專利名稱：與太陽能系統(tǒng)有關(guān)的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種容器結(jié)構(gòu)中的包括變流器的至少一部分電部件的變流器設(shè)備，并且更特別地涉及一種其中的內(nèi)部氣候得以控制的容器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
變流器在許多應(yīng)用中用于將電能從一種形式變換為另一種形式。變流器用在例如太陽能方面。在太陽能應(yīng)用中，變流器從光生伏打板(photovoltaic panel)接收直流電壓并通常將該直流電壓變換成交流電壓。交流電壓再饋送給網(wǎng)絡(luò)。在太陽能應(yīng)用中，用于變換電壓的變流器也稱為太陽能逆變器。太陽能或風能應(yīng)用中所需要的變流器或逆變器通常放置在容器或類似的簡單的外殼中。然后，這些容器放置在實際的功率發(fā)生點附近。因此，這些容器在適于生成功率的野外或開闊地點的外部。容器或外殼以及外殼內(nèi)部的電部件使用熱交換器來冷卻或直接用來自外殼外部的空氣來冷卻。太陽能逆變器由于自然原因而循環(huán)工作。在白天，逆變器處于工作中向電網(wǎng)饋送功率。當太陽落下或當太陽能板不能產(chǎn)生足夠的功率時，逆變器完全關(guān)斷。逆變器的循環(huán)工作引起與外殼內(nèi)部的溫度和濕度有關(guān)的問題。外殼內(nèi)部的溫度顯著地變化并且溫度的重復(fù)改變引起半導(dǎo)體部件過早地壞掉。此外，容器內(nèi)部的濕度可能引起短路。凝結(jié)的水還可能在容器內(nèi)部凍結(jié)，這可能完全阻礙逆變器的工作。為了工作的安全啟動，普遍使用電加熱來保持容器空氣足夠干燥和溫暖。當內(nèi)部空氣的溫度和/或濕度移動到臨界范圍時，從獨立電源——例如直接從干線——獲得用于加熱的電。由于外部溫度變化，容器內(nèi)部的溫度改變并且半導(dǎo)體壽命由于溫度循環(huán)而變短。如果內(nèi)部空氣含有濕氣，那么在沒有控制的情況下內(nèi)部空氣可能凝結(jié)在錯誤的位置。由于包圍變流器的容器或類似的結(jié)構(gòu)不是氣密的，所以濕的空氣容易穿入容器內(nèi)部并且凝結(jié)的水引起可以導(dǎo)致系統(tǒng)的完全中斷的問題。在非常惡劣的條件下，容器內(nèi)部的溫度會明顯低于零攝氏度。在_20°C附近的溫度下沒有規(guī)定標準的電子部件。裝備可能不啟動或者裝備會由于溫度而被損壞。在這樣的情況下，需要在容器內(nèi)部加熱來將溫度保持在允許的限度內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法及一種用于實現(xiàn)該方法的設(shè)備，以克服以上問題。本發(fā)明的目的通過以獨立權(quán)利要求中所陳述的內(nèi)容為特征的方法及設(shè)備來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實施例公開在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明基于如下思想將由太陽能板提供的能量用于加熱容器內(nèi)部的器件。當從太陽能板輸出的功率不足以用來產(chǎn)生給電網(wǎng)的功率時，將該功率用于加熱容器。根據(jù)本發(fā)明獲得的另外的加熱可以用來加熱容器內(nèi)部的空氣或容器內(nèi)部的一些儲熱物質(zhì)。本發(fā)明的方法及設(shè)備的優(yōu)點是可以用成本非常高效的方案最小化溫度循環(huán)。由于減少的溫度循環(huán)，變流器結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體部件壽命更長。此外，由于可以將溫度保持在較高級別，所以極大減緩了與濕度有關(guān)的問題。


下面，將參照附圖、通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中圖I示出了本發(fā)明的實施例的簡化的框圖，以及圖2示出了作為時間的函數(shù)的所產(chǎn)生的功率的示例。
具體實施例方式圖I示出了光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡化的框圖。光生伏打板或者一組或一列這樣的板I向變流器2產(chǎn)生直流電壓。變流器基本上是逆變器，可以具有多個變換級，并且由于涉及太陽能方面，該變流器通常稱為太陽能逆變器。此變流器的目的是根據(jù)能夠從太陽能板I獲得的直流電壓來產(chǎn)生交流電壓。產(chǎn)生交流電壓，以使得交流電壓的相位和頻率與供電網(wǎng)絡(luò)3的電壓同步。傳統(tǒng)上，當從太陽能板I輸出的功率降低到不能將功率饋送給網(wǎng)絡(luò)3的級別時，變流器完全關(guān)閉。完全關(guān)閉的原因是變流器本身的損耗。損耗可以是例如變流器的額定功率的1%。在具有IMW額定功率的變流器中，損耗在IOKW的范圍內(nèi)。由于太陽能系統(tǒng)不產(chǎn)生能量，所以從網(wǎng)絡(luò)向變流器提供該能量。如果由太陽能板產(chǎn)生的功率低于變流器中的損耗，那么在沒有任何另外的功率源的情況下變流器的工作是不可能的。