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Die
Erfindung betrifft ein modulares Wechselrichtersystem, das ein Anschlussmodul
und zumindest ein Leistungsmodul umfasst, wobei das Anschlussmodul
zumindest ein Anschlusselement, insbesondere einen Wechselspannungsausgang,
zur Versorgung eines Verbrauchers und ein Eingangsanschlusselement,
insbesondere einen Gleichspannungseingang, zur Verbindungsherstellung
mit zumindest einer externen Energiequelle aufweist und das Leistungsmodul
elektronische Komponenten zur Energiewandlung, insbesondere zumindest
ein Leistungsteil mit jeweils einem DC-DC-Wandler, DC-AC-Wandler,
Zwischenkreis, eine Reglervorrichtung usw., aufweist, wobei das
Anschlussmodul und das Leistungsmodul zur Herstellung einer Verbindung
untereinander jeweils miteinander korrespondierende Steckelemente
aufweisen, und eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlusselementen des
Anschlussmoduls und Anschlüssen des Leistungsmoduls herstellbar
ist.
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Aus
der
DE 299 16 195
U1 ist ein Wechselrichter bekannt, der durch einen modularen
Aufbau mit einer Zentraleinheit und einer Mehrzahl von Leistungseinheiten
gekennzeichnet ist. Die Zentraleinheit weist einen Wechselspannungsausgang
und eine Steckverbinderbuchse auf. Die Leistungseinheiten weisen
jeweils einen Steckverbinderstecker und eine Steckverbinderbuchse
und einen Gleichspannungseingang auf. Nachteilig bei einem derartigen
Aufbau ist es, dass die Gleichspannungsleitungen jeweils zu den
einzelnen Leistungsmodulen geführt und an diesen angeschlossen
werden müssen, sodass sich eine unübersichtliche
und platzintensive Verkabelung ergibt. Weiters ist ein erheblicher
Wartungsaufwand bei Austausch einer Leistungseinheit gegeben, da
in diesem Fall eine Neuverkabelung der Gleichspannungsleitungen
für das Leistungsmodul durchzuführen ist.
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Weiters
ist in der
DE 101
61 178 A1 ein Wechselrichter angegeben, der wenigstens
teilweise modular aufgebaut ist und hierzu lösbare Module
und an den Modulen lösbar angebrachte Verbindungsleitungen
aufweist. Als nachteilig erweist sich bei dem beschriebenen Aufbau,
dass der Aufbau zur Energieübertragung über Schienen
konstruktiv aufwändig ist und dass jedes der Module eigens
verkabelt werden muss, wodurch sich wiederum eine unüber sichtliche und
viel Raum in Anspruch nehmende Verkabelung ergibt.
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Eine
modulare Stromversorgungseinheit mit Steckverbindungen zu den Stromschienen
ist beispielsweise in der
WO
97/14206 A1 beschrieben. Durch die Modulbauweise wird ein
einfacheres und übersichtlicheres Verbinden mit den Stromschienen ermöglicht
und somit auch eine Wartung der Module erleichtert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Wechselrichtersystem
zu schaffen, das ein einfacheres, übersichtlicheres Anschließen
von Leitungen und eine möglichst unkomplizierte Wartung ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe wird eigenständig
dadurch gelöst, dass das Anschlussmodul eine Steuervorrichtung
aufweist, die zur Signal- bzw. Datenübertragung mit zumindest
einer weiteren Steuervorrichtung und/oder einer Regelstrecke eines Wechselrichters
im Leistungsmodul verbunden ist. Der sich daraus ergebende Vorteil
liegt darin, dass das Anschlussmodul sämtliche Anschlüsse
für Gleichstromleitungen und Wechselstromleitungen aufweist,
wodurch im Anschlussmodul des Wechselrichtersystems sämtliche
Leitungen zentralisiert zusammengeführt sind. Es ist somit
nicht notwendig die von einer Energiequelle ausgehenden Gleichspannungsleitungen
direkt an eines der Leistungsteile zur Energiewandlung zu führen,
wodurch bei der Verwendung von mehreren Leistungsteilen unübersichtliche
und platzintensive Verkabelungen verhindert werden. Durch die Steckverbindung
zwischen Anschlussmodul und Leistungsmodul ist weiters eine einfache
und schnelle. Wartung des Wechselrichtersystems möglich,
da beispielsweise ein Austausch einer Komponente des Leistungsmoduls,
beispielsweise eines Wechselrichters, möglich ist, ohne
dass Leitungen an die Komponente abgeschlossen bzw. angeschlossen
werden müssen. Somit kann über Steuer- bzw. Regelabläufe,
welche durch die Steuervorrichtung des Anschlussmoduls bereitgestellt
werden, Einfluss auf die Wechselrichter genommen werden. Beispielsweise
können Soll-Werte an die Regelstrecke eines Wechselrichters
vorgegeben werden und/oder Statusinformation, Parameter, usw. von
der Steuervorrichtung geändert und ausgewertet werden.
Somit ist auch die Anordnung einer insbesondere zentralen Bedienvorrichtung
und/oder Visualisierung am Anschlussmodul möglich, wodurch
die Bedienfreundlichkeit des Wechselrichtersystems erhöht wird.
