專利名稱：用于在危險(xiǎn)情況下限制光伏設(shè)備發(fā)電機(jī)電壓的方法和光伏設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏設(shè)備，其包括用于在危險(xiǎn)情況下限制電壓的裝置。本發(fā)明尤其是涉及一種裝置，借助其可確保當(dāng)存在或可能存在對人或財(cái)產(chǎn)的危險(xiǎn)時(shí)，這種設(shè)備中的電壓或電壓差不超過一個危險(xiǎn)極限值。此外，本發(fā)明還涉及一種方法用于在危險(xiǎn)情況下限制發(fā)電機(jī)電壓。
背景技術(shù)：
隨著分散的能量供應(yīng)裝置、尤其是安裝在房屋屋頂、商業(yè)樓宇或露天園圃的太陽能設(shè)備的廣泛使用，人們越來越意識到一個問題，即在危險(xiǎn)情況下如火災(zāi)和風(fēng)暴或在維護(hù)工作中必須隨時(shí)可靠確保設(shè)備帶電壓部件的安全性。在此恰恰在危險(xiǎn)情況下，由于已經(jīng)出現(xiàn)的初步損失、如熱作用或煙霧作用使安全系統(tǒng)不能被可靠且持久地觸發(fā)或不能到達(dá)觸發(fā) 裝置，從而破壞了關(guān)斷裝置的可接近性和其有效性。因此，當(dāng)消防人員有可能受到或許尚可運(yùn)行的光伏設(shè)備的高直流電壓傷害時(shí)，消防人員就不能在例如燃燒著的房屋屋頂架上進(jìn)行滅火活動。為了保護(hù)人并且為了避免通過光伏設(shè)備的高直流電壓引起的財(cái)產(chǎn)損壞，DE102005018173提出一種裝置，其中借助靠近發(fā)電機(jī)安裝的保護(hù)裝置使設(shè)備的發(fā)電機(jī)短路。該實(shí)施方式的缺點(diǎn)在于這樣的事實(shí)，不能再向房屋和因此通過連接到發(fā)電機(jī)上的逆變器向電網(wǎng)進(jìn)行能量輸出。文獻(xiàn)DE 102006060815中公開了一種相應(yīng)配置給PV模塊的開關(guān)元件，這樣設(shè)置該開關(guān)元件，使得在開關(guān)元件被激活的狀態(tài)中相配的模塊無電壓。借助被調(diào)制到直流電壓饋電線上的高頻信號激活開關(guān)元件。在DE 102006060815所示的解決方案中也不能再通過逆變器向電網(wǎng)進(jìn)行能量輸出，因?yàn)樵谒泄_的實(shí)施例中發(fā)電機(jī)被斷電。此外，將開關(guān)元件設(shè)置在可能的多串(String)中的每個模塊上也需要不低的配線費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種裝置或方法，其可以可靠且以可接受的費(fèi)用在潛在危險(xiǎn)情況下將通過光伏設(shè)備的發(fā)電機(jī)在該設(shè)備的電導(dǎo)線中產(chǎn)生的電壓或電壓差限制到一定程度上，從而能夠采取控制危險(xiǎn)的措施且不構(gòu)成使救援人員受傷的危險(xiǎn)。由此應(yīng)能夠在電壓減小的情況下繼續(xù)通過連接到發(fā)電機(jī)的逆變器向電網(wǎng)饋入能量。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求I的特征的光伏設(shè)備和具有權(quán)利要求14的特征的方法得以解決。引用這兩個權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明其它的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備包括用于將由設(shè)備發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能饋入電網(wǎng)、尤其是交流電網(wǎng)的逆變器。在此，發(fā)電機(jī)被分為多個子串，這些子串可通過由控制裝置控制的串聯(lián)裝置被串聯(lián)。光伏設(shè)備還包括由控制裝置控制的并聯(lián)裝置，借助該并聯(lián)裝置使各個子串彼此并聯(lián)。這樣構(gòu)造該光伏設(shè)備，使得在危險(xiǎn)情況下子串的串聯(lián)被斷開并且子串被并聯(lián)。
子串分別具有多個模塊或單獨(dú)的太陽能電池，這樣配置所述模塊或太陽能電池，使得每個子串的空載電壓值不超過例如由立法者規(guī)定的危險(xiǎn)極限值。在危險(xiǎn)情況下，串聯(lián)裝置斷開子串之間的電連接，由此逆變器和子串之間的電連接中的電壓或電壓差不能再超過危險(xiǎn)極限值。在此，子串通常包括串聯(lián)的模塊，這些模塊又包括串聯(lián)的太陽能電池。根據(jù)所用的模塊類型，模塊的電壓已可如此之大，以致兩個模塊串聯(lián)時(shí)的電壓超過危險(xiǎn)極限值。在此情況下，子串也可由單個模塊構(gòu)成。子串也可由多串并聯(lián)而成，其電壓不超過危險(xiǎn)極限值。所述危險(xiǎn)極限值按區(qū)域可具有不同的規(guī)定值、例如120V，但60V和150V之間的各值、例如100V也可被規(guī)定為極限值。在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，連接到逆變器上的發(fā)電機(jī)具有至少三個待通過串聯(lián)裝置串聯(lián)的子串。