Energieerzeuger-Anläge

Die Erfindung betrifft eine Energieerzeuger-Anlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Nationale Regelungen, internationale Regelungen und Indust riestandards, also alle Arten von Normen, können vorsehen, dass eine elektrische Anlage zur Energieerzeugung und Ener gieeinspeisung Maßnahmen zum Schutz der Anlage und zum Schutz des angeschlossenen öffentlichen elektrischen Versorgungsnet zes aufweisen. Photovoltaik-Anlagen, die in das öffentliche elektrische Versorgungsnetz einspeisen, müssen daher laut Norm einen sogenannten NA-Schutz (Netz- und Anlagenschutz) enthalten. Dieser überwacht den Netzanschlusspunkt und trennt die Anlage vom Netz, wenn ein ungültiger Betriebszustand wie Überspannung, Unterspannung oder Frequenzabweichung eintritt. Beispiele für relevante Normen sind die VDE-AR-N4105, DIN VDE 0126, die europäischen "Requirements for Generators" oder UL- 1741.

Bei kombinierten Systemen aus einer Solaranlage mit einem oder mehreren Solarpanels und einem oder mehreren den Solar panels zugeordnete Wechselrichtern sowie mit einer Batterie speicheranlage ist ein entsprechender Netz- und Anlagenschutz für jede der Komponenten vorhanden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Energieerzeuger-Anlage umfassend eine Solaranlage und eine Batteriespeicheranlage anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine Energieerzeuger-Anlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst .

Die erfindungsgemäße Energieerzeuger-Anlage umfassend eine oder mehrere Solaranlagen, die jeweils ein oder mehrere So larpanels und ein oder mehrere den Solarpanels zugeordnete Wechselrichter aufweisen. Weiterhin umfasst die Energieerzeu- ger-Anlage einen oder mehrere Batteriespeicheranlagen mit je weils einem Batteriespeicher und einem dem Batteriespeicher zugeordneten Umrichter.

Batteriespeicheranlage und Solaranlage sind dabei an gemein samen Anschlüssen zusammengeschlossen. Es versteht sich, dass das oder die Solarpanels dabei eingangsseitig an dem oder den Wechselrichtern angeschlossen sind und die Wechselrichter ausgangsseitig mit den gemeinsamen Anschlüssen verbunden sind und ebenso der Batteriespeicher eingangsseitig an den Umrich ter angeschlossen sind und der Umrichter ausgangsseitig mit den gemeinsamen Anschlüssen verbunden ist.

Die Energieerzeuger-Anlage weist eine gemeinsame Schutzschal tung zum Schutz der Energieerzeuger-Anlage und eines ange schlossenen Versorgungsnetzes nach nationalen oder internati onalen Vorgaben auf, wobei die gemeinsame Schutzschaltung eingangsseitig mit den gemeinsamen Anschlüssen verbunden ist und ausgangsseitig mit dem Versorgungsnetz verbindbar ist. Beispiele für solche Vorgaben sind Normen wie die VDE-AR- N4105, DIN VDE 0126, die europäischen "Requirements for Gene rators" oder UL-1741.

Für die Erfindung wurde erkannt, dass die üblicherweise ge trennt vorhandenen Schutzschaltungen für den Netz- und Anla genschutz von Batteriespeicheranlage und Solaranlage (n) zu sammengefasst werden können zu einer einzigen, gemeinsamen Schutzschaltung. Vorteilhaft wird dadurch Bauraum gespart und die Auslegung der gemeinsamen Schutzschaltung kann auf die größtmögliche Einzelbelastung aus der Energieerzeuger-Anlage erfolgen. Bei getrennten Schutzschaltungen hingegen muss die Auslegung für jedes einzelne Gerät erfolgen, wodurch in Summe wesentlich mehr Bauelemente erforderlich sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Energieer zeuger-Anlage gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Da bei kann die Ausführungsform nach den unabhängigen Ansprüchen mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert wer den. Demgemäß können noch zusätzlich folgende Merkmale vorge sehen sein:

Die Wechselrichter können Mikro-Solarinverter sein. Die Solaranlage kann für jedes Solarpanel oder für Gruppen von Solarpaneln einen eigenen Wechselrichter umfassen.