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Eine
weiters vorteilhafte Ausführungsvariante besteht darin,
dass die dass Steckelemente zum Herstellen der elektrischen Verbindung
zwischen den Anschlusselementen des Anschlussmoduls und Anschlüssen
des Leistungsmoduls ausgebildet sind, da über die Steckverbindung
eine exakte und definierte Verbindung der Leitungen bzw. Anschlüsse
zwischen dem Anschlussmodul und dem Leistungsmodul möglich
ist die Verbindung von Außen nicht zugänglich und
somit geschützt ist. Hierbei ist eine Ausgestaltung, bei
der die Steckelemente Ausnehmungen für Leitungen und/oder
Kontaktelemente aufweisen besonders zweckmäßig.
Somit ist eine einfache Montage des Leistungsmoduls am Anschlussmodul
und eine Rasche Inbetriebnahme desselben möglich.
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Dadurch,
dass zumindest für jedes im Anschlussmodul vorhandene Eingangs-Anschlusselement
und das Ausgangs-Anschlusselement eine Ausnehmung in den Steckelementen
angeordnet ist, können alle am Eingangs-Anschlusselement
angeschlossenen Energiequellen in einfacher Weise mit dem Leistungsmodul über
die Steckelemente verbunden werden. Somit wird eine äußerst
kompakte und fehlersichere Verkabelung von mehreren Energiequellen
und Wechselrichtern ermöglicht.
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Von
Vorteil ist es weiters, wenn die Steckelemente eine Rast- oder Verriegelungsvorrichtung
zur vertikalen Fixierung des Leistungsmoduls am Anschlussmodul aufweisen,
da die Betriebssicherheit des Wechselrichtersystems erhöht
wird.
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Eine
Ausgestaltung, bei der das Anschlussmodul ein Gehäuse aufweist,
das an einer Wand zumindest einen Anschlussbereich mit mehreren Öffnungen
aufweist, in denen Verbindungselemente angeordnet sind oder Leitungen
in das Innere des Gehäuses geführt sind, ist vorteilhaft,
da sämtliche zum Wechselrichtersystem externe Leitungen
in einem gemeinsamen Bereich gesammelt zum Anschlussmodul geführt
werden, wodurch eine übersichtliche und Platz sparende
Verkabelung möglich ist.
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Durch
Anschlusselemente, die im Anschlussmodul durch Klemmelemente gebildet
sind, wird ein betriebssicherer und erprobter Aufbau geschaffen
und eine rasche Installation von Komponenten ermöglicht.
Weiters können die Klemmelemente in vorteilhafter Weise
strukturiert und systematisch an einer Anschlussplatte angeordnet
werden, wodurch mittels Zuordnung der Klemmelemente zu entsprechenden
Ausnehmungen in den Steckelementen des Leistungsmoduls und des Anschlussmoduls
eine eindeutige Anschlussbelegung in den Steckelementen festgelegt
werden kann.
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Eine
Ausführungsvariante, bei der in der Leitungsverbindung
zwischen dem Steckelement des Anschlussmoduls und den Anschlusselementen
ein insbesondere manuell betätigbarer Sicherheitsschalter
angeordnet ist, über den die elektrische Verbindung zumindest
der Gleichspannungs-Leitungen zwischen den Eingangs-Anschlusselementen
und dem Steckelement schaltbar ist, ist vorteilhaft, da über
den Sicherheitsschalter die Wechselrichter im Leistungsmodul spannungsfrei
geschaltet werden können, beispielsweise um einen Austausch
oder eine Wartung der Wechselrichter vorzunehmen, wobei hierzu nur
ein Sicherheitsschalter für alle Wechselrichter notwendig
ist. Somit wird auch ein kostengünstiger und einfacher
Aufbau des Wechselrichtersystems erreicht.
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Ein
Aufbau, bei dem das Anschlussmodul im Gehäuse eine Sicherheitsvorrichtung,
insbesondere zumindest eine Abdeckung, aufweist, die vor einem Zugriff
auf Spannung führende Teile in einem Innenraum Anschlussmoduls
schützt, wird ein Zugriff sowohl auf die Wechselspannungsleitungen
für den Ausgang als auch auf die Gleichspannungsleitungen des
Eingangs bzw. der Energiequelle unterbunden. Besonders vorteilhaft
ist hierbei, wenn ein aktiver bzw. inaktiver Zustand der Sicherheitsvorrichtung
mit der Stellung des Sicherheitsschalters gekoppelt ist, sodass
bei eingeschaltetem Sicherheitsschalter die Sicherheitsvorrichtung
zum Schutz von Personen aktiv ist und bei ausgeschaltetem Sicherheitsschalter die
Sicherheitsvorrichtung inaktiv ist und einen Zugriff auf den Innenraum
des Anschlussmoduls ermöglicht.
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Weiters
ist es von Vorteil, wenn das Anschlussmodul und/oder das Leistungsmodul
eine Positioniervorrichtung für die horizontale Lagefixierung des
Leistungsmoduls am Anschlussmodul aufweist.
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Somit
ist einerseits eine exakte Positionierung der Steckelemente zueinander
möglich, um einen Kontakt für eine elektrische
Verbindung herzustellen, und andererseits ist ein Verpolschutz durch die
Positioniervorrichtung gegeben, sodass das Leistungsmodul nur in
einer möglichen Lage auf das Anschlussmodul aufgesetzt
werden. kann. Als besonders zweckmäßig erweist
sich eine Positioniervorrichtung, die durch eine Ausnehmung, beispielsweise eine
Führungsnut, und einen zu dieser korrespondierenden Vorsprung,
beispielsweise eine Führungsleiste, gebildet ist.
