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Patent Searching and Data


Title:
FEEDING ELECTRIC POWER FROM A PHOTOVOLTAIC SYSTEM INTO AN AC SYSTEM HAVING A LOW SHORT-CIRCUIT CAPACITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/096631
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to feed, via a system terminal point (2), electric power from a photovoltaic system (1), which includes at least one first inverter (5) that operates as a current source and is connected to a photovoltaic generator (8) at the DC end and to the system terminal point (2) at the AC end, into an AC system (3) having a low short-circuit capacity, a second inverter (6) of the photovoltaic system (1) is connected to the system terminal point (2) and operates as a voltage source.

Inventors:
PREMM, Daniel (Am Gelinde 23, Kaufungen, 34260, DE)
SAKSCHEWSKI, Vitali (Langhausring 4, Gudensberg, 34281, DE)
Application Number:
EP2018/080346
Publication Date:
May 23, 2019
Filing Date:
November 06, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SMA SOLAR TECHNOLOGY AG (Sonnenallee 1, Niestetal, 34266, DE)
International Classes:
H02J3/16; H02J3/18
Domestic Patent References:
WO2015025712A12015-02-26
WO2013041534A22013-03-28
Foreign References:
DE102013106151A12014-01-02
US20130131878A12013-05-23
US20120262960A12012-10-18
DE10140783A12003-04-03
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Einspeisen von elektrischer Leistung einer Photovoltaikanlage (1 ) über einen Netzanschlusspunkt (2) in ein Wechselstromnetz (3) geringer Kurzschlussleistung,

wobei mindestens ein gleichspannungsseitig an einen Photovoltaikgenerator (8) und wechselspannungsseitig an den Netzanschlusspunkt (2) angeschlossener erster Wechselrichter (5) der Photovoltaikanlage (1 ) als Stromquelle betrieben wird, und

dass ein an den Netzanschlusspunkt (2) angeschlossener zweiter Wechselrichter (6) der Photovoltaikanlage (1 ) als Spannungsquelle betrieben wird

dadurch gekennzeichnet,

dass der zweite Wechselrichter (6) der Photovoltaikanlage (1 ) auf der Basis von Messwerten einer im Bereich der Photovoltaikanlage gemessenen Wechselspannung und einer vorgegebenen Kennlinie als Spannungsquelle betrieben wird,

wobei eine erste Gesamtkurzschlussleistung 1.GKL aller als Stromquelle betriebenen ersten Wechselrichter (5) und eine zweite Gesamtkurzschlussleistung 2.GKL des Wechselstromnetzes (3) und aller als Spannungsquelle betriebenen zweiten Wechselrichter (6) gilt, dass

2.GKL/1.GKL größer oder gleich 2 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Wechselrichter (6) Wirk- und Blindleistung an dem Netzanschlusspunkt (2) eingespeist wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger zweiter Wechselrichter (6) der Photovoltaikanlage (1 ) als Spannungsquelle betrieben wird.

4. Photovoltaikanlage (1 ) zur Durchführung des Verfahrens zum Einspeisen von elektrischer Leistung der Photovoltaikanlage (1 ) über einen Netzanschlusspunkt (2) in ein Wechselstromnetz (3) geringer Kurzschlussleistung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei mindestens ein gleichspannungsseitig an einen Photovoltaikgenerator (8) und wechselspannungsseitig an den Netzanschlusspunkt (2) angeschlossener erster Wechselrichter (5) der Photovoltaikanlage (1 ) als Stromquelle ausgebildet ist und ein an den Netzanschlusspunkt (2) angeschlossener zweiter Wechselrichter (6) der Photovoltaikanlage (1 ) als Spannungsquelle ausgebildet ist

dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Wechselrichter (5) gleichspannungsseitig über einen ersten Gleichspannungszwischenkreis (7) mit einer ersten Zwischenkreiskapazität an den Photovoltaikgenerator (1 ) angeschlossen ist und dass der zweite Wechselrichter (6) gleichspannungsseitig an einen zweiten Gleichspannungszwischenkreis (9) mit einer gegenüber der ersten Zwischenkreiskapazität um mindestens 100 % erhöhten zweiten Zwischenkreiskapazität angeschlossen ist.

