用于在危险情况下限制光伏设备发电机电压的方法和光伏设备技术

本发明专利技术涉及一种光伏设备，包括连接到逆变器（150）上的、具有多个子串（70a、70b、70c）的发电机（70）。逆变器（150）包括控制装置（40）和用于使子串串联的串联装置（50），该串联装置由控制装置（40）这样控制，使得该串联装置在危险情况下断开子串的串联。此外，还公开了一种用于在危险情况下限制发电机电压的相应的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光伏设备，其包括用于在危险情况下限制电压的装置。本专利技术尤其是涉及一种装置，借助其可确保当存在或可能存在对人或财产的危险时，这种设备中的电压或电压差不超过一个危险极限值。此外，本专利技术还涉及一种方法用于在危险情况下限制发电机电压。
技术介绍
随着分散的能量供应装置、尤其是安装在房屋屋顶、商业楼宇或露天园圃的太阳能设备的广泛使用，人们越来越意识到一个问题，即在危险情况下如火灾和风暴或在维护工作中必须随时可靠确保设备带电压部件的安全性。在此恰恰在危险情况下，由于已经出现的初步损失、如热作用或烟雾作用使安全系统不能被可靠且持久地触发或不能到达触发装置，从而破坏了关断装置的可接近性和其有效性。因此，当消防人员有可能受到或许尚可运行的光伏设备的高直流电压伤害时，消防人员就不能在例如燃烧着的房屋屋顶架上进行灭火活动。为了保护人并且为了避免通过光伏设备的高直流电压引起的财产损坏，DE102005018173提出一种装置，其中借助靠近发电机安装的保护装置使设备的发电机短路。该实施方式的缺点在于这样的事实，即，保护装置会在火灾中迅速被损坏并且不能再被触发。此外，该装置随时间因极端天气情况和温度变化承受相当大的负荷，该负荷可损坏功能。此外，所述实施方式的缺点还在于，不能再向房屋和因此通过连接到发电机上的逆变器向电网进行能量输出。文献DE 102006060815中公开了一种相应配置给PV模块的开关元件，这样设置该开关元件，使得在开关元件被激活的状态中相配的模块无电压。借助被调制到直流电压馈电线上的高频信号激活开关元件。在此不利的是，该开关元件随时间因极端天气情况和温度变化承受相当大的负荷，该负荷可损坏功能，并且在火灾中迅速被损坏并且可能不能再被触发。此外，在DE 102006060815所示的解决方案中也不能再通过逆变器向电网进行能量输出，因为在所有公开的实施例中发电机被断电。此外，将开关元件设置在可能的多串(String)中的每个模块上也需要不低的配线费用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的任务在于提出一种装置或方法，其可以可靠且持久地在潜在危险情况下将通过光伏设备的发电机在该设备的电导线中产生的电压或电压差限制到一定程度上，从而能够采取控制危险的措施且不构成使救援人员受伤的危险。由此应优选在电压减小的情况下能够继续通过连接在发电机上的逆变器向电网馈入能量。该任务通过具有权利要求I的特征的光伏设备和具有权利要求12的特征的方法得以解决。引用这两个权利要求的从属权利要求给出本专利技术其它的实施方式。根据本专利技术的光伏设备包括用于将由设备发电机产生的电能馈入电网、尤其是交流电网的逆变器。在此，发电机被分为多个子串(Teilstring)，这些子串可通过集成在逆变器中的、由控制装置控制的串联装置被串联。子串分别具有多个模块或单独的太阳能电池，这样配置所述模块或太阳能电池，使得每个子串的空载电压值不超过例如由立法者规定的危险极限值。在危险情况下，串联装置断开子串之间的电连接，由此逆变器和子串之间的电连接中的电压或电压差不能再超过危险极限值。在此，子串通常包括串联的模块，这些模块又包括串联的太阳能电池。根据所用的模块类型，模块的电压已可如此之大，以致两个模块串联时的电压超过危险极限值。在此情况下，子串也可由单个模块构成。子串也可由多串并联而成，其电压不超过危险极限值。