DE69809841T2 - Verfahren und Vorrichtung für den Erdschlussschutz einer Solarstromanlage und Solarstromanlage, die das Verfahren und die Vorrichtung benutzt - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Erdschlussschutz bei Solarstromerzeugung sowie eine Solarstromanlage, bei der dieses Verfahren und diese Vorrichtung Verwendung findet, und bezieht sich insbesondere auf eine Erdschlussschutzvorrichtung zum Schutz einer Solarstromanlage vor einem in einer Solarzellenanordnung erzeugten Erdschluss und ein zugehöriges Verfahren sowie auf eine Solarstromanlage, in der diese Vorrichtung und dieses Verfahren Verwendung finden.
• Eine Solarzellenanordnung umfasst üblicherweise eine Vielzahl von in Reihen/Parallel-Schaltung miteinander verbundenen Solarzellen und ist meist im Außenbereich derart angeordnet, dass jede Solarzelle in ausreichendem Maße dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Wenn ein Objekt, z. B. nicht nur ein metallisches Objekt, sondern auch ein Lebewesen oder ein Mensch, versehentlich in Berührung mit einer Solarzelle gerät und ein Kurzschluss mit Massepotential (Erdschluss) entsteht, muß die die Solarzellenanordnung umfassende Solarstromanlage aus Sicherheitsgründen zeitweise ihren Betrieb unterbrechen. Dies hat weitgehende Auswirkungen auf einen mit dieser Anlage verbundenen Verbraucher.
• Fig. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Anordnung einer mit einem kommerziellen Wechselstromnetz verbundenen Solarstromanlage, die als Maßnahme gegen einen Erdschluss mit einer Steuer/Schutzeinheit versehen ist. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 21 eine Solarzellenanordnung, die Bezugszahl 22 einen Wechselrichter, die Bezugszahl 23 eine Steuer/Schutzeinheit, die Bezugszahl 24 eine Abschalt- oder Unterbrechereinheit und die Bezugszahl 25 eine kommerzielle Wechselstrom- bzw Netzstromanlage, die nachstehend vereinfacht als Wechselstromnetz bezeichnet ist.
• Bei der Solarstromanlage gemäß Fig. 2 wird die von der Solarzellenanordnung 21 erzeugte Gleichstromleistung über den Wechselrichter 22 in das Wechselstromnetz 25 eingespeist. Die mit einem mechanischen Kontakt versehene Abschalteinheit 24 ist zwischen dem Wechselrichter 22 und dem Wechselstromnetz 25 angeordnet. Bei einem Ausfall der Anlage wird ein Abschaltvorgang zur elektrischen Trennung des Wechselstromnetzes 25 von dem Wechselrichter 22 durchgeführt, wobei gleichzeitig ein sog. Gate-Sperrvorgang erfolgt, um das im Wechselrichter 22 angeordnete Schaltelement elektronisch zu sperren. Die Steuer/Schutzeinheit 23 ermittelt den jeweiligen Zustand des Wechselstromnetzes 25 und der Solarzellenanordnung 21 und veranlasst die Durchführung des Abschaltvorgangs und des Gate-Sperrvorgangs. Hierbei führt die Steuer/Schutzeinheit 23 bei Erfassung einer Störung oder eines Ausfalls der Anlage dem Wechselrichter 22 ein Gate- Sperrsignal und der Abschalteinheit 24 ein Betriebsbefehlssignal zu, wodurch der Wechselrichter 22 den Gate-Sperrvorgang und die Abschalteinheit 24 den Abschaltvorgang ausführen.
• Systemausfälle umfassen z. B. eine Störung im Wechselstromnetz 25 sowie einen Erdschluss der Solarzellenanordnung 21. Insbesondere im Falle der letzteren Störung, d. h., im Fall eines Erdschlusses, wird eine der folgenden Schutzmaßnahmen getroffen:
• (1) Eine erste Schutzmaßnahme in Form einer sofortigen Abschaltung, bei der das System bei Erfassung eines Erdschlusses sofort abgeschaltet wird, und
• (2) eine zweite Schutzmaßnahme in Form einer verzögerten Abschaltung, bei der der Abschaltvorgang erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit nach Erfassung eines Erdschlusses erfolgt. Diese Verzögerungszeit ist im allgemeinen auf 0,5 s oder weniger eingestellt.