5. Photovoltaikanlage (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wechselrichter (6) ein bidirektionaler Wechselrichter ist.

6. Photovoltaikanlage (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Gleichspannungszwischenkreis (9) eine Lithiumionenbatterie (12) und/oder ein Superkondensator angeschlossen ist.

7. Photovoltaikanlage (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten Gleichspannungszwischenkreis (9) ein weiterer Photovoltaikgenerator (13) angeschlossen ist.

8. Photovoltaikanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromnetz (3) dreiphasig ist und dass der zweite Wechselrichter (6) ein dreiphasiger Wechselrichter ist.

Description:
EINSPEISEN VON ELEKTRISCHER LEISTUNG EINER PHOTOVOLTAIKANLAGE IN EIN WECHSELSTROMNETZ GERINGER KURZSCHLUSSLEISTUNG

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einspeisen von elektrischer Leistung einer Photovoltaikanlage über einen Netzanschlusspunkt in ein Wechselstromnetz. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Photovoltaikanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Photovoltaikanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 6.

STAND DER TECHNIK

Bei der dezentralen Einspeisung von regenerativ erzeugter elektrischer Leistung in Wechselstromnetze ergeben sich bekanntermaßen Probleme durch hohe Netzimpedanzen, wie sie bei langen Anschlussleitungen unvermeidlich sind. Die hohen Netzimpedanzen haben zur Folge, dass die eingespeiste elektrische Leistung zu einer signifikanten Erhöhung der an dem Netzanschlusspunkt anliegenden Wechselspannung führt. Zudem führen Schwankungen der eingespeisten elektrischen Leistung zu Schwankungen der an dem Netzanschlusspunkt anliegenden Wechselspannung. Hieraus resultieren Schwierigkeiten, Wechselrichter, die zum Einspeisen der elektrischen Leistung verwendet werden und die sich fortlaufend mit der Wechselspannung synchronisieren, stabil zu betreiben. Praktisch treten Notabschaltungen auf, obwohl das Wechselstromnetz grundsätzlich in der Lage wäre, die zur Verfügung stehende, regenerativ erzeugte elektrische Leistung aufzunehmen.

Bei einer Windkraftanlage ist es bekannt, sogenannte STATCOMs und Kondensatorbänke sowie synchrone Kondensatoren einzusetzen, um die Wechselspannung an einem Netzanschlusspunkt zu stabilisieren. Hierbei handelt es sich um vergleichsweise aufwändige Maßnahmen.

Aus der WO 2013/041534 A2 ist ein Verfahren zum Steuern einer an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Photovoltaikanlage mit einem Photovoltaikgenerator und einem Wechselrichter bekannt. Dabei wird mit dem Wechselrichter in Abhängigkeit von einem empfangenen Leistungsregelsignal elektrische Leistung zwischen dem Photovoltaikgenerator und dem Wechselstromnetz transferiert, die positive und negative dynamische Regelleistung umfasst. Der Photovoltaikgenerator ist über einen DC/DC-Wandler an einen eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreis des Wechselrichters angeschlossen, an den weiterhin eine Batterie über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler angeschlossen ist. Mit Hilfe der Batterie kann über den Wechselrichter positive Regelleistung für das Wechselstromnetz unabhängig von der Einspeisung von elektrischer Leistung von dem Photovoltaikgenerator bereitgestellt werden. Die Batterie wird mit elektrischer Leistung aus dem Photovoltaikgenerator oder dem Wechselstromnetz aufgeladen und aufgeladen gehalten, bis positive Regelleistung benötigt wird. Dann wird die in der Batterie zwischengespeicherte elektrische Leistung über den Batterieinverter und den Wechselrichter in das Wechselstromnetz eingespeist.

