專利名稱：用于在危險情況下限制光伏設(shè)備發(fā)電機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，借助其可確保當存在或可能存在對人或財產(chǎn)的危險時，這種設(shè)備中的電壓或電壓差不超過一個危險極限值。此外，本發(fā)明還涉及一種方法用于在危險情況下限制發(fā)電機電壓。
背景技術(shù)：
隨著分散的能量供應裝置、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，即在危險情況下如火災和風暴或在維護工作中必須隨時可靠確保設(shè)備帶電壓部件的安全性。在此恰恰在危險情況下，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，當消防人員有可能受到或許尚可運行的光伏設(shè)備的高直流電壓傷害時，消防人員就不能在例如燃燒著的房屋屋頂架上進行滅火活動。為了保護人并且為了避免通過光伏設(shè)備的高直流電壓引起的財產(chǎn)損壞，DE102005018173提出一種裝置，其中借助靠近發(fā)電機安裝的保護裝置使設(shè)備的發(fā)電機短路。該實施方式的缺點在于這樣的事實，不能再向房屋和因此通過連接到發(fā)電機上的逆變器向電網(wǎng)進行能量輸出。文獻DE 102006060815中公開了一種相應配置給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)進行能量輸出，因為在所有公開的實施例中發(fā)電機被斷電。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用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的任務在于提出一種裝置或方法，其可以可靠且以可接受的費用在潛在危險情況下將通過光伏設(shè)備的發(fā)電機在該設(shè)備的電導線中產(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的措施且不構(gòu)成使救援人員受傷的危險。由此應能夠在電壓減小的情況下繼續(xù)通過連接到發(fā)電機的逆變器向電網(wǎng)饋入能量。該任務通過具有權(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)定的危險極限值。在危險情況下，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)時的電壓超過危險極限值。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，其電壓不超過危險極限值。所述危險極限值按區(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)選的實施方式中，連接到逆變器上的發(fā)電機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)電機最佳工作點中的發(fā)電機總電壓值大于電網(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，各個子串的空載電壓可保持低于上述危險極限值。但在三個子串中常常需要發(fā)電機在 高于使發(fā)電機電功率最大的電壓的情況下運行，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)電機在最大功率的工作點中運行，并且各個子串的空載電壓可保持低于120V的危險極限值。在其它危險極限值下相應產(chǎn)生其它數(shù)量的子串，從該數(shù)量起可實現(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)在此可以是機械開關(guān)、例如繼電器，或半導體、尤其是功率半導體、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現(xiàn)安全措施的簡單安裝。同時也可在危險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，在該殼體中所述元件至少在相當長的時間上被保護以避免受到煙霧作用或熱作用損壞，也可防止受到發(fā)電機附近通常的氣候因素損壞。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)電機上的優(yōu)點在于，可能情況下顯著降低了配線費用。當然，串聯(lián)裝置和/或并聯(lián)裝置也可設(shè)置在單獨的盒子中，該盒子既可位于逆變器附近，又可位于發(fā)電機附件或也可位于發(fā)電機和逆變器之間。設(shè)置在發(fā)電機和逆變器之間適合的位置上在可能情況下能夠找到保護開關(guān)裝置和配線費用之間很好的折中。此外，由此能夠?qū)ΜF(xiàn)有設(shè)備進行加裝、擴充或改裝。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)、例如藍牙、ZigBee等且這些技術(shù)能夠與遠離的通信單元進行數(shù)據(jù)交換，因此有利地確保了控制裝置和觸發(fā)裝置的可到達性以及安全系統(tǒng)措施觸發(fā)的反饋。同時，可借助唯一的觸發(fā)信號確保多個光伏設(shè)備的安全，這能夠在危險情況下節(jié)省大量時間。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極限值。此外，在該狀態(tài)中，也可在發(fā)電機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)電機電壓轉(zhuǎn)換為足夠高的直流電壓。以這種方式例如可實現(xiàn)在需要于發(fā)電機區(qū)域中進行較長時間的維護工作時繼續(xù)饋送，因為可通過發(fā)電機電壓的減小充分降低執(zhí)行維護工作人員受傷的危險。在出現(xiàn)故障警報時也可繼續(xù)饋送，以避免光伏設(shè)備能量輸出的不必要的損失。甚至在火災情況下根據(jù)本發(fā)明的光伏設(shè)備在繼續(xù)饋送時也不會對救援人員造成危險。也可想到將串聯(lián)裝置和并聯(lián)裝置的開關(guān)同時閉合，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)電機電壓引起的危險。作為替換方案，短路功能也可通過附加的短路裝置來實現(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)電機上或發(fā)電機和逆變器之間在單元中的可能的設(shè)置相應于串聯(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)電機電壓而引起的危險。也可通過建立地與所有子串的連接實現(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)對應于危險狀況的運行狀態(tài)或信號的存在進行控制。