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Dadurch,
dass im Anschlussmodul ein Überwachungselement angeordnet
ist, das eine korrekte Befestigung von Wänden und/oder
einer Sicherheitsvorrichtung, insbesondere einer Abdeckung, des
Gehäuses detektiert, kann in vorteilhafter Weise eine zusätzliche
Schutz- bzw. Sicherheitsmaßnahme geschaffen werden, um
einen Zugriff auf unter Spannung stehende Teile des Anschlussmoduls
zu verhindern bzw. um eine Leistungsabgabe durch das Wechselrichtersystem
zu unterdrücken. Insbesondere ist das Überwachungselement
hierzu mit der Steuervorrichtung zur Signalübertragung
verbunden, sodass bei detektiertem Sicherheitsmangel durch ein geöffnetes
Gehäuse durch die Steuervorrichtung eine Regelung der Ausgangsspannung
derartig veranlasst wird, dass keine oder eine sehr geringe Ausgangsleistung
am Ausgangs-Anschlusselement abgegeben wird. Somit sind keine zusätzlichen
Sicherheits-Schaltelemente für die Wechselrichter zum Schalten
des Stromes am Ausgangs-Anschlusselement notwendig.
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Von
Vorteil ist eine weitere Ausgestaltung, bei der das Leistungsmodul
bedarfsweise mehrere Wechselrichter aufweist, die über
Leitungen, beispielsweise eine Leiterschiene und gegebenenfalls über
die Steckelemente mit dem Anschlussmodul verbunden sind. Somit kann
die Ausgangsleistung des Wechselrichtersystems erhöht werden
und an die Nennleistung eines Verbrauchers angepasst werden, wodurch
ein skalierbares System geschaffen wird. Hierbei sind die Leitungen
für jeden Wechselrichter im Leistungsmodul bevorzugt durch
eine Gleichspannungsleitung zur Energieübertragung für den
DC-Eingang, gegebenenfalls eine Steuerleitung zur Signal- und/oder
Datenübertragung für einen Steuereingang und eine
Wechselspannungsleitung für den AC-Ausgang gebildet.
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Weiters
ist eine Ausführungsvariante möglich, bei der
eine Leitung im Leistungsmodul durch einen Sammelleiter gebildet
ist, der mit allen AC-Ausgängen der Wechselrichter verbunden
ist, oder dass das jeder Wechselrichter eine eigene als Wechselspanungsleitung
vorgesehene Leitung aufweist. Durch Verwendung eines Sammelleiters
ergibt sich der Vorteil, dass die abgegebenen Leistungen der einzelnen
Wechselrichter an einem gemeinsamen Sammelleiter zusammengeführt
werden und am Ausgangs-Anschlusselement unmittelbar eine höhere
Gesamtleistung zur Verfügung steht. Durch die Verwendung
von Einzelleitern können mehrere Ausgangs-Anschlusselemente
jeweils mit einem Wechselrichter verbunden werden, sodass mehrere
Verbraucher unabhängig voneinander über das Wechselrichtersystem
versorgt werden können.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnungen näher erläutert.
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Darin
zeigen:
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1:
Ein Wechselrichtersystem mit einem Leitungsmodul inklusive einem
als Blockschaltbild dargestelltem Wechselrichter und einem Anschlussmodul
in stark vereinfachter Vorderansicht;
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2:
Das Wechselrichtersystem nach 1 in Ansicht
von unten gemäß Pfeil II in 1;
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3:
Das Wechselrichtersystem nach 1 in Schnittdarstellung
gemäß Schnittlinie III-III in 1;
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4:
Das Anschlussmodul nach 1 in Vorderansicht mit entfernter
Vorderwand;
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5:
Das Anschlussmodul nach 4 in Vorderansicht und entfernter
Sicherheitsvorrichtung;
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6:
Eine weitere Ausführungsvariante des Wechselrichtersystems
mit einem Leistungsmodul, das mehrere Wechselrichter umfasst;
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7:
Eine weitere Ausführungsvariante des Wechselrichtersystems,
das mehrere Leistungsmodule und Wechselrichter umfasst.
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In 1 ist
ein Wechselrichtersystem 1 in Modulbauweise gezeigt, dass
ein Leistungsmodul 2 und ein Anschlussmodul 3 um
fasst. Das Leistungsmodul 2 weist zumindest einen Wechselrichter 4 bzw. ein
Leistungsteil auf, das zur Wandlung von Gleichspannung in Wechselspannung
mit einer definierten Frequenz, Wellenform und Amplitude ausgebildet
ist.
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Der
Wechselrichter 2 weist jeweils einen Anschluss 5 für
einen DC-Eingang 6 und einen AC-Ausgang 7 auf.
Weiters umfasst der Wechselrichter 2 in der gezeigten Ausführungsvariante
einen DC-DC-Wandler 8 (strichliert umrandet), einen Zwischenkreis 9 und
einen DC-AC-Wandler 10. Am DC-Eingang 6 des DC-DC-Wandlers 8 ist
eine Energiequelle 11 bzw. ein Energieerzeuger angeschlossen,
die beispielsweise aus einem oder mehreren parallel und/oder seriell
zueinander geschalteten Solarmodulen (nicht dargestellt), die als
Solargenerator bezeichnet werden, oder einer Batterie 12 gebildet werden
kann. Der DC-AC-Wandler 10 ist am AC-Ausgang 7 mit
einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern 13, wie beispielsweise
einem Kühlschrank, einem Funkgerät usw., und/oder
einem Wechselspannungsnetz verbunden. Beispielsweise wird das Wechselrichtersystem 1 als
Inselwechselrichter zur Versorgung von vom öffentlichen
Energieversorgungsnetz entkoppelten Verbrauchern 13 verwendet.