Aus der DE 101 40 783 A1 ist eine Vorrichtung zum gleichberechtigten Parallelbetrieb von wenigstens zwei induktiv gekoppelten Wechselrichtern ohne zusätzliche Synchronisations- und/oder Kommunikationseinrichtung bekannt. Jeder Wechselrichter ist mit einem zur Regelung seiner Ausgangsspannung bestimmten Regelkreis versehen, dem als Sollspannung eine Referenzspannung zugeführt wird, deren Frequenz unter Berücksichtigung einer vorgewählten Frequenzstatik aus der Wirkleistung und deren Amplitude unter Berücksichtigung einer vorgewählten Spannungsstatik aus der Blindleistung abgeleitet ist. Wirkleistungspendelungen zwischen den Wechselrichtern werden durch eine Phasenvorsteuerung vermieden.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Problematisch ist das Einspeisen von vergleichsweise großer elektrischer Leistung einer Photovoltaikanlage über einen Netzanschlusspunkt in ein Wechselstromnetz vergleichsweise kleiner Kurzschlussleistung, insbesondere dann, wenn die Kurzschlussleistung des Wechselstromnetzes an dem Netzanschlusspunkt nicht mehr als zweimal so groß ist wie die Gesamtkurzschlussleistung aller Wechselrichter, mit denen die elektrische Leistung der Photovoltaikanlage an dem Netzanschlusspunkt eingespeist wird. Schwierigkeiten können auch schon dann auftreten, wenn dieses Verhältnis kleiner als 3 wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einspeisen von elektrischer Leistung einer Photovoltaikanlage über einen Netzanschlusspunkt in ein Wechselstromnetz sowie eine entsprechende Photovoltaikanlage aufzuzeigen, die auch bei geringer Kurzschlussleistung des Wechselstromnetzes stabil arbeiten. LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Photovoltaikanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patent- anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 1 bis 5 und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungs- gemäßen Photovoltaikanlage in den abhängigen Patentansprüchen 6 bis 11 definiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einspeisen von elektrischer Leistung einer Photovoltaikanlage über einen Netzanschlusspunkt in ein Wechselstromnetz geringer Kurzschlussleistung, wobei mindestens ein gleichspannungsseitig an einen Photovoltaikgenerator und wechselspannungsseitig an den Netzanschluss angeschlossener erster Wechselrichter der Photovoltaikanlage in üblicher Weise als Stromquelle betrieben wird, wird ein an den Netzanschlusspunkt angeschlossener zweiter Wechselrichter der Photovoltaikanlage als Spannungsquelle betrieben.

Dass der an den Netzanschluss angeschlossene zweite Wechselrichter der Photovoltaikanlage als Spannungsquelle betrieben wird, bedeutet hier, dass er als sogenannter Netzbildner betrieben wird. Dadurch wird die von allen ersten Wechselrichtern an ihren wechselspannungsseitig Anschlüssen registrierte Wechselspannung zusammen von dem externen Wechselstromnetz geringer Kurzschlussleistung und dem zweiten Wechselrichter definiert. Die ersten Wechselrichter werden daher in ihrem Betrieb von der Schwäche des Wechselstromnetzes geringer Kurzschlussleistung nicht beeinträchtigt. Sie können vielmehr so betrieben werden, als wenn sie an ein Wechselstromnetz hoher Kurzschlussleistung angeschlossen wären, dessen Wechselspannung die ersten Wechselrichter durch die von ihnen eingespeiste elektrische Leistung nicht so verschieben können, dass sie selbst oder andere erste Wechselrichter in ihrem Betrieb gestört werden.

