專(zhuān)利名稱(chēng)：用于運(yùn)行太陽(yáng)能電池設(shè)備的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于運(yùn)行太陽(yáng)能電池設(shè)備的方法以及用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在所謂的可再生能源下，太陽(yáng)能在如下程度上具有意義例如能夠降低太陽(yáng)能電池模塊和整個(gè)設(shè)備的成本，提高能量產(chǎn)出，從而總體上產(chǎn)生的電能的單位成本接近在基于化石能源載體產(chǎn)生能量的情況下設(shè)置的經(jīng)濟(jì)尺度的值。除單個(gè)電池的光電產(chǎn)量之外，這里適宜的運(yùn)行方式、特別是耦合輸出電能的優(yōu)化的模式，也起重要的作用。在有機(jī)太陽(yáng)能電池的情況下功率吸收連續(xù)地發(fā)生，因?yàn)楣β蕛H取決于外部參數(shù)例如輻照和溫度。因此功率吸收以所謂的最大功率點(diǎn)跟蹤器而發(fā)生，其不隨時(shí)間改變地提取功率。這一方法和相應(yīng)的電路布置在EP 1 239 576 A2中說(shuō)明。在該文獻(xiàn)中建議從先前例如根據(jù)進(jìn)行中實(shí)施的電壓和電流測(cè)量的測(cè)量值和后繼的AD變換調(diào)整開(kāi)關(guān)變換器的占空因數(shù)、或者在監(jiān)視開(kāi)關(guān)變換器輸出時(shí)跟蹤占空因數(shù)而使輸出電壓或者輸出電流最大化的實(shí)際的運(yùn)行方式脫離，對(duì)簡(jiǎn)化的控制感興趣。這里根據(jù)本發(fā)明人的知識(shí)得出，由于效率依賴(lài)于時(shí)間和狀態(tài)，所以在SDSC的情況下次優(yōu)化的功率吸收和電池的電勢(shì)不能被完全利用。這會(huì)導(dǎo)致功率損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于運(yùn)行太陽(yáng)能電池設(shè)備-特別是具有有機(jī)基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池設(shè)備-的改進(jìn)的方法和用于執(zhí)行該方法的設(shè)備，其能夠在較長(zhǎng)的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間中實(shí)現(xiàn)較大的能量產(chǎn)出。該任務(wù)在其方法方面通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法解決，在其設(shè)備方面通過(guò)具有權(quán)利要求7的特征的設(shè)備解決。發(fā)明思想的適宜的改進(jìn)是各從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明包括重要的思想從迄今以時(shí)間上恒定的方式提取已經(jīng)提供的功率的實(shí)際的工作原理“最大功率點(diǎn)跟蹤”脫離。它另外包括如下思想以適宜的方式在確定類(lèi)型的太陽(yáng)能電池設(shè)備一專(zhuān)門(mén)的有機(jī)太陽(yáng)能電池以及還有SDSC類(lèi)型的專(zhuān)門(mén)的有機(jī)太陽(yáng)能電池一的電功率參數(shù)的確定的時(shí)間上的變化上調(diào)整功率耦合輸出的時(shí)間上的控制。對(duì)此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，事先確定功率耦合輸出的定義的時(shí)間程序，然后使用相應(yīng)的時(shí)間控制，或者根據(jù)本發(fā)明的第二方面，取決于時(shí)間地監(jiān)視太陽(yáng)能電池設(shè)備的決定性的狀態(tài)參量并且取決于測(cè)量結(jié)果進(jìn)行功率控制。應(yīng)該理解，所建議的設(shè)備以結(jié)構(gòu)上的特征即裝置方面反映該方法原理。也就是說(shuō)本發(fā)明考慮有機(jī)太陽(yáng)能電池的時(shí)間上的內(nèi)部變化。由此能夠把電池在較長(zhǎng)的時(shí)間期間上在較大的功率點(diǎn)處運(yùn)行，并且優(yōu)化地充分利用電池的電勢(shì)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中規(guī)定，耦合輸出的電功率周期地針對(duì)相應(yīng)預(yù)定的時(shí)間區(qū)間被減少并且相對(duì)于最大的功率值減少預(yù)定的量。這里特別可以把周期的減少與白天時(shí)間關(guān)聯(lián)，特別是作為在晚上降低功率耦合輸出來(lái)實(shí)施。也可以脫離晚上降低的原則這樣構(gòu)造時(shí)間控制程序，使得在相應(yīng)運(yùn)行的光伏設(shè)備中對(duì)于高峰需求時(shí)間提供最大的功率，而在較小需求的時(shí)間段內(nèi)回退輸出功率。在這一方面也可以短時(shí)修改功率耦合輸出的時(shí)間控制，以便例如考慮從負(fù)載高峰當(dāng)時(shí)的偏移。