| Ansprüche
1. Diebstahlüberwachungseinrichtung, insbesondere für ein oder mehrere Solarmodule, umfassend: - einen Eingang (400) zur Zuführung eines sich zeitlich ändernden Kontrollsignals (KS) ; zwei Anschlussklemmen (42, 42a, 42b), die geeignet sind, mit einem gegen Diebstahl zu überwachenden Gerät (20a, 20b) , insbesondere einem oder mehreren Solarmodulen gekoppelt zu werden; ein mit dem Kontrollsignal angesteuerter Schalter (420) zur Zuführung eines überwachungssignal an einer der Anschlussklemmen (42, 42b); - eine Vergleichsschaltung (455), die mit dem Eingang (400) und mit der anderen der Anschlussklemmen (42, 42a) gekoppelt und ausgebildet ist, eine änderung in einem zeitlichen Verlauf zwischen dem Kontrollsignal und dem überwachungssignal zu detektieren.
2. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Kontrollsignal (KS) einen rechtecksförmigen Verlauf aufweist .
3. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem das Kontrollsignal (KS) eine sich zeitlich zufällig ändernde Amplitude oder logischen Pegel aufweist.
4. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter aufweisend: - eine den Schalter (420) umfassende steuerbare Stromquelle (410), zur Abgabe eines Strom an die eine Anschlussklemme (42, 42b) in Antwort auf das Kontrollsignal (KS) .
5. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 4, bei dem die Vergleichsschaltung (450) wenigstens ein Element (455) zur logischen Verknüpfung umfasst, das ein- gangsseitig mit dem Eingang (400) und der anderen der An- schlussklemme (42, 42a) gekoppelt ist.
6. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Anspruch 5, bei dem die Vergleichsschaltung (450) wenigstens ein XOR, ein NAND oder ein NOR Gatter umfasst.
7. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter umfassend: eine Verzögerungsschaltung (440) zur Kompensation einer durch das zu überwachenden Gerät (20a, 20b) verursachten Laufzeitverzögerung des überwachungssignals (US) .
8. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Anspruch 7, bei der die Verzögerungsschaltung ein Filter (TP) umfasst, welches an einen Ausgang der Vergleichsschaltung (450, 455) angeschlos- sen ist.
9. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Anspruch 8, bei der das Filter (TP) ein einstellbares Tiefpassfilter ist.
10. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Anspruch 7, bei der die Verzögerungsschaltung (440) eine Anzahl Verzögerungsglieder umfasst, die zwischen den Eingang (400) und der Vergleichsschaltung (450) angeordnet sind.
11. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend: eine Spannungsdetektor (430), der eingangsseitig mit einer der Anschlussklemmen (42, 42b) gekoppelt und zu einem Vergleich einer an der einen der Anschlussklemmen (42, 42b) anliegenden Spannung mit einem Referenzwert (Uref) ausgebildet ist.
12. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter umfassend: zwei Umschalter, deren erste Anschlüsse die Anschlussklemmen (42) bilden, und deren zweite Anschlüsse mit einem einen Wechselrichter (10) verbindbar sind.
13. Diebstahlüberwachungseinrichtung, insbesondere für ein oder mehrere Solarmodule, umfassend: einen Eingang (400) zur Zuführung eines zeitlich veränderlichen Kontrollsignals (KS) ; - einen Spannungsanschluss (SV, VS) , an den eine regelbare Stromquelle (410) angeschlossen ist, die ein Signal an ein oder mehrere zu überwachende Geräte (20a, 20b) in Antwort auf das Kontrollsignal (KS) abgibt; eine Vergleichsschaltung (450, 455), die ein von dem oder den zu überwachenden Geräten verarbeitetes Signal mit dem Kontrollsignal (KS) vergleicht und bei einer änderung eines zeitlichen Verlauf zwischen dem Kontrollsignal (KS) und verarbeiteten Signal anspricht.
14. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Anspruch 13, bei der das Gerät eine oder mehrere Solarzellen umfasst, die in Flussrichtung geschaltet sind.
15. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, bei der das Kontrollsignal (KS) ein sich zeitlich verändernde Amplitude oder Pulsfolge umfasst.
16. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiter umfassend: eine Spannungsdetektionseinrichtung (430), die ausgestaltet ist eine über das oder die zu überwachenden Geräte ab- fallende Spannung mit einer Referenzspannung (Uref) zu vergleichen und eine durch einen Manipulationsversuch an dem oder den Geräten hervorgerufene änderung in der abfallenden Spannung zu erfassen.
17. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach Ansprüche 16, bei der die Vergleichsschaltung (450, 455) ausgestaltet ist, bei einer änderung eines zeitlichen Verlauf oder einem Signal der Spannungsdetektionseinrichtung (430) anzusprechen.
18. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei der die Diebstahlüberwachungseinrichtung in einem Gehäuse (300) angeordnet ist, welches zum Schutz gegen ein unbefugtes öffnen mit einem Alarmmechanismus (AL) versehen ist.
19. Diebstahlüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, weiter umfassend: eine Verzögerungsschaltung (440), die ausgeführt ist, einen Laufzeitunterschied zwischen dem von dem oder den zu überwachenden Geräten verarbeiteten Signal und dem Kontrollsignal (KS) zu kompensieren.
