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WO2010139364A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer photovoltaik-anlage - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überwachung einer photovoltaik-anlage Download PDF

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WO2010139364A1
WO2010139364A1 PCT/EP2009/056860 EP2009056860W WO2010139364A1 WO 2010139364 A1 WO2010139364 A1 WO 2010139364A1 EP 2009056860 W EP2009056860 W EP 2009056860W WO 2010139364 A1 WO2010139364 A1 WO 2010139364A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
photovoltaic
module
operating parameters
unit
photovoltaic module
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2009/056860
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heike Leonhardt
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2010139364A1 publication Critical patent/WO2010139364A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/95—Circuit arrangements
    • H10F77/953—Circuit arrangements for devices having potential barriers
    • H10F77/955—Circuit arrangements for devices having potential barriers for photovoltaic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring a photovoltaic system, which is formed from a plurality of photovoltaic modules, wherein the photovoltaic system comprises detection units for detecting operating parameters.
  • the invention also relates to a method for monitoring a photovoltaic system with a plurality of photovoltaic modules.
  • operating parameters in the form of electrical parameters, in particular instantaneous values, of photovoltaic systems and of environmental parameters are recorded in order to monitor a yield output of the photovoltaic system and from this, in conjunction with the environmental parameters, the presence of To determine malfunctions of the photovoltaic system in general.
  • This acquisition and a representation of the operating parameters are also known by the term "monitoring".
  • the photovoltaic system is made up of several photovoltaic modules, with the electrical parameters of the entire photovoltaic system being recorded centrally, for example on an inverter.
  • Several photovoltaic modules, often in groups, are electrically connected to the inverter and a DC voltage generated jointly by means of the photovoltaic modules is transformed into an AC voltage.
  • the monitoring of the photovoltaic system is usually carried out by comparing their current values with well based on environmental data-based theoretical target values, which also takes place as an alternative monitoring the photovoltaic system on the other side.
  • Such a device for detecting the electrical parameters of the photovoltaic system and environmental parameters is the description and the data sheet of the "Sunny Sensor Box" of SMA Solar Technology AG, Clarallee 1, 34266 Niestetal, Germany.
  • This device is arranged on the outside of the photovoltaic system, in particular on a single photovoltaic module, and comprises an integrated solar cell, by means of which an incident solar radiation can be detected.
  • a temperature sensor is arranged on the photovoltaic module, by means of which a temperature of the photovoltaic module can be determined. From the current solar radiation and the temperature of the photovoltaic module, a desired value of an expected electric power of the photovoltaic system can be determined and compared with an actual value of the generated power measured at the inverter.
  • the device may be connected to a sensor for detecting a wind speed and / or a sensor for detecting an ambient temperature.
  • DE 10 2006 055 642 A1 discloses a method and a device for determining measured values which are characteristic of the solar irradiance at the location of a photovoltaic generator formed from a large number of solar cells.
  • a measuring solar cell exposed to the same radiation as the photovoltaic generator are measured, and the electrical energy for electrical equipment required for this purpose is generated photovoltaically.
  • a selected solar cell of the photovoltaic generator is used as a measuring solar cell.
  • a desired value of the electrical power of the photovoltaic generator is determined and compared with an output from the photovoltaic generator actual value of the power generated. If the photovoltaic generator is formed from a plurality of photovoltaic modules, the measuring solar cell is always a selected separated solar cell from a preferred, selected photovoltaic module.
  • the product description 1 TSET module sensor SOL.Connect® Monitoring "of Papendorf Software Engineering GmbH, Robert-Bosch-Str. 10, 71116 Gärtringen, Germany, is known in DE 10 2006 055 642 A1 described method and the device for determining measured values in a photovoltaic system formed from a plurality of photovoltaic modules to implement with a plurality of module sensors, d h. several photovoltaic modules of the photovoltaic system each have a module sensor, which measurement errors, which, for example, result from partial pollution should be avoided.
  • the devices and methods known from the prior art have the goal of representing a total performance of the photovoltaic system
  • the performance of the photovoltaic system inverter or string are recorded in a central location and validated by consideration of environmental data and by setpoint comparisons and confirmed.
  • the invention is based on the object to provide an apparatus and a method for monitoring a photovoltaic system, by means of which a malfunction can be clearly detected, identified and localized in the photovoltaic system.
  • the device and the method should additionally make it possible to act on the DC production of all or individual photovoltaic modules, or that they are adaptable such that higher and / or more stable power values can be achieved in the photovoltaic system.
  • the object is achieved according to the invention by a device with the features of claim 1 and a method with the features of claim 11
  • the invention relates to a device for monitoring a photovoltaic system with a plurality of photovoltaic modules, wherein the photovoltaic system comprises detection units for detecting operating parameters.
  • each photovoltaic module is coupled to a separate detection unit, wherein the respective detection unit is arranged on the photovoltaic module or integrated into the photovoltaic module, that the Bet ⁇ ebsparameter be separately detected for each photovoltaic module.
  • This separate detection for each photovoltaic module makes it possible to detect and identify malfunctions, to identify causes of these malfunctions and to unambiguously locate the faulty photovoltaic module. That is, it is possible to easily and quickly determine whether a fault exists in the photovoltaic system and where it is in the photovoltaic system, so that maintenance times and costs for photovoltaic systems with a variety of photovoltaic Modules can be lowered. This avoids local troubleshooting, resulting in reduced maintenance time and cost. Thus, a full operation of the photovoltaic system can be restored as soon as possible.
  • the respective detection unit comprises a plurality of sensors, by means of which a voltage, a current intensity and / or at least one temperature of the associated photovoltaic module can be detected.
  • This detection of the electrical parameters and the module-specific temperature, in particular a module-specific mean temperature make it possible to monitor the operation of each of the photovoltaic modules Since the electrical performance of the photovoltaic module also depends on its temperature, it is necessary that apart from the electrical parameters, which are in particular instantaneous values, also the temperature of the respective photovoltaic module is detected.
  • the respective detection unit comprises a plurality of sensors or is coupled or associated with at least one central sensor by means of which or based on which an ambient temperature, an illuminance, an illumination direction, a humidity, a precipitation, a wind speed and / or a wind direction of an environment of associated photovoltaic module or centrally for several photovoltaic modules are detected. Since these environmental parameters together influence the yield of each photovoltaic module, by the detection of these a precise analysis of the Betnebes each of the photovoltaic modules is possible.
  • the detection unit comprises at least one sensor by means of which an operation of a module-specific electronic circuit arrangement can be controlled.
  • the switching arrangement is, for example, a so-called bypass diode, such as. B is a Schottky diode, or a diode circuit, which is electrically connected in parallel with solar cells of the photovoltaic module.
  • a further such electronic switching arrangement may be provided on the photovoltaic modules and / or an energy storage unit, for example an accumulator, which, especially in the dark or a defective charge controller, causes a backflow of the electrical Energy from the energy storage unit to the photovoltaic modules prevented. Due to the monitoring of the electrical voltage of the electronic circuit arrangement, a malfunction of the photovoltaic module is detectable, so that can be avoided by localization and elimination of the malfunction resulting from this yield loss.
  • the detection units additionally each have an evaluation unit for processing and evaluation of the acquired operating parameters or they are coupled to an evaluation unit for processing and evaluation of the acquired operating parameters.
  • a coupled state in the present invention both a wireless and a wired connection understood.
  • the coupled state may include relational, value, and / or logical association.
  • the respective detection unit preferably comprises a memory unit for storing the detected operating parameters or is coupled to such a memory unit.
  • the determined operating data can be stored, resulting in the possibility to compare later recorded data with the stored data.
  • d. H. current evaluation of the operating data both a subsequent and a historical evaluation of the operating data possible.