Die gemeinsame Schutzschaltung kann einen EMC-Filter um fassen. Da diese üblicherweise auch für jeden Anlagenteil einzeln vorliegen, können mittels eines gemeinsamen EMC- Filters wieder Bauraum und elektronische Bauelemente ein gespart werden.

Die gemeinsame Schutzschaltung kann als Teil einer Combi- ner-Box ausgestaltet sein.

Die Umrichter der Batteriespeicheranlage können zur Wand lung der Gleichspannung des Batteriespeichers in eine dreiphasige Wechselspannung, die zumindest mittels drei Phasenleitern mit der gemeinsamen Schutzschaltung verbun den ist. Weist die Energieerzeuger-Anlage eine Mehrzahl von Solaranlagen auf, dann können diese gleichmäßig ver teilt an die Phasenleitungen angeschlossen sein.

Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile und Funktionen.

Es zeigen:

Figur 1 eine Solaranlage mit Batteriespeicher und gemeinsa mem Netz- und Anlagenschutz,

Figur 2 eine Solaranlage mit Batteriespeicher und gemeinsa mem Netz- und Anlagenschutz sowie gemeinsamem EMC- Filter, Figur 3 eine Solaranlage mit Batteriespeicher und gemeinsa mem Netz- und Anlagenschutz, der dreiphasig ange schlossen ist,

Figur 4 einen schematischen Aufbau für eine Schaltung für den Netz- und Anlagenschutz.

Figur 1 zeigt schematisch eine Energieerzeuger-Anlage 10 mit elektrischem Speicher als Ausführungsbeispiel für die Erfin dung. Die Energieerzeuger-Anlage 10 umfasst beispielhaft eine erste Solaranlage 12A und eine zweite Solaranlage 12B. Die Solaranlagen 12A, 12B weisen jeweils ein Solarpanel 13A, 13B auf, das mit jeweils einem Wechselrichter 14A, 14B verbunden ist .

Es versteht sich, dass die Anzahl an Solarpanels und Wechsel richtern auch völlig anders sein kann. Es können eine einzige Solaranlage 12A, 12B oder zwei, drei oder mehr Solaranlagen

12A, 12B vorhanden sein. Diese können - jeweils - ein einzi ges Solarpanel 13A, 13B, zwei, drei oder mehr Solarpanels 13A, 13B aufweisen. Ebenfalls kann pro Solarpanel 13A, 13B ein Wechselrichter 14A, 14B vorhanden sein oder aber die So larpanels 13A, 13B können gruppiert sein und nur pro Gruppe ein Wechselrichter 14A, 14B vorhanden sein.

Gemäß Figur 1 sind die Wechselspannungsausgänge der Wechsel richter 14A, 14B zusammengeführt und mit gemeinsamen An schlüssen 18 verbunden. An diese gemeinsamen Anschlüsse 18 schließt auch der Wechselspannungsausgang des Batteriewech selrichters 17 an. Der Gleichspannungsausgang des Batterie wechselrichters 17 ist mit dem Batteriespeicher 16 verbunden. Batteriewechselrichter 17 und Batteriespeicher 16 bilden zu sammen die Batteriespeicher-Anlage 15.

Die Energieerzeuger-Anlage 10 umfasst ferner eine Schaltung 20 für den Netz- und Anlagenschutz. Diese ist eingangsseitig mit den gemeinsamen Anschlüssen 18 verbunden und ausgangssei tig mit dem öffentlichen elektrischen Versorgungsnetz 22. Die Schaltung 20 umfasst Mittel zur Erkennung eines ungültigen oder unzulässigen Betriebszustands. Solche unzulässigen Be triebszustände umfassen beispielsweise Abweichungen der Fre quenz der Wechselspannung, die an den gemeinsamen Anschlüssen anliegt, von der im Versorgungsnetzwerk 22 geforderten Fre quenz oder eine Über- oder Unterspannung, also eine Spannung an den gemeinsamen Anschlüssen, die außerhalb des für das Versorgungsnetzwerk 22 akzeptablen Spannungsbandes liegt. Ein weiteres Kriterium für den Betriebszustand ist die Spannungs qualität, beispielsweise als mehrminütiger Mittelwert der Spannung. Weiterhin umfasst die Schaltung 20 Mittel zur Tren nung der elektrischen Verbindung zwischen dem Versorgungsnetz 22 und den gemeinsamen Anschlüssen 18. Die Schaltung 20 ist in ihren elektrischen Kennzahlen, also beispielsweise der Be messungsleistung, auf die gemeinsam angeschlossenen Solaran lagen 12A, 12B und Batteriespeicher-Anlage 15 ausgelegt. Die se Kennzahlen entsprechen deutlich weniger als der Summe der Kennzahlen der einzelnen Anlagen, also der Summe der Kennzah len aus Batteriespeicher-Anlage 15 und Solaranlagen 12A, 12B. Dadurch wird durch die gemeinsam verwendete Schaltung 20 eine Einsparung bzgl. der leistungselektronischen Komponenten er reicht .