Konkret kann der zweite Wechselrichter der Photovoltaikanlage auf Basis von Messwerten einer im Bereich der Photovoltaikanlage gemessenen Wechselspannung und von vorgegebenen Kennlinien, die auch als sogenannte Spannungsstatiken bezeichnet werden, als Spannungsquelle betrieben werden. Bei der gemessenen Wechselspannung kann es sich insbesondere um die Wechselspannung an den wechselspannungsseitigen Anschlüssen des zweiten Wechselrichters handeln. Anders gesagt kann der zweite Wechselrichter autark von allen ersten Wechselrichtern betrieben werden, wobei auch kein koordinierter Betrieb mehrerer erster Wechselrichter notwendig ist. Die Steuerung eines als Spannungsquelle oder Netzbildner betriebenen Wechselrichters auf der Basis von Messwerten einer Wechselspannung und vorgegebenen Kennlinien oder Spannungsstatiken ist grundsätzlich bekannt, um beispielsweise ein Wechselstromnetz mit mehreren parallel geschalteten Wechselrichtern zu bilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit dem zweiten Wechselrichter sowohl Wirk- als auch Blindleistung an dem Netzanschlusspunkt eingespeist werden. Es versteht sich, dass der zweite Wechselrichter zur Einspeisung auch von Blindleistung in geeigneter Weise ausgebildet sein muss. Dem Fachmann sind jedoch entsprechende Wechselrichterkonstruktionen bekannt. Der zweite Wechselrichter ist zudem regelmäßig bidirektional auszubilden, um seine Funktion als die an den ersten Wechselrichtern anliegende Wechselspannung stabilisierender Netzbildner voll erfüllen zu können, indem er bedarfsweise auch negative Leistung an den Netzanschlusspunkt ausgibt, d. h. positive Leistung von dort aufnimmt. Alle ersten Wechselrichter der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage sind hingegen typischerweise unidirektionale Wechselrichter.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden, dass ein einziger zweiter Wechselrichter der Photovoltaikanlage als Spannungsquelle oder Netzbildner betrieben wird, während eine Vielzahl von parallel geschalteten ersten Wechselrichtern in üblicher Weise als Stromquelle betrieben wird. Das heißt, für die Stabilisierung der an den ersten Wechselrichtern anliegenden Wechselspannung, mit der sie sich synchronisieren, reicht in der Regel ein einziger zweiter Wechselrichter aus. Bei höherem Stabilisierungsbedarf können jedoch auch mehrere zweite Wechselrichter zum Einsatz kommen. Praktisch können so lange zweite Wechselrichter an den Anschlusspunkt angeschlossen werden, bis die an den ersten Wechselrichtern anliegende Wechselspannung ausreichend stabilisiert ist.

Als Kriterium für eine ausreichende Stabilisierung der an den ersten Wechselrichtern anliegenden Wechselspannung kann gelten, dass eine Gesamtkurzschlussleistung, die die Kurzschlussleistungen des Wechselstromnetzes an dem Netzanschlusspunkt und aller netzbildenden zweiten Wechselrichter einschließt, mindestens zweimal so groß ist wie eine Gesamtkurzschlussleistung aller ersten Wechselrichter. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis mindestens 2,5:1 , noch mehr bevorzugt mindestens 3:1. Dabei ist unter der jeweiligen Kurzschlussleistung die Leistung zu verstehen, die sich als Produkt des maximalen Kurzschlussstroms von dem Wechselstromnetz oder dem jeweiligen Wechselrichter und der Wechselspannung an dem Netzanschluss ergibt. Bei einer erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einspeisen von elektrischer Leistung der Photovoltaikanlage über einen Netzanschlusspunkt in ein Wechselstromnetz geringer Kurzschlussleistung ist mindestens ein gleichspannungsseitig an einen Photovoltaikgenerator und wechselspannungsseitig an den Netzanschluss angeschlossener erster Wechselrichter der Photovoltaikanlage als Stromquelle und ein an den Netzanschlusspunkt angeschlossener zweiter Wechselrichter der Photovoltaikanlage als Spannungsquelle oder Netzbildner ausgebildet. Dabei impliziert die Ausbildung als Stromquelle bzw. Spannungsquelle, dass der zweite Wechselrichter von seiner elektrischen Schaltung her als Stromquelle bzw. Spannungsquelle grundsätzlich geeignet ist und dass er im vorgesehenen Betrieb der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage auch tatsächlich so betrieben wird.