Durch die optionale Verwendung von mehreren Wechselrichtern 2,
wie dies an späterer Stelle näher beschrieben
ist, kann einerseits mehr Leistung zum Betrieb der Verbraucher 13 bereitgestellt
werden. Andererseits kann aufgrund des redundanten Aufbaus durch
Verwendung mehrerer Wechselrichter 2 die Ausfallswahrscheinlichkeit
des Wechselrichtersystems 1 verringert werden, wodurch
kritische Verbraucher 13 ausfallssicher mit Energie versorgt
werden können. Weiters kann das Wechselrichtersystem 1 verwendet
werden, um Energie in das öffentliche Versorgungsnetz einzuspeisen.
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Der
DC-DC-Wandler 8 ist zumindest durch eine Leistungselektronik 14 und
einen Transformator 15 gebildet. Die Leistungselektronik 14 weist
eine Schaltvorrichtung auf, die an einem Steuereingang gesteuert
bzw. getaktet wird, sodass die an den Transformator 15 zugeführte
Energie mittels Pulsweitenmodulation (PWM) des Steuersignals am
Steuereingang festgelegt werden kann. Der Zwischenkreis 9 wird
aus einem oder mehreren Kondensatoren, insbesondere Elektrolytkondensatoren,
aufgebaut. Der Zwischenkreis 9 dient der Energiespeicherung
und es wird dieser deshalb auf eine Zwischenkreisspannung aufgeladen,
aus der über den DC-AC-Wandler 10 am Ausgang 7 eine
Wechselspannung erzeugt wird. Damit die gewünschte Wechselspannung
für den Verbraucher 13 am Ausgang 7 erzeugt
werden kann, wird der DC-AC-Wandler 10 durch einen entsprechenden
Inverter, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt,
gebildet. Weitere Bauelemente bzw. Baugruppen, wie beispielsweise Filterbeschaltungen,
Glättungskondensatoren usw., sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
nicht dargestellt. Da die einzelnen Komponenten bzw. Baugruppen
und Funktionen von Wechselrichtern 2 bereits aus dem Stand
der Technik bekannt sind, wird auf diese nachstehend nicht im Detail
eingegangen. Weiters können andere, aus dem Stand der Technik bekannte
Ausgestaltungen zur Wandlung von Gleichspannung in Wechselspannung
als Wechselrichter 4 im Wechselrichtersystem 1 zum
Einsatz kommen.
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Weiters
weist der Wechselrichter 2 einen Regler bzw. eine Steuervorrichtung 16,
die beispielsweise durch einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller
oder einen Rechner gebildet sein kann, auf. Über die Steuervorrichtung 16 kann
eine entsprechende Steuerung der einzelnen Baugruppen, insbesondere
der darin angeordneten Schaltelemente, vorgenommen werden. In der
Steuervorrichtung 16 sind hierzu die einzelnen Regel- bzw.
Steuerabläufe durch entsprechende Software-Programme und/oder Daten
bzw. Kennlinien gespeichert.
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Das
Anschlussmodul 3 weist zumindest ein Ausgangs-Anschlusselement 17 auf,
das mit einem Verbraucher 13 koppelbar ist, um diesen mit
Energie zu versorgen. Am Ausgangs-Anschlusselement 17 liegt
eine Wechselspannung an, die durch den DC-AC-Wandler 10 erzeugt
wird, wobei das Ausgangs-Anschlusselement 17 mit dem AC-Ausgang 7 von
einem oder mehreren Wechselrichter(n) 4 im Leistungsmodul 2 verbunden
ist.
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Das
Leistungsmodul 2 und das Anschlussmodul 3 sind über
eine steckbare Verbindung mechanisch und gegebenenfalls elektrisch
gekoppelt. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Leistungsmodul 2 ein erstes Steckelement 18 auf
und das An schlussmodul 3 ein weiteres Steckelement 19 auf,
wobei die Steckelemente 18, 19 gegenseitig in Eingriff
bringbar sind, sodass die Verbindung zwischen dem Leistungsmodul 2 und
dem Anschlussmodul 3 hergestellt wird. Die Steckelemente 18, 19 sind
hierzu korrespondierend ausgebildet, wobei eines der Steckelemente 18; 19 durch
einen Stecker 20 und das weitere Steckelement 18; 19 durch
eine Buchse 21 gebildet sein kann. Derartige Steckverbindungen
sind auch dem Stand der Technik bekannt, weshalb auf deren Details
nicht näher eingegangen wird.
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Erfindungsgemäß weist
das Anschlussmodul 3 neben dem Ausgangs-Anschlusselement 17 ein Eingangs-Anschlusselement 22 auf,
das mit der Energiequelle 11 koppelbar ist. Das Eingangs-Anschlusselement 22 ist
als Gleichspannungseingang ausgebildet, sodass die Energiequelle 11 bevorzugt durch
eine Gleichspannungsquelle gebildet ist. Das Eingangs-Anschlusselement 22 ist
mit dem DC-Eingang 6 eines oder mehrerer Wechselrichter(s) 4 im Leistungsmodul 2 zur
Bereitstellung einen zu wandelnden Gleichspannung verbindbar.