所述危险极限值按区域可具有不同的规定值、例如120V，但60V和150V之间的各值、例如100V也可被规定为极限值。在本专利技术的一种优选的实施方式中，连接到逆变器上的发电机具有至少三个待通 过串联装置串联的子串。以这种方式可使发电机最佳工作点中的发电机总电压值大于电网的峰值电压(例如350V)，由此可在不使用逆变器中的升压转换器的情况下向电网馈电。同时，各个子串的空载电压可保持低于上述危险极限值。但在三个子串中常常需要发电机在高于使发电机电功率最大的电压的情况下运行，以便超过电网的峰值电压。因此有利的是，使至少四个子串串联，由此可使发电机在最大功率的工作点中运行，并且各个子串的空载电压可保持低于120V的危险极限值。在其它危险极限值下相应产生其它数量的子串，从该数量起可实现所述效果。在此，串联装置可具有多个开关，所述开关可由控制装置这样控制，使得这些开关在光伏设备的运行状态中在相邻的子串之间建立电连接，并且可在潜在危险状态中断开该连接。在此开关可以是机械开关、例如继电器，或半导体、尤其是功率半导体、例如M0SFET、IGBT或晶闸管。通过将串联装置集成到逆变器壳体中一方面可实现安全措施的简单安装。同时也可在危险情况下显著提高安全措施触发的可靠性，尤其是在所有所属元件都被设置在逆变器壳体中时，在该壳体中所述元件至少在相当长的时间上被保护以避免受到烟雾作用或热作用损坏，也可防止受到发电机附近通常的气候因素损坏。当然，串联装置也可设置在单独的盒子中，该盒子位于逆变器附近。逆变器概念因此也包括一个逆变器装置，在其中，例如通过现有设备的加装、扩充或改装将逆变器的部分元件设置在单独的壳体中，然后这些壳体被彼此在空间上接近地例如设置在一个共同的开关柜或建筑物的相同空间中。可选择地，逆变器还包括并联装置，该并联装置也像串联装置一样具有多个开关，可这样配置所述开关，使得其在闭合状态中使各个子串彼此并联。可想到的开关类型相应于串联装置的开关类型。通常，并联装置在串联装置将相邻的子串之间的电连接断开时被操作。在该状态中也确保设备中出现的电压或电压差不超过危险极限值。此外，在该状态中，也可在发电机较低的电压水平上借助逆变器继续向电网馈入电功率。在此情况下，为了向电网馈送，首先需要借助升压转换器将发电机电压转换为足够高的直流电压。以这种方式例如可实现在需要于发电机区域中进行较长时间的维护工作时继续馈送，因为可通过发电机电压的减小充分降低执行维护工作人员受伤的危险。在出现故障警报时也可继续馈送，以避免光伏设备能量输出的不必要的损失。甚至在火灾情况下根据本专利技术的光伏设备在继续馈送时也不会对救援人员造成危险。也可想到将串联装置和并联装置的开关同时闭合，从而使连接的子串在此状态中短路，由此也可避免因发电机电压引起的危险。作为替换方案，短路功能也可通过逆变器中附加的短路装置来实现，该短路装置设置在发电机和逆变器之间的馈电线之间。此外，可设置DC断开装置，通过该DC断开装置可将逆变器的逆变桥和发电机断开。短路装置和DC断开装置在此也可具有在串联装置范畴中所列举的类型的开关。此外，光伏装置可选择地还包括接地装置，该接地装置也可和串联装置及并联装置一样具有多个开关，可这样配置所述开关，使得其在闭合状态中将至少一个子串的至少一个端口接地。接地装置在此也可具有在串联装置范畴中所列举的类型的开关。 通常，接地装置在串联装置将相邻的子串之间的电连接断开时被操作。在该状态中，根据光伏设备部件接地或未接地，相对于地出现在子串上的电压可能超过危险极限值。这借助接地装置通过在子串的端口上形成规定的电位被避免。接地装置也可在与并联装置连接的情况下被激活。还可想到，通过接地装置的开关分别将子串的两个端口同时接地，由此被连接的子串在此状态中通过地短路，从而也避免了因发电机电压而引起的危险。也可通过建立地与所有子串的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·维克托，G·贝藤沃特，F·格赖泽，A·黑林，J·拉申斯基，
申请(专利权)人：SMA太阳能技术股份公司，
类型：
国别省市：