太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種用于產(chǎn)生待饋送至多相電網(wǎng)（NE）的電力的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備（11），所述太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備包括多個(gè)光伏串（13，13b，13c），每個(gè)串都經(jīng)由相應(yīng)逆變器（15）聯(lián)接至不同相（L1，L2，L3），所述相連接至電源變壓器（14）的初級(jí)側(cè)，其中所述逆變器（15）用于將通過(guò)所述光伏模塊（12）產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成與所述電網(wǎng)一致的交流電源電壓，并且其中所述電源變壓器（14）設(shè)置有中性導(dǎo)體（N）和接地端子（PE）。尤其是在薄膜模塊的情況下，改進(jìn)所述太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備（11）來(lái)提高所述光伏模塊的壽命，從而允許所述逆變器在低布線(xiàn)成本下獲得高轉(zhuǎn)換效率。這一點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式是：將附加直流電壓源（6）插在中性導(dǎo)體（N）與大地（PE）之間或所述相（L1，L2，L3）中的一者與大地（PE）之間，使得所述光伏串（13a，13b，13c）的電勢(shì)轉(zhuǎn)移并且偏置電壓被設(shè)定為不是零伏的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，所述太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備包括:用于產(chǎn)生待饋送到多相電網(wǎng)中的電力的多個(gè)光伏模塊；分配給不同相位的若干光伏串，所述光伏串連接至電源變壓器的初級(jí)側(cè)；以及至少一個(gè)逆變器，所述逆變器用于將光伏模塊中產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成被提供的與電網(wǎng)一致的交流電網(wǎng)電壓，并且電源變壓器設(shè)置有中性導(dǎo)體和接地端子或僅設(shè)置有接地端子。
【背景技術(shù)】
[0002]也稱(chēng)為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的太陽(yáng)能設(shè)備包括多個(gè)太陽(yáng)能模塊和一個(gè)或多個(gè)逆變器。起到發(fā)電機(jī)作用的光伏模塊串聯(lián)連接以形成所謂的串。若干串可并聯(lián)連接。逆變器構(gòu)造成直接或經(jīng)由聯(lián)合電源變壓器向電網(wǎng)饋電。原則上，可以采用單相或多相逆變器，尤其是三相逆變器。
[0003]已知將單相逆變器布置成在多相電源變壓器的任意單相中發(fā)生饋電。對(duì)于每一相而言都存在至少一個(gè)逆變器。逆變器經(jīng)開(kāi)關(guān)(特別是接觸器)連接至各相或?qū)wL1、L2、L3，并因此連接至變壓器的初級(jí)側(cè)。
[0004]在初級(jí)側(cè)上，變壓器線(xiàn)圈可星形連接。中點(diǎn)然后可連接至中性導(dǎo)體“N”。中性導(dǎo)體N還可連接至大地(PE)。次級(jí)側(cè)的線(xiàn)圈優(yōu)選以三角形連接構(gòu)成。
[0005]如果使用多相逆變器(更具體地為三相逆變器)，則逆變器的輸出部經(jīng)由接觸器連接至導(dǎo)體L1、L2、L3。
[0006]一些光伏模塊(尤其是薄膜模塊)優(yōu)選以在電池處避免的電場(chǎng)強(qiáng)度的特定取向的方式操作。否則，這些模塊可能發(fā)生過(guò)早老化，從而導(dǎo)致壽命較短。
[0007]一種已知的方案是將光伏發(fā)電機(jī)的一個(gè)端子(例如負(fù)極端子)接地。結(jié)果，在模塊的電池處僅產(chǎn)生具有預(yù)定接地極性的電壓。但是，模塊的接地使得必須使用電流分離逆變器(例如包括變壓器的逆變器)或特定拓?fù)涞臒o(wú)變壓器式逆變器。兩種逆變器都在內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)極性的輸入電壓以便能夠向電網(wǎng)饋電。這導(dǎo)致這些逆變器的轉(zhuǎn)換效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一個(gè)目的是以如下方式改進(jìn)上述類(lèi)型的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備:在發(fā)電機(jī)端子處提供預(yù)定極性的電壓以便改善光伏模塊的長(zhǎng)效性，特別是在薄膜模塊的情況下，仍允許逆變器在低布線(xiàn)成本下獲得高轉(zhuǎn)換效率。
[0009]按照一種變型，上述目的的解決方案在于:在中性導(dǎo)體與大地之間插入附加直流電壓源，使得光伏串的電勢(shì)轉(zhuǎn)移并以變化的方式將偏置電壓設(shè)置零伏。
[0010]根據(jù)另一種變型，在其中一種相位與大地之間插入附加直流電壓源，使得光伏串的電勢(shì)轉(zhuǎn)移并以變化的方式將偏置電壓設(shè)定為零伏。
