Wechselrichter, insbesondere Mikro-Solar-Inverter

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, ausgestaltet zur Anbringung an ein Photovoltaik-Panel und zur Wandlung des von diesem Photovoltaik-Panel erzeugten Gleichstroms in einen Wechselstrom. Wechselrichter, die genau einem Photovoltaik- Panel zugeordnet sind und nur dessen Gleichstrom wandeln, werden als Mikro-Solar-Inverter bezeichnet.

Photovoltaik-Anlagen haben einen immer wichtigeren Anteil an der Versorgung mit elektrischer Energie. Eine Photovoltaik- Anlage umfasst mehrere Solarpanels (= Photovoltaikmodule oder PV-Panels) , die bei Sonneneinstrahlung elektrische Energie erzeugen. Die Solarpanels werden typischerweise im Wesentli chen nebeneinander aufgebaut, beispielsweise indem sie in ei nem rechteckigen Muster auf einem Hausdach angeordnet werden.

Für den elektrischen Anschluss gibt es mehrere Möglichkeiten. So können die Solarpanels in eine oder mehrere Serien zusam mengeschaltet werden, wobei eine Serie als "String" bezeich net wird. Für jeden String oder für die gesamte Photovoltaik- Anlage ist dann ein Umrichter vorgesehen, der die sich erge bende Gleichspannung der Solarpanels in eine Wechselspannung wandelt. Während in dieser Ausgestaltung die Leistungselekt ronik vorteilhaft gebündelt ist, ist die Leistung eines

Strings abhängig davon, dass jedes der Solarpanels optimal ausgeleuchtet ist. Abschattung oder andere Einflüsse auf ei nes oder wenige Solarpanels verschlechtern die Leistung des Strings überproportional.

Eine Alternative stellt der Einsatz sog. Optimizer dar, die DC/DC-Steller sind und an jedem der Solarpanels angeordnet sind und dort das sog. Maximum Power Point Tracking vorneh men. Dadurch wirken sich Leistungsdefizite eines Solarpanels nicht negativ auf andere Solarpanels desselben Strings aus, es ist aber zusätzliche Leistungselektronik an jedem Panel nötig .

In einer weiteren Möglichkeit werden sogenannte Mikro- Solarinverter eingesetzt. Diese sind ebenfalls an jedem der Solarpanels angeordnet und wandeln die erzeugte Gleichspan nung in Wechselspannung. Die Leistungselektronik ist dadurch dezentralisiert und der Gesamt- oder Stringumrichter kann entfallen. Auch das MPP-Tracking wird von den Mikro- Solarinvertern durchgeführt.

Bei einer PV-Installation mit Mikro-Solar-Invertern stellt jeder einzelne Wechselrichter Daten zur Visualisierung seines Betriebszustandes bereit, also Daten zum jeweiligen PV-Panel. Um eine korrekte Darstellung beispielsweise auf einem Tablet- PC zu ermöglichen, muss die Software des Tablet-PCs aber die Zuordnung der Wechselrichter zum PV-Panel, also die räumliche Anordnung der PV-Panels kennen. Diese wird bei der PV- Installation manuell eingetragen, was nachteiligerweise einen nicht unerheblichen Aufwand darstellt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wechselrich ter, ausgestaltet zur Anbringung an ein Photovoltaik-Panel und zur Wandlung des von diesem Photovoltaik-Panel erzeugten Gleichstroms sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben, mit denen das eingangs genannte Problem vermindert oder ge löst wird. Diese Aufgabe wird durch einen Wechselrichter mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Betriebsverfah ren mit den Merkmalen von Anspruch 4 gelöst.