以這種方式可使發(fā)電機(jī)最佳工作點(diǎn)中的發(fā)電機(jī)總電壓值大于電網(wǎng)的峰值電壓(例如350V)，由此可在不使用逆變器中的升壓轉(zhuǎn)換器的情況下向電網(wǎng)饋電。同時(shí)，各個子串的空載電壓可保持低于上述危險(xiǎn)極限值。但在三個子串中常常需要發(fā)電機(jī)在 高于使發(fā)電機(jī)電功率最大的電壓的情況下運(yùn)行，以便超過電網(wǎng)的峰值電壓。因此有利的是，使至少四個子串串聯(lián)，由此可使發(fā)電機(jī)在最大功率的工作點(diǎn)中運(yùn)行，并且各個子串的空載電壓可保持低于120V的危險(xiǎn)極限值。在其它危險(xiǎn)極限值下相應(yīng)產(chǎn)生其它數(shù)量的子串，從該數(shù)量起可實(shí)現(xiàn)所述效果。在此，串聯(lián)裝置可具有多個開關(guān)，所述開關(guān)可由控制裝置這樣控制，使得這些開關(guān)在光伏設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)中在相鄰的子串之間建立電連接，并且可在潛在危險(xiǎn)狀態(tài)中斷開該連接。并聯(lián)裝置也可像串聯(lián)裝置一樣具有多個開關(guān)。串聯(lián)裝置和并聯(lián)裝置中的開關(guān)在此可以是機(jī)械開關(guān)、例如繼電器，或半導(dǎo)體、尤其是功率半導(dǎo)體、例如MOSFET、IGBT或晶閘管。通過將串聯(lián)裝置或并聯(lián)裝置集成到逆變器殼體中一方面可實(shí)現(xiàn)安全措施的簡單安裝。同時(shí)也可在危險(xiǎn)情況下顯著提高安全措施觸發(fā)的可靠性，尤其是在所有所屬元件都被設(shè)置在逆變器殼體中時(shí)，在該殼體中所述元件至少在相當(dāng)長的時(shí)間上被保護(hù)以避免受到煙霧作用或熱作用損壞，也可防止受到發(fā)電機(jī)附近通常的氣候因素?fù)p壞。同樣，串聯(lián)裝置和/或并聯(lián)裝置也可設(shè)置在發(fā)電機(jī)上，串聯(lián)裝置和/或并聯(lián)裝置的開關(guān)元件可設(shè)置在子串上共同的單元中或單獨(dú)的單元中或設(shè)置在子串之間。與設(shè)置在逆變器上相比，設(shè)置在發(fā)電機(jī)上的優(yōu)點(diǎn)在于，可能情況下顯著降低了配線費(fèi)用。當(dāng)然，串聯(lián)裝置和/或并聯(lián)裝置也可設(shè)置在單獨(dú)的盒子中，該盒子既可位于逆變器附近，又可位于發(fā)電機(jī)附件或也可位于發(fā)電機(jī)和逆變器之間。設(shè)置在發(fā)電機(jī)和逆變器之間適合的位置上在可能情況下能夠找到保護(hù)開關(guān)裝置和配線費(fèi)用之間很好的折中。此外，由此能夠?qū)ΜF(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行加裝、擴(kuò)充或改裝。由于許多光伏設(shè)備已經(jīng)裝有通信技術(shù)、例如電力線通信或無線電技術(shù)、例如藍(lán)牙、ZigBee等且這些技術(shù)能夠與遠(yuǎn)離的通信單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此有利地確保了控制裝置和觸發(fā)裝置的可到達(dá)性以及安全系統(tǒng)措施觸發(fā)的反饋。同時(shí)，可借助唯一的觸發(fā)信號確保多個光伏設(shè)備的安全，這能夠在危險(xiǎn)情況下節(jié)省大量時(shí)間。通常，并聯(lián)裝置在串聯(lián)裝置將相鄰的子串之間的電連接斷開時(shí)被操作。在該狀態(tài)中也確保設(shè)備中出現(xiàn)的電壓或電壓差不超過危險(xiǎn)極限值。此外，在該狀態(tài)中，也可在發(fā)電機(jī)較低的電壓水平上借助逆變器繼續(xù)向電網(wǎng)饋入電功率。在此情況下，為了向電網(wǎng)饋送，首先需要借助升壓轉(zhuǎn)換器將發(fā)電機(jī)電壓轉(zhuǎn)換為足夠高的直流電壓。以這種方式例如可實(shí)現(xiàn)在需要于發(fā)電機(jī)區(qū)域中進(jìn)行較長時(shí)間的維護(hù)工作時(shí)繼續(xù)饋送，因?yàn)榭赏ㄟ^發(fā)電機(jī)電壓的減小充分降低執(zhí)行維護(hù)工作人員受傷的危險(xiǎn)。在出現(xiàn)故障警報(bào)時(shí)也可繼續(xù)饋送，以避免光伏設(shè)備能量輸出的不必要的損失。甚至在火災(zāi)情況下根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備在繼續(xù)饋送時(shí)也不會對救援人員造成危險(xiǎn)。也可想到將串聯(lián)裝置和并聯(lián)裝置的開關(guān)同時(shí)閉合，從而使連接的子串在此狀態(tài)中短路，由此也可避免因發(fā)電機(jī)電壓引起的危險(xiǎn)。作為替換方案，短路功能也可通過附加的短路裝置來實(shí)現(xiàn)，該短路裝置設(shè)置在串聯(lián)裝置和逆變器之間的饋電線之間。此外，可通過DC斷開裝置將逆變器和發(fā)電機(jī)斷開。短路裝置和DC斷開裝置在此也可具有在串聯(lián)裝置范疇中所列舉的類型的開關(guān)。