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Es
ist nun vorgesehen, dass zwischen den Anschlusselementen 17, 22 des
Anschlussmoduls 3 und den Anschlüssen 5 des
zumindest einen Wechselrichters 4 im Leistungsmodul 2 eine
elektrische Verbindung herstellbar ist. Hierbei sind sämtliche
Leitungen bzw. Verkabelungen zu externen Komponenten wie der Energiequelle 11 und
dem Verbraucher 13 im Anschlussmodul 3 zentral
zusammengeführt, wodurch sich der Vorteil einer übersichtlichen
und Platz sparenden Verkabelung und einer verbesserten Wartbarkeit
ergibt.
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In
einer möglichen Ausführungsvariante gemäß den 1 bis 3 wird
die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter 4 und
den Anschlusselementen 17, 22 über die
Steckelemente 18, 19 hergestellt. Die Steckelemente 18, 19 weisen
zu diesem Zweck beispielsweise Ausnehmungen 23 auf, durch
die Verbindungsleiter 24 durchgeführt sind. Weiters
können die Steckelemente 18, 19 Kontaktelemente 25 zur
Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung aufweisen,
wobei die Kontaktelemente 25 mit den Anschlüssen 5 bzw.
Anschlusselementen 17, 22 verbunden sind. Derartige
Kontaktelemente 25 bzw. Kontakteinsätze sind aus
dem Stand der Technik bekannt, wobei diese beispielsweise durch
Stifte, Hülsen, Buchsen usw. gebildet sein können.
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Weiters
können die Steckelemente 18, 19 eine
Rast- oder Verriegelungsvorrichtung 26 aufweisen, über
die das Leistungsmodul 2 am Anschlussmodul 3 in
vertikaler Richtung, in der das Leistungsmodul 2 auf das
Anschlussmodul 3 aufgesetzt wird, lösbar arretiert
werden kann. Hierzu kann die Rast- oder Verriegelungsvorrichtung 26 Rastnoppen,
federelastische Rastarme, reibschlüssige Halteelemente
oder dergleichen aufweisen, die das Leistungsmodul 2 am
Anschlussmodul 3 in einer Endlage fixieren.
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Das
Anschlussmodul 3 weist ein Gehäuse 27 auf,
an dem bevorzugt zumindest ein Anschlussbereich 28 ausgebildet
ist, der mehrere Öffnungen 29 aufweist. Die insbesondere
kreisförmigen Öffnungen 29 durchragen
eine Wand 30, wobei die Wand 30 bevorzugt eine
Unterseite 31 des Anschlussmoduls 3 ausbildet
und die Öffnungen 29 an dieser Unterseite 31 zugänglich
sind. Die Öffnungen 29 können selbstverständlich
an Seitenwänden 32 bzw. einer Rückwand 33 oder
Vorderwand 34 angeordnet sein. Weiters kann im Anschlussbereich 28 ein
plattenförmiger Einsatz mit den Öffnungen 29 in
das Gehäuse 27 eingesetzt sein, der bedarfsweise
austauschbar ausgebildet sein kann.
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Im
Anschlussbereich 28 wird über die Öffnungen 29 eine
elektrische Verbindung zwischen den außerhalb des Anschlussmoduls
verlaufenden Leitungen 35 und den Anschlusselementen 17, 22 hergestellt.
Hierzu können die Leitungen 35 durch die Öffnungen 29 in
einen Innenraum des Anschlussmoduls 3 geführt
werden und direkt mit den Anschlusselementen 17, 22 in
Kontakt gebracht werden. Weiters können in den Öffnungen 29 Verbindungselemente 36 angeordnet
sein, die insbesondere aus dem Stand der Technik bekannte Kupplungsvorrichtungen
bzw. Verschlüsse für Kabelverbindungen aufweisen.
Derartige Verbindungselemente 37 sind jeweils mit den Anschlusselementen 17, 22 leitfähig verbunden.
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Im
in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Anschlussmodul 3 einen ersten Anschlussbereich 28a auf,
an dem sämtliche zum Eingangs-Anschlusselement 22 geführten
Leitungen 35, d. h. von der Energiequelle 11 kommende
Gleichspannungslei tungen, zusammengefasst sind. Das Anschlussmodul 3 weist
einen weiteren Anschlussbereich 28b auf, an dem die vom
Ausgangs-Anschlusselement 17 kommende Leitung 35,
welche zu einem Verbraucher 13 führt, aus dem
Anschlussmodul 3 herausgeführt ist. Sämtliche
zum Wechselrichtersystem 1 externe Leitungen 35 sind
im gezeigten Ausführungsbeispiel somit an einer gemeinsamen Wand – hier
an der Wand 30 mit der Unterseite 31 – des
Anschlussmoduls 3 angeordnet.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass das Anschlussmodul 3 bzw. das Leistungsmodul 2 eine
Positioniervorrichtung 37 aufweisen, um die Lage des Leistungsmoduls 2 relativ
zum Anschlussmodul 3 in einer horizontalen Ebene 38 zu
fixieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Positioniervorrichtung 37 durch
eine Ausnehmung 39 und einem mit dieser korrespondierenden
Vorsprung 40 gebildet, wodurch eine vertikale Führung 41 gebildet
wird. Die Positioniervorrichtung 38 bzw. die Führung 41 kann
wie dargestellt an den Steckelementen 18, 19 angeordnet sein,
wodurch die Ausnehmungen 23, Verbindungsleiter 24 bzw.
die Kontaktelemente 25 der Steckelemente 18, 19 zur
Herstellung einer elektrischen Verbindung korrekt positioniert sind.
