Netzanbindung von Solarzellen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Anbindung wenigstens zweier Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie an ein elektrisches Versorgungsnetz. Bei den Einrichtungen kann es sich dabei insbesondere um Solarzellen oder thermoelektπsche Generatoren handeln.

Um dezentrale Einrichtungen zur Energieerzeugung wie beispielsweise Solarzellen an das öffentliche elektrische Versorgungsnetz anzuschließen, ist es notig, eine definierte und weitgehend von Oberwellen befreite Wechselspannung, ublicher- weise 3-phasig zur Verfugung zu stellen. Dazu werden gemäß dem Stand der Technik die Solarzellen zu Gruppen, sog. Stπngs, zusammengefasst . Die Solarzellen einer Gruppe werden wiederum in Serie geschaltet. Die Gruppen werden parallel zu ^¬ einander mit einem 2- oder 3-Punkt-Wechselrichter verbunden. Der Wechselrichter wandelt die Gleichspannung der Solarzellen per Pulsweitenmodulation in eine stark oberschwingungsbehaf- tete 3-phasige Wechselspannung um. Auf den Wechselrichter folgen wiederum ein Filterelement zur Reduzierung der Oberwellen und ein Transformator zur Ankopplung an das Versor- gungsnetz, beispielsweise ein Mittelspannungsnetz.

Nachteilig an der bekannten Losung ist die notige aufwendige Filterung des durch den Wechselrichter erzeugten Signals. Weiterhin ist nachteilig, dass die Arbeitspunktsteuerung, das sog. MPP-Tracking (Maximum Power Point) für die Solarzellen nicht immer optimal arbeiten kann. Wird beispielsweise ein Teil der Solarzellen beschattet, so kann der Arbeitspunkt entweder für die beschatteten oder die nicht beschatteten nicht gleichzeitig optimal gewählt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltein ^¬ richtung und ein Verfahren zur Verbindung von wenigstens zwei Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem elektrischen Versorgungsnetz anzugeben, womit die oben genannten Probleme verringert oder vermieden werden. Insbeson ^¬ dere soll eine verbesserte Arbeitspunktregelung der Einrichtungen ermöglicht werden. Weiterhin soll der Aufwand für die Filterung der Wechselspannung vermindert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelost. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelost. Die abhangigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfmdungsgemaße Schalteinrichtung zur Anbindung wenigstens zweier Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie an ein elektrisches Versorgungsnetz ist ausgestaltet, wenigstens zwei voneinander separate Ausgangsspannungen der Einrichtungen aufzunehmen. Dafür können die Einrichtungen beispielsweise in wenigstens zwei Gruppen aufgeteilt sein und wenigstens ein Teil der Gruppen eine Ausgangsspannung erzeu- gen. Die Schalteinrichtung summiert eine zeitlich variable Anzahl der Ausgangsspannungen zur Erzeugung einer Wechselspannung auf.

Dies kann als Beispiel dadurch geschehen, dass bei einem zu- nehmenden Spannungswert einer gedachten idealen Sinusspannung zunehmend mehr der Ausgangsspannungen aufsummiert werden. Sinkt der benotigte Spannungswert wieder, werden wieder weni ^¬ ger der Ausgangsspannungen summiert.

Bei dem erfmdungsgemaßen Verfahren zur Anbindung wenigstens zweier Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie an ein elektrisches Versorgungsnetz

- werden die Einrichtungen in wenigstens zwei Gruppen aufgeteilt, - erzeugen wenigstens ein Teil der Gruppen eine Ausgangsspannung, und

- wird eine zeitlich variable Anzahl der Ausgangsspannungen zur Erzeugung einer Wechselspannung summiert. Zweckmäßig umfasst jede Gruppe die gleiche Anzahl an Einrich ^¬ tungen, aber es ist auch möglich, verschiedene Anzahlen zu verwenden. Zweckmäßig ist es dabei weiterhin, wenn jede der Gruppen eine Ausgangsspannung liefert. Bei den Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie kann es sich um jegliche Art von Generatoren wie Windkraftwerke oder Gasturbinen handeln. Es kann sich auch um Solarzellen oder thermoelektrische Generatoren handeln. Auch eine Mischung der vorgenannten Ein- πchtungen ist möglich. Bei Solarzellen kann es sich beispielsweise bei einer Einrichtung um ein typisches Solarzellenpanel von einer Große von beispielsweise 1 m ² handeln.