此外，光伏裝置可選擇地還包括接地裝置，該接地裝置也可和串聯(lián)裝置及并聯(lián)裝置一樣具有多個開關(guān)，可這樣配置所述開關(guān)，使得其在閉合狀態(tài)中將至少一個子串的至少 一個端口接地。接地裝置在此可具有在串聯(lián)裝置范疇中所列舉的類型的開關(guān)，其在逆變器中、發(fā)電機(jī)上或發(fā)電機(jī)和逆變器之間在單元中的可能的設(shè)置相應(yīng)于串聯(lián)裝置或并聯(lián)裝置的設(shè)置。通常，接地裝置在串聯(lián)裝置將相鄰的子串之間的電連接斷開時(shí)被操作。在該狀態(tài)中，根據(jù)光伏設(shè)備部件接地或未接地，相對于地出現(xiàn)在子串上的電壓可能超過危險(xiǎn)極限值。這借助接地裝置通過在子串的端口上形成規(guī)定的電位被避免。接地裝置也可在與并聯(lián)裝置連接的情況下被激活。還可想到，通過接地裝置的開關(guān)分別將子串的兩個端口同時(shí)接地，由此被連接的子串在此狀態(tài)中通過地短路，從而也避免了因發(fā)電機(jī)電壓而引起的危險(xiǎn)。也可通過建立地與所有子串的連接實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)。串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置、接地裝置、短路裝置和DC斷開裝置由中央控制裝置根據(jù)對應(yīng)于危險(xiǎn)狀況的運(yùn)行狀態(tài)或信號的存在進(jìn)行控制。為此，控制裝置可以構(gòu)造用于識別光伏設(shè)備對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的運(yùn)行狀態(tài)、例如光伏設(shè)備電特性參數(shù)中代表危險(xiǎn)的波動。但控制裝置也可用于接收對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的信號，該信號例如在逆變器識別孤島狀況時(shí)由逆變器發(fā)出，或由單獨(dú)的傳感器裝置或通過手動應(yīng)急關(guān)斷裝置發(fā)出。信號可借助電控制導(dǎo)線、無線連接向控制裝置傳遞或通過現(xiàn)有的直流電壓導(dǎo)線或交流電壓導(dǎo)線向控制裝置傳遞。作為無線連接在此一方面使用無線電連接，但也可使用其它無線信號傳遞可能性、例如紅外線、聲波、超聲波、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，設(shè)備首先在大于危險(xiǎn)極限值的發(fā)電機(jī)電壓中運(yùn)行。在該運(yùn)行狀態(tài)中，設(shè)備通常特別高效地工作。一旦檢測出危險(xiǎn)情況，則設(shè)備減小到低于危險(xiǎn)極限值的發(fā)電機(jī)電壓上。在下述情況中可出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況或危險(xiǎn)情況出現(xiàn)孤島狀況、即逆變器與電網(wǎng)分開或電網(wǎng)被關(guān)斷時(shí)；識別出光伏設(shè)備電連接中的電弧或接地；或逆變器上的發(fā)電機(jī)斷開裝置、例如所謂的電子太陽能開關(guān)(Electronic Solar Switch)被觸發(fā)。在下述情況中也可出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況或危險(xiǎn)情況手動應(yīng)急關(guān)斷裝置被操作；識別出光伏設(shè)備電特性參數(shù)中代表危險(xiǎn)的波動；或外部傳感器、例如溫度傳感器、煙霧探測器或紅外探測器響應(yīng)。如果所述光伏設(shè)備與相鄰的其它光伏設(shè)備或逆變器或其它通信單元處于數(shù)據(jù)連接中，則對應(yīng)于危險(xiǎn)狀況的信號也可由一個設(shè)備傳遞給下一個，由此所述設(shè)備可共同響應(yīng)危險(xiǎn)狀況。盡管發(fā)電機(jī)電壓減小，但仍可繼續(xù)向光伏設(shè)備所連接的網(wǎng)路饋入電功率，其方式是被減小為低于危險(xiǎn)極限值的發(fā)電機(jī)電壓首先借助升壓轉(zhuǎn)換器被提高到足夠用于使逆變橋產(chǎn)生用于饋入電網(wǎng)的交流電壓的高直流電壓值。例如升壓轉(zhuǎn)換器可將小于120V的發(fā)電機(jī)電壓提高到大于325V的中間電路電壓上，由此可直接向公共電網(wǎng)饋入電功率。在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在光伏設(shè)備運(yùn)行于危險(xiǎn)極限值之上時(shí)，發(fā)電機(jī)的各子串在串聯(lián)中運(yùn)行，該串聯(lián)例如可通過上述串聯(lián)裝置來確保，而發(fā)電機(jī)電壓的減少則通過各子串在并聯(lián)中運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，該并聯(lián)可通過上述并聯(lián)裝置來確保。在此在檢測出危險(xiǎn)情況時(shí)，子串從串聯(lián)轉(zhuǎn)換為并聯(lián)?？蛇x擇地，該方法可額外增加一個方法步驟，在該方法步驟中，響應(yīng)檢測出的危險(xiǎn)情況在至少一個子串的至少一個端口和地之間建立電連接，由此該端口可相對于地產(chǎn)生規(guī)定的電位。