  • the memory unit is coupled to the evaluation unit or the evaluation unit comprises the memory unit.
  • the evaluation unit comprises an output unit or the evaluation unit is coupled to an output unit, wherein based on the output unit, the operating parameters based on modules or relative to groups of photovoltaic modules can be output.
  • the evaluation unit comprises an output unit or the evaluation unit is coupled to an output unit, wherein based on the output unit, the operating parameters based on modules or relative to groups of photovoltaic modules can be output.
  • the detection unit For coupling the detection unit with the respective photovoltaic module, the detection unit has electrical connection contacts and / or non-contact sensors, which can be used flexibly for different types of photovoltaic modules, especially when needed. Thus, a subsequent disengagement of existing photovoltaic systems with the detection unit is possible
  • the detection unit comprises communication interfaces in order to enable data transmissions and / or data exchanges with the memory unit, evaluation unit and / or output unit
  • a voltage, a current intensity and / or at least one temperature of the photovoltaic module under consideration are detected as operating parameters, wherein an electrical power of the respective photovoltaic module is determined in comparisons of the determined photovoltaic module according to a further development of the method according to the invention from the voltage and the current intensity Divergences are sought which indicate errors.
  • the comparison value used is, in particular, a weighted normal value determined by the evaluation unit from the instantaneous electrical powers of all photovoltaic modules irradiated the same way or, for example, from the manufacturer of the photovoltaic modules. Module predetermined characteristic of the electrical power usually as a function of the irradiation and the temperature.
  • an ambient temperature In order to take into account the influence of ambient parameters on the electrical parameters and thus to determine whether the respective characteristics of the electrical parameters are determined by the environmental parameters or an error, an ambient temperature, an illuminance, an illumination direction, a humidity, a precipitation, detects a wind speed and / or a wind direction of the environment of the associated photovoltaic module.
  • the detected and / or determined operating parameters are stored according to an advantageous embodiment of the inventive method module-related, time-related and interconnectable.
  • the detected operating parameters for each photovoltaic module are stored separately with their detection time in the memory unit or linked via the detection time during the evaluation.
  • the detected operating parameters are transmitted module-related directly after their detection or from the memory unit to an evaluation unit, processed and compared with predetermined target values.
  • deviations are determined from which the errors are derived.
  • a module-related signal is output from the nominal values or normal values by a predetermined amount, so that the position of the fault in the photovoltaic system can be localized immediately.
  • a warning signal can be generated, so that advantageously an additional anti-theft device and / or alarm system can be omitted, so that the device and the method are simultaneously suitable for realizing the theft protection ,
  • the operating parameters by means of at least one output unit module-related or output for groups of photovoltaic modules, so that a continuous detailed monitoring of the photovoltaic modules is possible.
  • the output unit is additionally designed such that in addition to the output of the operating parameters and the signals described above are issued in the event of errors such that a designation of the defective photovoltaic module, the position of the defect in the photovoltaic system and / or indicative information issued become.
  • the invention s proper device and the fiction, contemporary methods and their developments are not only suitable for monitoring photovoltaic systems, but also for other DC supplying facilities, such as battery sets, wind generators, fuel cells and others.
  • FIG 1 shows schematically a section of a photovoltaic system with several photovoltaic modules.
  • the sole FIGURE 1 shows a detail of an exemplary embodiment of a photovoltaic system 1, also referred to as S olar generator, with a plurality of photovoltaic modules 2 1 to 2 n in one of a plurality of stands 9 1 to 9 n, in each of which a detection unit. 3 1 to 3 n is integrated for module-related detection of operating parameters B 1 to B n.
  • the detection unit 3 1 to 3 n can also be mounted on the photovoltaic modules 2 1 to 2 n or flexibly connected to / between cables
  • a photovoltaic module 2 1 to 2 n is formed from a plurality of electrically interconnected solar cells, which may be applied to a carrier material for protection against mechanical stress, weather conditions and / or moisture and arranged in a housing or frame on the sunlight-facing side the housing is formed of a transparent plastic or glass sheet with a high Licht barnlas fluidity, so that the sunlight can reach the solar cells as possible unhindered to generate the electrical energy
  • photovoltaic modules 2 1 to 2 n may be photovoltaic modules 2 1 to 2 n but also modules with different structures or elements supplying other direct current
  • the photovoltaic system 1 is in particular a photovoltaic power plant, which is formed from a plurality of photovoltaic modules 2 1 to 2 n, the energy obtained from solar energy stored or fed into a power grid 4
  • the photovoltaic system 1 is preferably on a large open space er ⁇ chtet or arranged on large Gebudeflachen
  • the generated direct current with electrical converters for example by means of at least one inverter 5 in An alternating current converted and fed into the trained as an AC power grid 4.
  • the photovoltaic system 1 may also be a so-called autonomous system, in which the generated electrical energy is stored in energy storage units, in particular accumulators, provided for this purpose or is used directly for the purpose of using electrical consumers.
  • monitoring of the electric power delivered by each photovoltaic module 2.1 to 2 n is suitable.
  • the electrical performance of the modules is dependent on several influencing factors. It is primarily a lighting intensity, i. H. an intensity of the light striking the solar cells. The higher the illumination is strong, the greater is the electrical current strength of the respective photovoltaic module 2.1 to 2.n, with the same parameters otherwise, resulting in a greater output electrical power results.
  • Another influencing factor on the size of the electric power generated is a temperature of the respective photovoltaic module 2.1 to 2 n itself, since at a higher temperature, the generated voltage of the photovoltaic module 2.1 to 2.n and thus reduces the electrical power.
  • the temperature of the photovoltaic module 2.1 to 2.n increases strongly with increasing illumination up to a maximum value over time.
  • the detected temperature of the photovoltaic module 2.1 to 2.n is in addition to the irradiation, which is characterized by the lighting strong and the lighting direction, dependent on other factors, in particular an ambient temperature, humidity, precipitation, wind speed and wind direction.
  • the total output from the photovoltaic system 1 electrical power is determined by the totality of the photovoltaic modules 2.1 to 2.n, so that a failure of a photovoltaic module 2.1 to 2.n can lead to the delivered elektnesche performance of Photovoltaic system 1 greatly reduced
  • a detection unit 3.1 integrated to 3. n.
  • Detection unit 3.1 to 3. n is preferably during the production of the associated photovoltaic module 2 1 to 2.n in this integnert and electrically connected to this
  • the detection unit 3.1 to 3. n is designed as a separate device, wherein the respective detection unit 3.1 to 3.n comprises a housing and interfaces and / or connection contacts, by means of which the respective detection unit 3.1 to 3.n comprises a housing and interfaces and / or connection contacts, by means of which the respective detection unit 3.1 to 3.n comprises a housing and interfaces and / or connection contacts, by means of which the respective detection unit 3.1 to 3.n comprises a housing and interfaces and / or connection contacts, by means of which the respective
  • Detection unit 3.1 to 3.n can be connected to the associated photovoltaic module 2.1 to 2.n By this separate design of the detection unit 3.1 to 3 n, it is possible for the detection unit 3 1 to 3.n regardless of a type of photovoltaic modules 2.1 to 2.n use universally and in particular already existing photovoltaic systems 1 with the detection units 3 1 to 3.n Nachzurusten, d. h to complete
  • the detection units 3 1 to 3 n each have at least one current sensor and / or emen voltage sensor, by means of which the electrical power of the photovoltaic module 2 1 to 2.n determining voltage and current values are detected module-related.
  • the current and voltage sensors are, in particular, measuring devices and / or measuring circuits, by means of which the current intensity and the voltage are detected without contact or directly at electrical contacts of the photovoltaic modules 2 1 to 2.n.