20. Verfahren zum überwachen eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Solarmoduls, umfassend: - Bereitstellen eines sich zeitlich ändernden Kontrollsignals (KS) ;
Erzeugen eines überwachungssignals abgeleitet aus dem Kontrollsignal; Zuführen des überwachungssignals an das elektrische Gerät und erfassen des von dem Gerät abgegebene Signals;
Ermitteln einer änderung im zeitlichen Verlauf des von dem Gerät abgegebene Signals; - Erzeugen eines Alarmsignals in Antwort auf eine änderung.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Ermitteln einer änderung umfasst: - Vergleichen des dem Gerät abgegebene Signals mit dem sich zeitlich ändernden Kontrollsignals (KS) .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, bei dem das sich zeitlich ändernden Kontrollsignals (KS) ein logisches, sich insbesondere zufällig änderndes Signal mit zwei unterschiedlichen Pegeln ist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem der Schritt des Ermitteins einer änderung umfasst: - Kompensieren eines Laufzeitunterschieds zwischen dem von dem Gerät abgegebene Signal und dem Kontrollsignal durch:
Filtern eines die änderung im zeitlichen Verlauf darstellenden Signals oder;
Verzögern des Kontrollsignals um eine Zeitspanne, die der Laufzeitverzögerung entspricht.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem ein überwachungsstrom dem elektrischen Gerät zugeführt wird, wobei der überwachungsstrom durch Steuern einer Stromquelle mit dem Kontrollsignal erzeugt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, weiter umfassend: Erfassen einer über das elektrische Gerät abfallende Spannung und;
Vergleichen der erfassten Spannung mit einem Referenzwert; - Erzeugen eines Alarmsignals in Antwort auf den Vergleich. |
Beschreibung
Diebstahlüberwachungseinrichtung sowie Verfahren zum überwachen eines elektrischen Geräts, insbesondere eines Solarmo- duls
Die Erfindung betrifft eine Diebstahlüberwachungseinrichtung für Geräte, insbesondere für ein oder mehrere Solarmodule. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum überwachen eines elektrischen Geräts, insbesondere eines oder mehrerer Solarmodule .
Diebstahlüberwachungseinrichtungen gewinnen zunehmend an Bedeutung, insbesondere bei Geräten, deren örtliche Lage eine dauerhafte personelle überwachung erschwert. Dies betrifft beispielsweise elektrische Verbraucher, wie unter anderem Leuchtreklamen, Leuchtmittel, aber auch Energieerzeuger im Bereich regenerativer Energien, wie beispielsweise Fotovol- taiksysteme. Gerade letztere sind oftmals in Gebieten mit ei- ner eher geringen Bevölkerungsdichte angebracht.
Während Fotovoltaikanlagen zur Erzeugung von Strom mittels Sonnenenergie durch ihre Funktionsweisen während der Tageszeit bereits einem gewissen Diebstahlschutz unterliegen, sind sie während der Nacht einer erhöhten Gefährdung ausgesetzt. Dazu kommt, dass gerade Fotovoltaiksysteme aufgrund ihres Aufbaus besonders einfach ausgetauscht werden können. Der verhältnismäßig einfache mechanische Aufbau führt im Umkehr- schluss zu einer erhöhten Diebstahlgefährdung während der Nacht, in der die Fotovoltaiksysteme keinen Strom produzieren und so ein Diebstahl nicht unmittelbar durch Einbruch des Stroms oder der Spannung erkannt wird. Gleiches gilt für
elektrische Verbraucher, wie beispielsweise Leuchtmittel, während sie in ihrem abgeschalteten Zustand sind.
Da Diebstahl derartiger Verbraucher beziehungsweise von Foto- voltaiksystemen insbesondere bei großen Solarparks mit hohen Ersatzkosten verbunden sind, besteht natürlich das Bedürfnis, Diebstahlüberwachungseinrichtungen vorzusehen, die besonders für derartige Geräte geeignet sind. Ebenso ist es zweckmäßig, ein Verfahren zur überwachung von Verbrauchern beziehungswei- se Erzeugern anzugeben.
Die Gegenstände der vorliegenden unabhängigen Patentansprüche tragen den oben genannten Bedürfnissen Rechnung.
Ihnen liegt das Prinzip zugrunde, dass elektrische Geräte auch im abgeschalteten Zustand Strom leiten. Dieser Strom kann dazu verwendet werden, einen Diebstahl oder Manipulationsversuch zu detektieren und ein entsprechendes Alarmsignal auszulösen. Unter dem Begriff elektrisches Gerät wird jedes Gerät verstanden, dass in der Lage ist, elektrische Energie zu produzieren oder zu verbrauchen. Dazu gehören unter anderem Generatoren, Fotovoltaiksysteme wie Solarzellen oder -module, Windenergieanlagen, elektrische Verbraucher, Lichtmittel, Leuchtreklamen, Leuchtstoffröhren oder Scheinwerfer, Transformatoren und weitere. Unter den Begriff fallen aber auch Geräte, die ohne Strom arbeiten, aber zusätzlich einen Stromkreis aufweisen, der überwacht wird und dessen Eigenschaften sich bei einem Manipulationsversuch ändern.
Die Erfindung schlägt vor, ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein oder mehrere Solarmodule mit einem zufälligen Signal zu beaufschlagen und eine änderung im zeitlichen Verlauf dieses Signals zu detektieren. Eine zeitliche änderung her-
vorgerufen durch einen Diebstahl oder Manipulationsversuch aufgrund einer mechanischen Entfernung des elektrischen Geräts kann so durch einen Vergleich mit einem entsprechenden Kontrollsignal detektiert und ein Alarmsignal erzeugt werden.
Die Diebstahlüberwachungseinrichtung eignet sich dafür besonders gut, da sie den Verbraucher und dessen elektrische Eigenschaften direkt mit verwendet. So kann die Diebstahlüberwachungseinrichtung bevorzugt immer dann aktiv sein, wenn das elektrische Gerät, an den die Diebstahlüberwachungseinrichtung angeschlossen ist, selbst deaktiviert ist. Beispielsweise ist dies im Falle von Solarmodulen während der Nachtzeit, in den die Solarmodule selbst keinen elektrischen Strom verbrauchen. Im Fall elektrischer Leuchtmittel, allgemeiner im Fall eines elektrischen Verbrauchers oder ganz allgemein bei einem elektrischen Gerät kann die Diebstahlüberwachungseinrichtung dann aktiv sein, wenn der elektrische Verbraucher oder das Gerät selbst ausgeschaltet ist und damit seine im Betrieb ausgeführte Funktion nicht erfüllt.