Das Erste, als Stecker 20 ausgebildete Steckelement 18 weist
eine als Führungsnut 42 ausgebildete Ausnehmung 39 auf und
das weitere, als Buchse 21 ausgebildete Steckelement 19 weist
einen als Führungsleiste 43 gebildeten Vorsprung 40 auf.
Es sei angemerkt, dass in einer weiteren Ausführungsvariante
die Positioniervorrichtung 38 auch unabhängig
und eigenständig von den Steckelementen 18, 19 am
Gehäuse 27 des Anschlussmoduls 3 bzw.
einem Gehäuse 42 des Leistungsmoduls 2 angeordnet
sein kann. Durch die Positioniervorrichtung 37 wird weiters
sichergestellt, dass das Leistungsmodul 2 nur in einer
definierten Lage auf das Anschlussmodul 3 aufgesetzt werden kann,
wodurch ein Verpolschutz für die Steckelemente 18, 19 erreicht
wird.
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Das
Ausgangs-Anschlusselement 17 und das Eingangs-Anschlusselement 22 sind
bevorzugt durch Klemmelemente 45 gebildet, die in einem
Innenraum 46 des Anschlussmoduls 3 angeordnet sind.
Die Klemmelemente 45 sind mit den Leitungen 35 direkt
verbunden, oder indirekt über die Verbindungselemente 36 bzw.
von diesen zu den Klemmelementen 45 führenden
Leitungen 47 bzw. starren Lei terbahnen, die im Anschlussmodul 3 fest
verlegt sind, wobei diese Leitungen 47 bzw. Leiterbahnen
in den Fig. schematisiert durch strichlierte Linien dargestellt
sind.
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Die
Klemmelemente 45 sind weiters mit Anschlüssen 5 von
zumindest einem Wechselrichter 4 bzw. Leistungsteil im
Leistungsmodul 2 elektrisch leitfähig verbunden.
Hierzu sind die Anschlüsse 5 im Leistungsmodul 2 wiederum
mit Leitungen 48 bzw. starren Leiterbahnen, die im Leistungsmodul 2 fest verlegt
sind, verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden
diese Leitungen 48 über die Ausnehmungen 23 in
den Steckelementen 18, 19 in den Innenraum 46 des
Anschlussmoduls 3 geschleift, wo diese mit den entsprechenden
Klemmelementen 45 verbunden sind. Jeder Ausnehmung 23 in
den Steckelementen 18, 19 kann somit eine definierte
Leitung, wie z. B. eine Gleichspannungsleitung, eine Steuerleitung
oder eine Wechselspannungsleitung, zugeordnet sein, sodass eine
definierte und eindeutige Belegung der Streckelemente 18, 19 erreicht
wird.
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Es
sei angemerkt, dass auf die Details der Verkabelung bzw. Leitungsverlegung
im Leistungsmodul 2 und im Anschlussmodul 3 nicht
im Detail eingegangen wird, da entsprechende Vorrichtungen wie z.
B. Leiterschienen, Leiterbahnen, freie Verkabelungen oder dergleichen
aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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Weiters
kann das Anschlussmodul 3 eine Steuervorrichtung 49 aufweisen,
die zur Signal- und/oder Datenübertragung mit zumindest
einer weiteren Steuervorrichtung 16 und/oder einer Regelstrecke
im Leistungsmodul 2 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 49 kann
hierbei als zentrale Steuereinheit des Wechselrichtersystems 1 ausgebildet
sein, dass zumindest Sollwerte zur Regelung des zumindest einen
Wechselrichters 4 an dessen Regelstrecke weitergibt. Weiters
kann jeder Wechselrichter 4 zusätzlich die Steuervorrichtung 16 aufweisen,
die gegebenenfalls über die Leitungen 47, 48 mit
der Steuervorrichtung 49 des Anschlussmoduls 3 kommuniziert.
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Durch
einen derartigen Aufbau können insbesondere Regelvorgaben,
Statusinformationen, Benutzereingaben oder dergleichen an die Steuervorrichtung 49 des
Anschlussmoduls 3 bzw. die Wechselrich ter 4 übertragen
werden. Weiters kann eine Bedieneinrichtung 50 und/oder
eine Visualisierung 51 zentral am Anschlussmodul 3 vorgesehen
sein, wodurch eine zentrale Ein- und Ausgabeschnittstelle durch
das Anschlussmodul 3 realisiert wird und die eine hohe
Benutzerfreundlichkeit für die Bedienung des Wechselrichtersystems 1 erreicht
wird.
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In
den 4 und 5 ist das Wechselrichtersystem 1 gemäß 1 bis 3 ohne
Vorderwand 34 dargestellt. In 4 ist erkennbar,
dass das Anschlussmodul 3 eine Sicherheitsvorrichtung 52 aufweist,
die bei Abnehmen der Vorderwand 34 den Innenraum 46 des
Anschlussmoduls 3 abdeckt und vor einem Zugriff auf Spannung
führende Komponenten schützt. Die Sicherheitsvorrichtung 52 kann durch
ein oder mehrere plattenförmige Abdeckungen 53 gebildet
sein, die über Verbindungselemente 54, beispielsweise
Schrauben, am Gehäuse 27 des Anschlussmoduls 3 befestigt
sind. Weiters können die Abdeckungen 53 jeweils
Handhabungselemente 55 aufweisen, die insbesondere durch
eine Ausnehmung 56 gebildet sein können. Somit
wird eine griffstückähnliche Anordnung gebildet,
wodurch ein Benutzer die Abdeckung 53 in einfacher Weise
mit einer Hand fassen und entfernen kann.