  • the detection units 3.1 to 3 n preferably each comprise at least one sensor for detecting the temperature of the respective photovoltaic module 2.1 to 2.n. Since the photovoltaic modules 2.1 to 2.n, due to their arrangement in the photovoltaic system 1, for example, at the edge of this, different temperatures, which result from a different cooling, may have, it is advantageous if all or at selected photovoltaic Modules 2.1 to 2 n several temperatures are measured.
  • the detection units 3.1 to 3.n each have a further sensor for detecting the environmental parameter "illuminance" or are coupled with such a sensor for detecting the illumination strong for several or all photovoltaic modules 2.1 to 2.n.
  • This sensor is a light-sensitive sensor, for example a solar cell, which generates strong changed signals as a function of the illumination, for example current signals having different amplitudes.
  • partial shading of the photovoltaic modules 2.1 to 2.n can also be detected
  • the detection units 3.1 to 3.n include sensors for detecting the illumination direction, the humidity, the precipitation, salinity of the air, wind speed and wind direction and other environmental parameters or are coupled to such sensors. It can Sensors for detecting the environmental parameters also be provided for several or all photovoltaic modules 2.1 to 2.n.
  • These environmental parameters detected by the sensors and the operating parameters B.l to B.n of the photovoltaic modules 2.1 to 2.n are preferably formatted after their detection.
  • the operating parameters Bl to Bn and / or the environmental parameters are in particular assigned an identifier of the respective photovoltaic module 2.1 to 2.n and / or a detection time, so that it is clearly identifiable when the operating parameters Bl to Bn were detected and to Which of the photovoltaic modules 2.1 to 2.n they belong.
  • the operating parameters B.l to B.n and / or environmental parameters of each of the detection units 3.1 to 3.n are transmitted to a memory unit 6 in which they are stored in a module-related manner.
  • the detection units 3.1 to 3.n have communication interfaces, wherein the memory unit 6 and the detection units 3.1 to 3.n are in particular connected to each other via a data bus, wired or wireless.
  • the solar cables are also used as carriers of the signals for a data bus.
  • the operating parameters B1 to Bn and / or environmental parameters are transmitted from the memory unit 6 to an evaluation unit 7, by means of which they are processed and evaluated in a module-related manner.
  • the memory unit 6 can be read continuously, at intervals or on request, wherein the stored data can be stored module-related in external databases or files and / or further evaluated and displayed
  • the electrical power of the respective photovoltaic module 2 1 to 2 n is determined, inter alia, from the detected voltage and the current strength. This determined electrical power is compared with weighted normal values and a stored setpoint value
  • the temperature of the respective photovoltaic Module 2 1 to 2 n and the detected environmental parameters taken into account, the setpoints for this purpose, preferably as a characteristic curves depending on the lighting strong and the temperature of the photovoltaic module 2 1 to 2 n and the environmental parameters are stored
  • the yield of the photovoltaic modules 2 1 to 2 n is compared in relation to the environmental parameters and among themselves time-related, with deviations also errors can be derived
  • the evaluation unit 7 is further connected to an output unit 8, by means of which the detected and determined from these operating parameters B 1 to B n and / or environmental parameters are output module-related
  • Limits or relationships are specified which indicate the amount by which the operating parameters B 1 to B n may deviate from the specified setpoint for certain environmental parameters. If these limits are exceeded, an additional message is output which, in addition to the error, also identifies, for example, the identifier Photovoltaic module 2 1 to 2 n and the detection time so that the error is clearly described can be located quickly and easily
  • the evaluation unit 7 is connected in a manner not shown in detail via a communication interface with a central, so that on the one hand, a so-called remote control of the photovoltaic system 1 and its suitable components and remote monitoring of the photovoltaic system 1 is possible.
  • the data is sent as a short message to a mobile terminal or as a similar electronic document via a wired or wireless connection to specific receivers
  • an operator of the photovoltaic system 1 to monitor the operation and the yield of the photovoltaic system 1 by storing the operating parameters Bl to B n and / or environmental parameters in the memory unit or by a continuous evaluation of these over long periods of time and to deduce causes for the actual yield from the operating parameters B.1 to Bn and / or environmental parameters recorded over the longer period
  • the recorded operating parameters B.1 to Bn and / or environmental parameters are preferably processed such that they can be compared in modules and / or with the inverter 5 detected string or system data, so that errors in the photovoltaic system 1 recognizable are.
  • LEDs are switchable to a photovoltaic module 2.1 to 2.n.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik-Anlage (1), die aus mehreren Photovoltaik-Modulen (2.1 bis 2.n) gebildet ist, wobei die Photovoltaik-Anlage (1) Erfassungseinheiten (3.1 bis 3.n) zur Erfassung von Betriebsparametern (B.1 bis B.n) umfasst. Dabei ist jedes Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) mit einer separaten Erfassungseinheit (3.1 bis 3.n) verbunden, wobei die jeweilige Erfassungseinheit (3.1 bis 3.n) derart am Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) angeordnet oder in das Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) integriert ist, dass die Betriebsparameter (B.1 bis B.n) für jedes Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) separat erfassbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur modulbezogenen Überwachung einer Photovoltaik-Anlage (1) mit mehreren Photovoltaik-Modulen (2.1 bis 2.n).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage
Die Erfindung betrifft eine Vornchtung zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage, die aus mehreren Photovoltaik-Modulen gebildet ist, wobei die Photovoltaik- Anlage Erfassungseinheiten zur Erfassung von Betriebsparametern umfasst.
Die Erfindung betπfft weiterhin ein Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage mit mehreren Photovoltaik-Modulen.
Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass Betriebsparameter in Form elektrischer Parameter, insbesondere Momentanwerte, von Photovoltaik- Anlagen und von Umweltparametern erfasst werden, um eine Ertragsleistung der Photovoltaik- Anlage zu überwachen und aus dieser in Verbindung mit den Umweltparametern das Vorhandensein von Fehlfunktionen der Photovoltaik- Anlage im Allgemeinen zu ermitteln. Diese Erfassung und eine Darstellung der Betriebsparameter sind auch unter dem Begriff "Monitoring" bekannt. Die Photovoltaik- Anlage ist aus mehreren Photovoltaik-Modulen gebildet, wobei die elektrischen Parameter der gesamten Photovoltaik- Anlage zentral, beispielsweise an einem Wechselrichter, erfasst werden. An dem Wechselrichter sind mehrere Photovoltaik-Module, oft gruppenweise, elektrisch verschaltet und eine mittels der Photovoltaik-Module gemeinsam erzeugte Gleichspannung wird in eine Wechselspannung transformiert. Dabei wird die Überwachung der Photovoltaik- Anlage meist durch einen Vergleich ihrer momentanen Werte mit fundiert auf Umweltdaten beruhenden theoretischen Sollwerten ausgeführt, wobei alternativ zu der wechselnchterseitigen Überwachung auch eine stnngweise Überwachung der Photovoltaik- Anlage stattfindet.
Eine derartige Vorrichtung zur Erfassung der elektrischen Parameter der Photovoltaik- Anlage und von Umweltparametern ist der Beschreibung und dem Datenblatt der "Sunny Sensorbox" der SMA Solar Technology AG, Sonnenallee 1, 34266 Niestetal, Deutschland zu entnehmen. Diese Vorrichtung ist im Außenbereich an der Photovoltaik- Anlage, insbesondere an einem einzelnen Photovoltaik-Modul, angeordnet und umfasst eine integrierte Solarzelle, anhand welcher eine einfallende Sonneneinstrahlung erfassbar ist. Weiterhin ist ein Temperatursensor an dem Photovoltaik-Modul angeordnet, mittels welchem eine Temperatur des Photovoltaik-Moduls ermittelbar ist. Aus der aktuellen Sonneneinstrahlung und der Temperatur des Photovoltaik-Moduls ist ein Sollwert einer zu erwartenden elektrischen Leistung der Photovoltaik- Anlage ermittelbar und mit einem an dem Wechselrichter gemessenen Istwert der erzeugten Leistung vergleichbar. Zusätzlich kann die Vorrichtung mit einem Sensor zur Erfassung einer Windgeschwindigkeit und/oder einem Sensor zur Erfassung einer Umgebungstemperatur verbunden sein.