Es wird also erfindungsgemaß nicht die üblicherweise im Stand der Technik verwendete Pulsweitenmodulation durchgeführt zur Erzeugung der Wechselspannung mit der dadurch notigen aufwandigen Filterung, sondern eine Summation von Einzelspannungsanteilen vorgenommen. Diese ist weit weniger oberschwingungs- behaftet und erfordert daher eine wesentlich weniger aufwan- dige Filterung. Weiterhin ist vorteilhaft, dass mit der er- fmdungsgemaßen Vorgehensweise insgesamt höhere Spannungen bei der Wechselspannung erzielbar sind, sodass bei einer Anbindung an ein Mittelspannungsnetz ein Transformator unnötig ist. Dadurch vereinfachte Filterung und ggfs. Weglassen des Transformators wird eine Verbesserung des gesamten elektro- seitigen Wirkungsgrades von 95% auf 98% und mehr erreicht.

Die Schalteinrichtung ist vorteilhaft so ausgestaltet, dass von den Ausgangsspannungen der Gruppen gar keine, eine, meh- rere oder alle addieren kann, um eine summierte Spannung zu erzeugen. Dabei kann die Polarität keiner, einer, mehrerer oder aller Ausgangsspannungen auch umgedreht sein. Die Schalteinrichtung ist dadurch in der Lage, zwischen der Summe sämtlicher Ausgangsspannungen und ihrem negativen Wert eine Reihe von Zwischenspannungen einschließlich der Summe selbst zu erzeugen. Hierzu kommen bevorzugt für wenigstens einen Teil der Ausgangsspannungen oder Gruppen je wenigstens eine Vollbrucke zum Einsatz. Die Vollbrucken wiederum sind ausges- taltet, zwischen ihrem jeweiligen Eingangs- und Ausgangsan- schluss einen Kurzschluss, die Ausgangsspannung oder die in der Polarität umgekehrte Ausgangsspannung zu erzeugen. Die Vollbrucken können also ihren jeweiligen Eingangs- und Aus- gangsanschluss direkt elektrisch miteinander verbinden. Sie können aber auch derartig beschaltet werden, dass sie die je ^¬ weilige Ausgangsspannung, die sie eingangsseitig bekommen, weitergeben. Ebenso können sie derartig beschaltet werden, dass sie die jeweilige Ausgangsspannung, die sie eingangssei- tig bekommen, mit vertauschter Polarität weitergeben, d.h. das Negative der Ausgangsspannung weitergeben. Die Vollbrucke weist dabei bevorzugt vier wenigstens unidirektionale Schalter auf. Von den vier Schaltern sind bevorzugt jeweils zwei seriell geschaltet und beide Serien sind parallel geschaltet. Schaltungen analogen Aufbaus sind auch H-Brucke und Wechselrichter. Die Schalter sind dabei zweckmaßigerweise Halblei- terschalter wie beispielsweise SiC-JFETs.

Um die Summation vorzunehmen, sind die Vollbrucken dabei zweckmäßig in Serie geschaltet. Es ist aber auch möglich, nur einen Teil der Vollbrucken in Serie zu schalten und einen anderen Teil parallel, beispielsweise indem je zwei der Vollbrucken als Parallelschaltungspaar ausgestaltet sind und die Parallelschaltungspaare wiederum in Reihe geschaltet sind. Hierbei bieten sich viele Ausgestaltungsmoglichkeiten . Der Fachmann erkennt, dass eine Seπenschaltung von möglichst vielen der Vollbrucken zu einer höheren erreichbaren Gesamtspannung und/oder zu einer genaueren Spannungserzeugung der Wechselspannung fuhrt, d.h. der ideale Sinusverlauf der Wech- selspannung kann durch die Summation genauer nachvollzogen werden. Eine Parallelschaltung eines Teils der Vollbrucken hat andere, übliche Vorteile.