Dennoch ist die erfindungsgemäße Diebstahlüberwachungseinrichtung hierauf nicht beschränkt. Grundsätzlich lässt sich die Diebstahleinrichtung für jedes Gerät verwenden, dass über einen Stromkreis verfügt, der sich überwachen lässt.
Die Diebstahlüberwachungseinrichtung ist somit besonders geeignet, das zu überwachende Gerät während seiner inaktiven Zeit vor einem Diebstahl, einer Beschädigung oder einer ähnlichen Manipulation zu schützen.
In einer Ausführungsform umfasst die Diebstahlüberwachungseinrichtung einen Eingang zur Zuführung eines sich zeitlich ändernden Kontrollsignals. Weiterhin sind wenigstens zwei An-
schlussklemmen vorgesehen, die geeignet sind, mit einem gegen Diebstahl, Beschädigung oder ähnliches zu überwachenden elektrischen Gerät gekoppelt zu werden. Dies kann ein elektrischer Verbraucher aber auch ein Energieerzeuger sein. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung umfasst ferner ein mit dem Kontrollsignal angesteuerten Schalter zur Zuführung eines überwachungssignals an einer der Anschlussklemmen. Eine Vergleichsschaltung ist mit dem Eingang zur Zuführung des Kontrollsignals und mit der anderen der Anschlussklemmen gekop- pelt und ausgebildet, eine änderung in einem zeitlichen Verlauf zwischen dem Kontrollsignal und dem überwachungssignal zu detektieren.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Kontrollsignal eine sich zeitlich zufällig ändernde Amplitude oder einen sich zeitlich zufällig ändernden logischen Pegel aufweist. Durch die Zufälligkeit wird eine Manipulation des Kontrollsignals, aus dem das überwachungssignal erzeugt wird, erschwert. Beispielsweise kann das Kontrollsignal einen zufälligen rechtecksförmigen Verlauf aufweisen.
In einer Ausgestaltung umfasst die Diebstahlüberwachungseinrichtung eine über den Schalter steuerbare Stromquelle, welche zur Abgabe eines Stroms an die eine Anschlussklemme in Antwort auf das Kontrollsignal ausgebildet ist. Somit fließt durch den zwischen die Anschlussklemmen geschalteten elektrische Gerät ein sich zeitlich verändernder Strom. Der zeitliche Verlauf des Stromsignals wird durch die Vergleichsschaltung erfasst, mit dem Kontrollsignal verglichen und daraus einen auf einen Diebstahl, eine Beschädigung oder ähnliches hinweisende änderung ermittelt.
Die Vergleichsschaltung kann ausgangsseitig mit einem Signalgeber, beispielsweise einem Funksender, einem Leuchtmittel oder auch einem Lautsprecher verbunden sein. Ebenso eignet sich eine Kamera, die ein Bild des Manipulators aufnimmt. Bei einem entsprechenden Diebstahl- beziehungsweise Manipulati- ons- oder Beschädigungsversuch spricht die Vergleichsschaltung somit an, erzeugt ein entsprechendes Signal, welches geeignete Maßnahmen initiiert.
Hierunter fallen optische und/oder akustische Signale, als auch Funksignale, die an Behörden wie Polizei oder andere Sicherheitsdienste verschickt werden. Kameras zum aufnehmen von überwachungsbilder können ebenso initialisiert werden.
In einigen Fällen tritt aufgrund des zwischen die Anschlussklemmen angeordneten elektrischen Geräts eine Laufzeitverzögerung im überwachungssignal auf. Zur Korrektur und Kompensation dieser Verzögerung ist in einer Ausführungsform der Erfindung eine Verzögerungsschaltung vorgesehen, welche die durch das zu überwachenden Gerät verursachte Laufzeitverzögerung im überwachungssignal kompensiert.
In einer Ausgestaltung ist diese Verzögerungsschaltung zwischen den Eingang und Zuführung des Kontrollsignals und der Vergleichsschaltung angeordnet. Beispielsweise kann die Verzögerungsschaltung ein oder mehrere Verzögerungsglieder umfassen, welche das Kontrollsignal um die Zeitspanne verzögern, die der Laufzeitverzögerung des überwachungssignals durch den Verbraucher entspricht.
In einer anderen Ausgestaltung kann die Verzögerungsschaltung einen Filter aufweisen, welcher an den Ausgang der Vergleichsschaltung angeschlossen ist.
Zur Verhinderung einer Manipulation umfasst in einer Weiterbildung der Erfindung die Diebstahlüberwachungseinrichtung zusätzlich einen Spannungsdetektor, der eingangsseitig mit einer der Anschlussklemmen gekoppelt ist. Dieser ist ausgestaltet, eine an der Anschlussklemme anliegende Spannung einem Referenzwert zu vergleichen. Mit dem Spannungsdetektor wird eine überbrückung der Anschlussklemmen verhindert, da eine solche zu einer kurzzeitigen änderung der Spannung führt. Der Spannungsdetektor kann als Fensterdiskriminator mit einstellbarer Referenzschwelle ausgeführt sein.
In einer anderen Ausbildung kann vor die einen der Anschlussklemmen eine Stromdetektionseinrichtung vorgesehen sein, die bei einer änderung des durch die Anschlussklemme fließenden
Stroms anspricht. Durch die zusätzlichen Maßnahmen werden Manipulationsversuche beispielsweise durch Kurzschließen der beiden Anschlussklemmen oder Ersetzen des Geräts durch ein anderes Element erschwert.