• Diese Schutzmaßnahmen haben jedoch folgende Nachteile:
• (1) Die Anwendung der ersten Schutzmaßnahme einer sofortigen Durchführung des Abschaltvorgangs führt auf Grund von auftretenden Störsignalen leicht zu einem fehlerhaften Betrieb. Aus diesem Grund kann die Empfindlichkeit bei der Erdschlusserfassung nicht beliebig vergrößert werden. Wenn ein solcher fehlerhafter Betrieb häufig stattfindet, verkürzt sich die Betriebslebensdauer der Abschalteinheit 24 entsprechend der Anzahl der Schaltvorgänge des mechanischen Kontaktes der Abschalteinheit 24.
• (2) Bei der zweiten Schutzmaßnahme einer Verzögerung des Abschaltvorgangs um eine vorgegebene Zeit, tritt bei einer kurzen Verzögerungszeit ebenfalls leicht ein fehlerhafter Betrieb auf, wobei sich wie im Falle der ersten Schutzmaßnahme auch hier die Empfindlichkeit bei der Erdschlusserfassung nicht beliebig steigern lässt. Wenn dagegen eine zu lange Verzögerungszeit vorgegeben wird, wird die Schutzmaßnahme selbst verzögert, sodass die angestrebte Schutzwirkung nicht erreicht werden kann.
• In der JP 7 264 873 ist eine Vorrichtung für den Erdschlussschutz einer Stromversorgungsanlage, z. B. einer Solarstromanlage, offenbart. Die Schutzvorrichtung umfasst einen Kondensator, wobei im Falle des Auftretens einer einen vorgegebenen Wert übersteigenden Gleichspannung am Kondensator auf Grund eines Leck-Gleichstroms eine Schutzeinrichtung einen Erdschluss-Ruhekontakt schließt.
• Weiterhin ist in der JP 8 280 143 eine Schutzvorrichtung offenbart, bei der im Falle einer Störung ein Wechselrichter von einer Stromversorgungsleitung getrennt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Erdschlussschutz zu schaffen, mit deren Hilfe die Ermittlung eines Erdschlusses in einer Solarzellenanordnung mit hoher Empfindlichkeit möglich ist und jegliche fehlerhafte Erdschlussermittlung zur Verhinderung eines unnötigen Abschaltens einer Solarstromanlage verhindert werden kann, sowie eine Solarstromanlage zur Verfügung zu stellen, bei der dieses Verfahren und diese Vorrichtung Verwendung finden.
• Diese Aufgabe wird durch eine Schutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie alternativ durch ein Schutzverfahren gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche oder ähnliche Teile in den Figuren und der Beschreibung bezeichnen. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Anordnung und Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Erdschlussschutzvorrichtung veranschaulicht,
• Fig. 2 ein Blockschaltbild der Anordnung einer mit einem Wechselstromnetz verbundenen Solarstromanlage,
• Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das eine von der Erdschlussschutzvorrichtung durchgeführte Schutzmaßnahme veranschaulicht,
• Fig. 4 ein Blockschaltbild der Anordnung eines Erdschlussdetektors in der Erdschlussschutzvorrichtung,
• Fig. 5 ein Ablaufdiagramm einer Schutzmaßnahme bei einer generellen Erdschlussschutzvorrichtung, und
• Fig. 6 ein Blockschaltbild, das die Anordnung und Arbeitsweise einer generellen Erdschlussschutzvorrichtung veranschaulicht.
• Nachstehend wird näher auf bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Solarstromanlage unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingegangen.