[0011]因此，本發(fā)明提供了一種用于經(jīng)由電源變壓器將通過(guò)多個(gè)光伏串產(chǎn)生的電力饋送到多相電網(wǎng)(NE)中的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，所述電源變壓器包括具有中性導(dǎo)體(N)的初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和接地端子(PE)，其中所述多個(gè)光伏串中的每一者都連接至相應(yīng)逆變器并且所述相應(yīng)逆變器再經(jīng)相應(yīng)相(LI，L2，L3)連接至所述初級(jí)線(xiàn)圈，其特征在于，直流電壓源通過(guò)第一端子連接至所述中性導(dǎo)體(N)并通過(guò)第二端子連接至所述接地端子(PE)，由此通過(guò)非零的偏置電壓來(lái)轉(zhuǎn)移所述光伏串的電勢(shì)。
[0012]另外，本發(fā)明還提供了一種用于經(jīng)由電源變壓器將通過(guò)多個(gè)光伏串產(chǎn)生的電力饋送到多相電網(wǎng)(NE)中的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，所述電源變壓器包括具有初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和接地端子(PE)，其中所述多個(gè)光伏串中的每一個(gè)都連接至相應(yīng)逆變器并且所述相應(yīng)逆變器再經(jīng)相應(yīng)相(LI，L2，L3)連接至所述初級(jí)線(xiàn)圈，其特征在于，直流電壓源通過(guò)第一端子連接至所述相中的一者(LI，L2，L3)并通過(guò)第二端子連接至所述接地端子(PE)，由此通過(guò)非零的偏置電壓來(lái)轉(zhuǎn)移所述光伏串的電勢(shì)。
[0013]本發(fā)明的方案提供了防止電場(chǎng)強(qiáng)度的不利取向、從而避免模塊的過(guò)早老化的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)具體優(yōu)點(diǎn)在于可采用優(yōu)選接地操作的光伏發(fā)電機(jī)。而且，本發(fā)明的電路布置可與本身需要電源變壓器的大型設(shè)備中的所有逆變器拓?fù)渎?lián)用。因此，不需要存在專(zhuān)用逆變器。
[0015]按照本發(fā)明，獲得一種具有至少一個(gè)電源變壓器的太陽(yáng)能設(shè)備，附加直流電壓源插入中性導(dǎo)體(N)與大地(PE)之間，使得光伏串的所述一個(gè)端子的電勢(shì)被設(shè)定為不是零伏，優(yōu)選大于零伏的電勢(shì)。不過(guò)，該電勢(shì)也可以是負(fù)電壓。在量級(jí)和極性上，偏置電壓相對(duì)于諸如大地電勢(shì)等基準(zhǔn)電勢(shì)調(diào)節(jié)光伏串的電勢(shì)。
[0016]而且，本發(fā)明在不使用電流隔離逆變器或特定電路拓?fù)涞臒o(wú)變壓器式逆變器的情況下解決了接地問(wèn)題。
[0017]使用不具有中性導(dǎo)體的、向電網(wǎng)饋電的三相逆變器布置結(jié)構(gòu)，直流電壓源可以插在三相L1、L2、L3中的一者與PE之間。使用與包括中性導(dǎo)體的電網(wǎng)結(jié)合的三相逆變器布置結(jié)構(gòu)，直流電壓源可以連接在中性導(dǎo)體與PE之間。變壓器的中點(diǎn)連接至中性導(dǎo)體。同樣，電源變壓器可以是多相變壓器。
[0018]在從屬權(quán)利要求中敘述本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施方案。
[0019]在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，設(shè)置直流電壓源的電流監(jiān)視裝置來(lái)檢測(cè)接地故障。這允許在電路方面以很小的開(kāi)支額外監(jiān)視諸如絕緣不良等接地故障，因?yàn)橥ㄏ騊E的同一個(gè)電流路徑既可以同時(shí)用于提升電勢(shì)和測(cè)量電流。
[0020]通過(guò)相應(yīng)地偏置電源中點(diǎn)，可以獲得發(fā)電機(jī)的所有光伏電池的單極偏置電壓，SP使它們經(jīng)無(wú)變壓器式逆變器饋電。因此，利用諸如薄膜模塊或具有非晶態(tài)電池的模塊等感應(yīng)光伏模塊，也可以在高性能光伏設(shè)備中高效地使用無(wú)變壓器式逆變器。因此，有利的是所述多個(gè)光伏串包括薄膜模塊并且將每一個(gè)逆變器都實(shí)施為無(wú)變壓器式逆變器。
[0021]在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，每一相都使用一個(gè)逆變器。當(dāng)發(fā)電設(shè)備發(fā)電量高時(shí)，使用若干單向逆變器是有益的。單向逆變器常常不具備電流隔離。逆變器布置成使得在多相變壓器的每一相中發(fā)生饋電。每一相都設(shè)置至少一個(gè)逆變器。這些逆變器可連接至N導(dǎo)體和/或PE導(dǎo)體，使得尤其是在不具備電流隔離的逆變器的情況下，不需要另外將模塊接地，因?yàn)樗鼈兘?jīng)由逆變器接地。
[0022]此外，每個(gè)逆變器都經(jīng)由相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接至所述變壓器。如果連接位于逆變器殼體外部的另一電源變壓器，則可將一個(gè)多極開(kāi)關(guān)或若干開(kāi)關(guān)連接在逆變器與電源變壓器之間的連接路徑中。