Die Diebstahlüberwachungseinrichtung ist bevorzugt in einem sicheren Gehäuse untergebracht. Dieses Gehäuse kann zusätzlich an einen Detektor angeschlossen sein, der ein unbefugtes öffnen des Gehäuses erfasst und einen entsprechenden Alarm auslöst. Dadurch wird die Diebstahlüberwachungseinrichtung zusätzlich gegen ein Ausspähen oder einen Manipulationsversuch geschützt.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs- beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Dabei sind die offenbarten Prinzipien und Ausgestaltungen nicht auf die dargestellten Ausführungsformen und insbesondere auf das dort gezeigte zu überwachende Gerät beschränkt. Vielmehr eignen sich die erfindungsgemäße Diebstahlüberwa- chungseinrichtung sowie das Verfahren dazu, jedes Gerät vor Diebstahl zu schützen, welches über einen Stromkreis verfügt. Elemente mit gleicher oder ähnlicher Funktionsweise tragen die gleichen Bezugszeichen.
So zeigen
Figur 1 einen Ausschnitt eines Solarparks mit einer erfindungsgemäßen Diebstahlüberwachungseinrichtung,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Diebstahlüberwachungseinrichtung zur Erläuterung verschiedener Aspekte der Erfindung,
Figur 3 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform;
Figur 4 ein Signal-Zeitdiagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs verschiedener Signale der Diebstahlüberwa- chungseinrichtung.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Solarparks, bei dem eine Vielzahl von Solarmodulen seriell und parallel miteinander verschaltet werden, um bei Tageslicht Strom zu erzeugen. Die einzelnen Solarmodule sind in Strängen angeordnet, von denen hier zwei, nämlich die Stränge 20a und 20b, beispielhaft her- ausgestellt sind. Jeder der Stränge kann eine Anzahl einzelner Solarmodule in Serie geschaltet umfassen, wobei jedes Modul wiederum eine Vielzahl von in Reihe geschalteter Solarzellen umfassen kann.
Eine solche Solarzelle enthält im Wesentlichen einen pn- übergang, der für eine Stromerzeugung in Sperrrichtung betrieben ist. Eintreffendes Licht erzeugt innerhalb der ver- armten Raumladungszone ein Elektron-Lochpaar, welches aufgrund der internen Spannung räumlich getrennt wird und dadurch zu einem Stromfluss führt.
Die in Reihe geschalteten Solarmodule sind in einem Strang 20a und 20b zusammengefasst, und an Stromleitungen Sl und S2 angeschlossen. Mehrere solcher Stränge sind parallel an einen Wechselrichter 10 über die Stromleitungen Sl und S2 angeschlossen. Der Wechselrichter 10 erzeugt aus dem von den Solarmodulen abgegebenen Gleichstrom einen Wechselstrom und speist ihn in das Versorgungsnetz ein.
Zur Diebstahlsicherung beziehungsweise überwachung der einzelnen Stränge und damit auch der einzelnen Solarmodule sind zwischen den Hauptleitungen Sl und S2 und den jeweiligen So- larsträngen 20a und 20b entsprechende überwachungseinrichtungen 30a und 30b angeordnet. Diese sind zusätzlich mit einer eigenen unabhängigen Stromversorgung ausgestattet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt der Wechselrichter 10 eine entsprechende Stromversorgung über die Stromversorgungslei- tung SV bereit. Alternativ, kann auch eine Batterie oder ein Akku vorgesehen sein. Letzterer kann beispielsweise besonders einfach tagsüber von den Solarmodulen aufgeladen werden. Evtl. sind bei einem Akku weitere Elemente notwendig, die die Spannung des Akkus auf die erforderliche überwachungsspannung transformieren.
Während des Tages, in denen die einzelnen Solarmodule der Stränge 20a und 20b Strom liefern, können die überwachungs-
einrichtungen 30a und 30b überbrückt sein, sodass die Solarmodule der Stränge 20a und 20b mit den Hauptstromleitungen Sl und S2 gekoppelt sind. Während der Nachtzeit, in denen die Solarmodule der Stränge keine Energie erzeugen, sind die überwachungseinrichtungen aktiv und überwachen mögliche Be- schädigungs- oder Diebstahlversuche einzelner Solarmodule innerhalb der Stränge.
Eine überwachungseinrichtung 30b ist hier beispielhaft ver- größert dargestellt. Die überwachungseinrichtung ist in einem Gehäuse 300 untergebracht, welches verschlossen ist und von einem oder mehreren Sensoren 52 auf Beschädigungen überprüft wird. Dadurch kann beispielsweise ein unbefugtes öffnen des Gehäuses 300 der überwachungseinrichtung, aber auch ein Ent- fernen beziehungsweise ein Beschädigen der überwachungseinrichtung vermieden werden. Der Detektor 52 kann beispielsweise als Erschütterungsdetektor ausgebildet sein. Versuche, das Gehäuse aufzusagen oder anderweitig zu öffnen, werden somit detektiert und an eine Gehäuseüberwachungseinrichtung 50 ab- gegeben. Bei einem Versuch, das Gehäuse somit zu beschädigen beziehungsweise unbefugt zu öffnen, erzeugt die Gehäuseüberwachungseinrichtung 50 ein entsprechendes Alarmsignal auf der Alarmleitung AL.
Neben einem Erschütterungssensor können darüber hinaus auch andere Sensoren eingesetzt werden, die eine änderung der Charakteristika der überwachungseinrichtung und insbesondere des Gehäuses registrieren und einen entsprechenden Alarm auslösen. So kann zusätzlich die Spannung oder der Strom auf der Stromversorgungsleitung oder auch die Alarmleitung überwacht werden .