這種接地例如可通過上述接地裝置加以確保。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，發(fā)電機(jī)電壓可通過逆變器的電壓調(diào)節(jié)裝置或電流調(diào)節(jié)裝置被調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的電壓。在根據(jù)本發(fā)明方法的一種經(jīng)考慮的變體中，發(fā)電機(jī)電壓可以下述方式被降低為低于危險(xiǎn)極限值使發(fā)電機(jī)的至少一個子串短路，必要時(shí)也可通過地短路。發(fā)電機(jī)的至少一部分短路也可作為附加的措施在發(fā)電機(jī)電壓首先降低到低于危險(xiǎn)極限值的值之后，例如在不能再繼續(xù)向電網(wǎng)饋入電功率時(shí)進(jìn)行。在此情況下，發(fā)電機(jī)電壓在不短路的情況下有可能上升到高于危險(xiǎn)極限值的值。例如當(dāng)逆變器檢測出孤島狀況時(shí)，可觸發(fā)短路。


本發(fā)明其它特點(diǎn)、特征和優(yōu)點(diǎn)由下述根據(jù)附圖的實(shí)施例說明中得出。附圖如下圖I為包括附加的DC斷開裝置和附加的短路裝置的根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備；圖2為包括附加的DC斷開裝置、附加的短路裝置和附加的接地裝置的另一根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備；圖3為另一根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備，其中，開關(guān)元件在逆變器中設(shè)置在共同的單元中；圖4為另一根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備，其中，開關(guān)元件在發(fā)電機(jī)處設(shè)置在共同的單元中；圖5為另一根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備，其中，開關(guān)元件在每兩個子串之間設(shè)置在單獨(dú)的單元中；圖6為另一根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備，其中，開關(guān)元件設(shè)置在單獨(dú)的、分別配置給每個子串的單元中；圖7為另一根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備，其中，開關(guān)元件設(shè)置在單獨(dú)的、分別配置給每個子串的單元中；圖8為用于在危險(xiǎn)情況下限制發(fā)電機(jī)電壓的根據(jù)本發(fā)明的方法；圖9為用于表示工作點(diǎn)移動的示例性的功率特性曲線。
具體實(shí)施方式
圖I示出光伏設(shè)備I的一種根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，該光伏設(shè)備包括逆變器20，該逆變器在交流電壓側(cè)連接到電網(wǎng)30、例如公共交流電網(wǎng)上。在逆變器20的直流電壓側(cè)逆變器借助連接導(dǎo)線120、130與發(fā)電機(jī)70連接。發(fā)電機(jī)70分為兩個子串70a、70b，這兩個子串可通過串聯(lián)裝置50的開關(guān)彼此串聯(lián)。此外，也可借助并聯(lián)裝置60將各子串彼此并聯(lián)。串聯(lián)裝置50和并聯(lián)裝置60的控制可通過控制裝置40這樣進(jìn)行，使得在逆變器的正常運(yùn)行中發(fā)電機(jī)70的子串70a、70b在串聯(lián)中與逆變橋20連接。在危險(xiǎn)情況下，控制裝置40控制串聯(lián)裝置50，使得該串聯(lián)裝置斷開兩個子串70a、70b的電連接。以該方式實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)70饋電線中電壓或電壓差的顯著降低，尤其是在相應(yīng)設(shè)計(jì)兩個子串70a、70b的情況下可避免在被接觸時(shí)在發(fā)電機(jī)70的電連接中產(chǎn)生對人構(gòu)成危險(xiǎn)的電壓或電壓差。此外，在危險(xiǎn)情況下控制裝置40控制并聯(lián)裝置60，使得該并聯(lián)裝置將兩個子串70a、70b彼此并聯(lián)。由此電流也可在危險(xiǎn)情況下繼續(xù)流向逆變器20，但卻在較低的電壓水平下。發(fā)電機(jī)70可繼續(xù)通過逆變器20向電網(wǎng)30中饋入電功率。為此，逆變器20通常具有升壓轉(zhuǎn)換器(未示出)，該升壓轉(zhuǎn)換器可將并聯(lián)的子串70a、70b的運(yùn)行電壓轉(zhuǎn)換到足夠用于將功率饋入電網(wǎng)30的高電壓上。如圖I所示，可選擇地在連接導(dǎo)線120、130之間設(shè)置短路裝置110，該短路裝置也由控制裝置40控制，并且該短路裝置可在危險(xiǎn)情況下用于連接連接導(dǎo)線120和連接導(dǎo)線130。此外，光伏設(shè)備還可在連接導(dǎo)線120、130中具有DC斷開裝置80，該DC斷開裝置也由控制裝置控制，以便將發(fā)電機(jī)70與逆變橋20斷開?？