變流器系統(tǒng)的損耗包括風扇、放電電容器和電路板的損耗、半導(dǎo)體開關(guān)的切換損耗等等。當太陽落下或升起時，光被散射相當長的一段時間。太陽能板生成電壓，盡管此電壓不足以用于將功率饋送給電網(wǎng)(grid)。根據(jù)本發(fā)明，當太陽能板生成功率并且該功率未被饋送給電網(wǎng)時，此功率用來加熱變流器定位在其中的容器。該加熱是由其中電能被轉(zhuǎn)換成熱的電阻元件來完成的。電阻元件例如是被設(shè)計成在加熱中使用的電阻器。一旦注意到所生成的功率足以用來將該功率通過變流器饋送給電網(wǎng)，就使用變流器。例如，在太陽升起過程中，可獲得的功率逐漸增加?？梢曰诎逅傻碾妷簛泶_定已關(guān)閉的變流器被使用的點。然而，如果測量板的開路電壓以確定太陽能板是否生成足夠的功率，那么可能作出錯誤的切換。這是由于以下事實一旦加載板，如果未達到所需要的功率級別，電壓就可能顯著地降低。變流器到電網(wǎng)的錯誤切換和從電網(wǎng)到變流器的錯誤切換磨損了部件。根據(jù)本發(fā)明的實施例，測量由設(shè)備的板所生成的功率。在圖I中，塊4包括電阻元件和用于測量功率的裝置。由于板實際上加載有用來加熱容器的電阻元件，所以可以完成測量。使用測得的功率來確定功率級別是否足以用于將功率通過變流器饋送給電網(wǎng)。圖I的示例中示出了塊4如何向變流器2輸出信號P_s。基于該信號啟動變流器。測得的功率優(yōu)選地是功率的平均值或考慮了由于可能的陰天導(dǎo)致的所獲得的功率的變化的經(jīng)過濾的值。也就是說，當測得的功率超過所需要的限度時，變流器不必啟動。而一旦功率的平均值處于適合的級別，則變流器的工作就啟動?？梢酝ㄟ^對功率求積分來完成功率的平均或過濾，并且該平均或過濾給出了功率的生成的趨勢。清楚的是，當天空很陰或半陰時，由板所獲得的功率顯著地變化并且瞬時功率的測量會導(dǎo)致變流器的過早切換。由于可以基本上精確地確定啟動的時機，所以對來自板的功率的測量有助于最大化從板輸出的功率。此外，由于在變流器的工作啟動時加載板，所以實施例使得板能夠在較高的開路電壓下使用而沒有損壞變流器和/或其它部件的風險。通過在連接到變流器的直流中間電路之前和/或在啟動向電網(wǎng)饋送功率之前加載板，板的加載使得能夠降低開路電壓。
根據(jù)實施例，設(shè)備包括用于加載太陽能板和用于生成熱的至少兩個電阻器。電阻器被布置成使得一個電阻器對其中設(shè)置有變流器的容器中的空氣進行加熱，而另一個電阻器被布置成對能夠存儲熱的一些熱物質(zhì)進行加熱。優(yōu)選地，待使用的電阻器是可選擇的?？扇〉?，可以以如下方式來使用電阻器，該方式使得在太陽正在升起的早晨將由太陽能板生成的功率用于加熱容器的內(nèi)部空氣。在夜晚期間，溫度往往下降并且一些濕氣會在容器內(nèi)部的設(shè)備中凝結(jié)。通過使用散射光生成用于加熱器的功率，可以提高內(nèi)部溫度，以使得可以以更安全的方式啟動變流器。為了變流器的安全啟動，也可以使用散射光直接加熱關(guān)鍵的器件。這些關(guān)鍵的器件包括電路板、功率半導(dǎo)體開關(guān)和相似的部件。如果變流器是液體冷卻系統(tǒng)，那么還可以用散射的太陽光加熱液體。被加熱的液體對通常用液體冷卻的器件進行加熱。當太陽正在落下并且變流器不會再產(chǎn)生給電網(wǎng)的電時，將來自太陽能板的功率優(yōu)選地導(dǎo)向被布置成對熱物質(zhì)進行加熱的電阻元件。當變流器已經(jīng)在工作時，由于變流器的損耗，容器內(nèi)部的溫度很高。然而，當太陽正在落下時，溫度往往降低。因此，可取的是，將可以從太陽能板獲得的能量存儲為熱，以使得熱物質(zhì)在外部溫度很低的時間期間釋放熱。所使用的熱物質(zhì)可以是具有適合的熱屬性的任意的粒子或流體。一種可能性是使用相變材料(PCM)。添加相變材料，以用作被加熱到升高的溫度的熱物質(zhì)。每種PCM材料具有一定的相變溫度。當達到此溫度時，材料開始變相，同時保持溫度在同一級別。可以使用這樣的材料來將容器內(nèi)部的溫度保持在升高的溫度。如果期望，可以結(jié)合熱物質(zhì)添加受控的風扇?？梢砸匀缦路绞絹砜刂骑L扇，該方式使得當溫度降低到設(shè)定的級別時使用風扇。風扇增加從熱物質(zhì)的熱傳遞，以使得更迅速地從物質(zhì)到容器內(nèi)部的空氣交換熱。風扇工作所處于的溫度級別可以是外部溫度、內(nèi)部溫度或外部溫度與內(nèi)部溫度之間的溫度差。還可以單獨使用空氣濕度作為限度或使用空氣濕度和溫度一起作為限度。一種可能的限度是保持容器內(nèi)部的溫度比外部溫度高10°C，以使得相對濕度保持在60%以下。如果所存儲的熱不足以將容器內(nèi)部的溫度和/或濕度保持在期望的限度內(nèi)，那么還可以使用輔助功率源來加熱。如果例如需要電加熱器，那么電加熱器所使用的能量顯著低于在沒有熱物質(zhì)的情況下電加熱器所使用的能量。在溫度下降到低于限度之后開始使用輔助功率源，以使得首先使用來自熱物質(zhì)的熱。如果此熱不足，則開始使用輔助功率源。由于在實施例中使用兩個不同的電阻元件，所以設(shè)備具有可以用來選擇所使用的電阻元件的切換開關(guān)或類似的裝置。