Erstes Ausführungsbeispiel Anordnung und Aufbau
• Eine für die Einspeisung in ein Wechselstromnetz geeignete erfindungsgemäße Solarstromanlage weist den gleichen Aufbau wie die im Blockschaltbild gemäß Fig. 2 gezeigte Anordnung auf. Eine Solarzellenanordnung 21 wird durch Reihen/Parallelschaltung einer Vielzahl von Solarzellenmodulen gebildet. Ein solches Solarzellenmodul weist ein fotoelektrisches Wandlerelement auf, das z. B. aus einkristallinem Silicium, Polysilicium oder amorphem Silicium besteht. Die Art der Solarzellen sowie die Anordnung und Verbindung der Solarzellen sind in Bezug auf die praktische Ausführung dieses Ausführungsbeispiels nicht sonderlich maßgebend.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die verwendete Solarzellenanordnung 21 eine Nennleistung von 3.560 W auf. Bei der Solarzellenanordnung 21 sind 14 Solarzellenmodule (Modell BS-03, hergestellt von CANON INC.) in Reihenschaltung einstückig mit einem Dachelement ausgebildet, wobei vier Module in Parallelschaltung miteinander verbunden sind.
• Ein Wechselrichter 22 hat die Funktion, unter Verwendung einer auf der Basis einer selbsttätigen Löschdiodenanordnung arbeitenden Zweiweggleichrichterschaltung die von der Solarzellenanordnung 21 erzeugte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umzusetzen und diese Wechselstromleistung über eine Abschalteinheit 24 einer kommerziellen Netzstromanlage bzw. einem Wechselstromnetz 25 zuzuführen. Der Wechselrichter 22 umfasst eine Steuer/Schutzeinheit 23, bei der ein Mikroprozessor (Mikrocomputer) Verwendung findet. Der Mikroprozessor umfasst ein Programm, das verschiedene Schutzfunktionen und eine Stromwandler-Steuerfunktion enthält. Die Funktion der erfindungsgemäßen Erdschlussschutzvorrichtung wird als eine der Schutzfunktionen in der Steuer/Schutzeinheit 23 realisiert.
• Fig. 4 zeigt in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau eines von der Steuer/Schutzeinheit 23 gebildeten Erdschlussdetektors. Gemäß Fig. 4 bezeichnen die Bezugszahlen 11 bis 15 Widerstände, die Bezugszahl 16 einen Detektor zur Erfassung des Absolutwertes einer Spannungsdifferenz, die Bezugszahl 17 einen Vergleicher zum Vergleich des Ausgangssignals des Detektors 16 mit einem Schwellenwert und die Bezugszahl 21 die Solarzellenanordnung.
• Dieser Erdschlussdetektor umfasst einen von den Widerständen 11 und 12 gebildeten Spannungsteiler sowie einen von den Widerständen 13 und 14 gebildeten Spannungsteiler, die der Solarzellenanordnung 21 parallel geschaltet sind. Ein mittlerer Anschlusspunkt A zwischen den Widerständen 11 und 12 liegt über den einen hohen Widerstandswert aufweisenden Widerstand 15 an Masse. Die Potentialdifferenz zwischen dem mittleren Anschlusspunkt A und einem mittleren Anschlusspunkt B wird von dem Detektor 16 erfasst. Wenn diese Potentialdifferenz einen Schwellenwert Vref übersteigt, wird vom Vergleicher 17 ein das Auftreten eines Erdschlusses repräsentierendes Detektionssignal abgegeben. Normalerweise haben die Widerstände R11 bis R14 den gleichen Widerstandswert, wobei zumindest die Beziehung R11 : R12 = R13 : R14 gilt.