刂蒲b置40構(gòu)造用于分析光伏設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或接收從光伏設(shè)備之內(nèi)或之外傳遞給控制裝置的信號。這些信號尤其例如可由應(yīng)急斷路開關(guān)或光伏設(shè)備的監(jiān)測元件發(fā)出。在識別出對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)或在接收到對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的信號時(shí)，通過控制裝置40觸發(fā)串聯(lián)裝置50、并聯(lián)裝置60、短路裝置110和DC斷開裝置中開關(guān)的相應(yīng)控制。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種實(shí)施方案。在此，發(fā)電機(jī)70包括三個子串70a、70b、70c，所述子串借助串聯(lián)裝置50可彼此串聯(lián)。借助并聯(lián)裝置60各個子串也可相互并聯(lián)。另外，借助可選擇的接地裝置140還可將子串的端口接地。串聯(lián)裝置50、并聯(lián)裝置60和接地裝置140由控制裝置40控制。以這種方式可在光伏設(shè)備I的正常運(yùn)行中將子串70a.70b.70c的運(yùn)行電壓相加為一個大于連接在逆變橋20上的電網(wǎng)30的峰值電壓的值。在危險(xiǎn)情況下，通過借助串聯(lián)裝置50斷開子串70a、70b、70c的串聯(lián)并且借助并聯(lián)裝置60將子串并聯(lián)設(shè)置可實(shí)現(xiàn)在逆變器20和發(fā)電機(jī)70之間的電連接中僅產(chǎn)生對人無危險(xiǎn)的電壓差，并且光伏設(shè)備可同時(shí)繼續(xù)向電網(wǎng)供應(yīng)功率。如已經(jīng)在有關(guān)圖I的實(shí)施例中所述，逆變器20為此通常具有升壓轉(zhuǎn)換器(未示出)，該升壓轉(zhuǎn)換器可將并聯(lián)的子串70a、70b、70c的運(yùn)行電壓轉(zhuǎn)換到足夠用于將功率饋入電網(wǎng)30的高電壓上。以這種方式能夠使光伏設(shè)備進(jìn)入接觸安全的狀態(tài)中，且設(shè)備運(yùn)行無須完全停止。通過接地裝置140在此可附加地確保在子串的端口上相對于地存在規(guī)定的電位。這可通過操作相應(yīng)的開關(guān)、即圖2所示的接地裝置140的一部分開關(guān)來完成。在此很明顯，當(dāng)一個子串的兩個端口都接地時(shí)該子串可有效短路。在根據(jù)圖2的實(shí)施方式中，接地裝置的所有開關(guān)通過一個共同的導(dǎo)線接地。作為替換方案，接地裝置的每個開關(guān)也可分別接地。圖3示出根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方案，其中，串聯(lián)裝置50、并聯(lián)裝置60和接地裝置140的開關(guān)元件分別設(shè)置在一個共同的單元中。但在根據(jù)圖3的實(shí)施方式中，現(xiàn)在串聯(lián)裝置50、并聯(lián)裝置60、接地裝置140、短路裝置110、DC斷開裝置80和控制裝置40設(shè)置在逆變器殼體150中，由此在危險(xiǎn)情況下顯著提高了所述元件的功能可靠性。圖4示出根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方案，其中，串聯(lián)裝置50、并聯(lián)裝置60和接地裝置140的開關(guān)元件分別設(shè)置在一個共同的單元中。但在根據(jù)圖4的實(shí)施方式中，現(xiàn)在串聯(lián)裝置50、并聯(lián)裝置60、接地裝置140、短路裝置110、DC斷開裝置80和控制裝置40設(shè)置在發(fā)電機(jī)處、它們尤其是發(fā)電機(jī)70的組成部件。因此，與根據(jù)圖3的實(shí)施方式相比，用于光伏設(shè)備的配線費(fèi)用、尤其是用于發(fā)電機(jī)70和逆變器20之間的配線費(fèi)用減少。圖5示出根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方案，其中，已經(jīng)如圖4所示，串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置和接地裝置的開關(guān)元件以及短路裝置110、DC斷開裝置80和控制裝置40設(shè)置在發(fā)電機(jī)處、它們尤其是發(fā)電機(jī)70的組成部件。但串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置和接地裝置的開關(guān)元件并未像圖4的實(shí)施方式那樣分別設(shè)置在一個共同的單元中，而是在每兩個子串70a、70b、70c之間設(shè)置在單獨(dú)的單元160a、160b中，也就是說，每個單獨(dú)的單元與相鄰子串的各一個端 口連接。圖5還示出，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有這樣的實(shí)施方式，在其中，并非所有子串的所有端口都可通過可選擇的接地裝置接地。