Daneben ist im Gehäuse 300 auch eine Platine 310 mit der Diebstahlüberwachungseinrichtung 400 untergebracht. Die Platine 310 umfasst neben der eigentlichen Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 auch zusätzliche Schalter 42, die vor- liegend von der Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 angesteuert werden. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 weist darüber hinaus eine Zuleitung an die Stromversorgung SV sowie an die Alarmleitung AL auf.
Die Schalter 42 sind so ausgestaltet, dass sie die Zuleitungen Sl' und S2 ' der Solarmodule entweder auf die Zuführungsleitung der Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 oder auf die externen Stromleitungen Sl beziehungsweise S2 legen. Beispielsweise schaltet so die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 während des Tages die Solarmodule auf die Stromleitungen Sl und S2. Während der Nacht sind die mit den Leitungen Sl' und S2 ' verbundenen Solarmodule des jeweiligen Solarstranges mit der Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 verbunden.
Alternativ können die Schalter 42 auch von dem Wechselrichter 10 angesteuert werden. Damit kontrolliert dieser die Diebstahlüberwachungseinrichtung und aktiviert bzw. deaktiviert sie bei Bedarf. In einem solchen Fall enthält die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 am Gehäuse 300 zusätzlich ein In- terface, welches mit dem Wechselrichter verbunden ist. über das Interface werden Steuersignale für die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 und die Schalter 42 gesandt. Die Steuersignale können verschlüsselt sein, um Manipulationen zu verhindern. Ebenso kann eine eindeutige Identifizierung, bei- spielsweise durch ein Authentifizierungsverfahren vorgesehen werden .
In ihrem Betrieb überwacht die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 die einzelnen an die Leitungen Sl' und S2 ' angeschlossenen Solarmodule derart, dass bei einem Entfernen eines solchen Moduls ein Alarmsignal ausgelöst wird. Dies wird erreicht, in dem durch die Solarmodule ein entsprechendes überwachungssignal von der überwachungseinrichtung 40 geschickt wird. Durch einen Vergleich eines zeitlichen Verlaufs des an die Solarmodule abgegebenen überwachungssignals mit einem entsprechenden Kontrollsignal kann eine änderung verur- sacht durch einen Beschädigungs- beziehungsweise Diebstahlversuch detektiert werden. Eine entsprechende Detektion führt zu einem Signal auf der Alarmleitung AL.
Die Alarmleitung AL kann beispielsweise mit einem Funksender ausgestattet sein, der direkt ein Signal an eine Polizeistation oder eine andere Sicherheitsbehörde abgibt. Es ist denkbar, einen entsprechenden Funksender im Gehäuse 300 unterzubringen und die Alarmleitung AL mit dem Funksender zu verbinden. Dieser kann ein Funksignal über eine extern angeordnete Antenne abgeben.
Ebenso ist es denkbar, ein optisches oder akustisches Signal bei einem detektierten Beschädigungs- oder Diebstahlversuch abzugeben. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 kann zudem einen Sensor beinhalten, der die Versorgungsspannung auf der Versorgungsleitung SV überwacht. Bei einem plötzlichen Abfall einer Versorgung, beispielsweise durch ein Durchtrennen der Versorgungsleitung SV, kann unabhängig von einer externen Versorgung ein Alarmsignal erzeugt werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Ausgestaltung einer Ausführung der Diebstahlüberwachungseinrichtung, die mit einem oder mehreren Solarmodulen gekoppelt ist. Diese bilden einen So-
larstrang. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung umfasst einen Eingang 400 für ein Kontrollsignal KS. Das Kontrollsignal KS ist mit Vorteil ein logisches Signal mit einem zufälligen Dateninhalt. Jedoch ist es nicht auf ein logisches oder digita- les Signal beschränkt, sondern kann auch ein analoges Signal sein .
Beispielsweise kann eine solche Zufälligkeit durch ein entsprechend langes rückgekoppeltes Schieberegister, welches mit einem zufälligen Anfangswert gefüllt wird, erreicht werden.
Als Anfangswert eignet sich unter anderem ein Zeitsignal, ein Temperaturwert, ein Spannungswert oder ein anderes möglichst zufälliges Signal. Das Kontrollsignal KS wird zweckmäßigerweise durch eine Schaltung bereitgestellt, die innerhalb des Gehäuses der Diebstahlüberwachungseinrichtung untergebracht ist. Bevorzugt bildet die Schaltung zur Bereitstellung eines Kontrollsignal einen Teil der Diebstahlüberwachungseinrichtung.
Der Eingang 400 ist an einen Steuereingang eines Schalters
420 angeschlossen. Das Kontrollsignal KS steuert den Schalter 420 zwischen einem offenen beziehungsweise einem geschlossenen Zustand. Der Schalter 420 dient dazu, eine Stromquelle 410 mit einer der Anschlussklemmen 42 zu verbinden. Die Kon- stantstromquelle 410 wird von der Spannungsversorgungsleitung SV gespeist und erzeugt ein im Wesentlichen konstantes Stromsignal. Ist der Schalter 420 geschlossen, so fließt über die Anschlussklemme 42 ein geringer Strom über die in Reihe geschalteten Solarmodule des Solarstrangs 20b. über jedes ein- zelne Solarmodul fällt eine geringfügige Spannung beispielsweise in der Größenordnung von 0,5 V pro Solarzelle ab. Daraus lässt sich eine Gesamtspannung ermitteln, die über die beiden Anschlussklemmen 42 bereitgestellt werden muss.
Das Korrektursignal KS wird darüber hinaus einer Verzögerungsschaltung 440 zugeführt, die das Signal mit einer einstellbaren Verzögerung zeitlich verzögert. Ausgangsseitig ist die Verzögerungsschaltung 440 an einen Eingang einer Vergleichsschaltung 450 angeschlossen. Diese umfasst ein Logikgatter 455 mit zwei Eingängen, die vorliegend gleichzeitig auch die Eingänge der Vergleichsschaltung bilden. Der zweite Eingang des Logikgatters 455 ist mit der zweiten Anschluss- klemme 42 gekoppelt. An dieser ist auch der Abschlussshunt 4 angeschlossen, der mit Masse verbunden ist.