Weiterhin sind aus der DE 10 2006 055 642 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Messwerten, die für die solare Bestrahlungsstärke am Ort eines aus einer Vielzahl von Solarzellen gebildeten Photovoltaik- Generators charakteristisch sind, bekannt. Während ausgewählter Messintervalle werden Strom- und Spannungswerte einer derselben Bestrahlung wie der Photovoltaik-Generator ausgesetzten Mess-Solarzelle gemessen und die elektrische Energie für hierzu erforderliche elektrische Einrichtungen wird photovoltaisch erzeugt. Dabei wird als Mess-Solarzelle eine ausgewählte Solarzelle des Photovoltaik-Generators verwendet. Anhand der erfassten Bestrahlungsstärke wird ein Sollwert der elektrischen Leistung des Photovoltaik- Generators ermittelt und mit einem von dem Photovoltaik-Generator abgegebenen Istwert der erzeugten Leistung verglichen. Ist der Photovoltaik-Generator aus mehreren Photovoltaik-Modulen gebildet, ist die Mess-Solarzelle stets eine ausgewählte separierte Solarzelle aus einem bevorzugten, ausgewählten Photovoltaik-Modul.
Aus der Produktbeschreibung 1TSET Modulsensor, SOL.Connect® Monitoring" der Papendorf Software Engineering GmbH, Robert-Bosch- Str. 10, 71116 Gärtringen, Deutschland ist bekannt, das in der DE 10 2006 055 642 Al beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zur Ermittlung von Messwerten bei einer aus mehreren Photovoltaik-Modulen gebildeten Photovoltaik- Anlage mit mehreren Modulsensoren zu realisieren, d h. mehrere Photovoltaik-Module der Photovoltaik- Anlage weisen jeweils einen Modulsensor auf, wodurch Messfehler, welcher beispielsweise aus einer partiellen Verschmutzung resultieren, vermieden werden sollen.
Somit haben die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren das Ziel, eine Gesamtleistungsfahigkeit der Photovoltaik- Anlage darzustellen Dazu werden die Leistungsdaten der Photovoltaik- Anlage Wechselrichter- oder stringweise an zentraler Stelle erfasst und durch Berücksichtigung von Umgebungsdaten und durch Sollwertvergleiche valmert und bestätigt.
Nachteilig an derartigen Vorrichtungen und Verfahren ist jedoch, dass zwar Abweichungen von einem Sollwert der abgegebenen Gesamt-Leistung der Photovoltaik- Anlage bei gegebenen Umweltparametern erfassbar sind, aber aus diesen Abweichungen nicht die Grunde für die Abweichungen ableitbar sind. Es ist insbesondere auch nicht ermittelbar, ob die Abweichung aus einer Fehlfunktion eines bestimmten Photovoltaik-Moduls resultiert bzw. welches Photovoltaik- Modul eine Fehlfunktion aufweist, die ursächlich für die Abweichung ist. Vielmehr ist es so, dass erkennbare Minderleistungen der Photovoltaik- Anlage Fehler vermuten lassen, welche jedoch nicht genauer bestimmt werden können
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage anzugeben, anhand derer eine Fehlfunktion eindeutig erfassbar, identifizierbar und in der Photovoltaik- Anlage lokalisierbar ist. Dabei sollen die Vorrichtung und das Verfahren zusatzlich ermöglichen, derart auf die Gleichstromproduktion aller oder einzelner Photovoltaikmodule einzuwirken, bzw. dass diese derart anpassbar sind, dass höhere und/oder stabilere Leistungswerte in der Photovoltaik- Anlage erzielbar sind Die Aufgabe wird erfindungsgemaß gelost durch eine Vornchtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspruche.
Die Erfindung betrifft eine Vornchtung zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage mit mehreren Photovoltaik-Modulen, wobei die Photovoltaik- Anlage Erfassungseinheiten zur Erfassung von Betriebsparametern umfasst.
Erfindungsgemaß ist jedes Photovoltaik-Modul mit einer separaten Erfassungseinheit gekoppelt, wobei die jeweilige Erfassungseinheit derart am Photovoltaik-Modul angeordnet oder in das Photovoltaik-Modul integriert ist, dass die Betπebsparameter für jedes Photovoltaik-Modul separat erfassbar sind.
Durch diese separate Erfassung für jedes Photovoltaik-Modul ist es möglich, Fehlfunktionen zu erkennen, zu identifizieren, Ursachen für diese Fehlfunktionen zu ermitteln und das fehlerhafte Photovoltaik-Modul eindeutig zu lokalisieren. Das heißt, es ist möglich, in einfacher und schneller Art und Weise zu ermitteln, ob ein Fehler in der Photovoltaik- Anlage und wo dieser in der Photovoltaik- Anlage vorliegt, so dass Wartungszeiten und -kosten für Photovoltaik- Anlagen mit einer Vielzahl an Photovoltaik-Modulen gesenkt werden können. Dadurch wird eine Fehlersuche vor Ort vermieden, woraus sich eine Reduzierung der Wartungszeit und -kosten ergibt. Somit kann ein Vollbetrieb der Photovoltaik- Anlage schnellstmöglich wieder hergestellt werden.
Zur Ermittlung der Betriebsparameter umfasst die jeweilige Erfassungseinheit mehrere Sensoren, anhand derer eine Spannung, eine Stromstarke und/oder zumindest eine Temperatur des zugehörigen Photovoltaik-Moduls erfassbar sind. Diese Erfassung der elektrischen Parameter und der modulspezifischen Temperatur, insbesondere einer modulspezifischen mittleren Temperatur, ermo glichen es, den Betrieb jedes der Photo voltaik-Module zu überwachen Da eine elektrische Leistungsfähigkeit des Photovoltaik-Moduls auch von dessen Temperatur abhangt, ist es notwendig, dass neben den elektrischen Parametern, bei welchen es sich insbesondere um Momentanwerte handelt, auch die Temperatur des jeweiligen Photovoltaik-Moduls erfassbar ist.
Weiterhin umfasst die jeweilige Erfassungseinheit mehrere Sensoren oder ist mit zumindest einem zentralen Sensor gekoppelt bzw. wertmaßig verknüpft, anhand derer oder anhand dessen eine Umgebungstemperatur, eine Beleuchtungsstarke, eine Beleuchtungsrichtung, eine Luftfeuchtigkeit, ein Niederschlag, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Windrichtung einer Umgebung des zugehörigen Photovoltaik-Moduls oder zentral für mehrere Photovoltaik-Module erfassbar sind. Da diese Umgebungsparameter gemeinsam den Ertrag jedes Photovoltaik-Moduls beeinflussen, ist durch die Erfassung dieser eine genaue Analyse des Betnebes jedes einzelnen der Photovoltaik-Module möglich.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfmdungsgemaßen Vorrichtung umfasst die Erfassungseinheit zumindest einen Sensor, mittels welchem ein Betrieb einer moduleigenen elektronischen Schaltanordnung kontrollierbar ist. Bei der Schaltanordnung handelt es sich beispielsweise um eine so genannte Bypass- Diode, wie z. B eine Schottky-Diode, oder eine Diodenschaltung, welche elektrisch parallel zu Solarzellen des Photovoltaik-Moduls geschaltet ist. Mittels dieser Schaltanordnung ist es möglich, dass ein elektrischer Strom eine Solarzelle oder eine Gruppe von Solarzellen des jeweiligen Photovoltaik-Moduls umgeht. Somit sind Moduldefekte - so genannte Hotspots - und Minderleistungen in einem String, entstehend durch unterschiedliche Lichtempfindlichkeiten, Teilverschattungen oder Defekte an den Photovoltaik-Modulen vermeidbar.