在這一意義上對(duì)于定義的時(shí)間程序不能理解為長(zhǎng)期的和不能改變的預(yù)定程序，相反適應(yīng)需求的短期的控制干預(yù)完全應(yīng)當(dāng)存在于本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要功率耦合輸出的中期控制適應(yīng)各太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的物理情況。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中規(guī)定，通過(guò)暫時(shí)把運(yùn)行電壓換接到為太陽(yáng)能電池設(shè)備的再生適合的值特別是到其空載電壓，控制耦合輸出的電功率。該適合的電壓值不必一定是需要的或者甚至優(yōu)選也不是空載電壓，相反從各太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)或者控制的邊界條件也可以把另外的值作為適合的而產(chǎn)生。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，作為狀態(tài)參量監(jiān)視耦合輸出的電功率自身，并且把它的被采集的測(cè)量值用于控制耦合輸出。也就是說(shuō)該實(shí)施方式具有反饋部分，并在一定的意義上表示一種調(diào)節(jié)。但是原則上也可以考慮其他的狀態(tài)參量作為用于控制的輸出基礎(chǔ)，這些狀態(tài)參量與載流子生成的機(jī)制和向外部負(fù)載的功率耦合輸出其有足夠直接的關(guān)系。它們例如可以是輸出電流-輸出電壓特性曲線的局部上升或者分段方式的變化曲線、 太陽(yáng)能電池的表面溫度等。所建議的設(shè)備的一種實(shí)施方式如此構(gòu)造，使傳感器作為用于采集耦合輸出的功率、特別是其瞬時(shí)值的功率測(cè)量設(shè)備構(gòu)造。在另一種實(shí)施方式中規(guī)定，如此在傳感器和控制裝置之間連接有閾值鑒別器，使得從傳感器輸出的對(duì)于控制裝置的輸入信號(hào)取決于是超過(guò)或者不超過(guò)狀態(tài)參量的至少一個(gè)預(yù)給定的閾值。此外可以在閾值鑒別器中實(shí)現(xiàn)一個(gè)下閾值，使得功率控制對(duì)于當(dāng)前功率的降低(在最大耦合輸出的運(yùn)行模式下)反應(yīng)。在該實(shí)施方式的一種構(gòu)型中閾值鑒別器可以多級(jí)構(gòu)造，使得取決于在預(yù)給定的多個(gè)閾值中的哪一個(gè)在確定的條件下到達(dá)“最大運(yùn)行”，每次激活多個(gè)可選擇的控制程序中的另外的。在從具有減小的功率耦合輸出的運(yùn)行方式返回過(guò)渡到“最大運(yùn)行”的情況下，多級(jí)閾值鑒別器也能夠有意義地作用，這通過(guò)取決于太陽(yáng)能電池實(shí)際達(dá)到的恢復(fù)狀態(tài)要么重新不限制地采用最大功率點(diǎn)跟蹤、要么調(diào)整具有適度提高的功率耦合輸出的運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)。對(duì)于上述和另外的實(shí)施方式，開(kāi)關(guān)控制單元的處理器控制器具有內(nèi)部的或者固定連接的用于存儲(chǔ)多個(gè)控制程序的控制程序存儲(chǔ)器是有利的，這些控制程序與確定的輸入值對(duì)應(yīng)?？刂瞥绦蚩梢怨潭ň幊?、或者例如從外部通過(guò)有線連接的或者無(wú)線的從控制中心至太陽(yáng)能電池設(shè)備的消息傳輸來(lái)提供或者可以改變。


另外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和適宜性從下面參照附圖的詳細(xì)的說(shuō)明中產(chǎn)生。附圖中圖IA和IB用太陽(yáng)能電池設(shè)備上的電壓和耦合輸出的功率隨時(shí)間變化曲線的圖形表示來(lái)示出本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例，圖2A和2B示出用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)備的示意圖，圖3示出本發(fā)明的設(shè)備的另一種實(shí)施方式的示意圖，圖4示出本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式不是在最大功率點(diǎn)(Vmpp)對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPV)模塊連續(xù)提取功率和忽略功率隨時(shí)間的減低，而是控制器在一定的時(shí)間后將工作點(diǎn)從最優(yōu)工作點(diǎn)換接到再生點(diǎn)，以便電池能夠恢復(fù)，參見(jiàn)圖IA和圖1B。由此效率再次升高到最大值。該再生點(diǎn)特別是空載電壓(U。在該再生點(diǎn)處不流過(guò)電流，由此不轉(zhuǎn)換功率。在一段恢復(fù)階段后，工作點(diǎn)再次被置于最優(yōu)工作點(diǎn)(Vmpp)。在圖IB中用點(diǎn)線或者點(diǎn)劃線以比較方式表示，在所建議的運(yùn)行模式中耦合輸出功率(平均值)在時(shí)間上的變化曲線相對(duì)于傳統(tǒng)模式(不對(duì)運(yùn)行電壓進(jìn)行周期復(fù)位)是如何的。