Im Betrieb der Diebstahlüberwachungseinrichtung wird nun mit Hilfe des Kontrollsignals ein Signal der Anschlussklemme 42 und damit dem Solarstrang 20b zugeführt, welches den gleichen zeitlichen Verlauf aufweist wie das am Eingang anliegende Kontrollsignal KS. Aufgrund der Laufzeitverzögerung durch den Solarstrang 20b tritt jedoch ein zeitlicher Versatz zwischen dem Kontrollsignal am Eingang 400 und dem von der Stromquelle 410 und dem Schalter 420 erzeugten Signal auf. Die zeitliche Verzögerung wird in einer Kalibrierungsphase ermittelt und durch die zusätzliche Verzögerungsschaltung 440 kompensiert. Die beiden Signale vorzugsweise mit logischen Pegeln werden dem Gatter 455 zugeführt, das sie logisch miteinander ver- knüpft.
Bei einem Diebstahlversuch beispielsweise einem Entfernen eines der Module des Solarstrangs 20b wird die Reihenschaltung unterbrochen und es tritt eine zeitliche änderung in den bei- den dem Gatter zugeführten Signalen auf.
Figur 4 zeigt einen derartigen Verlauf, bei dem zum Zeitpunkt Tl ein Modul aus dem Solarstrang entfernt wird. Das Kontroll-
signal KS ist eine Pulsfolge, in dieser Darstellung aus übersichtsgründen als periodische Rechteckserfolge gezeigt. Entsprechend ist das durch die Solarmodule durchlaufende überwachungssignal ebenfalls eine Rechtecksfolge. änderungen in den Flanken des vom Solarstrang 20b abgegebenen überwachungssignals werden durch signalaufbereitende Maßnahmen wieder kompensiert, so dass das überwachungssignal US den gleichen Verlauf aufweist. Die oben erwähnte zeitliche Verzögerung zwischen den Signalen KS und US ist in diesem Beispiel nicht dargestellt.
Zum Zeitpunkt Tl beziehungsweise kurz davor wird ein entsprechendes Solarmodul aus dem Strang entfernt. Dies führt zu einer Unterbrechung des überwachungssignals auf einen logisch niedrigen Pegel, wodurch sich das vom logischen X-OR-Gatter 455 abgegebene Signal RS zwischen logischen Pegeln hin- und herschaltet .
Als Alternative bietet sich zudem an, dem logischen Gatter eine Halteschaltung nachzuschalten, beispielsweise in Form eines Flip-Flops. Diese erzeugt dann ein kontinuierliches Alarmsignal, auch wenn nach kurzer Zeit das überwachungssignal wieder in einen normalen Zustand beispielsweise aufgrund eines Manipulationsversuchs übergeht.
Eine derartige Schaltung kann zudem dahingehend erweitert werden, das kurzzeitig auftretenden Störungen verursacht durch äußere zufällige Einflüsse erkannt werden und diese keinen Alarm auslösen. Dadurch wird die Anzahl von möglichen Fehlalarmen reduziert. Beispielsweise kann dem logischen Gatter 455 eine Schaltung nachgeschaltet sein, welche bei einer änderung des Pegels des Signals RS erst nach einiger Zeit anspricht und somit überprüft, ob während dieser Zeitspanne das
Signal RS wieder auf den Ursprungswert zurückschaltet. Ist dies der Fall, wird eine Störung als zufällig und nicht als Manipulationsversuch wahrgenommen. Bleibt hingegen das Signal RS wie in Figur 4 dargestellt über einen längeren Zeitraum in einem alternierenden Zustand, so wird dies als Diebstahlsoder Beschädigungsversuch erkannt und ein entsprechender Alarm durch die dem Gatter 455 nach geschaltete Schaltung ausgelöst .
Die Diebstahlüberwachungseinrichtung gemäß Figur 2 weist darüber hinaus auch einen Spannungsdetektionseinrichtung auf. Diese dient dazu, Manipulationsversuche beispielsweise durch überbrücken der beiden Anschlussklemmen 42 wirksam zu erkennen und bei solchen ebenfalls ein entsprechendes Alarmsignal bereitzustellen. Zu diesem Zweck enthält die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 eine Vergleichsschaltung 430, die mit einem ersten Eingang an den Schalter 420 und die Anschlussklemme 42 angeschlossen ist. Ein zweiter Eingang führt in diesem Ausführungsbeispiel an einen Spannungsteiler 435 dem ein Referenzsignal Uref zugeführt wird. Der Spannungsdetektor 430 ist derart ausgeführt, dass er die Maximalspannung bei geschlossenem Schalter 420 erfasst und diese mit der an seinem zweiten Eingang anliegenden geteilten Referenzspannung Uref vergleicht. Die Vergleichsschaltung kann auch als Fensterdiskriminator mit einer einstellbaren Referenzschwelle ausgeführt sein.
Eine Berücksichtigung lediglich der maximalen Spannung bei geschlossenem Schalter 420 hat den Vorteil, dass das Kon- trollsignal ein zufällig logisches zwischen zwei Zuständen alternierendes Signal sein kann, welches den Schalter 420 öffnet beziehungsweise schließt. Der Vergleicher 430 ist so ausgebildet, dass ein Vergleich lediglich bei geschlossenem
Schalter 420 durchgeführt wird. Beispielsweise kann hierzu der Vergleicher 430 mit dem Signaleingang 400 für die Zuführung des Kontrollsignals KS ausgeführt sein, so dass das Kontrollsignal KS entsprechend seinem Pegel aktiviert bezie- hungsweise deaktiviert.