[0023]通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，電流流動(dòng)可以例如在接地故障的情況下或在任何其他情況下被中斷。有利地，至少一個(gè)接觸器用作所述開(kāi)關(guān)，并且每個(gè)逆變器因此經(jīng)開(kāi)關(guān)(尤其是經(jīng)接觸器)連接至變壓器。
[0024]此外，所述電源變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈可以以星形連接的方式布置，中點(diǎn)連接至所述中性導(dǎo)體(N)。
[0025]此外，所述電源變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈可以以三角形連接的方式布置，所述變壓器被實(shí)施為不帶中性導(dǎo)體(N)。
[0026]區(qū)分逆變器布置結(jié)構(gòu)是否在其輸出側(cè)具有中性導(dǎo)體。如果不存在中性導(dǎo)體，則可在初級(jí)側(cè)上采用不帶中性導(dǎo)體并具有三角形連接的變壓器。因此，要么變壓器的初級(jí)側(cè)星形連接，變壓器的中點(diǎn)連接至中性導(dǎo)體，要么可替代地，變壓器的初級(jí)側(cè)具有三角形連接，變壓器被實(shí)施為不帶中性導(dǎo)體。有利地，變壓器的次級(jí)側(cè)的線(xiàn)圈以三角形連接構(gòu)成。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]下文將參考附圖更詳細(xì)地介紹示例性實(shí)施例，其中將描述本發(fā)明的其它有利的已開(kāi)發(fā)實(shí)施方案及其優(yōu)點(diǎn)。
[0028]在附圖中:
[0029]圖1示出本發(fā)明的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的第一實(shí)施例的圖示，以及
[0030]圖2示出本發(fā)明的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的第二實(shí)施例的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1示出太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備11的第一實(shí)施例。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備11包括用于產(chǎn)生待饋送到多相(尤其是三相)電網(wǎng)NE中的電力的多個(gè)光伏模塊12 (尤其是薄膜模塊)。若干光伏串13a、13b、13c，其中每一個(gè)都經(jīng)相應(yīng)逆變器15與不同的一相聯(lián)接，連接至電源變壓器14的初級(jí)側(cè)。多個(gè)逆變器15 (尤其是無(wú)變壓器式逆變器)將通過(guò)光伏串13a、13b、13c產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)一致的電源電壓。逆變器15可包括升壓和/或降壓轉(zhuǎn)換器、橋接電路、脈寬控制和/或MPP控制。電源變壓器14設(shè)置有中性導(dǎo)體N和接地端子PE。
[0032]三個(gè)單相逆變器15布置成使得饋電發(fā)生在三相電源變壓器14的每一相中。每一相都設(shè)置至少一個(gè)逆變器15。
[0033]按照本發(fā)明，附加直流電壓源16插入在相位L1、L2和L3中的一者(如圖2中所示)或中性導(dǎo)體N (如圖1中所示)與大地PE之間，使得光伏串13a、13b、13c的電勢(shì)轉(zhuǎn)移并且光伏串13a、13b、13c的負(fù)極端子與大地PE之間的偏置電壓被設(shè)定為不是零伏，特別是大于零伏。通過(guò)電網(wǎng)中點(diǎn)的相應(yīng)偏置電壓，可以獲得所有光伏電池的單極偏置電壓，即使使用無(wú)變壓器式逆變器。
[0034]用于檢測(cè)接地故障的電流監(jiān)視裝置可設(shè)置在直流電壓源16的電路路徑中。在絕緣或接地故障的情況下，可啟動(dòng)接觸器17以中斷逆變器15與電源變壓器14之間的電氣連接。電網(wǎng)NE與變壓器14之間的中斷也是可能的并被預(yù)期。因此，各逆變器15經(jīng)開(kāi)關(guān)連接至變壓器14。[0035]在一種變型中，變壓器14的所述一個(gè)初級(jí)側(cè)是星形連接的，變壓器14的中點(diǎn)連接至中性導(dǎo)體N。
[0036]在另一種變型中，變壓器構(gòu)造成不具有中性導(dǎo)體N，如圖2中所示。變壓器的初級(jí)側(cè)可以三角形連接的方式布置。按照本發(fā)明，直流電壓源16可以插在相位L1、L2、L3中的一者與大地PE之間，使得光伏串13a、13b、13c的電勢(shì)轉(zhuǎn)移并且光伏串13a、13b、13c的負(fù)極端子與大地PE之間的偏置電壓被設(shè)定為大于零伏。在兩種變型中，變壓器14的次級(jí)側(cè)的線(xiàn)圈以三角形連接的方式布置。
[0037]也可以采用逆變器輸出部經(jīng)開(kāi)關(guān)或一個(gè)或若干接觸器連接至導(dǎo)體L1、L2、L3的三相逆變器。
[0038]附圖標(biāo)記清單
[0039]11太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備
[0040]12光伏模塊
[0041]13a, 13b, 13c 光伏串
[0042]14 電源變壓器
[0043]15逆變器
[0044]16直流電壓源
[0045]17接觸器