Zusatzlich kann an den Photovoltaik-Modulen und/oder einer Energiespeichereinheit, beispielsweise einem Akkumulator, eine weitere derartige elektronische Schaltanordnung vorgesehen sein, welche insbesondere bei Dunkelheit oder einem defekten Laderegler einen Ruckfluss der elektrischen Energie von der Energiespeichereinheit zu den Photovoltaik-Modulen verhindert. Aufgrund der Überwachung der elektrischen Spannung der elektronischen Schaltanordnung ist eine Fehlfunktion des Photovoltaik-Moduls erfassbar, so dass durch Lokalisierung und Beseitigung der Fehlfunktion aus dieser resultierende Ertragseinbußen vermeidbar sind.
Zur Auswertung der erfassten Betriebsparameter weisen die Erfassungseinheiten zusätzlich jeweils eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung und Auswertung der erfassten Betriebsparameter auf oder sie sind mit einer Auswerteeinheit zur Verarbeitung und Auswertung der erfassten Betriebsparameter gekoppelt. Unter einem gekoppelten Zustand wird in der vorliegenden Erfindung sowohl eine kabellose als auch eine kabelgebundene Verbindung verstanden. Auch kann der gekoppelte Zustand eine relationale, wertmäßige und/oder logische Verknüpfung einschließen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die jeweilige Erfassungseinheit vorzugsweise eine Speichereinheit zur Speicherung der erfassten Betriebsparameter umfasst oder mit einer solchen Speichereinheit gekoppelt ist. Somit sind die ermittelten Betriebsdaten speicherbar, woraus die Möglichkeit resultiert, zeitlich später erfasste Daten mit den gespeicherten Daten zu vergleichen. Weiterhin sind dadurch neben der stetigen, d. h. aktuellen Auswertung der Betriebsdaten sowohl eine nachträgliche als auch eine vergangenheitsbezogene Auswertung der Betriebsdaten möglich.
Zu dieser Auswertung der gespeicherten Betriebsdaten ist die Speichereinheit mit der Auswerteeinheit gekoppelt oder die Auswerteeinheit umfasst die Speichereinheit.
Bevorzugt umfasst die Auswerteeinheit eine Ausgabeeinheit oder die Auswerteeinheit ist mit einer Ausgabeeinheit gekoppelt, wobei anhand der Ausgabeeinheit die Betriebsparameter modulbezogen oder auf Gruppen von Photovoltaik-Modulen bezogen ausgebbar sind. Daraus ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die ausgewerteten Betriebsparameter aktuell und stetig oder aufgrund einer Anforderung durch einen Nutzer ausgebbar sind Zusätzlich sind direkte Rückschlüsse auf den Zustand der Photovoltaik-Module im Einzelnen möglich
Zur Kopplung der Erfassungseinheit mit dem jeweiligen Photovoltaik-Modul weist die Erfassungseinheit elektrische Anschlusskontakte und/oder kontaktfreie Sensoren auf, welche insbesondere bei Bedarf flexibel bei unterschiedlichen Typen von Photovoltaik-Modulen einsetzbar sind Somit ist auch ein nachträgliches Ausrasten bestehender Photovoltaik- Anlagen mit der Erfassungseinheit möglich
Weiterhin umfasst die Erfassungseinheit Kommunikationsschnittstellen, um Datenübertragungen zu und/oder Datenaustausche mit der Speichereinheit, Auswerteeinheit und/oder Ausgabeeinheit zu ermöglichen
Bei dem erfmdungs gemäßen Verfahren zur Überwachung einer Photo voltaik- Anlage mit mehreren Photovoltaik Modulen werden erfmdungsgemaß für jedes Photovoltaik-Modul mittels einer an dem jeweiligen Photovoltaik-Modul angeordneten oder in das jeweilige Photovoltaik-Modul integrierten Erfassungseinheit Betriebsparameter separat erfasst, so dass ein in der Photovoltaikanlage auftretender Fehler identifiziert und lokalisiert werden kann
Als Betriebsparameter werden dabei eine Spannung, eine Stromstarke und/oder zumindest eine Temperatur des betrachteten Photovoltaik-Moduls erfasst, wobei gemäß einer Weiterbildung des erfmdungs gemäßen Verfahrens aus der Spannung und der Stromstarke eine elektrische Leistung des jeweiligen Photovoltaik- Moduls ermittelt wird In Vergleichen der ermittelten Leistung werden Abweichungen gesucht, welche auf Fehler hinweisen Als Vergleichswert dient dabei insbesondere ein von der Auswerteeinheit ermittelter bewerteter Normalwert aus den momentanen elektnschen Leistungen aller gleich bestrahlten Photovoltaik-Module oder eine beispielsweise vom Hersteller der Photovoltaik- Module vorgegebene Kennlinie der elektrischen Leistung üblicherweise in Abhängigkeit von der Bestrahlung und der Temperatur.
Um den Einfluss von Umgebungsparametern auf die elektrischen Parameter zu berücksichtigen und somit zu ermitteln, ob die die jeweilige Ausprägung der elektrischen Parameter durch die Umgebungsparameter oder einen Fehler bestimmt sind, werden zusätzlich eine Umgebungstemperatur, eine Beleuchtungsstärke, eine Beleuchtungsrichtung, eine Luftfeuchtigkeit, ein Niederschlag, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Windrichtung der Umgebung des zugehörigen Photovoltaik-Moduls erfasst.
Um Aufschlüsse über ein Funktionieren der Photovoltaik-Module zu erlangen, wird zusätzlich zu den Betriebsparametern ein Betrieb einer moduleigenen elektronischen Schaltanordnung, insbesondere einer Bypass-Diode, überwacht, da ein Zustand der elektronischen Schaltanordnung für eine Bewertung der aktuellen Betriebsparameter wesentlich ist. Weiterhin werden auch Fehlfunktionen der elektronischen Schaltanordnung erkannt.
Um eine effiziente Auswertung der erfassten und/oder ermittelten Betriebsparameter zu ermöglichen, werden diese gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens modulbezogen, zeitpunktbezogen und miteinander verknüpfbar gespeichert. Die erfassten Betriebsparameter für jedes Photovoltaik-Modul insbesondere separat mit ihrer Erfassungszeit in der Speichereinheit gespeichert werden oder über die Erfassungszeit bei der Auswertung verknüpft werden.
Die erfassten Betriebsparameter werden modulbezogen direkt nach deren Erfassung oder von der Speichereinheit an eine Auswerteeinheit übermittelt, verarbeitet und mit vorgegebenen Soll- Werten verglichen. Durch diesen Vergleich der Betriebsparameter mit den Soll- Werten oder mit Normalwerten mehrerer gleicher Photovoltaik-Module werden Abweichungen ermittelt, aus welchen die Fehler abgeleitet werden. Bei Abweichung eines oder mehrerer Betriebparameter von den Sollwerten oder Normalwerten um einen vorgegebenen Betrag wird ein modulbezogenes Signal ausgegeben, so dass sofort die Position des Fehlers in der Photovoltaik- Anlage lokalisiert werden kann. Bei großen Abweichungen und solchen, welche auf eine Manipulation hindeuten, kann alternativ oder zusätzlich ein Warnsignal generiert werden, so dass in vorteilhafter Weise eine zusatzliche Diebstahlsicherung und/oder Alarmanlage entfallen kann, so dass die Vorrichtung und das Verfahren gleichzeitig zur Realisierung des Diebstahlschutzes geeignet sind.