為此，控制裝置可以構(gòu)造用于識別光伏設(shè)備對應于危險情況的運行狀態(tài)、例如光伏設(shè)備電特性參數(shù)中代表危險的波動。但控制裝置也可用于接收對應于危險情況的信號，該信號例如在逆變器識別孤島狀況時由逆變器發(fā)出，或由單獨的傳感器裝置或通過手動應急關(guān)斷裝置發(fā)出。信號可借助電控制導線、無線連接向控制裝置傳遞或通過現(xiàn)有的直流電壓導線或交流電壓導線向控制裝置傳遞。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、機械執(zhí)行機構(gòu)、液壓執(zhí)行機構(gòu)或氣動執(zhí)行機構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，設(shè)備首先在大于危險極限值的發(fā)電機電壓中運行。在該運行狀態(tài)中，設(shè)備通常特別高效地工作。一旦檢測出危險情況，則設(shè)備減小到低于危險極限值的發(fā)電機電壓上。在下述情況中可出現(xiàn)危險狀況或危險情況出現(xiàn)孤島狀況、即逆變器與電網(wǎng)分開或電網(wǎng)被關(guān)斷時；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)危險狀況或危險情況手動應急關(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。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，則對應于危險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)備可共同響應危險狀況。盡管發(fā)電機電壓減小，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極限值的發(fā)電機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)選的實施方式中，在光伏設(shè)備運行于危險極限值之上時，發(fā)電機的各子串在串聯(lián)中運行，該串聯(lián)例如可通過上述串聯(lián)裝置來確保，而發(fā)電機電壓的減少則通過各子串在并聯(lián)中運行實現(xiàn)，該并聯(lián)可通過上述并聯(lián)裝置來確保。在此在檢測出危險情況時，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，響應檢測出的危險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)明的另一實施方式，發(fā)電機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)電機電壓可以下述方式被降低為低于危險極限值使發(fā)電機的至少一個子串短路，必要時也可通過地短路。發(fā)電機的至少一部分短路也可作為附加的措施在發(fā)電機電壓首先降低到低于危險極限值的值之后，例如在不能再繼續(xù)向電網(wǎng)饋入電功率時進行。在此情況下，發(fā)電機電壓在不短路的情況下有可能上升到高于危險極限值的值。例如當逆變器檢測出孤島狀況時，可觸發(fā)短路。


本發(fā)明其它特點、特征和優(yōu)點由下述根據(jù)附圖的實施例說明中得出。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)置在單獨的、分別配置給每個子串的單元中；圖8為用于在危險情況下限制發(fā)電機電壓的根據(jù)本發(fā)明的方法；圖9為用于表示工作點移動的示例性的功率特性曲線。
具體實施方式
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)逆變器借助連接導線120、130與發(fā)電機70連接。發(fā)電機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這樣進行，使得在逆變器的正常運行中發(fā)電機70的子串70a、70b在串聯(lián)中與逆變橋20連接。在危險情況下，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。以該方式實現(xiàn)發(fā)電機70饋電線中電壓或電壓差的顯著降低，尤其是在相應設(shè)計兩個子串70a、70b的情況下可避免在被接觸時在發(fā)電機70的電連接中產(chǎn)生對人構(gòu)成危險的電壓或電壓差。此外，在危險情況下控制裝置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情況下用于連接連接導線120和連接導線130。此外，光伏設(shè)備還可在連接導線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。在識別出對應于危險情況的運行狀態(tài)時或在接收到對應于危險情況的信號時，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)的相應控制。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種實施方案。在此，發(fā)電機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的正常運行中將子串70a.70b.70c的運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)置可實現(xiàn)在逆變器20和發(fā)電機70之間的電連接中僅產(chǎn)生對人無危險的電壓差，并且光伏設(shè)備可同時繼續(xù)向電網(wǎng)供應功率。如已經(jīng)在有關(guān)圖I的實施例中所述，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)備進入接觸安全的狀態(tài)中，且設(shè)備運行無須完全停止。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，當一個子串的兩個端口都接地時該子串可有效短路。在根據(jù)圖2的實施方式中，接地裝置的所有開關(guān)通過一個共同的導線接地。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)電機處、它們尤其是發(fā)電機70的組成部件。因此，與根據(jù)圖3的實施方式相比，用于光伏設(shè)備的配線費用、尤其是用于發(fā)電機70和逆變器20之間的配線費用減少。