht die Möglichkeit, die installierte Leistung durch Auslesen der Informationen automatisch im Wechselrichter zu bestimmen.
In einer Weiterbildung beträgt der vorgebbare bzw. vorgegebene Anteil der installierten Leistung 80% der installierten Leistung, bevorzugt 70% der installierten Leistung.
In einer Weiterbildung beträgt die installierte Leistung der Photovoltaikanlage maximal 100 kW, bevorzugt maximal 50 kW, besonders bevorzugt maximal 30 kW.
In einer Weiterbildung weisen die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Sicherheitsvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine unbefugte Manipulation der Erfassung der installierten Leistung zu verhindern. Beispielsweise kann eine Eingabe der installierten Leistung durch einen Benutzer mittels eines Passworts gesichert sein, welches nur autorisierten Personen eine Eingabe bzw. Einstellung erlaubt. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise mittels einer Chipkartenlesevorrichtung sichergestellt sein, dass nur Benutzer, die eine geeignete Chipkarte besitzen, eine Einstellung vornehmen können. Die Sicherheitsvorrichtung kann auch ein so genanntes Token und/oder eine Passwort- und/oder TAN-Übermittlung mittels SMS verwenden.
Die Photovoltaikanlage weist mindestens ein Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, und einen oben genannten Wechselrichter auf.
In einer Weiterbildung weist das Solarmodul eine Schnittstelle auf, über die die installierte Leistung des Solarmoduls auslesbar ist.
Das Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage mit mindestens einem Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, weist die Schritte auf: optionales Erfassen der installierten Leistung und Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in das Netz auf einen vorgebbaren Anteil der (erfassten) installierten Leistung.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt. Hierbei zeigt schematisch:
1 eine Photovoltaikanlage mit einem Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, und einem Wechselrichter.
1 zeigt eine Photovoltaikanlage 2 mit einem Solarmodul 3, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage 2 bestimmt, und einem Wechselrichter 1.
Das Solarmodul 3 bestimmt aufgrund seiner Eigenschaften wie Fläche usw. die installierte Leistung beispielsweise auf 6,3 kW. Das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien in der ab 1. Januar 2012 geltenden Fassung als ein Beispiel einer gesetzlichen Norm bzw. regulatorischen Vorgabe legt fest, dass bei einer installierten Leistung von höchstens 30 kW an einem Verknüpfungspunkt 9a und 9b der Photovoltaikanlage 2 mit dem Netz 6 die maximale Wirkleistungseinspeisung auf 70 Prozent der installierten Leistung zu begrenzen ist, vorliegend also 4,41 kW.
Der Wechselrichter 1 weist eine maximale Wirkleistungsabgabe bzw. Wirkleistungseinspeisung (AC-Leistung) von 4,6 kW auf. Zum Begrenzen der maximalen Wirkleistungseinspeisung auf die vom Gesetz geforderten 4,41 kW, dienen zum einen Mittel zum Erfassen der installierten Leistung in Form eines Displays 4a und einer Tastatur 4b, über die ein autorisierter Benutzer nach erfolgreicher Eingabe eines Passworts die installierte Leistung von 6,3 kW eingibt. Zusätzlich kann auch der Prozentwert, d.h. der vorgebbare Anteil, variabel eingegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die installierte Leistung und/oder der Prozentwert über eine Netzwerkschnittstelle 11 eingegeben werden, die mit einem nicht dargestellten herkömmlichen Netzwerk zu verbinden ist, beispielsweise einem LAN, dem Internet, etc., wobei als Erfassungs- bzw. Eingabemittel für diesen Fall beispielsweise ein mit dem Netzwerk verbundener Computer dienen kann.
Der Umrichter speichert diesen Wert und errechnet hieraus automatisch per Software die maximal erlaubte Wirkleistungseinspeisung von 4,41 kW. Mittel zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in Form einer Leistungselektronik 5 begrenzen die eingespeiste Leistung auf 4,41 kW, auch wenn die vom Solarmodul 3 gelieferte Leistung eine höhere Wirkleistungseinspeisung zuließe. Die Leistungselektronik 5 begrenzt die Wirkleistungseinspeisung herkömmlich durch geeignete Einstellung der diesbezüglich relevanten physikalischen Größen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Solarmodul 3 einen Chip 10, der die installierte Leistung speichert, und eine Schnittstelle 8 aufweisen, die mit einer korrespondierenden Schnittstelle 7 des Wechselrichters 1 verbindbar ist und über die die installierte Leistung des Solarmoduls 3 auslesbar ist. Auf diese Weise kann ein normkonformes Verhalten des Wechselrichters 1 automatisch, d.h. ohne explizite Eingabe der installierten Leistung durch einen Benutzer, erzielt werden.
Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen einen effizienten Betrieb der Photovoltaikanlage 2, da der gesamte, von einer gesetzlichen Norm zugelassene Leistungsbereich der Photovoltaikanlage 2 von 0 kW bis 4,41 kW ausgenutzt werden kann, ohne dass hierzu eine Vielzahl von Wechselrichtern mit voreingestellten, spezifischen AC-Leistungen vorgehalten werden müssen.

Claims

Wechselrichter (1) für eine Photovoltaikanlage (2) mit mindestens einem Solarmodul (3), das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter umfasst – Mittel (5) zum Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in ein Netz (6) auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung.
Wechselrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – Mittel (4a, 4b) zum Erfassen der installierten Leistung.
Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Bedienerschnittstelle (4a, 4b) aufweisen, mittels der die installierte Leistung eingebbar ist.
Wechselrichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Schnittstelle (7) zu dem Solarmodul aufweisen, über die die installierte Leistung von dem Solarmodul einlesbar ist.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der vorgebbare Anteil der installierten Leistung 80% der installierten Leistung, bevorzugt 70% der installierten Leistung, beträgt.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die installierte Leistung der Photovoltaikanlage maximal 100 kW, bevorzugt maximal 50 kW, besonders bevorzugt maximal 30 kW, beträgt.
Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Mittel zum Erfassen der installierten Leistung eine Sicherheitsvorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine unbefugte Manipulation der Erfassung der installierten Leistung zu verhindern.
Photovoltaikanlage (2) mit – mindestens einem Solarmodul (3), das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, und – einem Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – das Solarmodul eine Schnittstelle (8) aufweist, über die die installierte Leistung des Solarmoduls auslesbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage (2) mit mindestens einem Solarmodul (3), das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, gekennzeichnet durch die Schritte: – Begrenzen einer Wirkleistungseinspeisung in ein Netz (6) auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erfassen der installierten Leistung und – Begrenzen der Wirkleistungseinspeisung in das Netz (6) auf einen vorgebbaren Anteil der erfassten installierten Leistung.