Weiterhin werden die Betriebsparameter mittels zumindest einer Ausgabeeinheit modulbezogen oder für Gruppen von Photovoltaik-Modulen ausgegeben, so dass eine ständige detaillierte Überwachung der Photovoltaik- Module möglich ist.
Die Ausgabeeinheit ist zusätzlich derart ausgebildet, dass neben der Ausgabe der Betriebsparameter auch die oben beschriebenen Signale beim Auftreten von Fehlern derart ausgegeben werden, dass eine Bezeichnung des defekten Photovoltaik-Moduls, die Position des Defektes in der Photovoltaik- Anlage und/oder bezeichnende Hinweise ausgegeben werden.
Die erfindung s gemäße Vorrichtung und das erfindungs gemäße Verfahren sowie deren Weiterbildungen eignen sich dabei jedoch nicht allein zur Überwachung von Photovoltaik- Anlagen, sondern auch für weitere Gleichstrom liefernde Anlagen, wie beispielsweise Batteriesätze, Windgeneratoren, Brennstoffzellen und andere.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung naher erläutert.
Darin zeigt:
Figur 1 schematisch einen Ausschnitt einer Photovoltaik-Anlage mit mehreren Photovoltaik-Modulen. Die einzige Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Ausfuhrungsbeispiels einer Photovoltaik- Anlage 1, auch als S olar-Generator bezeichnet, mit mehreren Photovoltaik-Modulen 2 1 bis 2 n in einem von mehreren Stnngs 9 1 bis 9 n, in welche jeweils eine Erfassungseinheit 3 1 bis 3 n zur modulbezogenen Erfassung von Betriebsparametern B 1 bis B n integriert ist Alternativ kann die Erfassungseinheit 3 1 bis 3 n auch an den Photovoltaik-Modulen 2 1 bis 2 n montiert oder flexibel an/zwischen Kabeln angeschlossen sein
Ein Photovoltaik-Modul 2 1 bis 2 n ist dabei aus einer Vielzahl elektrischer verschalteter Solarzellen gebildet, welche zum Schutz gegen mechanische Beanspruchung, Witterungseinflusse und/oder Feuchtigkeit auf ein Tragermaterial aufgebracht und in einem Gehäuse oder Rahmen angeordnet sein können Auf der dem Sonnenlicht zugewandten Seite ist das Gehäuse aus einer transparenten Kunststoff oder Glasscheibe mit einer hohen Lichtdurchlas sigkeit gebildet, so dass das Sonnenlicht zur Erzeugung der elektrischen Energie möglichst ungehindert zu den Solarzellen gelangen kann
hi nicht naher dargestellten Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung kann es sich bei den Photovoltaik-Modulen 2 1 bis 2 n jedoch auch um Module mit abweichendem Aufbau oder um andere Gleichstrom liefernde Elemente handeln
Bei der Photovoltaik- Anlage 1 handelt es sich insbesondere um ein Photovoltaik- Kraftwerk, welches aus einer Vielzahl von Photovoltaik-Modulen 2 1 bis 2 n gebildet ist, deren aus Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie gespeichert oder in ein Stromnetz 4 eingespeist wird Die Photovoltaik- Anlage 1 ist dabei vorzugsweise auf einer großen Freifläche erπchtet oder an großen Gebaudeflachen angeordnet
Zur Emspeisung der elektrischen Energie wird der generierte Gleichstrom mit elektrischen Wandlern, zum Beispiel mittels zumindest eines Wechselrichters 5 in emen Wechselstrom gewandelt und in das als Wechselstromnetz ausgebildete Stromnetz 4 eingespeist.
Alternativ kann es bei der Photovoltaik- Anlage 1 auch um eine so genannte autonome Anlage handeln, bei welcher die erzeugte elektrische Energie in dafür vorgesehen Energiespeichereinheiten, insbesondere Akkumulatoren, gespeichert wird oder direkt zum Betneb elektrischer Verbraucher verwendet wird.
Zur Überwachung der Photovoltaik- Anlage 1 eignet sich insbesondere die Überwachung der von jedem Photovoltaik-Modul 2.1 bis 2 n abgegebenen elektrischen Leistung.
Die elektrische Leistung der Module ist jedoch von mehreren Einflussfaktoren abhangig Dabei handelt es sich vorrangig um eine Beleuchtungsstarke, d. h. eine Intensität des auf die Solarzellen treffenden Lichts. Je hoher die Beleuchtungs starke ist, desto großer ist bei sonst gleichen Parametern die elektrische Stromstarke des jeweiligen Photovoltaik-Moduls 2.1 bis 2.n, woraus eine größere abgegebene elektrische Leistung resultiert.
Ein weiterer Einflussfaktor auf die Große der erzeugten elektrischen Leistung stellt eine Temperatur des jeweiligen Photovoltaik-Moduls 2.1 bis 2 n selbst dar, da sich bei höherer Temperatur die generierte Spannung des Photovoltaik- Moduls 2.1 bis 2.n und somit die elektrische Leistung verringert. Jedoch steigt die Temperatur des Photovoltaik-Moduls 2.1 bis 2.n bei steigender Beleuchtungs starke bis zu einem Maximalwert über die Zeit an.
Die erfasste Temperatur des Photovoltaik-Moduls 2.1 bis 2.n ist neben der Bestrahlung, welche durch die Beleuchtungs starke und die Beleuchtungsrichtung gekennzeichnet ist, von weiteren Einflussfaktoren, insbesondere einer Umgebungstemperatur, einer Luftfeuchtigkeit, einem Niederschlag, einer Windgeschwindigkeit und Windrichtung abhangig. Die gesamte von der Photovoltaik- Anlage 1 abgegebene elektrische Leistung wird von der Gesamtheit der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n bestimmt, so dass ein Fehler eines Photovoltaik-Moduls 2.1 bis 2.n dazu fuhren kann, dass sich die abgegebene elektnsche Leistung der Photovoltaik- Anlage 1 stark verringert
Besonders bei Photovoltaik- Anlagen 1 mit einer großen Anzahl von Photovoltaik- Modulen 2.1 bis 2.n und bei Haus-Fassaden- Anlagen ist eine Fehlersuche und Wartung aufgrund der großen Anzahl der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n und/oder einer schwierigen Zuganglichkeit dieser sehr aufwandig.
Um eine umfassende Überwachung der Photovoltaik- Anlage 1 sicherzustellen, anhand derer neben der Ermittlung eines Fehlers in der Photovoltaik- Anlage 1 auch die Fehlerstelle ermittelbar ist, ist in jedes der Photovoltaik- Module 2.1 bis 2.n im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung eine Erfassungseinheit 3.1 bis 3. n integriert. Die jeweilige
Erfassungseinheit 3.1 bis 3. n wird vorzugsweise wahrend der Produktion des zugehörigen Photovoltaik-Moduls 2 1 bis 2.n in dieses integnert und mit diesem elektrisch verschaltet
Alternativ ist es in nicht naher dargestellter Weise auch möglich, dass die Erfassungseinheit 3.1 bis 3. n als separates Gerat ausgebildet ist, wobei die jeweilige Erfassungseinheit 3.1 bis 3.n ein Gehäuse sowie Schnittstellen und/oder Anschlusskontakte umfasst, mittels welcher die jeweilige
Erfassungseinheit 3.1 bis 3.n mit dem zugehörigen Photovoltaik-Modul 2.1 bis 2.n verbunden werden kann Durch diese separate Ausbildung der Erfassungseinheit 3.1 bis 3 n ist es möglich, die Erfassungseinheit 3 1 bis 3.n unabhängig von einem Typ der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n universell einzusetzen und insbesondere bereits bestehende Photovoltaik- Anlagen 1 mit den Erfassungseinheiten 3 1 bis 3.n nachzurusten, d. h zu komplettieren
Zur Überwachung der Photovoltaik- Anlage 1 weisen die Erfassungseinheiten 3 1 bis 3 n jeweils zumindest einen Stromsensor und/oder emen Spannungssensor auf, anhand derer die die elektrische Leistung des Photovoltaik-Moduls 2 1 bis 2.n bestimmenden Spannungs- und Stromwerte modulbezogen erfasst werden. Bei den Strom- und Spannungssensoren handelt es sich insbesondere um Messgerate und/oder Messschaltungen, mittels welcher die Stromstarke und die Spannung kontaktfrei oder direkt an elektrischen Kontakten der Photovoltaik-Module 2 1 bis 2.n erfasst werden.