Es ist möglich, die von der Schalteinrichtung erzeugte Sum- menspannung mit einer Schritt-Frequenz zu verandern, die hoher oder wesentlich hoher ist als die Frequenz der zu erzeugenden Wechselspannung. Bei typischen Wechselspannungsfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz kann die Schritt-Frequenz dabei beispielsweise 100 Hz, 200 Hz oder 500 Hz betragen. Auch we ^¬ sentlich höhere Werte und zwischen den genannten Werten lie ^¬ gende Schritt-Frequenzen können gewählt werden. Besonders bevorzugt wird aber keine festgelegte Schrittfrequenz gewählt, sondern das Zu- und Abschalten der einzelnen Gruppen abhangig vom Momentanwert der zu realisierenden Ausgangsspannung durchgeführt. Bei netzgefuhrten Systemen ist das beispielsweise die Netzspannung, bei Insellosungen ein vorgegebener Sinus. Hierzu kann beispielsweise eine übergeordnete Steuer- emπchtung standig einen Vergleich zwischen dem zu erreichenden Wert für die Summenspannung und den möglichen Summen der Gruppen-Ausgangsspannung durchfuhren. Anhand des Vergleichs wird dabei standig die nachstliegende Summe bestimmt und die Summierung entsprechend gesteuert.

Vorteilhaft ist es, wenn über die jeweilige Aussteuerung der Vollbrucken eine Arbeitspunktregelung für die jeweilige Gruppe vorgenommen wird. Anders ausgedruckt, wird über das Zeit- verhaltnis zwischen „ausgeschaltetem" Zustand und „einge- schaltetem Zustand" die Arbeitspunktregelung vorgenommen. Als „ausgeschalteter" Zustand wird dabei der Zustand der Vollbru- cke bezeichnet, bei dem die Ausgangsspannung nicht weitergegeben wird, sondern ein Kurzschluss zwischen Ein- und Aus- gangsanschluss der Vollbrucke geschaltet ist. Als „einge- schalteter Zustand" wird der Zustand der Vollbrucke bezeichnet, bei dem die Ausgangsspannung m irgendeiner Polarität weitergegeben wird, in dem also der Einrichtung, beispielsweise Solarzelle, tatsächlich auch Leistung entnommen wird.

Handelt es sich beispielsweise bei den Einrichtungen einer Gruppe um Solarzellen, so sind diese mit einem Speicherkondensator versehen. Die Spannung am Speicherkondensator ist die Ausgangsspannung der Gruppe und wird an die Vollbrucke weitergegeben. Ist diese in ausgeschaltetem Zustand, steigt die Spannung am Kondensator, bis die Solarzellen keinen Strom mehr dagegen antreiben. Leistung wird keine entnommen. Wird die Vollbrucke in eingeschalteten Zustand versetzt, so wird Leistung entnommen und die Spannung am Kondensator sinkt ab bzw. bewegt sich auf ein geringeres Niveau zu, dass sie bei genügender Zeit erreicht. Das Tastverhaltnis aus eingeschal ^¬ tetem und ausgeschaltetem Zustand bestimmt somit die durchschnittliche Spannung am Kondensator und somit die durch- schnittliche Leistung aus Spannung mal Strom, die von den Solarzellen geliefert wird.