切換開關(guān)的工作可以基于時鐘，以使得在中午之后的時間內(nèi)將來自板的能量饋送給對熱物質(zhì)進行加熱的電阻元件并且在中午之前的時間內(nèi)將來自板的能量饋送給對容器內(nèi)部的空氣進行加熱的電阻元件。還可以應(yīng)用其他的邏輯電路。根據(jù)本發(fā)明的實施例，電阻元件對熱物質(zhì)和容器內(nèi)部的空氣二者進行加熱。因此，在此實施例中，功率的一部分用于加熱物質(zhì)而一部分用于加熱空氣。以此方式，不需要切換開關(guān)和相關(guān)聯(lián)的邏輯電路。當兩個電阻元件同時工作時，該工作可能沒有用獨立使用的電阻器的工作高效。在以上實施例中，當變流器未在工作時，僅操作用于產(chǎn)生熱的裝置。根據(jù)實施例，如果從太陽能板輸出的功率超過變流器的額定功率,則過量的功率被用于對容器內(nèi)部的熱物質(zhì)進行加熱。根據(jù)變流器中的電流測量可以注意到超過額定功率的事實。根據(jù)本發(fā)明的此實施例，可以集合來 自太陽能板的所有能量?？商娲鼗蚺c對熱物質(zhì)進行加熱一起，當從太陽能板輸出的功率超過變流器的額定功率時，將過量的功率用于干燥容器內(nèi)的空氣。例如，可以通過使用珀爾帖(Peltier)元件來干燥空氣。在容器需要冷卻的情況下，可以將來自太陽能板的過量的功率導(dǎo)向冷卻設(shè)備。此冷卻設(shè)備可以包括被饋以過量的功率的空氣源加熱泵或空氣調(diào)節(jié)器。冷卻設(shè)備進一步包括用于將功率變換成用于加熱泵或空氣調(diào)節(jié)器的適合的形式的變流器。如果加熱泵或空氣調(diào)節(jié)器能夠用從板獲得的直流功率來操作，就不需要變流器。參照圖2進一步解釋本發(fā)明。圖2示出了一天時間內(nèi)的作為時間的函數(shù)的功率的示例。在早晨，太陽升起，太陽能板開始產(chǎn)生功率。起初，所產(chǎn)生的功率23低于變流器本身的消耗(線21)，從而功率用于加熱容器結(jié)構(gòu)。在時刻tl，所產(chǎn)生的功率23超過變流器消耗的功率，從而可以啟動變流器。在圖2的示例中，超過了太陽能板的額定值，從而在時刻t2，所產(chǎn)生的功率超過變流器的容量(線22)。過量的功率可以用于加熱、冷卻或干燥。在時刻t3之后，從板輸出的功率降低，一旦功率降到線21以下，變流器就停止。如以上解釋的，來自板的剩余功率用于加熱熱物質(zhì)。應(yīng)當注意到，圖2是用于說明工作的示例并且該示例不基于任何測量或仿真。以上，結(jié)合太陽能描述了本發(fā)明，其中，容器合并有如下功率電子器件，該功率電子器件需要用于提取來自板的功率并且變換所獲得的功率以將所獲得的功率饋送給電網(wǎng)。術(shù)語“容器”應(yīng)當廣義地來理解，意思是配電亭、建筑物、柜或至少主要意在容納太陽能系統(tǒng)的功率電子設(shè)備的類似的結(jié)構(gòu)。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明顯的是，可以用各種方式實現(xiàn)所述創(chuàng)新性的概念。本發(fā)明及其實施例不限于以上描述的示例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種與太陽能系統(tǒng)有關(guān)的設(shè)備，包括太陽能板(I)和用于變換來自所述太陽能板的直流電壓的變流器(2)，所述變流器布置在容器或類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部，其特征在于，所述設(shè)備包括 用于從由所述太陽能板產(chǎn)生的能量來產(chǎn)生熱的裝置(4)，所述用于產(chǎn)生熱的裝置布置在所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部并且被布置成能夠電連接到所述太陽能板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于產(chǎn)生熱的裝置在所述變流器不工作時被操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于產(chǎn)生熱的裝置在來自所述太陽能板的功率超過所述變流器的額定功率時被操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括冷卻設(shè)備和/或干燥設(shè)備，所述冷卻設(shè)備和/或所述干燥設(shè)備在來自所述太陽能板的功率超過所述變流器的額定功率時被操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于產(chǎn)生熱的裝置包括至少一個電阻器(5)。