• Wenn somit ein Erdschluss in der Solarzellenanordnung 21 auftritt, fließt ein Kurzschlussstrom über einen Kurzschlusskreis, der von der Solarzellenanordnung 21 über den Widerstand 11 und den Widerstand 15 wieder zu der Solarzellenanordnung 21 verläuft, oder einen Kurzschlusskreis, der von der Solarzellenanordnung 21 über den Widerstand 12 und den Widerstand 15 wieder zu der Solarzellenanordnung 21 verläuft. Hierbei steigt der Spannungsabfall an dem Widerstand 11 oder dem Widerstand 12 auf Grund des Kurzschlussstroms an. Der über die Widerstände 13 und 14 fließende Strom ändert sich dagegen nicht. Zwischen den mittleren Anschlusspunkten A und B entsteht somit eine dem Betrag des Kurzschlussstroms proportionale Potentialdifferenz.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Spannung Vref = 10 V als Schwellenwert zur Ermittlung der Potentialdifferenz zwischen den mittleren Anschlusspunkten A und B verwendet. Diese Messspannung entspricht einem dielektrischen Widerstand (Kurzschlusswiderstand) von ungefähr 0,5 MΩ, sodass die Erdschlussschutzvorrichtung eine beträchtlich hohe Empfindlichkeit aufweist. Üblicherweise wird die Messspannung auf 50 V oder mehr (entsprechend einem dielektrischen Widerstand von 100 kΩ oder weniger) eingestellt, d. h., die Messempfindlichkeit wird zur Verhinderung eines fehlerhaften Betriebs (einer fehlerhaften Messung bzw. Detektion) relativ niedrig eingestellt.
• Bezüglich des Detektors kann ein bekanntes Verfahren in geeigneter Form Verwendung finden, wobei z. B. die Differenz der Stromstärke zwischen den positiven und negativen Elektroden der Solarzellenanordnung 21 herangezogen werden kann.
• Das Messsignal bzw. Detektionssignal wird der Steuer/Schutzeinheit 23 zugeführt. Die Steuer/Schutzeinheit 23 umfasst meist einen Mikroprozessor, sodass das Detektionssignal im allgemeinen dem Ein-Ausgabe-Datenkanal des Mikroprozessors zugeführt wird. Der Typ des verwendeten Mikroprozessors ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen. Bei diesem Ausführungsbeispiel findet ein Mikroprozessor des Modells M 7710 der Mitsubishi Electric Corp. Verwendung.
• Fig. 1 veranschaulicht in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau und die Arbeitsweise der von der Steuer/Schutzeinheit 23 gemäß Fig. 2 gebildeten Erdschlussschutzvorrichtung. Gemäß Fig. 1 bezeichnen die Bezugszahl 1 einen Erdschluss-Detektionsabschnitt, die Bezugszahl 2 einen ersten Signaldauer- Bestätigungsabschnitt, die Bezugszahl 3 einen Gate- Sperrsignal-Erzeugungsabschnitt, die Bezugszahl 4 einen zweiten Signaldauer-Bestätigungsabschnitt und die Bezugszahl 5 einen Abschaltsignal-Erzeugungsabschnitt. Der Erdschluss-Detektionsabschnitt 1 entspricht dem Erdschlussdetektor gemäß Fig. 4.
Betriebsweise
• Erfindungsgemäß wird die Dauer des vom Erdschlussdetektor abgegebenen Detektionssignals und damit der Erdschluss- Detektionsabschnitt 1 von dem ersten Signaldauer- Bestätigungsabschnitt 2 und dem zweiten Signaldauer- Bestätigungsabschnitt 4 überprüft und auf diese Weise der Schutzbetrieb durchgeführt. Der Schutzbetrieb selbst wird in Form eines Programms des in der Steuer/Schutzeinheit 23 enthaltenen Mikroprozessors ausgeführt. Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Schutzbetriebsprogramms.
• Erfindungsgemäß wird bei Auftreten eines Erdschlusses in der Solarzellenanordnung 21 die Dauer des vom Erdschlussdetektor abgegebenen Detektionssignals zur Bestimmung der nächsten Schritte und Durchführung eines Schutzvorgangs oder Schutzbetriebs erfasst und überprüft.
• Der erste Signaldauer-Bestätigungsabschnitt 2 bestimmt auf der Basis des vom Detektionsabschnitt 1 abgegebenen Detektionssignals, ob ein Erdschluss ermittelt worden ist (Schritt S1). Wenn dies im Schritt S1 bejaht wird, wird die Weiterverarbeitung für eine vorgegebene Zeitdauer T1 unterbrochen (Schritt S2), woraufhin ermittelt wird, ob das Detektionssignal kontinuierlich abgegeben wird (Schritt S3). Wenn das Detektionssignal nach der Zeit T1 endet, kehrt der Programmablauf auf den Schritt S1 zurück. Wird dagegen das Detektionssignal kontinuierlich abgegeben, hat dies zur Folge, dass der Gate-Sperrsignal- Erzeugungsabschnitt 3 ein Gate-Sperrsignal abgibt (Schritt S4).