Aufgrund der oben genannten Einflussfaktoren auf die elektrische Leistung des Photovoltaik-Moduls 2 1 bis 2.n umfassen die Erfassungseinheiten 3.1 bis 3 n jeweils vorzugsweise zumindest einen Sensor zur Erfassung der Temperatur des jeweiligen Photovoltaik-Moduls 2.1 bis 2.n. Da die Photovoltaik- Module 2.1 bis 2.n aufgrund ihrer Anordnung in der Photovoltaik- Anlage 1, beispielsweise am Rand dieser, unterschiedliche Temperaturen, welche aus einer unterschiedlichen Kühlung resultieren, aufweisen können, ist es vorteilhaft, wenn bei allen oder bei ausgewählten Photovoltaik-Modulen 2.1 bis 2 n mehrere Temperaturen gemessen werden.
Weiterhin weisen die Erfassungseinheiten 3.1 bis 3. n jeweils einen weiteren Sensor zur Erfassung des Umgebungsparameters "Beleuchtungsstarke" auf oder sind mit einem solchen Sensor zur Erfassung der Beleuchtungs starke für mehrere oder alle Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n gekoppelt. Bei diesem Sensor handelt es sich um einen lichtempfindlichen Sensor, beispielsweise um eine Solarzelle, welcher in Abhängigkeit von der Beleuchtungs starke veränderte Signale, beispielsweise Stromsignale mit unterschiedlicher Amplitude, erzeugt Somit sind beispielsweise auch Teilverschattungen der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n erfassbar
Weiterhin umfassen die Erfassungseinheiten 3.1 bis 3.n Sensoren zur Erfassung der Beleuchtungsrichtung, der Luftfeuchtigkeit, des Niederschlages, Salzgehalt der Luft, von Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie weiteren Umweltparametern oder sind mit derartigen Sensoren gekoppelt. Dabei können Sensoren zur Erfassung der Umgebungsparameter auch für mehrere oder alle Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n vorgesehen sein.
Diese mittels der Sensoren erfassten Umweltparameter und die Betriebsparameter B.l bis B.n der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n werden nach deren Erfassung vorzugsweise formatiert. Bei dieser Formatierung werden den Betriebsparametern Bl bis B.n und/oder den Umweltparametern insbesondere eine Kennung des jeweiligen Photovoltaik- Moduls 2.1 bis 2.n und/oder ein Erfassungszeitpunkt zugefügt, so dass eindeutig identifizierbar ist, wann die Betriebsparameter B.l bis B.n erfasst wurden und zu welchem der Photovoltaik- Module 2.1 bis 2.n sie gehören.
Die Betriebsparameter B.l bis B.n und/oder Umweltparameter von jeder der Erfassungseinheiten 3.1 bis 3.n werden an eine Speichereinheit 6 übermittelt, in welcher diese modulbezogen gespeichert werden. Zur Kommunikation der Erfassungseinheiten 3.1 bis 3.n mit der Speichereinheit 6 weisen die Erfassungseinheiten 3.1 bis 3.n Kommunikationsschnittstellen auf, wobei die Speichereinheit 6 und die Erfassungseinheiten 3.1 bis 3.n insbesondere über einen Datenbus, kabelgebunden oder kabellos miteinander verbunden sind.
Es entspricht einer Weiterbildung der Erfindung, dass die Solarkabel (Gleichstrom) auch als Träger der Signale für einen Datenbus genutzt werden.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Zuordnung der Erfassungszeit zu den Betriebsparametern Bl bis B.n und/oder Umweltparametern jedes Moduls werden diese in der Speichereinheit 6 in ihrer Gesamtheit der Erfassungszeit, d. h. über einen so genannten Zeitstempel, zugeordnet hinterlegt.
Die Betriebsparameter B.l bis B.n und/oder Umweltparameter werden von der Speichereinheit 6 an eine Auswerteeinheit 7 übermittelt, mittels welcher diese modulbezogen verarbeitet und ausgewertet werden. Bei der Auswertung kann aufgrund der Ausprägung der Betriebsparameter B.l bis B.n und/oder Umweltparameter auf eine Art des Fehlers geschlossen werden Zusätzlich kann die Speichereinheit 6 kontinuierlich, in Intervallen oder auf Anforderung ausgelesen werden, wobei die gespeicherten Daten dabei modulbezogen in externen Datenbanken oder Dateien gespeichert werden können und/oder weiter ausgewertet und angezeigt werden können
In der Auswerteeinheit 7 wird dabei unter anderem aus der erfassten Spannung und der Stromstarke die elektrische Leistung des jeweiligen Photovoltaik- Moduls 2 1 bis 2 n ermittelt Diese ermittelte elektrische Leistung wird mit bewerteten Normalwerten und einem hinterlegten Sollwert verglichen Dabei werden die Temperatur des jeweiligen Photovoltaik-Moduls 2 1 bis 2 n und die erfassten Umgebungsparameter berücksichtigt, wobei die Sollwerte zu diesem Zweck vorzugsweise als Kennlinien in Abhängigkeit der Beleuchtungs starke und der Temperatur des Photovoltaik-Moduls 2 1 bis 2 n und der Umgebungsparameter hinterlegt sind
Auch der Ertrag der Photovoltaik-Module 2 1 bis 2 n wird in Abhängigkeit von den Umweltparametern und untereinander zeitbezogen verglichen, wobei aus Abweichungen ebenfalls Fehler abgleitet werden können
Zur Ausgabe der Ergebnisse ist die Auswerteeinheit 7 weiterhin mit einer Ausgabeeinheit 8 verbunden, mittels welcher die erfassten und aus diesen ermittelten Betriebsparameter B 1 bis B n und/oder Umweltparameter modulbezogen ausgegeben werden
Es sind Grenzwerte oder Beziehungen hinterlegt, die angeben, um welchen Betrag die Betriebsparameter B 1 bis B n von dem vorgegebenen Sollwert bei bestimmten Umweltparametern abweichen dürfen Bei einer Überschreitung dieser Grenzwerte wird zusatzlich ein Hinweis ausgegeben, welcher neben dem Fehler zum Beispiel auch die Kennung des Photovoltaik-Moduls 2 1 bis 2 n und die Erfassungszeit enthalt, so dass der Fehler klar beschrieben ist schnell und einfach lokalisiert werden kann Zusatzlich ist die Auswerteeinheit 7 in nicht naher dargestellter Weise über eine Kommunikations Schnittstelle mit einer Zentrale verbunden, so dass einerseits eine so genannte Fernsteuerung der Photovoltaik- Anlage 1 und ihrer geeigneten Komponenten sowie eine Fernüberwachung der Photovoltaik- Anlage 1 möglich ist. Daraus resultiert wiederum die Möglichkeit, einzelne Funktionen der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n abzurufen, zu steuern und eines oder mehrere der Photovoltaik-Module 2.1 bis 2.n bei Bedarf zu beeinflussen, zum Beispiel Signal- LED's oder eine Betnebsfunktion ab- oder zuzuschalten Insbesondere werden die Daten modulbezogen je nach Anforderung als Kurznachricht auf ein mobiles Endgerat oder als ahnliches elektronisches Dokument über eine kabelgebundene oder kabellose Verbindung an bestimmte Empfanger versendet
Aufgrund der modulbezogenen Fehlerausgabe ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, einem Wartungspersonal für eine Wartungsaufgabe der Photovoltaik- Anlage 1 die Art des Fehlers und dessen Position in der Photovoltaik- Anlage 1 mitzuteilen, so dass eine aufwandige Suche und Logistik, z B hervorgerufen durch den Transport einer großen Anzahl von Ersatzteilen, entfallen kann. Auch werden vorzugsweise Wartungsvorgaben zur Vorbeugung und/oder Behebung der Fehler ausgegeben werden. Dies fuhrt zu einer Verringerung des Wartungsaufwands und somit zu einer Verringerung der Wartungskosten, und parallel insbesondere der Minderleistungs- und Stillstandszeiten der Photovoltaik- Anlage 1.