Bei der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage sind die ersten Wechselrichter gleichspannungsseitig über jeweils einen ersten Gleichspannungszwischenkreis mit einer ersten Zwischenkreiskapazität an den jeweiligen Photovoltaikgenerator angeschlossen. Der zweite Wechselrichter ist an einen zweiten Gleichspannungszwischenkreis mit einer zweiten Zwischenkreiskapazität angeschlossen. Die zweite Zwischenkreiskapazität ist gegenüber der ersten Zwischenkreiskapazität um mindestens 100 %, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 3 oder um mindestens einen Faktor 5 erhöht, um dem zweiten Wechselrichter kurzfristig die von ihm zur Stabilisierung des Wechselstromnetzes an dem Netzanschlusspunkt einzuspeisende Leistung in so ausreichendem Maße zur Verfügung zu stellen, dass dieser die Kurzschlussleistung des Wechselstromnetzes an dem Netzanschlusspunkt auf das gewünschte Niveau anhebt.

Bei der erfindungsgemäßen Photovoltaikanlage kann an den zweiten Gleichspannungszwischenkreis auf der Eingangsseite des zweiten Wechselrichters ebenfalls ein Photovoltaikgenerator angeschlossen sein, so dass auch der zweite Wechselrichter elektrische Leistung von einem der Photovoltaikgeneratoren der Photovoltaikanlage an dem Netzanschlusspunkt in das Wechselstromnetz einspeist. Auch dann ist die zweite Zwischenkreiskapazität gegenüber jeder ersten Zwischenkreiskapazität um mindestens 100 % erhöht.

Zur Erhöhung der zweiten Zwischenkreiskapazität kann alternativ oder zusätzlich zu einem entsprechend groß dimensionierten Kondensator z. B. ein Superkondensator und/oder eine Lithiumionenbatterie an den zweiten Zwischenkreis angeschlossen sein, der/die über die Kapazitätserhöhung hinaus als elektrochemischer Energiespeicher dient. Auch dann, wenn ein weiterer Photovoltaikgenerator angeschlossen ist, kann der zweite Gleichspannungszwischenkreis auf der Eingangsseite des zweiten Wechselrichters über den bidirektional ausgebildeten zweiten Wechselrichter aufgeladen werden.

Die erfindungsgemäße Photovoltaikanlage ist typischerweise dazu vorgesehen, elektrische Leistung in ein dreiphasiges Wechselstromnetz einzuspeisen. Entsprechend ist der zweite Wechselrichter dann vorzugsweise ein dreiphasiger Wechselrichter.

Wie schon zu dem erfindungsgemäßen Verfahren angedeutet wurde, können viel mehr erste Wechselrichter als zweite Wechselrichter vorhanden sein. Insbesondere dann, wenn auch der oder die zweiten Wechselrichter zum Einspeisen von elektrischer Leistung von Photovoltaikgeneratoren in das Wechselstromnetz an dem Netzanschlusspunkt vorgesehen sind, kann ihre Zahl durch entsprechende Modifikation oder Umstellung von ersten zu zweiten Wechselrichtern so lange erhöht werden, bis das an dem Netzanschlusspunkt anliegende Wechselstromnetz ausreichend stabilisiert ist, indem beispielsweise die Gesamtkurzschlussleistung des externen Wechselstromnetzes an dem Netzanschlusspunkt und der als Spannungsquelle betriebenen zweiten Wechselrichter zusammen mindestens zwei, zweieinhalb oder dreimal so groß ist wie die Gesamtkurzschlussleistung aller ersten Wechselrichter.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Wechselrichter die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Wechselrichter, zwei Wechselrichter oder mehr Wechselrichter vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1 illustriert eine erfindungsgemäße Photovoltaikanlage in einem schematischen

Einlinienschaubild.