• Wenn der Programmablauf auf den Schritt S4 übergeht, bestimmt der zweite Signaldauer-Bestätigungsabschnitt 4 nach Verstreichen einer zweiten Zeitdauer T2, die länger als die erste Zeitdauer T1 ist (Schritt S5), ob das Detektionssignal kontinuierlich abgegeben wird (Schritt S6). Wenn dies im Schritt S6 bejaht wird, hat dies zur Folge, dass der Abschaltsignal-Erzeugungsabschnitt 5 ein Abschaltbefehlssignal abgibt (Schritt S8), und der Programmablauf geht zur Störungsverarbeitung über. Wird im Schritt S6 die Antwort NEIN erhalten, hat dies zur Folge, dass der Gate-Sperrsignal-Erzeugungsabschnitt 3 die Abgabe des Gate-Sperrsignals beendet (Schritt S7) und dass der Programmablauf zum Schritt S1 zurückkehrt.
• Ein kennzeichnendes Merkmal des erfindungsgemäßen Schutzverfahrens besteht somit darin, dass der Schutzbetrieb in zwei Stufen durchgeführt wird, nämlich in Form eines vorläufigen und eines vollständigen Erdschlussschutzes, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zeit T1 mit ungefähr 0,2 s vorgegeben, während die Zeit T2 mit ungefähr 5 s vorgegeben ist. Erfindungsgemäß konnte festgestellt werden, dass mit dieser Zeitvorgabe der Schutzbetrieb zuverlässig mit ausreichender praktischer Betriebssicherheit durchführbar ist. Spezielle Vorgaben sind hierbei jedoch nicht erforderlich, mit der Ausnahme, dass die Zeit T2 länger sein muss als die Zeit T1. In der Praxis wird jedoch die Zeit T1 vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 0,5 s vorgegeben, während T2 vorzugsweise mehrere Sekunden beträgt.
• Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel ein Erdschluss (genauer das Erdschluss-Detektionssignal) 0,2 s oder länger andauert, wird der Gate-Sperrvorgang des Wechselrichters 22 durchgeführt, um den Stromumsetzungsbetrieb des Wechselrichters 22 zu unterbrechen. Wenn sodann der Erdschluss (genauer das Erdschluss-Detektionssignal) 5 s oder länger andauert, wird nunmehr ein Abschaltvorgang ausgeführt. Erreicht die Dauer des Detektionssignals jedoch keine 5 s, wird der Gate-Sperrvorgang beendet und die Solaranlage wird wieder in den normalen Betriebszustand zurückversetzt.
• Da der Betrieb des Wechselrichters 22 frühzeitig unterbrochen wird, treten keine Sicherheitsprobleme auf. Da außerdem die Zeitgrenze bis zum Abschaltvorgang ausreichend lang bemessen werden kann, lässt sich ein fehlerhafter bzw. gestörter Betrieb der Abschalteinheit 24 auch bei erhöhter Empfindlichkeit der Erdschlussdetektion verhindern, und die Betriebslebensdauer des Kontaktes der Abschalteinheit 24 wird nicht beeinträchtigt.
• Zur näheren Erläuterung der charakteristischen Merkmale dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 auf Betrieb und Wirkungsweise einer generellen Erdschlussschutzvorrichtung eingegangen. Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsweise einer generellen Erdschlussschutzvorrichtung veranschaulicht, während Fig. 6 Aufbau und Betrieb der generellen Erdschlussschutzvorrichtung in Form eines Blockschaltbildes veranschaulicht. In Fig. 6 bezeichnen die Bezugszahl 11 einen Detektionsabschnitt zur Feststellung eines Erdschlusses, die Bezugszahl 16 einen Signalerzeugungsabschnitt zur Erzeugung eines Abschaltbefehlssignals und eines Gate-Sperrsignals und die Bezugszahl 26 eine generelle Steuer/Schutzeinheit.