[0046]LI, L2, L3 導(dǎo)體
[0047]PE 大地
[0048]N 中性導(dǎo)體
[0049]NE 電網(wǎng)
【權(quán)利要求】
1.一種用于經(jīng)由電源變壓器(14)將通過(guò)多個(gè)光伏串(13a，13b，13c)產(chǎn)生的電力饋送到多相電網(wǎng)(NE)中的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備(11)，所述電源變壓器(14)包括具有中性導(dǎo)體(N)的初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和接地端子(PE)，其中所述多個(gè)光伏串(13a，13b，13c)中的每一者都連接至相應(yīng)逆變器(15)并且所述相應(yīng)逆變器(15)再經(jīng)相應(yīng)相(LI，L2，L3)連接至所述初級(jí)線(xiàn)圈， 其特征在于 直流電壓源(16)通過(guò)第一端子連接至所述中性導(dǎo)體(N)并通過(guò)第二端子連接至所述接地端子(PE)，由此通過(guò)非零的偏置電壓來(lái)轉(zhuǎn)移所述光伏串(13a，13b，13c)的電勢(shì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備還包括所述直流電壓源(16)的電流監(jiān)視裝置，其用于檢測(cè)接地故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述多個(gè)光伏串(13a，13b，13c)包括薄膜模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，每個(gè)逆變器(15)都被實(shí)施為無(wú)變壓器式逆變器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，每個(gè)逆變器(15)都經(jīng)由相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接至所述變壓器(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，至少一個(gè)接觸器(17)用作所述開(kāi)關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述電源變壓器(14)的所述初級(jí)線(xiàn)圈以星形連接的方式布置，中點(diǎn)連接至所述中性導(dǎo)體(N)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述電源變壓器(14)的所述次級(jí)線(xiàn)圈以三角形連接的方式布置。`
9.一種用于經(jīng)由電源變壓器(14)將通過(guò)多個(gè)光伏串(13a，13b，13c)產(chǎn)生的電力饋送到多相電網(wǎng)(NE)中的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備(11)，所述電源變壓器(14)包括具有初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和接地端子(PE)，其中所述多個(gè)光伏串(13a，13b，13c)中的每一個(gè)都連接至相應(yīng)逆變器(15)并且所述相應(yīng)逆變器(15)再經(jīng)相應(yīng)相(LI，L2，L3)連接至所述初級(jí)線(xiàn)圈， 其特征在于 直流電壓源(16)通過(guò)第一端子連接至所述相中的一者(L1，L2，L3)并通過(guò)第二端子連接至所述接地端子(PE)，由此通過(guò)非零的偏置電壓來(lái)轉(zhuǎn)移所述光伏串(13a，13b，13c)的電勢(shì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備還包括所述直流電壓源(16)的電流監(jiān)視裝置，其用于檢測(cè)接地故障。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述多個(gè)光伏串(13a，13b，13c)包括薄膜模塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，每個(gè)逆變器(15)都被實(shí)施為無(wú)變壓器式逆變器。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，每個(gè)逆變器(15)都經(jīng)由相應(yīng)開(kāi)關(guān)連接至所述變壓器(14)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，至少一個(gè)接觸器(17)用作所述開(kāi)關(guān)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述電源變壓器(14)的所述初級(jí)線(xiàn)圈以三角形連接的方式布置，所述變壓器(14)被實(shí)施為不帶中性導(dǎo)體(N)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，其中，所述電源變壓器(14)的所述次級(jí)線(xiàn)圈以三角形連接的方式布置。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203445626SQ201320127724
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:艾思瑪太陽(yáng)能技術(shù)股份公司