Bei einem Manipulationsversuch ändert sich nun zumindest kurzfristig die an dem ersten Eingang des Vergleichers 430 anliegende Spannung und führt so zu einer Signaländerung im Ausgangssignal des Vergleichers 430. Der Ausgang des Vergleichers 430 ist an ein zweites Gatter 456 angeschlossen, welches im vorliegenden Fall als logisches ODER-Gatter ausgeführt ist. Auch nach dem logischen ODER-Gatter kann eine der oben beschriebenen Halteschaltungen vorgesehen sein. Bei ei- nem Manipulationsversuch entweder durch Entfernen eines der
Solarmodule beziehungsweise eines überbrückens der beiden Anschlussklemmen wird somit eines der beiden überwachungssignale geändert, so dass das logische Gatter 456 ein entsprechendes Alarmsignal am Ausgang 457 abgibt.
Die in der Figur 2 dargestellte Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 erzeugt ein Alarmsignal bei einer entsprechenden Spannungs- beziehungsweise Stromänderung, verursacht durch einen Beschädigungs- oder Manipulationsversuch der Anschluss- klemmen 42 und der dazwischen angeordneten Solarmodule des
Stranges 20b. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung lässt sich zudem mit weiteren Sensoren ausführen, so dass weitere Parameter überwacht werden können. So ist beispielsweise auch eine überwachung des durch das zwischen die Klemmen 42 fließen- den Stroms denkbar. Eine derartige Schaltung kann in den Signalpfad zwischen Klemme 42 und Schalter 420 geschaltet sein. Diese leitet aus dem fließenden Strom, zum Beispiel mittels eines Stromspiegels ein Signal ab und vergleicht es in einem
Komparator mit einem Referenzsignal. ändert sich der Strom aufgrund eines Manipulationsversuchs verursacht dies eine änderung des gespiegelten Strom und damit des abgeleiteten Signals. Es wird dann ein Alarm ausgelöst.
Darüber hinaus ist es möglich anhand der vorhandenen Alarmsignale beispielsweise durch den Vergleicher 430 oder das Gatter 455 auf die Art eines möglichen Manipulationsversuches zurück schließen zu können.
Figur 3 zeigt eine Ausgestaltung einer Diebstahlüberwachungseinrichtung für einen einfachen elektrischen Verbraucher, der an die beiden Anschlussklemmen 42b und 42a angeschlossen ist. In dieser Ausgestaltung ist die über den Verbraucher abfal- lende Spannung als auch durch den Verbraucher durchfließenden Strom relativ gering. Es wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise bei einer Diebstahleinrichtung für mehrere Solarmodule gegebenenfalls eine Hochspannungsquelle erforderlich ist, um den großen Spannungsabfall über die Solarmodule hin- weg verkraften zu können. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 weist einen Eingang 400 zur Zuführung des Kontrollsignals KS auf. Der Eingang 400 ist wie dargestellt einerseits direkt mit einem logischen XOR-Gatter 455 und andererseits an den Basisanschluss eines Bipolartransistors T50 an- geschlossen.
Der Bipolartransistor T50 wirkt als Schalter und ist in Reihe mit zwei einen Spannungsteiler bildenden Widerständen S51 und S50 zwischen einem Versorgungsanschluss VS und einem Massean- Schluss GND angeordnet. Ein Knoten zwischen den beiden Widerständen S50 und S51 führt an den Basisanschluss eines Bipolartransistors. Die Schaltung aus Transistors T50 und dem Transistor T420 bilden den Schalter 420. Der Transistors T420
steuert eine konstante Stromquelle 410 an, welche vorliegend die Elemente R2, D40 und D41, R4 und T4 umfasst.
Im Einzelnen ist der Transistor T420 des Schalters 420 emit- terseitig an den Versorgungsanschluss VS und kollektorseitig an einen Knoten zwischen dem Widerstand R2 und der Zehnerdiode D40 sowie an die Basis des Transistors T4 angeschlossen. Der Widerstand R2, Zehnerdiode D40 und D41 bilden eine Serienschaltung und sind zwischen den Versorgungsanschluss US und dem Masseanschluss GND geschaltet und dienen zur Biasein- stellung der Konstantstromquelle 410. Der Transistor T4 ist mit seinem Emitteranschluss an das Element R4 und kollektorseitig mit dem Ausgang und der Anschlussklemme 42b verbunden.
Ebenfalls an die Anschlussklemme 42b ist ein Komparator 430 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit einem Referenzpotential Uref beaufschlagt wird. Der Komparator 430 dient zur überwachung der über den Verbraucher zwischen den beiden Anschlussklemmen abfallenden Spannung.
Die Diebstahlüberwachungseinrichtung enthält weiterhin einen Komparator OP, dessen erster invertierender Eingang über einen Widerstand R3 mit der zweiten Anschlussklemme 42a verbunden ist. In seinem zweiten nicht invertierenden Eingang wird ein Spannungssignal zugeführt, welches über einen veränderbaren Widerstand R4 einstellbar ist. Der veränderbare Widerstand R4 ist gemeinsam mit einem Widerstand Rl in Reihe zwischen den Versorgungsanschluss VS und dem Masseanschluss GND angeordnet. Er dient dazu, ein variables Spannungssignal zu erzeugen und an den Komparator abzugeben. Damit kann bei einem an der Anschlussklemme 42a anliegenden gepulsten beziehungsweise annähernd rechtecksförmigen oder logischen Signal der Umschaltzeitpunkt und damit die Flankensteilheit verbes-
sert werden. Der Ausgang des Verstärkers OP ist an den zweiten Eingang des logischen Gatters 455 angeschlossen.