Bei Beschattung der Solarzellen der Gruppe sinkt deren Stromerzeugung und Leistungsfähigkeit. Die Steuerung der Schalt- emπchtung kann nun darauf reagieren, indem sie das Tastverhaltnis für diese Gruppe ändert. So wird bei Beschattung der Gruppe die Ausgangsspannung der Gruppe weniger häufig zugeschaltet, wodurch die Leistungsabgabe der Gruppe optimiert werden kann. Bei einem Generator gemäß dem Stand der Technik ist keine Arbeitspunktregelung für einen Teil der Solarzellen möglich. Wird eine Gruppe von Solarzellen beschattet, so wird versucht, diesen trotzdem den gleichen durchschnittlichen Strom zu entnehmen, was ihre Spannung und somit Leistungsfä ^¬ higkeit auf ein nicht optimales Niveau absinken lasst.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für wenigstens einen Teil, bevorzugt alle, der Gruppen ein DC/DC- Wandler vorgesehen ist. Es kann sich dabei unter Anderem um Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller handeln. Dieser weist bevorzugt wenigstens einen Schalter auf. Für die Arbeitspunktregelung steht m diesem Fall neben dem Tastverhaltnis der Vollbrucke auch das des Schalters zur Verfugung, um einen idealen Betrieb zu gewährleisten. Mit den beiden Tastverhaltnissen lasst sich einerseits gegenüber beispielsweise den So- larzellen eine ideale durchschnittliche Betriebsspannung halten, also die Arbeitspunktregelung durchfuhren. Zum anderen kann auch auf Seiten der Vollbrucke eine vorgebbare Ausgangsspannung dargestellt werden, wodurch die Erzeugung des AC- Signals genauer und gleichmäßiger wird. Dabei kann durch die zwei Tastverhaltnisse zum einen auf eine Änderung der Leis ^¬ tungsfähigkeit der Einrichtung, beispielsweise eine Beschattung einer Solarzelle, eingegangen werden. Zum anderen wird weitgehend unabhängig vom Arbeitspunkt der Einrichtung eine im Schnitt konstante Ausgangsspannung auf Seiten der Vollbru- cke gewahrleistet.

Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen wird durch die Arbeitspunktregelung der Gruppen, egal ob mit oder ohne DC/DC-Wandler, eine wesentliche Verbesserung bei der Ar- beitspunktregelung erreicht, da durch die Aufteilung in Gruppen eine wesentlich kleinere Anzahl von beispielsweise Solarzellen gemeinsam geregelt werden. Treten Unterschiede bei- spielsweise in der Beleuchtung auf, beispielsweise Abschat ^¬ tung, so kann wesentlich besser darauf reagiert werden. So kann beispielsweise bei einem Solarzellenpanel dessen optimale Betriebsspannung von 100 V im vollbeleuchteten Zustand durch eine Abschattung auf nur 30 V gedruckt werden. Wird dieses Solarzellenpanel zusammen mit anderen Panels weiterhin bei 100 V oder bei einer mittleren Spannung wie beispielsweise 70 V betrieben, so liefert es deutlich weniger als die maximal mögliche Leistung. Durch die gruppenweise Arbeitspunkt ^¬ regelung wird also eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Solarzellen erreicht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, dass jede Gruppe nur eine Einrichtung zur Erzeugung elektri ^¬ scher Energie aufweist, beispielsweise ein Solarzellenpanel und zweckmäßig jedes Solarzellenpanel somit seinen eigenen

DC/DC-Wandler aufweist. So ist eine sehr genaue, da panelgenaue Arbeitspunktregelung möglich. Andererseits verringert die Zusammenfassung mehrerer Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Gruppe den Gesamtaufwand der Regelung und Steuerung der elektrischen Komponenten.

Die Anordnung kann zusammen mit wenigstens zwei Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie vorteilhaft zu einem Generatorsystem zusammengefugt werden.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausfuhrungsbei- spiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung naher erläutert. Darin sind gewisse Merkmale nur schematisiert dargestellt und einander entsprechende Teile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen da ^¬ bei im Einzelnen

Figur 1 ein Schaltbild einer Solarzellenanlage mit einer Anordnung zur Erzeugung einer einphasigen Wechselspan ^¬ nung,

Figur 2 eine mit der Solarzellenanlage erzeugte Wechselspannung, Figur 3 ein Schaltbild einer weiteren Solarzellenanlage mit einer Anordnung zur Erzeugung einer einphasigen Wechsel Spannung.

Figur 1 zeigt in einer beispielhaften Ausfuhrungsform der Er- findung eine Mehrzahl von Solarzellen laa...lnn. Weiterhin sind eine Mehrzahl von Hochsetzstellern 3a... n und eine Mehrzahl von Wechselrichtern 4a... n vorhanden.

Es ist klar, dass es für die Erfindung nicht auf die konkrete Art der Energieerzeugung ankommt und deshalb auch jede andere Art von Generator anstatt oder zusatzlich zu den Solarzellen laa...lnn zum Einsatz kommen kann. Beispielsweise können in einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung auch thermo- elektπsche Generatoren parallel zu den Solarzellen zum Em- satz kommen.