Der erfindungsgemäße Wechselrichter, insbesondere Mikro- Solar-Inverter, ist ausgestaltet zur Anbringung an ein Photo voltaik-Panel und zur Wandlung des von diesem Photovoltaik- Panel erzeugten Gleichstroms in einen Wechselstrom. Er um fasst ferner eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation. Weiterhin ist der Wechselrichter ausgestaltet, Kommunikati ons-Signale von weiteren Wechselrichtern eines Photovoltaik- Systems aufzunehmen und daraus erste Daten zu bilden, in de- nen einer Kennung für jeden der weiteren Wechselrichter die Signalstärke des jeweiligen Kommunikations-Signals zugeordnet ist und diese ersten Daten zu versenden.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für einen Wech selrichter, insbesondere Mikro-Solar-Inverter, wird der Wech selrichter an ein Photovoltaik-Panel angebracht und wandelt den von diesem Photovoltaik-Panel erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom. Weiterhin nimmt der Wechselrichter Kommu nikations-Signale von weiteren Wechselrichtern eines Photo- voltaik-Systems auf und bildet daraus erste Daten, in denen einer Kennung für jeden der weiteren Wechselrichter die Sig nalstärke des jeweiligen Kommunikations-Signals zugeordnet ist. Schließlich versendet der Wechselrichter die ersten Da ten .

Der Wechselrichter ist also dafür vorgesehen, nur den Gleich strom eines einzigen PV-Panels zu wandeln und ist deshalb be vorzugt direkt mit diesem verbunden. Die Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation arbeitet beispielsweise gemäß einem der Standards WiFi, ZigBee oder Bluetooth.

Werden die versendeten ersten Daten von einer zentralen Re cheneinheit, beispielsweise einem Tablet-PC oder einem Smart- phone aufgenommen, dann ermöglicht der erfindungsgemäße Wech selrichter vorteilhaft, dass die zentrale Recheneinheit die relative räumliche Anordnung der Wechselrichter zueinander bestimmt .

Daraus ergibt sich ein Photovoltaik-System gemäß einer bevor zugten Ausgestaltung der Erfindung, das eine Mehrzahl von Photovoltaik-Paneln umfasst, die jeweils einen erfindungsge mäßen Wechselrichter zur Wandlung des von diesem Photovolta ik-Panel erzeugten Gleichstroms in einen Wechselstrom umfas sen. Das Photovoltaik-System umfasst ferner eine zentrale Re cheneinheit. Dabei sind die Wechselrichter ausgestaltet, Kom munikations-Signale von weiteren Wechselrichtern des Photo- voltaik-Systems aufzunehmen und daraus erste Daten zu bilden, in denen einer Kennung für jeden der weiteren Wechselrichter die Signalstärke des jeweiligen Kommunikations-Signals zuge ordnet ist, und die ersten Daten an die zentrale Rechenein heit zu versenden. Die zentrale Recheneinheit wiederum ist ausgestaltet, die ersten Daten von den Wechselrichtern zu empfangen und aus den empfangenen ersten Daten die relative räumliche Anordnung der Wechselrichter des Photovoltaik- Systems untereinander zu bestimmen.

Ebenso ergibt sich daraus ein bevorzugtes Betriebsverfahren für ein Photovoltaik-System mit einer zentralen Recheneinheit und einer Mehrzahl von Photovoltaik-Paneln, die jeweils einen erfindungsgemäß betriebenen Wechselrichter umfassen und bei dem die zentrale Recheneinheit aus den übertragenen ersten Daten die relative räumliche Anordnung der Wechselrichter un tereinander bestimmt.

Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die zentrale Rechen einheit die Anordnung der Wechselrichter und damit der zuge hörigen Photovoltaik-Panel ermitteln kann, ohne dass dazu ei ne aufwändige manuelle Eingabe und Zuordnung notwendig ist. Für die Erfindung wurde erkannt, dass es bei der Bestimmung der räumlichen Anordnung der Photovoltaik-Panel nicht auf ei ne absolute Positionsbestimmung ankommt, sondern nur auf eine relative. Dadurch sind feste und bekannte örtliche Anker wie beispielsweise ein Router oder ein Repeater, deren Position feststeht, unnötig. Es reichen die Signalstärken, die die Wechselrichter untereinander feststellen, für eine relative Ortsbestimmung. Die Ortsbestimmung wird beispielsweise mit tels einer Form der Triangulation durchgeführt, wobei bei ty pischen Photovoltaik-Systemen zwischen 10 und 30 Wechselrich ter vorhanden sind, also eine in etwa so große Anzahl an Sig nalstärken von vielen oder jedem der Wechselrichter. Weiter hin wurde für die Erfindung erkannt, dass die Probleme der Ortsbestimmung, die sich in Innenräumen durch komplexe Geo metrien und Abschattung ergeben, bei Photovolatik-Systemen durch die einfache Geometrie gar nicht erst auftreten. Dabei ist es nicht zwingend nötig, dass jeder einzelne der Wechselrichter des Photovoltaik-Systems für jeden anderen Wechselrichter eine Signalstärke aufnimmt. Es ist ausrei chend, wenn ein Teil der Wechselrichter die ersten Daten er mittelt und wenn auch in den jeweiligen ersten Daten nur je weils ein Teil der anderen Wechselrichter vorhanden ist, so lange jeder der Wechselrichter überhaupt in den ersten Daten auftaucht .