6.根權(quán)利要求I至5中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于產(chǎn)生熱的裝置包括兩個或更多個電阻器，所述兩個或更多個電阻器中的至少一個電阻器被布置成對所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空氣進行加熱，并且至少另一個電阻器被布置成對所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱物質(zhì)進行加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括切換開關(guān)，所述切換開關(guān)適于將來自所述太陽能板的功率導(dǎo)向被布置成對所述內(nèi)部空氣進行加熱的電阻器或者導(dǎo)向被布置成對所述熱物質(zhì)進行加熱的電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，被布置成對所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部空氣進行加熱的所述電阻器適于在所述變流器的工作被啟動之前使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于，被布置成對所述熱物質(zhì)進行加熱的所述電阻器適于在所述變流器的工作被停止之后使用。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求I至9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，被布置成對所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部空氣進行加熱的所述電阻器適于在所述變流器的工作被啟動之前使用。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求I至10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于確定饋送給所述用于產(chǎn)生熱的裝置的功率的裝置，并且所述變流器的工作適于基于所確定的功率P_s來啟動。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所確定的功率是所述功率的平均值或過濾后的值。
13.一種與太陽能系統(tǒng)有關(guān)的方法，所述太陽能系統(tǒng)包括太陽能板(I)和用于變換來自所述太陽能板的直流電壓的變流器(2)，所述變流器布置在容器或類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部，其特征在于，所述方法包括 使用用于產(chǎn)生熱的裝置(4)從由所述太陽能板產(chǎn)生的能量來產(chǎn)生熱，所述用于產(chǎn)生熱的裝置布置在所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部并且被布置成能夠電連接到所述太陽能板。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述變流器不工作時產(chǎn)生所述熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，在來自所述太陽能板的功率超過所述變流器的額定功率時產(chǎn)生所述熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求13、14或15所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生熱的步驟還包括以下步驟當太陽能在所述變流器的啟動之前可用時，用布置在所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電阻器來產(chǎn)生熱，以及 當太陽能在所述變流器的使用之后可用時，用被布置成對所述容器或所述類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱物質(zhì)進行加熱的電阻器來產(chǎn)生熱。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求13至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述變流器的啟動之前測量由所述太陽能板饋送給電阻元件的功率，以及根據(jù)所測得的功率確定是否啟動所述變流器。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述確定步驟包括以下步驟過濾或平均所測得的功率，以及根據(jù)過濾或平均后的功率確定是否啟動所述變流器。
全文摘要
一種與太陽能系統(tǒng)有關(guān)的方法及設(shè)備。該設(shè)備包括太陽能板(1)和用于變換來自太陽能板的直流電壓的變流器(2)，該變流器布置在容器或類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部。該設(shè)備還包括用于從由太陽能板產(chǎn)生的能量來產(chǎn)生熱的裝置(4)，該用于產(chǎn)生熱的裝置布置在該容器或類似的封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部并且被布置成能夠電連接到太陽能板。
文檔編號H02N6/00GK102625491SQ20121001483
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者尤卡·蒂塔寧, 蒂莫·科伊武盧奧馬, 韋莎·科伊斯蒂寧 申請人:Abb公司