Die Solarzellen laa...lnn sind in Gruppen 2a... n zusammenge- fasst. Dabei umfasst die erste Gruppe 2a die Solarzellen laa...lan, die zweite Gruppe 2b die Solarzellen lba...lbn usw. Die konkrete Aufteilung der Solarzellen laa...lnn kann auch anders gewählt werden. Es ist lediglich wichtig, dass wenigstens zwei Gruppen 2a... n gebildet werden. Die Solarzellen laa...lnn einer jeden Gruppe 2a... n werden in diesem Beispiel in Reihe geschaltet und erzeugen dadurch eine maximale Gleichspannung im Bereich von 800V. Dieser Wert ist zweckmäßig abhangig von der Amplitude der Netzspannung, die erzeugt werden soll. Bei Niederspannungsnetzen ist Wert von 800V zweckmäßig, bei Mittelspannungsnetzen können auch Summenspan- nungen von beispielsweise 2OkV benotigt werden. Zur Zwischen- speicherung ist hierfür ein Kondensator vorgesehen.

Für jede Gruppe 2a... n der Solarzellen laa...lnn ist nun in diesem Beispiel einer der Hochsetzsteller 3a... n vorgesehen. Der Hochsetzsteller 3a... n ist eingangsseitig mit den zwei Ausgangen der Reihe von Solarzellen laa...lnn einer jeweiligen Gruppe 2a... n bzw. dem jeweiligen Kondensator verbunden. In alternativen Ausfuhrungsformen kann hier auch ein Tief- setzsteiler oder allgemein ein beliebiger DC/DC-Wandler zum Einsatz kommen. Hochsetzsteller 3a... n und Tiefsetzsteiler per se sind hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt.

Die Hochsetzsteller 3a... n sind ausgangsseitig jeweils mit einem der Wechselrichter 4a... n verbunden sowie mit einem parallel dazu angeordneten Kondensator lla...n. Die Wechselrichter 4a... n weisen jeweils vier Halbleiterschalter 5a...8n auf, die in bekannter Weise miteinander verbunden sind. So sind die Schalter 5a... n, 7a... n jedes Wechselrichters 4a... n in Serie geschaltet und liegen insgesamt parallel zum Kondensator 11. Ebenso parallel dazu liegt wiederum eine zweite Reihenschaltung aus den anderen zwei Schaltern 6a... n, 8a... n. Zwischen den ersten zwei Schaltern 5a... n, 7a... n liegt der Ausgangskontakt 9a... n und zwischen den zweiten beiden Schaltern 6a... n, 8a... n der Eingangskontakt 10a... n für den jeweiligen Wechselrichter 4a... n. Der Ausgangskontakt 9a des ersten Wechselrichters 4a ist mit dem Eingangskontakt 10b des zweiten Wechselrichters 4b verbunden usw., sodass die Wechselrichter 4a... n insgesamt in Reihe geschaltet sind.

Jeder der Wechselrichter 4a... n in der Reihenschaltung aus Wechselrichtern wird nun in einem von drei Betπebszustanden verwendet. Im ersten Betriebszustand erzeugt ein Wechselrichter 4a... n zwischen seinem jeweiligen Eingangskontakt 10a... n und seinem jeweiligen Ausgangskontakt 9a... n eine Spannung, die der Ausgangsspannung des jeweiligen Hochsetzstellers 3a... n entspricht. Der Wechselrichter 4a... n addiert also die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 3a... n zur Gesamtspan- nung, die sich letztlich zwischen dem Eingangskontakt 10a des ersten Wechselrichters 4a und dem Ausgangskontakt 9n des letzten Wechselrichters ergibt. Wenn alle Wechselrichter 4a... n in diesem Betriebszustand sind, entsteht die maximal mögliche Spannung zwischen dem Eingangskontakt 10a des ersten Wechselrichters 4a und dem Ausgangskontakt 9n des letzten Wechselrichters. Die Spannung betragt dann n * U _WR , wobei U _WR die Ausgangsspannung der Hochsetzsteller 3a... n ist unter der Annahme, dass diese gleich ist für alle Hochsetzsteller 3a... n. Der erste Betriebsmodus wird dadurch erreicht, dass im Wechselrichter 4a... n der mit dem Eingangskontakt 10a... n und dem positiven Ausgang des Hochsetzstellers 3a... n verbundene Schalter 6a... n sowie der mit dem negativen Ausgang des Hochsetzstellers 3a... n und dem Ausgangskontakt 9a... n ver- bundene Schalter 7a... n eingeschaltet werden.