圖6示出根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方案，其中，開關(guān)元件是發(fā)電機(jī)70的組成部件。串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置和接地裝置的開關(guān)元件現(xiàn)在設(shè)置在單獨(dú)的、分別配置給一個子串70a、70b、70c的單元170a、170b、170c中，也就是說，每個單元與各一個子串的兩個端口連接。在此利用三重轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)裝置和并聯(lián)裝置，借助該三重轉(zhuǎn)換開關(guān)可根據(jù)開關(guān)位置實(shí)現(xiàn)子串70a、70b、70c的串聯(lián)、斷開串聯(lián)或并聯(lián)。代替三重轉(zhuǎn)換開關(guān)也可利用各兩個簡單的通斷開關(guān)的連接。圖7示出根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方案，其中，開關(guān)元件是發(fā)電機(jī)70的組成部件、即設(shè)置在發(fā)電機(jī)70上，并且串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置和接地裝置的開關(guān)元件設(shè)置在單獨(dú)的、分別配置給一個子串70a、70b、70c的單元170a、170b、170c中，也就是說，每個單元與各一個子串的兩個端口連接。在此以特別低的費(fèi)用利用三重轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置和接地裝置。但在該實(shí)施方式中，總體可提供的開關(guān)狀態(tài)要少于前述實(shí)施例，因?yàn)楦鶕?jù)開關(guān)位置或?qū)崿F(xiàn)子串70a、70b、70c的串聯(lián)或?qū)崿F(xiàn)子串70a、70b、70c的并聯(lián)或?qū)崿F(xiàn)子串70a、70b,70c的端口接地。該限制可通過使用多個通斷開關(guān)來代替所述轉(zhuǎn)換開關(guān)被克服。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置還有許多其它的、在此未示出的實(shí)施變體，其中大多數(shù)實(shí)施方案簡單地產(chǎn)生于前述實(shí)施例中的發(fā)電機(jī)70上、逆變器殼體150中或發(fā)電機(jī)70和逆變器20之間的開關(guān)、單元和裝置設(shè)置的改變和/或組合。此外，通過串聯(lián)裝置串聯(lián)的子串也可再次并聯(lián)，由此根據(jù)本發(fā)明的裝置也可包括多個串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置、接地裝置、短路裝置和DC斷開裝置。圖8示出相應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明方法的流程圖。在第一步驟200中，光伏設(shè)備在發(fā)電機(jī)70的大于危險(xiǎn)極限值的電壓下運(yùn)行。一旦檢測出危險(xiǎn)情況(步驟210)，則發(fā)電機(jī)70電壓被調(diào)節(jié)到危險(xiǎn)極限值以下(步驟220)。發(fā)電機(jī)電壓的調(diào)節(jié)在此可通過將發(fā)電機(jī)70的子串70a、70b、70c的串聯(lián)設(shè)置轉(zhuǎn)換為并聯(lián)設(shè)置——例如借助串聯(lián)裝置50和并聯(lián)裝置60——來實(shí)現(xiàn)。作為替換方案，發(fā)電機(jī)電壓的調(diào)節(jié)也可借助升壓轉(zhuǎn)換器的適合的控制來進(jìn)行，該升壓轉(zhuǎn)換器為逆變器的部件，逆變器設(shè)置用于將發(fā)電機(jī)70產(chǎn)生的能量饋入電網(wǎng)30中?？蛇x擇地，在下一方法步驟230中在至少一個子串70a、70b、70c的至少一個端口和地之間建立電連接。圖9示出光伏設(shè)備的兩條功率特性曲線作為發(fā)電機(jī)電壓U的函數(shù)。第一曲線340示出子串串聯(lián)時(shí)發(fā)電機(jī)功率P的曲線。在工作點(diǎn)300達(dá)到最大功率，在該工作點(diǎn)中發(fā)電機(jī)電壓值Umpp大于危險(xiǎn)極限值Uee。當(dāng)基于檢測出危險(xiǎn)狀況需要將發(fā)電機(jī)電壓值調(diào)節(jié)到低于危險(xiǎn)極限值Ugg時(shí)，發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)例如可向工作點(diǎn)330移動，該工作點(diǎn)略微小于危險(xiǎn)極限值Uee,在此饋入的功率相對于工作點(diǎn)300上最大可能的功率減少。當(dāng)在檢測出危險(xiǎn)狀況而將子串從串聯(lián)轉(zhuǎn)換為并聯(lián)時(shí)，產(chǎn)生第二功率曲線350，在該功率曲線中發(fā)電機(jī)電壓在此實(shí)施例中在整個曲線中都保持低于危險(xiǎn)極限值Ue(；。由此發(fā)電機(jī)可繼續(xù)在最大功率310的工作點(diǎn)中運(yùn)行，因而相對于串聯(lián)，能量饋送可基本上保持不變。