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Das
Anschlussmodul 3 weist des Weiteren einen Sicherheitsschalter 57 auf,
der bevorzugt bei vorhandener bzw. aktiver Sicherheitsvorrichtung 52 manuell
durch einen Benutzer betätigbar ist. Insbesondere ist es
möglich, dass die Sicherheitsvorrichtung 52 nur
dann vom Anschlussmodul 3 entfernt werden kann, wenn sich
der Sicherheitsschalter 57 in eine AUS-Stellung befindet.
In einer EIN-Stellung des Sicherheitsschalters 57 ist ein
entfernen der Sicherheitsvorrichtung 52 nicht möglich.
In 4 befindet sich der Sicherheitsschalter 57 in
der EIN-Stellung, weshalb die Abdeckungen 53 der Sicherheitsvorrichtung 52 nicht
vom Anschlussmodul 3 abgenommen werden können.
In 5 hingegen befindet der Sicherheitsschalter 57 in
der AUS-Stellung, wodurch die Abdeckungen 53 zur Abnahme
vom Gehäuse 27 des Anschlussmoduls 3 frei
gegeben sind. In 5 ist deshalb das Anschlussmodul 2 mit
von diesem entfernter Sicherheitsvorrichtung 52 und freiem
Zugriff auf den Innenraum 46 gezeigt.
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Der
Sicherheitsschalter 57 ist in der über die Leitungen 47 auf gebauten
Leitungsverbindung zwischen dem Steckelementen 18, 19 und
der Anschlusselementen 17, 22 angeordnet. über
den Sicherheitsschalter 57 kann die elektrische Verbindung
zwischen dem Leistungsmodul 2 und dem Anschlussmodul 3 – bei
sich in der AUS-Stellung befindlichem Sicherheitsschalter – somit
unterbrochen werden, wobei zumindest die mit der Energiequelle 11 verbundenen
Gleichspannungsleitungen über den Sicherheitsschalter 57 geschaltet
werden können. über den Sicherheitsschalter 57 werden
gegebenenfalls hohe Leistungen geschaltet, sodass dieser gemäß aus
dem Stand der Technik bekannten Leistungsschaltelementen oder dergleichen
gebildet sein kann.
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Beispielsweise
weist der Sicherheitsschalter 57 eine spezielle Form, beispielsweise
ein vorspringendes Sperrelement 58 auf, die in der AUS-Stellung kongruent
zu einer in der Abdeckung 53 angeordneten Ausnehmung 58 ist
und in der EIN-Stellung ein entfernen der Abdeckung 53 verhindert.
In der AUS-Stellung findet das Sperrelement 58 Platz in
der Ausnehmung 58, wodurch die Abdeckung 53 abgenommen
werden kann.
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In 5 ist
weiters eine Anschlussplatte 60 ersichtlich, die an einer
Innenseite 61 der Rückwand 33 des Anschlussmoduls 3 über
weitere Verbindungselemente 54 befestigt ist. An der Anschlussplatte 60 sind
zumindest die Klemmelemente 45 angeordnet, wobei weitere,
aus dem Stand der Technik bekannte Komponenten wie Überlastschutz
bzw. Sicherungen, die Steuervorrichtung 49 usw. an der
Anschlussplatte 60 angeordnet sein können.
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Es
besteht die Möglichkeit, dass mehrere Anschlussplatten 60 im
Anschlussmodul 3 anordenbar sind, um die Anzahl der verfügbaren
Anschlusselemente 17, 22 zu erhöhen.
Beispielsweise ist im Anschlussmodul 3 für jede
anordenbare Anschlussplatte 60 ein Steckplatz vorgesehen,
wobei derartige baukastenartige Systeme aus dem Stand der Technik
bekannt sind, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf
eingegangen wird.
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Weiters
kann das Anschlussmodul 3 ein Überwachungselement 62 aufweisen, über
das eine korrekte Befestigung einer der Wände 30, 32 bis 34 des
Gehäuses 27 und/oder der Abdeckung 53 detektierbar
ist. Das Überwachungselement 62 ist mit der Steuervor richtung 49 zur
Signalübertragung verbunden, wodurch in Abhängigkeit
des vom Überwachungselement 62 detektierten Zustands
durch die Steuervorrichtung 49 ein Steuersignal an den
zumindest einen Wechselrichter 4 übersandt werden
kann. Somit ist es beispielsweise möglich, dass bei Öffnen des
Gehäuses 27 durch entfernen von einer der Wände 30, 32 bis 34 oder
bei Entfernen der Abdeckung 53 dies durch das Überwachungselement 62 erkannt
wird, worauf von der Steuervorrichtung 49 ein entsprechendes
Steuersignal zur Deaktivierung des AC-Ausgangs 7, d. h.
zur Abgabe einer geringen oder keiner Leistung, an den Wechselrichter 4 gesandt
wird, wodurch am Ausgangs-Anschlusselement 17 keine bzw.
eine sehr geringe Wechselspannung anliegt. Weiters kann der DC-Eingang 6 des Wechselrichters 4 bedarfsweise
deaktiviert werden, beispielsweise hochohmig geschalten werden.