Figur 2 zeigt eine Energieerzeuger-Anlage 30 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die Energieer zeuger-Anlage 30 ist weitgehend gleichartig aufgebaut wie die Energieerzeuger-Anlage 10 gemäß Figur 1. Im Unterschied zu dieser weist jedoch die Energieerzeuger-Anlage 30 einen EMC- Filter 34 auf, der analog zur Schaltung 20 als gemeinsamer EMC-Filter 34 sowohl für die Solaranlagen 12A, 12B als auch für die Batteriespeicher-Anlage 15 gestaltet ist. Daher ent fällt auch hier vorteilhaft der Bedarf für einzelne EMC-Fil ter für diese Anlagen, die jeder für sich einen zumindest ähnlichen Aufbau zum gemeinsamen EMC-Filter 34 hätten. In diesem Ausführungsbeispiel ist der EMC-Filter 34 zwischen den gemeinsamen Anschlüssen 18 und der Schaltung 20 angeordnet.

Figur 3 zeigt eine Energieerzeuger-Anlage 40 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die Energieer- zeuger-Anlage 40 ist weitgehend gleichartig aufgebaut wie die Energieerzeuger-Anlage 10 gemäß Figur 1. Im Unterschied zu dieser umfasst die Energieerzeuger-Anlage 40 jedoch beispiel ^¬ haft drei Solaranlagen 12A...C. Die Batteriespeicher-Anlage 15 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Wechselrichter mit dreiphasigem Ausgang, der über drei Phasenleiter LI...3 und einen Neutralleiter N mit der hier ebenfalls dreiphasig aus gestalteten Schaltung 46 für den Netz- und Anlagenschutz ver bunden ist.

In diesem Fall weist die Schaltung vier gemeinsame Anschlüsse 44 in den Phasenleitern LI...3 sowie dem Neutralleiter N auf. Die einphasigen Ausgänge der Solaranlagen 12A...C schließen an jeweils einen der Phasenleiter LI...3 und den Neutralleiter an, wobei die beispielhaften drei Solaranlagen 12A...C gleichmäßig verteilt sind auf die Phasenleiter LI...3, d.h. jeder der Pha ^¬ senleiter LI...3 ist mit einer Solaranlage 12A...C verbunden. Es versteht sich, dass bei einer größeren Zahl von Solaranlagen 12A...C diese ebenfalls gleichmäßig auf die Phasenleiter LI...3 verteilt sein können, also an jeden der Phasenleiter LI...3 ge nau oder etwa ein Drittel der Solaranlagen 12A...C angeschlos ^¬ sen sein können.

Einen beispielhaften und schematischen Aufbau für die Schal tung 20, 46 für den Netz- und Anlagenschutz zeigt Figur 4.

Die elektrischen Leitungen sind an Anschlüsse 51, 52 ange ^¬ schlossen, wobei die eine dargestellte Leitung stellvertre ^¬ tend für zwei oder mehr Leitungen ist. Zwischen die beiden Anschlüsse 51, 52 sind zwei Trennschalter 53, 54 in Serie ge ^¬ schaltet. Beide werden gesteuert von einer Steuereinrichtung 55, die die Leitung (en) auf ungültige Betriebszustände über ^¬ wacht . Bezugszeichenliste

10, 30, 40 Energieerzeuger-Anläge 12A...C Solaranlagen

13A, 13B Solarpanel

14A, 14B Wechselrichter

15 Batteriespeieher-Anlage

16 Batteriespeieher

17, 42 Batteriewechselrichter 18, 44 gemeinsame Anschlüsse

20, 46 Schaltung

22 Versorgungsnetzwerk

LI...3 Phasenleiter

N Neutralleiter

51, 52 Anschlüsse

53, 54 Trennschalter

55 Steuereinrichtung