如果發(fā)電機(jī)保持串聯(lián)、即在危險(xiǎn)情況下在工作點(diǎn)330中運(yùn)行，則需要在逆變器與電網(wǎng)分開時(shí)或在其它不能再繼續(xù)向電網(wǎng)饋入能量的情況下達(dá)到這樣一個工作點(diǎn)，在該工作點(diǎn)中發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生功率且同時(shí)發(fā)電機(jī)電壓小于危險(xiǎn)極限值Uee。該工作點(diǎn)為短路點(diǎn)320，其可通過發(fā)電機(jī)短路實(shí)現(xiàn)?！じ綀D標(biāo)記列表I光伏設(shè)備20逆變器30電網(wǎng)40控制裝置50串聯(lián)裝置60并聯(lián)裝置70發(fā)電機(jī)70a-70c 子串80DC斷開裝置110短路裝置120連接導(dǎo)線130連接導(dǎo)線140接地裝置150逆變器殼體160a、160b用于設(shè)置在子串之間的單元170a-170c用于設(shè)置在子串上的單元200、210、220方法步驟230方法步驟300最大功率的第一工作點(diǎn)310最大功率的第二工作點(diǎn)320短路點(diǎn)330第三工作點(diǎn)340第一功率特性曲線350第二功率特性曲線
權(quán)利要求
1.一種光伏設(shè)備(I)，包括連接到逆變器(20)上的、具有多個子串(70a、70b、70c)的發(fā)電機(jī)(70)，其特征在于，所述光伏設(shè)備(I)包括控制裝置(40)、用于使子串(70a、70b、70c)串聯(lián)的串聯(lián)裝置(50)和用于使子串(70a、70b、70c)并聯(lián)的并聯(lián)裝置(60)，其中該串聯(lián)裝置(50 )由控制裝置(40 )這樣控制，使得該串聯(lián)裝置在危險(xiǎn)情況下斷開子串(70a、70b、70c )的串聯(lián)，并且該并聯(lián)裝置(60)由控制裝置(40)這樣控制，使得該并聯(lián)裝置在危險(xiǎn)情況下使子串(70a、70b、70c)并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的光伏設(shè)備，其特征在于，所述光伏設(shè)備(I)還包括接地裝置(140)，該接地裝置可由控制裝置(40)這樣控制，使得該接地裝置在危險(xiǎn)情況下能夠使至少一個子串(70a、70b、70c)的至少一個端口接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的光伏設(shè)備，其特征在于，這樣確定所述子串(70a、70b、70c)的規(guī)格，使得所述子串的最大電壓小于120伏。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(70)具有至少三個子串(70a、70b、70c)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述光伏設(shè)備(I)還包括短路裝置(110 )，該短路裝置可由控制裝置(40 )控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述光伏設(shè)備(I)還包括DC斷開裝置(80)，該DC斷開裝置可由控制裝置(40)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述串聯(lián)裝置(50)、并聯(lián)裝置(60)和/或接地裝置(140)的開關(guān)元件分別設(shè)置在一個共同的單元中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述串聯(lián)裝置(50)的、并聯(lián)裝置(60)的和/或接地裝置(140)的開關(guān)元件設(shè)置在每兩個子串(70a、70b、70c)之間單獨(dú)的單元中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述串聯(lián)裝置(50)的、并聯(lián)裝置(60)的和/或接地裝置(140)的開關(guān)元件設(shè)置在單獨(dú)的、分別配置給一個子串(70a、70b、70c)的單元中。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9之一的光伏設(shè)備，其特征在于，包括串聯(lián)裝置(50)、DC斷開裝置(80)、短路裝置(110)、并聯(lián)裝置(60)和接地裝置(140)的組中的至少一個元件包括繼電器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10之一的光伏設(shè)備，其特征在于，包括串聯(lián)裝置(50)、DC斷開裝置(80)、短路裝置(110)、并聯(lián)裝置(60)和接地裝置(140)的組中的至少一個元件包括半導(dǎo)體開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至11之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置(40)構(gòu)造用于識別光伏設(shè)備的對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的運(yùn)行狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12之一的光伏設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置(40)構(gòu)造用于接收對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的信號，該信號通過控制導(dǎo)線、無線連接或通過連接導(dǎo)線(120、130)被傳遞給子串(70a、70b、70c)或電網(wǎng)(30)。