Im zweiten Betriebszustand erzeugt ein Wechselrichter 4a... n zwischen seinem jeweiligen Eingangskontakt 10a... n und seinem jeweiligen Ausgangskontakt 9a... n eine Spannung, die der ne- gativen Ausgangsspannung des jeweiligen Hochsetzstellers

3a... n entspricht. Der Wechselrichter 4a... n subtrahiert also die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 3a... n von der Gesamtspannung, die sich letztlich zwischen dem Eingangskontakt 10a des ersten Wechselrichters 4a und dem Ausgangskontakt 9n des letzten Wechselrichters ergibt. Wenn alle Wechselrichter 4a... n in diesem Betriebszustand sind, entsteht die maximal mögliche negative Spannung zwischen dem Eingangskontakt 10a des ersten Wechselrichters 4a und dem Ausgangskontakt 9n des letzten Wechselrichters. Die Spannung betragt dann - n * U _WR , wobei U _WR die Ausgangsspannung der Hochsetzsteller 3a... n ist unter der Annahme, dass diese gleich ist für alle Hochsetzsteller 3a... n. Der zweite Betriebsmodus wird dadurch erreicht, dass im Wechselrichter 4a... n der mit dem Eingangskontakt 10a... n und dem negativen Ausgang des Hochsetzstel- lers 3a... n verbundene Schalter 8a... n sowie der mit dem po ^¬ sitiven Ausgang des Hochsetzstellers 3a... n und dem Ausgangskontakt 9a... n verbundene Schalter 5a... n eingeschaltet werden . Im dritten Betriebszustand erzeugt ein Wechselrichter 4a... n zwischen seinem jeweiligen Eingangskontakt 10a... n und seinem jeweiligen Ausgangskontakt 9a... n eine direkte elektrische Verbindung, d.h. eine Spannung von 0 V. Der Wechselrichter 4a... n lasst in diesem Betriebszustand also die Gesamtspan ^¬ nung, die sich letztlich zwischen dem Eingangskontakt 10a des ersten Wechselrichters 4a und dem Ausgangskontakt 9n des letzten Wechselrichters ergibt, unverändert. Wenn alle Wech- selrichter 4a... n in diesem Betriebszustand sind, ist auch die zwischen dem Eingangskontakt 10a des ersten Wechselrichters 4a und dem Ausgangskontakt 9n des letzten Wechselrichters entstehende Gesamtspannung 0 V. Der dritte Betriebsmodus wird dadurch erreicht, dass im Wechselrichter 4a... n der mit dem Eingangskontakt 10a... n und dem positiven Ausgang des

Hochsetzstellers 3a... n verbundene Schalter 6a... n sowie der mit dem positiven Ausgang des Hochsetzstellers 3a... n und dem Ausgangskontakt 9a... n verbundene Schalter 5a... n eingeschal ^¬ tet werden. Alternativ wird der dritte Betriebsmodus dadurch erreicht, dass im Wechselrichter 4a... n der mit dem Eingangskontakt 10a... n und dem negativen Ausgang des Hochsetzstellers 3a... n verbundene Schalter 8a... n sowie der mit dem negativen Ausgang des Hochsetzstellers 3a... n und dem Ausgangs ^¬ kontakt 9a... n verbundene Schalter 7a... n eingeschaltet wer- den.

Wenn man davon ausgeht, dass alle Hochsetzsteller 3a... n die gleiche Ausgangsspannung UWR liefern, so kann mit dem ersten bis dritten Betriebsmodus für die Wechselrichter 4a... n also eine Spannung von - n * U _WR bis + n * U _WR erreicht werden, in Schritten von U _WR . Durch eine zeitlich variable Summierung mittels der Betriebsmodi kann daher eine Wechselspannung erzeugt werden.