Fig. 2 illustriert eine erste Ausführungsform eines als Netzbildner betriebenen

Wechselrichters der Photovoltaikanlage gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des als Netzbildner betriebenen

Wechselrichters.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des als Netzbildner betriebenen

Wechselrichters; und

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des als Netzbildner betriebenen

Wechselrichters der Photovoltaikanlage gemäß Fig. 1. FIGURENBESCHREIBUNG

Die in Fig. 1 dargestellte Photovoltaikanlage 1 dient zum Einspeisen von elektrischer Leistung über einen Netzanschlusspunkt 2 in ein externes Wechselstromnetz 3, das an dem Netzanschlusspunkt 2, insbesondere aufgrund einer langen Anschlussleitung 4 und entsprechend hoher Leitungsimpedanzen, nur eine geringe Kurzschlussleistung aufweist. Aufgrund dieser geringen Kurzschlussleistung bzw. den zugrundeliegenden Leitungsimpedanzen beeinflusst die von der Photovoltaikanlage 1 an dem Netzanschlusspunkt 2 eingespeiste elektrische Leistung die an dem Netzanschlusspunkt 2 anliegende Wechselspannung des Wechselstromnetzes 3 ganz erheblich. Die Wechselspannung an dem Netzanschlusspunkt 2 kann dadurch so weit gegenüber der Nennspannung des

Wechselstromnetzes 3 verschoben werden, dass ein stabiler Betrieb der Photovoltaikanlage 1 nicht mehr möglich ist. Insbesondere besteht die Gefahr, dass erste Wechselrichter 5 der Photovoltaikanlage 1 , die als Stromquellen betrieben werden und sich auf die Wechselspannung an ihren wechselspannungsseitigen Anschlüssen synchronisieren, notabgeschaltet werden, weil die von ihnen selbst verursachte Erhöhung der Wechselspannung an ihren wechselspannungsseitigen Anschlüssen über einen Spannungsbereich hinausgeht, in dem ein stabiler Betrieb der ersten Wechselrichter 5 möglich ist. Zum Ausgleich weist die Photovoltaikanlage 1 einen zweiten Wechselrichter 6 auf, der als Spannungsquelle, konkret als Netzbildner für das an den ersten Wechselrichtern 5 anliegende lokale Wechselstromnetz betrieben wird. Konkret erfolgt der Betrieb des zweiten Wechselrichters 6 parallel zu dem externen Wechselstromnetzes in Bezug auf lokale Wechselstromnetz so wie beim

Parallelbetrieb mehrerer Netzbildner beispielsweise in einem Inselnetz. Der zweite Wechselrichter 6 stabilisiert damit die an den ersten Wechselrichtern 5 anliegende Wechsel- spannung, die so trotz der hohen Leitungsimpedanzen der Anschlussleitung 4 und schwankender elektrischer Leistung, die von der Photovoltaikanlage 1 eingespeist wird, störungsfrei arbeiten können. An eingangsseitige Gleichspannungszwischenkreise 7 der ersten Wechselrichter 5 ist jeweils ein Photovoltaikgenerator 8 der Photovoltaikanlage 1 ange- schlossen, so dass jeder der ersten Wechselrichter 5 elektrische Leistung von einem der Photovoltaikgeneratoren 8 an dem Netzanschlusspunkt 2 einspeist. An einen eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreis 9 des zweiten Wechselrichters 6 ist ein Energiespeicher 10 angeschlossen. Dieser Energiespeicher 10 ist so ausgebildet, dass er dem zweiten Wechsel- richter 6 kurzfristig eine hohe elektrische Leistung zur Verfügung stellen kann, um sie zur Stabilisierung der Wechselspannung an dem Netzanschlusspunkt 2 einzuspeisen. Dabei geht es um die Einspeisung sowohl von Wirkleistung als auch von Blindleistung und sowohl von positiver Leistung als auch von negativer Leistung. Entsprechend ist der zweite Wechselrichter 6 im Gegensatz zu den unidirektional ausgebildeten ersten Wechselrichtern 5 bidirektional ausgebildet.