14.一種用于在危險(xiǎn)情況下限制光伏設(shè)備發(fā)電機(jī)(70)電壓的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 一在發(fā)電機(jī)電壓大于危險(xiǎn)極限值的情況下運(yùn)行光伏設(shè)備；一檢測危險(xiǎn)情況； 一響應(yīng)于檢測出的危險(xiǎn)情況，將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的值包括將發(fā)電機(jī)(70)子串(70a、70b、70c)的串聯(lián)設(shè)置轉(zhuǎn)換為并聯(lián)設(shè)置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，響應(yīng)于檢測出的危險(xiǎn)情況，所述方法附加地包括將至少一個子串(70a、70b、70c)的至少一個端口與地建立電連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16之一的方法，其特征在于，借助升壓轉(zhuǎn)換器將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的值，該升壓轉(zhuǎn)換器將發(fā)電機(jī)電壓轉(zhuǎn)換為逆變器(20)預(yù)定的輸入電壓值。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17之一的方法，其特征在于，檢測下述危險(xiǎn)情況之一 一出現(xiàn)孤島狀況； 一識別出光伏設(shè)備(I)電連接中的電??； -識別出光伏設(shè)備(I)電連接中的接地； 一觸發(fā)發(fā)電機(jī)斷開裝置； 一觸發(fā)手動應(yīng)急關(guān)斷裝置； 一外部傳感器裝置響應(yīng)； 一識別出光伏設(shè)備(I)電特性參數(shù)中代表危險(xiǎn)的變化； 一接收與所述光伏設(shè)備處于數(shù)據(jù)連接中的另一光伏設(shè)備或另一逆變器(20)的對應(yīng)于危險(xiǎn)情況的另一個信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18之一的方法，其特征在于，所述危險(xiǎn)極限值在60伏和150伏之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19之一的方法，其特征在于，在將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的值的過程中，光伏設(shè)備仍繼續(xù)向與該光伏設(shè)備連接的電網(wǎng)(30)饋入功率。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至20之一的方法，其特征在于，將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的值包括使發(fā)電機(jī)(70)的子串(70a、70b、70c)短路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏設(shè)備，包括連接到逆變器(20)上的、具有多個子串(70a、70b、70c)的發(fā)電機(jī)(70)，所述光伏設(shè)備包括控制裝置(40)、用于使子串串聯(lián)的串聯(lián)裝置(50)和用于使子串并聯(lián)的并聯(lián)裝置(60)，其中該串聯(lián)裝置(50)由控制裝置(40)這樣控制，使得該串聯(lián)裝置在危險(xiǎn)情況下斷開子串的串聯(lián)，并且該并聯(lián)裝置(60)由控制裝置(40)這樣控制，使得該并聯(lián)裝置在危險(xiǎn)情況下使子串并聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種用于在危險(xiǎn)情況下限制光伏設(shè)備發(fā)電機(jī)(70)電壓的方法，其特征在于，光伏設(shè)備首先在大于危險(xiǎn)極限值的發(fā)電機(jī)電壓中運(yùn)行。響應(yīng)于檢測出的危險(xiǎn)情況，將發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)為低于危險(xiǎn)極限值的值。
文檔編號H01L31/02GK102939661SQ201180029268
公開日2013年2月20日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月3日
發(fā)明者M·維克托, G·貝藤沃特, F·格賴澤, A·黑林, J·拉申斯基, B·恩格爾 申請人:Sma太陽能技術(shù)股份公司