能夠看出，通過(guò)點(diǎn)劃線表示的平均可耦合輸出功率在本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)中較高?；謴?fù)階段的長(zhǎng)度可變，例如它可以在部分或者整個(gè)晚上發(fā)生。電池由于先前的恢復(fù)階段提供最大的功率。對(duì)于電池功率隨時(shí)間的降低，控制器可以根據(jù)外部的輸入(tea、 t^)優(yōu)化地進(jìn)行反應(yīng)。然而控制器也可以通過(guò)分析時(shí)間上變化的功率和開(kāi)關(guān)持續(xù)時(shí)間的匹配，不需要外部輸入，計(jì)算在接通(On)和關(guān)斷(Off)狀態(tài)之間的盡可能最好的比例。平均說(shuō)，通過(guò)開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的功率比用傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生的功率大。雖然通過(guò)再生階段發(fā)生功率損失，但是通過(guò)更高的運(yùn)行狀態(tài)能夠過(guò)補(bǔ)償該功率損失。由此相應(yīng)于下式計(jì)算效率n
權(quán)利要求
1.用于運(yùn)行太陽(yáng)能電池設(shè)備以便從其耦合輸出功率的方法，所述太陽(yáng)能電池設(shè)備特別是具有有機(jī)基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池，其中耦合輸出的電功率根據(jù)定義的時(shí)間程序來(lái)控制，或者取決于時(shí)間地監(jiān)視太陽(yáng)能電池設(shè)備的至少一個(gè)狀態(tài)參量，并且取決于所述狀態(tài)參量的被采集的測(cè)量值來(lái)控制耦合輸出的電功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，耦合輸出的電功率周期地針對(duì)相應(yīng)預(yù)定的時(shí)間區(qū)間被減少并且相對(duì)于最大的功率值被減少預(yù)定的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述周期的減少與白天時(shí)間相關(guān)聯(lián)，特別是作為在晚上降低功率耦合輸出來(lái)實(shí)施。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，通過(guò)暫時(shí)減小運(yùn)行電壓到為太陽(yáng)能電池設(shè)備的再生適合的值、特別是到其空載電壓， 控制耦合輸出的電功率。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，作為狀態(tài)參量監(jiān)視耦合輸出的電功率自身，并且把它的被采集的測(cè)量值用于控制耦合輸出。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，以相同的時(shí)間間隔采樣地采集狀態(tài)參量的時(shí)間依賴(lài)性。
7.用于執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法的設(shè)備，其具有-控制裝置，用于在時(shí)間上控制耦合輸出的電功率，其中執(zhí)行控制程序，和-在輸入側(cè)與控制裝置連接的定時(shí)器，和/或-在輸入側(cè)與控制裝置連接的傳感器，用于取決于時(shí)間地采集狀態(tài)參量并且用于向控制裝置輸出代表采集結(jié)果的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述傳感器作為用于采集耦合輸出的功率、特別是其瞬時(shí)值的功率測(cè)量設(shè)備來(lái)構(gòu)造。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中，在所述傳感器和控制裝置之間連接有閾值鑒別器，使得從傳感器輸出的對(duì)于控制裝置的輸入信號(hào)取決于是超過(guò)或者不超過(guò)狀態(tài)參量的至少一個(gè)預(yù)給定的閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9之一所述的設(shè)備，其中，控制裝置作為處理器控制的開(kāi)關(guān)控制單元被構(gòu)造，具有內(nèi)部的或者固定連接的控制程序存儲(chǔ)器。
全文摘要
用于運(yùn)行太陽(yáng)能電池設(shè)備—特別是具有有機(jī)基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池設(shè)備—的方法，用于從該太陽(yáng)能電池設(shè)備耦合輸出功率，其中，根據(jù)定義的時(shí)間程序控制耦合輸出的電功率，或者取決于時(shí)間地監(jiān)視太陽(yáng)能電池設(shè)備的至少一個(gè)狀態(tài)參量，并且取決于狀態(tài)參量的采集的測(cè)量值控制耦合輸出的電功率。
文檔編號(hào)G05F1/67GK102549519SQ201080035460
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者G·克隆, P·米爾卡雷克, T·米爾登施坦, W·福爾茨 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司