Gleichzeitig ist es für einen Betreiber der Photovoltaik- Anlage 1 möglich, durch die Speicherung der Betriebsparameter B.l bis B n und/oder Umweltparameter in der Speichereinheit oder durch eine stetige Auswertung dieser über längere Zeiträume den Betrieb und den Ertrag der Photovoltaik- Anlage 1 zu überwachen und aus den über den längeren Zeitraum erfassten Betriebsparametern B.1 bis B n und/oder Umweltparametern Ursachen für den real erzielten Ertrag abzuleiten Die erfassten Betrieb sparameter B.1 bis B.n und/oder Umweltparameter werden dabei vorzugsweise derart verarbeitet, dass sie modulweise und/oder mit am Wechselrichter 5 erfassten String- bzw. Anlagendaten verglichen werden können, so dass Fehler in der Photo voltaik- Anlage 1 erkennbar sind.
Es ist auch möglich, dass mittels der Erfassungseinheiten 3.1 bis 3.n einfache Funktionen an einem Photovoltaik-Modul 2.1 bis 2.n geschaltet werden. Insbesondere sind LED an einem Photovoltaik-Modul 2.1 bis 2.n schaltbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Photovoltaik- Anlage
2.1 bis 2.n Photovoltaik-Modul
3.1 bis 3.n Erf as sung seinheit
4 Stromnetz
5 Wechselrichter
6 Speichereinheit
7 Auswerteeinheit
8 Ausgabeeinheit
9.1 bis 9.n String
B.Ibis B. n Betriebsparameter

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Vorrichtung zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage (1), die aus mehreren Photovoltaik-Modulen (2 1 bis 2 n) gebildet ist, wobei die Photovoltaik- Anlage (1) Erfassungseinheiten (3 1 bis 3 n) zur Erfassung von Betriebsparametern (B 1 bis B n) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Photovoltaik-Modul (2 1 bis 2 n) mit einer separaten Erfassungseinheit (3 1 bis 3 n) verbunden ist, wobei die jeweilige Erfassungseinheit (3 1 bis 3 n) derart am Photovoltaik-Modul (2 1 bis 2 n) angeordnet oder in das Photovoltaik-Modul (2 1 bis 2 n) integriert ist, dass die Betriebsparameter (B 1 bis B n) für jedes Photovoltaik Modul (2 1 bis 2 n) separat erfassbar sind
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Einfassungseinheit (3 1 bis 3 n) mehrere Sensoren umfasst, anhand derer eine Spannung, eine Stromstarke und/oder zumindest eine Temperatur des zugehörigen Photovoltaik Moduls (2 1 bis 2 n) erfassbar sind
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Einfassungseinheit (3 1 bis 3 n) mehrere Sensoren umfasst oder mit zumindest einem Sensor gekoppelt ist, anhand derer oder anhand dessen eine Umgebungstemperatur, eine Beleuchtungs starke, eine Beleuchtungsπchtung, eine Luftfeuchtigkeit, ein Niederschlag, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Windrichtung einer Umgebung des zugehörigen Photovoltaik-Moduls (2 1 bis 2 n) oder zentral für mehrere Photovoltaik-Moduls (2 1 bis 2 n) erfassbar sind
4 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (3.1 bis 3.n) zumindest einen Sensor umfasst, mittels welchem ein Betrieb einer moduleigenen elektronischen Schaltanordnung kontrollierbar ist
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheiten (3.1 bis 3 n) jeweils eine Auswerteeinheit (7) zur Verarbeitung und Auswertung der erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) umfassen oder mit einer Auswerteeinheit (7) zur Verarbeitung und Auswertung der modulbezogen erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) gekoppelt sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheiten (3.1 bis 3 n) jeweils eine Speichereinheit (6) zur Speicherung der erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) umfassen oder mit einer Speichereinheit (6) zur Speicherung der erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) gekoppelt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (6) mit der Auswerteeinheit (7) gekoppelt ist oder die Auswerteeinheit (7) die Speichereinheit (6) umfasst.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (7) eine Ausgabeeinheit (8) umfasst oder dass die Auswerteeinheit (7) mit einer Ausgabeeinheit (8) gekoppelt ist, wobei anhand der Ausgabeeinheit (8) die Betriebsparameter (B.1 bis B.n) modulbezogen oder auf Gruppen von Photovoltaik-Modulen (2 1 bis 2.n) bezogen ausgebbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (3 1 bis 3 n) elektrische Anschlusskontakte und/oder kontaktfreie Sensoren zur Kopplung mit dem jeweiligen Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheiten (3.1 bis 3.n) Schnittstellen zur Kommunikation mit einer Speichereinheit (6), Auswerteeinheit (7) und/oder Ausgabeeinheit (8) umfasst.
11. Verfahren zur Überwachung einer Photovoltaik- Anlage (1) mit mehreren Photovoltaik-Modulen (2.1 bis 2.n), dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter (B.1 bis B.n) für jedes Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) mittels einer, an dem jeweiligen Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) angeordneten oder in das jeweilige Photovoltaik-Modul (2.1 bis 2.n) integrierten Erfassungseinheit (3.1 bis 3.n) separat erfasst werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter (B.1 bis B.n) eine Spannung und/oder eine Stromstärke und/oder zumindest eine Temperatur des zugehörigen Photovoltaik-Moduls (2.1 bis 2.n) erfasst werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter (B.1 bis B.n) eine Umgebungstemperatur, eine Beleuchtungsstärke, eine Beleuchtungsrichtung, eine Luftfeuchtigkeit, ein Niederschlag, eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Windrichtung einer Umgebung des zugehörigen Photovoltaik- Moduls (2.1 bis 2.n) erfasst werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrieb einer moduleigenen elektronischen Schaltanordnung überwacht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) modulbezogen an eine Speichereinheit (6) gesendet und in dieser gespeichert werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) modulbezogen an eine Auswerteeinheit (7) übermittelt werden, wobei die erfassten Betriebsparameter (B.1 bis B.n) in der Auswerteeinheit (7) modulbezogen verarbeitet werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Leistung des jeweiligen Photovoltaik-Moduls (2.1 bis 2.n) ermittelt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter (B.1 bis B.n) mittels zumindest einer Ausgabeeinheit (8) modulbezogen oder für Gruppen von Photovoltaik-Modulen (2.1 bis 2.n) ausgegeben werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Abweichung der Betriebparameter (B.1 bis B.n) von einem oder mehreren Sollwerten ein Signal ausgegeben wird.
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