Die zentrale Recheneinheit kann also für ein Photovoltaik- System die Lage der Photovoltaik-Panel zueinander bestimmen und somit eine Repräsentation der Photovoltaik-Panel, also eine schematische grafische Darstellung des Photovoltaik- Systems, mit ihrer Anordnung für die Anzeige auf dem Display, beispielsweise für ein User Interface, erzeugen. Dabei kann die zentrale Recheneinheit den virtuellen Paneln im User In terface die tatsächlichen Panel des Photovoltaik-Systems ein deutig zuordnen. Eine manuelle Zuordnung muss dafür nicht mehr erfolgen und Fehler bei der manuellen Zuordnung werden vorteilhaft vermieden.

Dabei ist es nicht zwingend nötig, dass jeder Wechselrichter des Photovoltaik-Systems für jeden anderen Wechselrichter ei ne Signalstärke aufnimmt. Es ist ausreichend, wenn ein Teil der Wechselrichter die ersten Daten ermittelt und wenn auch in den jeweiligen ersten Daten nur jeweils ein Teil der ande ren Wechselrichter vorhanden ist.

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 ein Photovoltaik-System mit PV-Panels und einen Tab- let-PC,

Figur 2 erste Daten zweier der PV-Panels, Figur 1 zeigt schematisiert ein Photovoltaik-System 10 mit PV-Panels 11...42. Das Photovoltaik-System 10 ist auf einem Dach eines Gebäudes angeordnet. Durch eine nicht dargestellte Geometrie des Dachs ergibt sich, dass zu einer 4x4-Anordnung der PV-Panels 11...42 zwei PV-Panels fehlen. Das Photovoltaik- System 10 umfasst daher in diesem Beispiel nur 14 PV-Panels

11...42.

Jedes der PV-Panels 11...42 weist einen eigenen Wechselrichter

111...421 auf. Die Wechselspannungsausgänge der Wechselrichter 111...421 sind miteinander verbunden, was in Figur 1 nicht ge zeigt ist. Dadurch wird der erzeugte Strom beispielsweise in ein Gebäudenetzwerk eingespeist. Die Wechselrichter 111...421 umfassen weiterhin jeweils eine WiFi-Schnittstelle, mit der eine Kommunikation nach dem WiFi-Standard, also beispielswei ^¬ se die Einwahl in ein WLAN-Netzwerk möglich ist. In anderen Ausführungsformen können die Wechselrichter 111...421 auch Schnittstellen, d.h. Antennen und Steuerung, zur Kommunikati on nach dem ZigBee oder Bluetooth-Standard umfassen.

Weiterhin zeigt Figur 1 einen Tablet-PC 50, der bei der Inbe triebnahme des Photovoltaik-Systems 10 verwendet wird, um ei ^¬ ne Einrichtung des Systems durchzuführen. Auf dem Display des Tablet-PC 50 ist das Photovoltaik-System 10 schematisch wie dergegeben, wobei die Anordnung der PV-Panels 11...42 der ech ten Anordnung im Photovoltaik-System 10 entspricht. Um zu ei ner solchen Darstellung zu kommen, werden die WiFi- Schnittstellen der Wechselrichter 111...421 verwendet. Die Wechselrichter 111...421 senden dafür Signale aus und empfangen gegenseitig diese Signale. Die WiFi-Schnittstelle der Wech ^¬ selrichter 111...421 ist dazu ausgebildet, die Signalstärke der von anderen Wechselrichtern 111...421 empfangenen Signalen zu bestimmen und dem jeweiligen Wechselrichter 111...421 zuzuord nen. Dazu kann beispielsweise jeder der Wechselrichter

