用于在危險情況下限制光伏設備發電機電壓的方法和光伏設備技術

本發明專利技術涉及一種光伏設備，包括連接到逆變器（150）上的、具有多個子串（70a、70b、70c）的發電機（70）。逆變器（150）包括控制裝置（40）和用于使子串串聯的串聯裝置（50），該串聯裝置由控制裝置（40）這樣控制，使得該串聯裝置在危險情況下斷開子串的串聯。此外，還公開了一種用于在危險情況下限制發電機電壓的相應的方法。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種光伏設備，其包括用于在危險情況下限制電壓的裝置。本專利技術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的危險時，這種設備中的電壓或電壓差不超過一個危險極限值。此外，本專利技術還涉及一種方法用于在危險情況下限制發電機電壓。
技術介紹
隨著分散的能量供應裝置、尤其是安裝在房屋屋頂、商業樓宇或露天園圃的太陽能設備的廣泛使用，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備帶電壓部件的安全性。在此恰恰在危險情況下，由于已經出現的初步損失、如熱作用或煙霧作用使安全系統不能被可靠且持久地觸發或不能到達觸發裝置，從而破壞了關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備的高直流電壓引起的財產損壞，DE102005018173提出一種裝置，其中借助靠近發電機安裝的保護裝置使設備的發電機短路。該實施方式的缺點在于這樣的事實，即，保護裝置會在火災中迅速被損壞并且不能再被觸發。此外，該裝置隨時間因極端天氣情況和溫度變化承受相當大的負荷，該負荷可損壞功能。此外，所述實施方式的缺點還在于，不能再向房屋和因此通過連接到發電機上的逆變器向電網進行能量輸出。文獻DE 102006060815中公開了一種相應配置給PV模塊的開關元件，這樣設置該開關元件，使得在開關元件被激活的狀態中相配的模塊無電壓。借助被調制到直流電壓饋電線上的高頻信號激活開關元件。在此不利的是，該開關元件隨時間因極端天氣情況和溫度變化承受相當大的負荷，該負荷可損壞功能，并且在火災中迅速被損壞并且可能不能再被觸發。此外，在DE 102006060815所示的解決方案中也不能再通過逆變器向電網進行能量輸出，因為在所有公開的實施例中發電機被斷電。此外，將開關元件設置在可能的多串(String)中的每個模塊上也需要不低的配線費用。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的任務在于提出一種裝置或方法，其可以可靠且持久地在潛在危險情況下將通過光伏設備的發電機在該設備的電導線中產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成使救援人員受傷的危險。由此應優選在電壓減小的情況下能夠繼續通過連接在發電機上的逆變器向電網饋入能量。該任務通過具有權利要求I的特征的光伏設備和具有權利要求12的特征的方法得以解決。引用這兩個權利要求的從屬權利要求給出本專利技術其它的實施方式。根據本專利技術的光伏設備包括用于將由設備發電機產生的電能饋入電網、尤其是交流電網的逆變器。在此，發電機被分為多個子串(Teilstring)，這些子串可通過集成在逆變器中的、由控制裝置控制的串聯裝置被串聯。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定的危險極限值。在危險情況下，串聯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，子串通常包括串聯的模塊，這些模塊又包括串聯的太陽能電池。根據所用的模塊類型，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成。子串也可由多串并聯而成，其電壓不超過危險極限值。所述危險極限值按區域可具有不同的規定值、例如120V，但60V和150V之間的各值、例如100V也可被規定為極限值。在本專利技術的一種優選的實施方式中，連接到逆變器上的發電機具有至少三個待通 過串聯裝置串聯的子串。以這種方式可使發電機最佳工作點中的發電機總電壓值大于電網的峰值電壓(例如350V)，由此可在不使用逆變器中的升壓轉換器的情況下向電網饋電。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電機在高于使發電機電功率最大的電壓的情況下運行，以便超過電網的峰值電壓。因此有利的是，使至少四個子串串聯，由此可使發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生其它數量的子串，從該數量起可實現所述效果。在此，串聯裝置可具有多個開關，所述開關可由控制裝置這樣控制，使得這些開關在光伏設備的運行狀態中在相鄰的子串之間建立電連接，并且可在潛在危險狀態中斷開該連接。在此開關可以是機械開關、例如繼電器，或半導體、尤其是功率半導體、例如M0SFET、IGBT或晶閘管。通過將串聯裝置集成到逆變器殼體中一方面可實現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的可靠性，尤其是在所有所屬元件都被設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，也可防止受到發電機附近通常的氣候因素損壞。當然，串聯裝置也可設置在單獨的盒子中，該盒子位于逆變器附近。逆變器概念因此也包括一個逆變器裝置，在其中，例如通過現有設備的加裝、擴充或改裝將逆變器的部分元件設置在單獨的殼體中，然后這些殼體被彼此在空間上接近地例如設置在一個共同的開關柜或建筑物的相同空間中。可選擇地，逆變器還包括并聯裝置，該并聯裝置也像串聯裝置一樣具有多個開關，可這樣配置所述開關，使得其在閉合狀態中使各個子串彼此并聯。可想到的開關類型相應于串聯裝置的開關類型。通常，并聯裝置在串聯裝置將相鄰的子串之間的電連接斷開時被操作。在該狀態中也確保設備中出現的電壓或電壓差不超過危險極限值。此外，在該狀態中，也可在發電機較低的電壓水平上借助逆變器繼續向電網饋入電功率。在此情況下，為了向電網饋送，首先需要借助升壓轉換器將發電機電壓轉換為足夠高的直流電壓。以這種方式例如可實現在需要于發電機區域中進行較長時間的維護工作時繼續饋送，因為可通過發電機電壓的減小充分降低執行維護工作人員受傷的危險。在出現故障警報時也可繼續饋送，以避免光伏設備能量輸出的不必要的損失。甚至在火災情況下根據本專利技術的光伏設備在繼續饋送時也不會對救援人員造成危險。也可想到將串聯裝置和并聯裝置的開關同時閉合，從而使連接的子串在此狀態中短路，由此也可避免因發電機電壓引起的危險。作為替換方案，短路功能也可通過逆變器中附加的短路裝置來實現，該短路裝置設置在發電機和逆變器之間的饋電線之間。此外，可設置DC斷開裝置，通過該DC斷開裝置可將逆變器的逆變橋和發電機斷開。短路裝置和DC斷開裝置在此也可具有在串聯裝置范疇中所列舉的類型的開關。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裝置及并聯裝置一樣具有多個開關，可這樣配置所述開關，使得其在閉合狀態中將至少一個子串的至少一個端口接地。接地裝置在此也可具有在串聯裝置范疇中所列舉的類型的開關。 通常，接地裝置在串聯裝置將相鄰的子串之間的電連接斷開時被操作。在該狀態中，根據光伏設備部件接地或未接地，相對于地出現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定的電位被避免。接地裝置也可在與并聯裝置連接的情況下被激活。還可想到，通過接地裝置的開關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中通過地短路，從而也避免了因發電機電壓而引起的危險。也可通過建立地與所有子串的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·維克托，G·貝藤沃特，F·格賴澤，A·黑林，J·拉申斯基，
申請(專利權)人：SMA太陽能技術股份公司，
類型：
國別省市：