圖5示出根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實施方案，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)電機處、它們尤其是發(fā)電機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)置在單獨的單元160a、160b中，也就是說，每個單獨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)明裝置的另一實施方案，其中，開關(guān)元件是發(fā)電機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)明裝置的另一實施方案，其中，開關(guān)元件是發(fā)電機70的組成部件、即設(shè)置在發(fā)電機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。在此以特別低的費用利用三重轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)了串聯(lián)裝置、并聯(lián)裝置和接地裝置。但在該實施方式中，總體可提供的開關(guān)狀態(tài)要少于前述實施例，因為根據(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、在此未示出的實施變體，其中大多數(shù)實施方案簡單地產(chǎn)生于前述實施例中的發(fā)電機70上、逆變器殼體150中或發(fā)電機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70的大于危險極限值的電壓下運行。一旦檢測出危險情況(步驟210)，則發(fā)電機70電壓被調(diào)節(jié)到危險極限值以下(步驟220)。發(fā)電機電壓的調(diào)節(jié)在此可通過將發(fā)電機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——來實現(xiàn)。作為替換方案，發(fā)電機電壓的調(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)電機電壓U的函數(shù)。第一曲線340示出子串串聯(lián)時發(fā)電機功率P的曲線。在工作點300達到最大功率，在該工作點中發(fā)電機電壓值Umpp大于危險極限值Uee。當基于檢測出危險狀況需要將發(fā)電機電壓值調(diào)節(jié)到低于危險極限值Ugg時，發(fā)電機的工作點例如可向工作點330移動，該工作點略微小于危險極限值Uee,在此饋入的功率相對于工作點300上最大可能的功率減少。當在檢測出危險狀況而將子串從串聯(lián)轉(zhuǎn)換為并聯(lián)時，產(chǎn)生第二功率曲線350，在該功率曲線中發(fā)電機電壓在此實施例中在整個曲線中都保持低于危險極限值Ue(；。由此發(fā)電機可繼續(xù)在最大功率310的工作點中運行，因而相對于串聯(lián)，能量饋送可基本上保持不變。如果發(fā)電機保持串聯(lián)、即在危險情況下在工作點330中運行，則需要在逆變器與電網(wǎng)分開時或在其它不能再繼續(xù)向電網(wǎng)饋入能量的情況下達到這樣一個工作點，在該工作點中發(fā)電機不產(chǎn)生功率且同時發(fā)電機電壓小于危險極限值Uee。該工作點為短路點320，其可通過發(fā)電機短路實現(xiàn)。·附圖標記列表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70a-70c 子串80DC斷開裝置110短路裝置120連接導線130連接導線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310最大功率的第二工作點320短路點330第三工作點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(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(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)備的對應于危險情況的運行狀態(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)造用于接收對應于危險情況的信號，該信號通過控制導線、無線連接或通過連接導線(120、130)被傳遞給子串(70a、70b、70c)或電網(wǎng)(30)。
14.一種用于在危險情況下限制光伏設(shè)備發(fā)電機(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)電機電壓大于危險極限值的情況下運行光伏設(shè)備；一檢測危險情況； 一響應于檢測出的危險情況，將發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)為低于危險極限值的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，將發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)為低于危險極限值的值包括將發(fā)電機(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，響應于檢測出的危險情況，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)電機電壓調(diào)節(jié)為低于危險極限值的值，該升壓轉(zhuǎn)換器將發(fā)電機電壓轉(zhuǎn)換為逆變器(20)預定的輸入電壓值。
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)電機斷開裝置； 一觸發(fā)手動應急關(guān)斷裝置； 一外部傳感器裝置響應； 一識別出光伏設(shè)備(I)電特性參數(shù)中代表危險的變化； 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)的對應于危險情況的另一個信號。
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)電機電壓調(diào)節(jié)為低于危險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)電機電壓調(diào)節(jié)為低于危險極限值的值包括使發(fā)電機(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(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)裝置在危險情況下使子串并聯(lián)。本發(fā)明還涉及一種用于在危險情況下限制光伏設(shè)備發(fā)電機(70)電壓的方法，其特征在于，光伏設(shè)備首先在大于危險極限值的發(fā)電機電壓中運行。響應于檢測出的危險情況，將發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)為低于危險極限值的值。
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