In Fig. 1 sind die ersten Wechselrichter 5 und der zweite Wechselrichter 6 als direkt an den Netzanschlusspunkt 2 angeschlossen dargestellt. Gerade bei großen Photovoltaikanlagen wird aber regelmäßig mindestens eine Transformatorstufe zwischen die Gesamtheit der Wechselrichter 5, 6 und den Netzanschlusspunkt geschaltet sein. Es können auch mehrerer Transformatorstufen parallel zwischen jeweils einen oder mehrere der Wechselrichter 5, 6 und den Netzanschlusspunkt 2 geschaltet sein. Hierdurch ändert sich nichts an der grundsätzlichen Betriebsweise und Funktion des zweiten Wechselrichters 6.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des ersten Wechselrichters 6 gemäß Fig. 1 bzw. des daran angeschlossenen Energiespeichers 10. Konkret ist der Energiespeicher 10 hier ein Kondensator 1 1 , der den Gleichspannungszwischenkreis 9 mit einer hohen Zwischenkreiskapazität versieht. Insbesondere ist die Zwischenkreiskapazität des Gleichspannungszwischenkreises 9 mindestens doppelt so groß wie die Zwischenkreiskapazität jedes der eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreise 7 der ersten Wechselrichter 5.

Bei der Ausführungsform des zweiten Wechselrichters 6 bzw. dessen eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreises 9 gemäß Fig. 3 ist der Energiespeicher 10 eine Lithiumionenbatterie 12, die direkt an den Gleichspannungszwischenkreis 9 angeschlossen ist und so auch dessen Zwischenkreiskapazität erhöht. Die Lithiumionenbatterie 12 ist für eine Vielzahl von Lade- und Entladezyklen geeignet. Statt der Lithiumionenbatterie könnte auch ein elektrochemischer Kondensator, d. h. ein sogenannter Superkondensator, Verwendung finden, der eine höhere Leistungsdichte aufweist als die Lithiumionenbatterie 12, die sich hingegen durch eine höhere Energiedichte auszeichnet.

Bei der Ausführungsform des zweiten Wechselrichters 6 gemäß Fig. 4 bzw. seines eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreises 9 ist neben dem groß dimensionierten Kondensator 1 1 oder einer entsprechenden Kondensatorbank ein weiterer Photovoltaikgenerator 13 angeschlossen. Entsprechend wird mit dem zweiten Wechselrichter 6 gemäß Fig. 4 auch elektrische Leistung von dem Photovoltaikgenerator 13 an dem Netzanschlusspunkt 2 gemäß Fig. 1 eingespeist. Der zweite Wechselrichter 6 unterscheidet sich aber weiterhin von den ersten Wechselrichtern 5 gemäß Fig. 1 dadurch, dass er nicht als Stromquelle sondern als Spannungsquelle und Netzbildner betrieben wird und dass die Zwischenkreiskapazität seines Gleichspannungszwischenkreises 9 deutlich höher ist als die Zwischenkreiskapazität der Gleichspannungszwischenkreise 7 der ersten Wechselrichter 5.

Bei der Ausführungsform des zweiten Wechselrichters 6 bzw. seines eingangsseitigen Gleichspannungszwischenkreises 9 gemäß Fig. 5 ist zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß Fig. 4 über einen Batteriewandler 14 in Form eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers 15 eine Lithiumionenbatterie 12 angeschlossen. Damit ist der Energiespeicher 10 hier durch den Kondensator 1 1 und die Batterie 12 ausgebildet.

BEZUGSZEICHENLISTE

Photovoltaikanlage

Netzanschlusspunkt

Wechselstromnetz

Anschlussleitung

erster Wechselrichter

zweiter Wechselrichter

(erster) Gleichspannungszwischenkreis

Photovoltaikgenerator

(zweiter) Gleichspannungszwischenkreis

Energiespeicher

Kondensator

Lithiumionenbatterie

(weiterer) Photovoltaikgenerator

Batteriewandler

bidirektionaler DC/DC-Wandler