• Wenn gemäß Fig. 5 von der generellen Erdschlussschutzvorrichtung in einem Schritt S11 ein Erdschluss festgestellt wird, wird ein Abschaltbefehlssignal zur Betätigung der Abschalteinheit 24 erzeugt (Schritt S12). Dieser Abschaltvorgang wird durchgeführt, wenn eine vorgegebene Zeit (0,5 s oder weniger) nach Feststellung des Erdschlusses verstrichen ist. Die Durchführung des Abschaltvorgangs nach Ablauf mehrerer Sekunden seit der Feststellung des Erdschlusses wird jedoch aus Sicherheitsgründen nicht zugelassen. Dies beruht darauf, dass der Betrieb des Wechselrichters 22 für einige Sekunden andauert. Wenn außerdem eine hohe Detektionsempfindlichkeit des Detektionsabschnitts 11 vorgegeben bzw. eingestellt ist, kann leicht ein fehlerhafter Betrieb auf Grund von Störungen auftreten. Der Abschaltvorgang erfolgt dann häufig, was die Betriebslebensdauer des Kontaktes in der Abschalteinheit 24 verkürzt.
Zweites Ausführungsbeispiel
• Bei diesem Ausführungsbeispiel findet eine Leuchtstoffröhre (100 W, gerade Röhre) als Last anstelle des Wechselstromnetzes 25 Verwendung.
• Bei einer selbstständigen bzw. unabhängigen Solarstromanlage ohne Netzeinbindung, die nicht mit dem Wechselstromnetz 25 verbunden ist, können meist viele Schutzfunktionen entfallen, die für einen mit einem Wechselstromnetz verbundenen Wechselrichter von Bedeutung sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Verwendung einer solchen unabhängigen Solarstromanlage durch Modifikation des Programms der Steuer/Schutzeinheit 23 des ersten Ausführungsbeispiels ermöglicht. Der Detektor zur Ermittlung eines Erdschlusses sowie das Schutzverfahren sind die gleichen wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels. Als Solarzellenanordnung 21 findet eine durch Reihenschaltung von 14 Polysiliciummodulen (des Typs LA361K54 der KYOCERA Corp.) gebildete Solarzellenanordnung Verwendung.
• Wenn hierbei die Elektrode eines der die Solarzellenanordnung 21 bildenden Solarzellenmodule in Berührung mit Masse gebracht wurde, um absichtlich einen Erdschluss in der Solarzellenanordnung 21 herbeizuführen, konnte bestätigt werden, dass der gleiche Schutzvorgang wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt wurde.
• Wie vorstehend beschrieben, kann somit auch bei einer unabhängigen Solarstromanlage (ohne Netzeinbindung) die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst werden.
• (1) Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Solarstromanlage lässt sich somit ein fehlerhafter Betrieb der Erdschlussschutzvorrichtung weitgehend vermeiden, sodass eine für Langzeitbetrieb geeignete Solarstromanlage hoher Zuverlässigkeit erhalten wird. Insbesondere kann hierbei eine unnötige Abschaltung der Solarstromanlage verhindert werden, während gleichzeitig eine hohe Empfindlichkeit bei der Erdschlussdetektion aufrecht erhalten werden kann. Da die Stromerzeugung nicht durch unnötige Abschaltungen verringert oder unterbrochen wird, lässt sich eine höhere Effizienz bei der Stromerzeugung der Solarstromanlage erzielen.
• (2) Da die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Erdschlussdetektion verringert wird, lässt sich auch die Anzahl der Schaltvorgänge bei der Abschalteinheit verringern und auf diese Weise eine Verkürzung der Lebensdauer des Kontaktes in der Abschalteinheit verhindern.
• (3) Da eine hohe Empfindlichkeit bei der Erdschlussdetektion aufrecht erhalten werden kann, lässt sich auch ein Erdschluss mit nur einem geringen Strom (hoher Erdschlusswiderstand) erfassen. Hierdurch wird die Betriebssicherheit der Solarstromanlage beträchtlich erhöht.