111...421 eine Datentabelle anlegen, in der einer Kennung für einen der anderen Wechselrichter 111...421 die gemessene Sig nalstärke zugeordnet ist. Beispiele für solche Tabellen sind in Figur 2 gezeigt. Die erste Tabelle 61 umfasst in der ersten Spalte eine Kennung für die betroffenen Wechselrichter 111...421, wobei hier die Bezugszeichen der Wechselrichter 111...421 verwendet wurde. Re ale Wechselrichter 111...421 verwenden dazu beispielsweise eine Werkskennung, Seriennummer oder MAC-Adresse. Die zweite Spal te enthält die für den jeweiligen anderen Wechselrichter 111...421 gemessene Signalstärke. In den in Figur 2 gezeigten Tabellen sind die Werte dafür normiert und daher alle kleiner als 1; das ist aber in der realen Umsetzung nicht nötig. Die erste Tabelle zeigt beispielhafte erste Daten, wie sie vom ersten Wechselrichter 111 des ersten PV-Panels 11 aufgenommen werden. Daher fehlt die Kennung 111 für den ersten Wechsel richter 111 in der ersten Tabelle 61. Die zweite Tabelle 62 zeigt die ersten Daten, wie sie der fünfte Wechselrichter 211 des fünften PV-Panels 21 ermitteln würde. Die beispielhaften Signalstärken sind dabei nicht exakt symmetrisch. Die Daten, wie sie in den Tabellen 61, 62 der Figur 2 dargestellt sind, werden von den Wechselrichtern 111...421 an den Tablet-PC 50 übertragen. Es ist leicht ersichtlich, dass die Übertragung der Daten als vollständige Tabelle oder in einzelnen Datens ^¬ ätzen oder in noch anderer Sortierung passieren kann, solange der Tablet-PC 50 in der Lage ist, Signalstärken einem Paar aus Wechselrichtern 111...421 zuzuordnen.

Wenn alle Wechselrichter 111...421 Signalstärken zu allen ande ren Wechselrichtern 111...421 ermitteln, ergeben sich 14 Tabel len mit jeweils 13 Einträgen von Paaren aus Kennung für den Wechselrichter 111...421 und Signalstärke. Strikt notwendig ist die vollständige Vermessung nicht; es reichen auch weniger Tabellen mit jeweils weniger Einträgen, solange für jeden der Wechselrichter 111...421 überhaupt Signalstärken vorliegen.

Der Tablet-PC 50 nimmt die an ihn übermittelten ersten Daten, also die Tabellen 61, 62 auf und errechnet aus den so erhal ^¬ tenen Daten die räumliche Anordnung der Wechselrichter

111...421 zueinander. Da bei der räumlichen Anordnung der Wech- selrichter 111...421, also der PV-Panels 11...42, nur die relati ^¬ ve Anordnung interessant ist und ein absoluter Ort nicht be ^¬ stimmt werden muss, sind für die Berechnung der Anordnung keine festen Ankerpunkte mit bekannter Position notwendig. Daher reichen allein die Daten, die durch die Wechselrichter 111...421 bestimmt werden, für die Positionsbestimmung. Sind die Positionen bestimmt, erstellt der Tablet-PC 50 die in Fi ^¬ gur 1 schon dargestellte Ansicht des Photovoltaik-Systems 10, die dann in einem User Interface verwendet werden kann. Ein solches User Interface erlaubt beispielsweise, die Betriebs ^¬ daten eines der PV-Panels 11...42 abzurufen. Dafür ist es zweckmäßig, wenn die relative Anordnung der PV-Panels 11...42 bekannt ist, damit das User-Interface eine eindeutige Identi ^¬ fikation des aufgerufenen Panels 11...42 zulässt. Die Zuordnung von PV-Panels 11...42 zu den digitalen Repräsentationen der Pa nels im User-Interface erfolgt also vorteilhaft automatisiert und muss nicht mehr manuell vorgenommen werden.

Bezugszeichenliste

10 Photovoltaik-Anlage

11...42 PV-Panels

111...421 Wechselrichter

50 Tablet-PC

61, 62 Tabellen