Durch eine derartige Regelung der Ausgangsleistung des Wechselrichters 4 gegen
null kann zweckmäßigerweise auf manuelle Schaltelemente,
insbesondere Leistungsschalter, verzichtet werden um eine Spannungsfreiheit
am Ausgangs-Anschlusselement 17 zu erreichen, was eine
notwendige Sicherheitsmaßnahme für das Anschlussmodul 3 sein
kann.
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Das Überwachungselement 62 kann
beispielsweise durch einen Schaltkontakt 63 gebildet sein,
der bei geschlossenem Gehäuse 27 bzw. aktiver
Sicherheitsvorrichtung 52 aktiviert ist und der bei Entfernung
einer Komponente des Gehäuses 27 bzw. der Sicherheitsvorrichtung 52 deaktiviert
ist, wobei der Schaltkontakt 63 mit der Steuervorrichtung 49 verbunden
ist und die Steuervorrichtung den Zustand des Schaltkontakts 63 auswertet.
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Zur
Steuervorrichtung 47 sei angemerkt, dass diese bevorzugt
digital durch einen Mikroprozessor und einen Speicher, insbesondere
einen Mikrokontroller, gebildet ist und Steuerlogiken, Werte, Kennlinien
und dergleichen im Speicher hinterlegt sind.
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In 6 ist
eine weitere Ausführungsvariante des Wechselrichtersystems 1 dargestellt.
Hierbei weist das Leistungsmodul 2 mehrere Wechselrichter 4 auf
und es sind mehrere Energiequellen 11 mit dem Eingangs-Anschlusselement 22 des
Anschlussmoduls 3 verbunden, wobei jede Energiequelle 11 einem Wechselrichter 4 zugeordnet
ist. Es kann das Anschlussmodul 3 wie in 1 bis 5 beschrieben ausgebildet
sein und einen Anschlussbereich 28 für Gleichspannungseingänge
bzw. einen Wechselspannungsausgang aufweisen.
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Im
Leistungsmodul 2 sind die Wechselrichter 4 bevorzugt
austauschbar angeordnet, sodass das Leistungsmodul 2 modular
ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Leistungsmodul 2 mehrere
Einschübe für unterschiedliche Wechselrichter 4 aufweisen. Das
Wechselrichtersystem 1 ist somit skalierbar ausgebildet,
d. h. es kann die abgegebene Leistung am Ausgangs-Anschlusselement 17 durch
die Anzahl der im Leistungsmodul 2 angeordneten Wechselrichter 4 und
der mit diesen verbundenen Energiequellen 11 bestimmt werden.
Die Anschlüsse 5 der Wechselrichter 4 sind über
die Leitungen 48 mit dem Anschlussmodul 3 verbunden,
wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Leiterschiene 64 angeordnet ist,
die sämtliche Leitungen 48 zur Energieübertragung
und zur Signal- und/oder Datenübertragung aufweist. Die
Anschlüsse 5 der Wechselrichter 4 können
beispielsweise über Verbindungselemente 65, beispielsweise
Schrauben, mit der Leiterschiene 64 verbunden sein, wobei
jede Leitung 48 der Leiterschiene 64 mit einem
diesem zugeordneten Anschluss 5 des Wechselrichters 4 verbunden
ist.
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Die
Leiterschiene 64 kann in einer möglichen Ausführungsvariante
vom Leistungsmodul 2 in das Anschlussmodul 3 geführt
sein, wobei die Leiterschiene 64 mit den Anschlusselementen 17, 22 verbunden
ist. Die Steckelemente 18, 19 sind in diesem Fall
zur Herstellung einer mechanischen Verbindung und gegebenenfalls
einer elektrischen Verbindung zur Übertragung geringer
Leistungen für Steuersignale, insbesondere zur Signal-
und/oder Datenübertragung ausgebildet. Im in der 6 gezeigten,
weiteren Ausführungsbeispiel ist die Leiterschiene 64 mit
Kontaktelementen 25 im Steckelement 18 verbunden,
sodass über die Steckelemente 18, 19 die mechanische
und elektrische Verbindung zur Energieübertragung und Signal-
und/oder Datenübertragung zwischen dem Leistungsmodul 2 und
dem Anschlussmodul 3 ausgebildet wird.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsvariante des Wechselrichtersystems 1 mit
mehreren Wechselrichtern 4 für mehrere Energiequellen 11 gezeigt. Hierbei
weist jedes Leistungsmodul 2 zwei Steckelemente 18, 19 auf,
insbesondere einen Stecker 20 und eine Buchse 21.
Das Anschlussmodul 3 weist ein Steckelement 19,
insbesondere eine Buchse 21, auf. Somit können
mehrere Leistungsmodule 2, die jeweils zumindest einem
Wechselrichter 4 aufweisen, über die Steckelemente 18, 19 verbunden
werden, wobei das unterste Leistungsmodul 2 mit dem Anschlussmodul 3 über
die Steckelemente 18, 19 verbindbar ist. Die Leitungen 48 der
Leistungsmodule 2 werden über die Steckelemente 18, 19 bis
zum Anschlussmodul 3 durchgeschleift, wobei die Leitungsverläufe
in 7 nicht im Detail dargestellt sind, da diese wie
vorstehend beschrieben bzw. in 1 bis 6 gezeigt
ausgebildet sein können.
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Es
können die einzelnen in den 1, 2, 3, 4, 5; 6; 7 gezeigten Ausführungen
bzw. Teile der zu diesen Figuren gehörigen Beschreibung
den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen
Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen
Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser
Figuren zu entnehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29916195
U1 [0002]
- - DE 10161178 A1 [0003]
- - WO 97/14206 A1 [0004]