• Da viele unterschiedliche Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt.
• Wie vorstehend beschrieben, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Erdschlussschutz einer Solarstromanlage bei kontinuierlicher Detektion eines in einer Solarstromanlage auftretenden Erdschlusses für eine länger als eine Zeit T1 andauernde Zeitdauer zuerst ein Gate- Sperrsignal zur Beendigung des Betriebs eines zwischen die Solarzellenanordnung und eine Last geschalteten Wechselrichters abgegeben. Wenn der Erdschluss kontinuierlich für eine länger als eine Zeit T2 (> T1) andauernde Zeitdauer erfasst wird, wird einer Abschalteinheit ein Abschaltbefehlssignal zur Trennung des Wechselrichters von der Last zugeführt. Bei der erfindungsgemäßen Erdschlussschutzvorrichtung kann eine hohe Erdschluss-Detektionsempfindlichkeit vorgegeben bzw. eingestellt werden. Außerdem lassen sich unnötige Unterbrechungen bzw. Abschaltungen der Stromversorgungsanlage auf Grund einer fehlerhaften Erdschlussdetektion verhindern.

Claims (6)

1. Schutzvorrichtung für den Erdschlussschutz einer Solarstromanlage, mit:

einer Detektoreinrichtung (1) zur Erfassung eines Erdschlusses in einer Solarzellenanordnung (21), und

einer Schutzeinrichtung (23), die bei Erfassung eines Erdschlusses durch die Detektoreinrichtung ein Wechselrichter-Sperrsignal zur Unterbrechung des Betriebs eines zwischen die Solarzellenanordnung und eine Last geschalteten Wechselrichters und sodann ein Abschaltsignal zur Trennung des Wechselrichters von der Last erzeugt, wobei

das Wechselrichter-Sperrsignal abgegeben wird, wenn die Detektoreinrichtung den Erdschluss für eine länger als eine erste vorgegebene Zeit T1 andauernde Zeitperiode ermittelt, und das Abschaltsignal abgegeben wird, wenn der Erdschluss für eine länger als eine zweite vorgegebene Zeit T2 (> T1) andauernde Zeitperiode abgegeben wird.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abgabe des Wechselrichter-Sperrsignals von der Schutzeinrichtung (23) beendet wird, wenn der Erdschluss nicht für die Dauer der die zweite vorgegebene Zeit T2 übersteigenden Zeitperiode erfasst wird.

3. Solarstromanlage mit einer Schutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2, die außerdem einen Schalter (24) zur Verbindung/Trennung des Wechselrichters mit/von einer Last aufweist, wobei die Schutzeinrichtung das Abschaltsignal dem Schalter (24) zuführt, um den Schalter in einen geöffneten Zustand zu versetzen.

4. Wechselrichtervorrichtung zur Umsetzung einer von einer Solarzellenanordnung erzeugten Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung, mit einer Schutzvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2.

5. Schutzverfahren für den Erdschlussschutz einer Solarstromanlage, mit den Schritten:

Ermittlung (S1) eines Erdschlusses in einer Solarzellenanordnung,

Abgabe (S4) eines Wechselrichter-Sperrsignals zur Unterbrechung des Betriebs eines zwischen die Solarzellenanordnung und eine Last geschalteten Wechselrichters bei Ermittlung des Erdschlusses, und

Abgabe (S8) eines Abschaltsignals zur Trennung des Wechselrichters von der Last nach erfolgter Abgabe des Wechselrichter-Sperrsignals, wobei

das Wechselrichter-Sperrsignal abgegeben wird, wenn der Erdschluss für eine länger als eine erste vorgegebene Zeit T1 andauernde Zeitperiode erfasst wird, und das Abschaltsignal abgegeben wird, wenn der Erdschluss für eine länger als eine zweite vorgegebene Zeit T2 (> T1) andauernde Zeitperiode erfasst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Abgabe des Wechselrichter-Sperrsignals beendet wird, wenn der Erdschluss nicht während der Dauer der die zweite vorgegebene Zeit T2 übersteigenden Zeitperiode erfasst wird.