Figur 2 zeigt das Ergebnis der zeitlich variablen Summierung der einzelnen Ausgangsspannungen U _WR . Neben einer idealen Si- nuslinie 23 für die Spannung ist die Spannungskurve 22 eine angenäherte, diskretisierte Sinuslinie. In Zeitschritten 20 wird dabei die Anzahl an summierten Ausgangsspannungen U _WR variiert, je nachdem, welche Spannungshohe gerade gemäß der idealen Sinuslinie 23 zu erzeugen ist. Die Figur 2 gibt dabei zur Verdeutlichung nur ein Beispiel mit sehr großen Zeit- schritten 20 und einer geringen Anzahl von summierten Ausgangsspannungen U _WR . Die Qualität der erzeugten Wechselspan ^¬ nung 22 ist umso hoher, je kleiner die Zeitschritte 20 gewählt werden und je hoher die Anzahl der zu summierenden Ausgangsspannungen U _WR , d.h. die Anzahl der Gruppen 2a... n ist. Es ist klar, dass die Qualität der somit erzeugten Wechsel ^¬ spannung wesentlich hoher ist als bei einer Pulsweitenmodula- tion, wie sie im Stand der Technik mit einem 2- Punkt oder 3- Punkt Wechselrichter verwendet wird. Das bedeutet, dass weniger Oberwellen in der Ausgangsspannung enthalten sind und die Filterung entsprechend weniger aufwandig sein muss. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die Langsmduktivitat des Filters entfallen kann, da die Induktivität der Zuleitungen zum Filterzweck bereits ausreichend ist.

Die summierte Spannung 22 kann als Ausgangsspannung der Gesamtanlage an ein externes elektrisches Versorgungsnetz gekoppelt werden, wodurch eine Emspeisung von Energie in das Versorgungsnetz aus den Solarzellen ermöglicht wird.

Der Hochsetzsteller 3a... n übernimmt in diesem Ausfuhrungs- beispiel für die Erfindung zusätzlich zur DC/DC-Wandlung die Aufgabe der Arbeitspunktregelung für die jeweilige Gruppe 2a... n von Solarzellen laa...lnn. Die Arbeitspunktregelung wird auch als Maximum Power Point (MPP) Tracking bezeichnet. Hiermit wird die Spannung über die Solarzellen laa...lnn so gewählt, dass eine maximale Leistung entnommen werden kann.

Der Hochsetzsteller 3a... n weist bekanntermaßen einen Schalter auf. Über dessen Tastverhaltnis kann in einem herkommli- chen Hochsetzsteller 3a... n die Ausgangsspannung eingestellt werden. Im hier gegebenen Beispiel bestimmt das Tastverhaltnis des Schalters im Hochsetzsteller 3a... n das Verhältnis zwischen der Spannung am Kondensator der Solarzellen und am Kondensator lla...n auf der Wechselrichterseite . Eine weitere Möglichkeit zur Einflussnahme auf die Spannung an den beiden Kondensatoren einer Gruppe bietet das Tastverhaltnis aus eingeschaltetem und ausgeschaltetem Zustand des Wechselrichters 4a... n. Eine übergeordnete Steuerung 30, die in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, sorgt für ei ^¬ ne geeignete Regelung der Wechselrichter 4a... n und Hochsetz- steller 3a... n. Hierbei wird über die Regelung erreicht, dass zum einen die Spannung an den Kondensatoren lla...n im Durch- schnitt einen konstanten gewünschten Wert hat. Diese Spannung sinkt im eingeschalteten Zustand eines Wechselrichters 4a... n durch Leistungsentnahme ab und nimmt im ausgeschalteten Zustand durch Aufladung durch die Solarzellen laa...nn zu. Da die Spannung also über das Tastverhaltnis des jeweiligen Wechselrichters 4a... n geregelt wird, ist es zweckmäßig, Regelungsreserven zur Verfugung zu haben. Es sollten also zweckmäßig mehr Gruppen von Solarzellen laa...nn zur Verfugung stehen, als im Idealfall benotigt werden.