Die Zehnerdiode D6 geschaltet zwischen dem Massepotential und dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers OP sowie der Widerstand S6 zwischen dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers und den Versorgungsanschluss VS dienen zur Stabilisierung des Ausgangssignals zur Bereitstellung des notwendigen Stroms.
Der Ausgang des Gatters ist über ein Tiefpassfilter TP gebildet aus einem Widerstand R6 und einem Kondensator C6 über einen weiteren Widerstand R7 mit der Basis eines Ausgangstransistors T7 verbunden. Der Kollektor des Transistors T7 bildet den Ausgangsanschluss 457, an dem das Ausgangssignal RS abgegriffen werden kann.
Im Betrieb der Diebstahlüberwachungseinrichtung wird dem Eingang 400 ein gepulstes vorzugsweise zufälliges rechtecksför- mige Kontrollsignal KS zugeführt. Dieses kann auch ein logisches Signal sein, also zwischen zwei Pegeln wechseln. Das Kontrollsignal KS steuert den Transistor T50 derart an, dass entsprechend der Schalttransistor 420 der Konstantstromstelle 410 ein entsprechend rechtecksförmiges Stromsignal am Kollek- torausgang des Transistors T4 bereitstellt. Die über den
Verbraucher abfallende Spannung wird mit dem Komparator 430 mit einer Referenzspannung verglichen. Gleichzeitig fließt der Strom durch den zwischen die Anschlussklemmen 42a und 42b angeordneten Verbraucher.
Aufgrund möglicher änderungen im Stromsignal, beispielsweise einer Abflachung der Flanken muss das über das zwischen die Klemmen 42b und 42a angeordneten Gerät fließende Signal er-
neut aufbereitet werden. Hierzu dient der Differenzverstärker OP, der unter anderem eingestellt durch den veränderbaren Widerstand R4 die notwendige Flankensteilheit und den geeigneten Umschaltpunkt einstellt. Der Verstärker OP dient gleich- zeitig dazu den benötigten logischen Pegel für das nachgeschaltete Gatter 455 bereitzustellen. Die Signalqualität wird durch die Zehnerdiode D6 und den Widerstand S6 weiter verbessert .
Aufgrund der verschiedenen Schaltelemente der Diebstahlüberwachungseinrichtung 40 und des elektrischen Verbrauchers zwischen den beiden Anschlussklemmen kann es zu einer Laufzeitverzögerung zwischen dem aufbereiteten Signal am Ausgang des Differenzverstärkers OP und dem Kontrollsignal KS kommen, welches den beiden Eingängen des logischen XOR-Gatters 455 zugeführt wird. Da dieses eine zeitliche änderung in der Pulsfolge detektieren soll, führt eine Laufzeitverzögerung in einem der beiden Signalpfade unmittelbar zu einem entsprechenden Signal. Diese unbeabsichtigte und keine Manipulati- onsversuche repräsentierende Laufzeitverzögerung wird durch die nach geschalteten einstellbaren Tiefpassfilter TP mit dem in seiner Kapazität veränderbaren Kondensator C6 sowie den Widerständen R6 und R7 korrigiert.
Bei einer längeren Laufzeitverzögerung verursacht durch einen Manipulationsversuch im Verbraucher spricht das logische XOR- Gatter ebenfalls an und erzeugt am Ausgang eine logisch hohen Pegel, welcher der Basis des Ausgangstransistors T7 zugeführt wird. Die Eckfrequenz des Tiefpassfilters ist so gewählt, dass eine den Manipulationsversuch kennzeichnende Pulsfolge durch den Tiefpassfilter TP nicht unterdrückt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Diebstahlüberwachungseinrichtung wird somit ein zu überwachender Gegenstand in einen Signalpfad geschaltet. über den Signalpfad wird ein vorzugsweise zufällig alternierendes Signal gesandt, und mit einem ent- sprechenden Referenzsignal eine änderung im zeitlichen Verlauf zwischen den beiden Signalen ermittelt. Bei einer Detek- tion einer zeitlichen Veränderung im Signalverlauf kann auf einen Manipulationsversuch beispielsweise einen Diebstahloder einen Beschädigungsversuch des Gegenstands geschlossen werden.
Die Diebstahlüberwachungseinrichtung eignet sich besonders, wenn der zu überwachende Gegenstand selbst ein elektrisches Gerät ist, beispielsweise ein Leuchtmittel oder auch ein Stromerzeuger wie beispielsweise ein Solarmodul, eine Solarzelle beziehungsweise eine Vielzahl derartiger Elemente. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung lässt sich einfach im Gehäuse unterbringen und in bestehende Anlagen integrieren. Die Diebstahlüberwachungseinrichtung kann insbesondere im Gehäuse oder Raum des Wechselrichters untergebracht sein, der gegen Manipulationsversuche besonders geschützt ist. Insbesondere kann der Diebstahlschutz beziehungsweise eine überwachung in bereits bestehenden Anlagen einfach nachgerüstet werden.
Bezugs zeichenliste
SV Stromversorgungsleitung
Sl, S2 Stromleitungen
AL Alarmleitung
Uref Referenzspannung
4 Abschlussshunt
10 Wechselrichter
20a, 20b Solarstrang
30, 40 Diebstahlüberwachungseinrichtung
42 Schalter
50 Sensorüberwachungseinrichtung
52 Sensor
300 Gehäuse
310 Platine
400 Signaleingang
410 Stromversorgung
420 Schalter
430 Vergleicher
435 Spannungssteiler
440 VerzögerungsSchaltung
450 VergleichsSchaltung
455, 456 Logikgatter
457 Ausgang
T420 , T4, T50 Bipolartransistoren
T7 Ausgangstransistor
OP DifferenzVerstärker
R4 einstellbarer Widerstand
Rl, R2, R4 Widerstand
R4-, R6, R7 Widerstand
D40, D41, D6 Zehnerdioden
C6 Kondensator
TP Tiefpass