Eine Arbeitspunktregelung für die jeweilige Gruppe 2a... n von Solarzellen laa...nn wird wiederum über das Tastverhaltnis des Schalters des jeweiligen Hochsetzstellers 3a... n vorgenommen. Hierzu kann die übergeordnete Steuerung 30 beispiels ^¬ weise die Leistungsdaten der Gruppen aufnehmen. Anhand der sich standig ändernden Spannung am solarzellenseitigen Kondensator und den dazugehörigen Stromwerten kann die Steuerung ersehen, ob die Solarzellen an ihrem idealen Arbeitspunkt betrieben werden.

Wird eine Gruppe 2a... n von Solarzellen laa...nn nun beschattet, so kann diese Gruppe 2a... n weniger Leistung liefern als ohne Beschattung. Der ideale Arbeitspunkt verschiebt sich dadurch deutlich. Die Steuerung 30 wird die Beschattung anhand der Leistungsdaten dieser Gruppe 2a... n erkennen und das Tastverhaltnis des Schalters im Hochsetzsteller 3a... n ent ^¬ sprechend anpassen, sodass die Gruppe 2a... n für die Dauer der Beschattung weiterhin mit der idealen Spannung betrieben wird. Gleichzeitig kann die Steuerung 30 das Tastverhaltnis des Wechselrichters 4a... n an die neue Situation anpassen, indem beispielsweise diese Gruppe 2a... n weniger oft zug schaltet wird. Dadurch bleibt die Spannung am Kondensator lla...n, die ggfs. zugeschaltet wird, auf dem gewünschten Wert trotz der reduzierten Leistungsfähigkeit der Gruppe 2a...n.

Em zweites Ausfuhrungsbeispiel ist schematisch in der Figur 3 dargestellt. Die drei Gruppen 2a... c mit jeweils drei So- larzellen laa...cc verfugen über jeweils einen Wechselrichter 4a... c. In Figur 3 ist der innere Aufbau der Wechselrichter 4a... c nicht mehr dargestellt. Im Gegensatz zur Ausfuhrungsform gemäß der Figur 1 sind jetzt aber keine DC/DC-Wandler mehr vorgesehen.

Hierdurch werden die Regelungsmoglichkeiten für die Steuerung 30 verringert. Es steht nun für jede der Gruppen 2a... n nur noch das Tastverhaltnis des jeweiligen Wechselrichters 4a... n zur Verfugung. Dieses wird zweckmäßig nun zur Arbeitspunktre- gelung der Gruppen 2a... n verwendet. Die Ausgangsspannung, die zur erzeugten Wechselspannung im eingeschalteten Zustand des Wechselrichters 4a... n beitragt, kann nicht mehr gleichzeitig in jedem Fall konstant gehalten werden. Bei Beschat ^¬ tung einer Gruppe 2a... n von Solarzellen laa...nn wird die Ausgangsspannung entsprechend des geänderten Arbeitspunkts der Solarzellen laa...nn sinken.

Die Steuerung 30 fuhrt also das MPP-Trackmg über die jeweilige Zuschaltzeit der Wechselrichter 4a... n durch. Auch in diesem Beispiel kann das MPP-Trackmg umso besser durchgeführt werden, je mehr Gruppen 2a... n von Solarzellen laa...nn über dem notwendigen Minimum zur Verfugung stehen, da die Steuerung dann die Zuschaltzelten einer Gruppe 2a... n besser an die Bedurfnisse der Gruppe 2a... n anpassen kann.

Die beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele waren dargestellt für eine einphasige Spannungserzeugung. Muss eine dreiphasige Ausgangsspannung an das elektrische Versorgungsnetz gegeben werden, so muss die beschriebene Topologie dreimal aufgebaut werden, wobei natürlich die übergeordnete Steuerung 30 nur einmal notig ist. Der Ausgangskontakt 10c, n des letzten Wechselrichters 4, jeder Phase, der als negativer Kontakt für die Netzankopplung dient, kann in diesem Fall zum Sternpunkt zusammengeschaltet werden.