具有电机式过电流保险装置的汇流箱的制作方法

本发明涉及一种汇流箱，其具有用于光伏模块的多个串的串线路的输入连接端以及用于一对至逆变器的输出线路的输出连接端并且具有独立权利要求1的前序部分的其他特征。在这种汇流箱中，光伏模块的多个串并联连接并且与输出连接端连接。

在此，开关装置——借助所述开关装置，输入连接端能够接入输出连接端，也就是说将串接入逆变器——对于串中的每个或至少对于每对在汇流箱中固定并联的串具有至少一个单独的输入侧开关接通部。只要串还没或不再通过开关装置接入，则因此，串不仅与逆变器分开，而且彼此分开。最多，在与逆变器分开以后，在汇流箱中固定并联的对还彼此连接。这确保，通过由光伏模块的其他串生成的电流不对光伏模块的各个串发生损害，所述由光伏模块的其他串生成的电流在极端情况下向反方向流过串并且因此流过其光伏模块中的每个。汇流箱中的两个串的固定并联电路的可靠性基于以下：对于光伏模块通常不关键的是，光伏模块由仅另一同种光伏模块生成的电流向反方向引导。

背景技术：

从de102008008505a1中已知一种具有从属权利要求1的前序部分所述的特征的汇流箱。该汇流箱具有汇流排，用于光伏模块的每个串的输入连接端通过分开开关以及在输入连接端中的一个中的熔断器连接到所述汇流排上。汇流排在其侧通过分开开关连接到输出线路上。为了可以通过控制单元关断或断开各个串，分开开关与在输入连接端与汇流排之间的电子开关元件串联连接。另外，用于检测相应的串电流的电流测量单元与相应的电子开关元件串联连接。如果相应的检测的串电流测量值超过预给定的比较值，则控制单元操控相应的电子开关元件来关断所属的串。典型地，将比较值确定为大于光伏模块的额定值的1.4倍的电流值。传统的熔断器设计为更高的值，以便避免保险装置例如限定地由于老化效应、由于运行期间的温度提高以及由于云层中出现的辐射峰值而造成的额定值的高过140％的错误触发。通过电子开关元件与电流测量单元和控制单元结合提供的电子保险装置的优点是其对由于串电流而出现的超过预给定的比较值快速地做出反应，并且可以再次接入所触发的电子保险装置。然而，永久在从各个串至汇流排的电流中布置的电子开关元件造成永久的功率损耗，并且尤其当将多个串在汇流箱中并联连接时，所述电子开关元件尤其一起与另外存在的熔断器是显著的成本因素。

从us2007/0107767a1中已知另一种具有独立权利要求1的前序部分的特征的汇流箱。在此，汇流排直接与输出连接端连接。用于相应的串的输入连接端通过熔断器、测量装置和开关装置连接到汇流排上。测量装置测量串电流，并且开关装置关断或接入相应的串。控制装置分析处理串电流并且控制开关装置。也可以通过远程控制操控控制装置，以便操纵开关装置来接入或关断串。开关装置可以是可操控的开关或继电器。在多个通过汇流箱连接在一起的串的情况下，在汇流箱中设置多个熔断器和继电器，多个熔断器和继电器意味着高的总成本开销。

从us2006/0237058a1中已知一种汇流箱，其中，在用于每个串的每个输入连接端中，熔断器与测量装置和半导体开关串联连接。在分别另一输入连接端中，设置另一测量装置。根据测量装置的信号求取串电流，并且再次根据测量装置的信号操控半导体开关。

从ep2282388a1中已知一种用于将电能从光伏模块的多个串馈给到电流网中的设备。在此，分别多个串通过汇流箱在通过熔断器的保护下并联连接。对于每个汇流箱的输出线路，在逆变器上设置单独的连接端，在所述单独的连接端中，设置用于过电流保险装置并且用于选择性地关断汇流箱的器件。所述器件具有功率开关，可以电机式地打开和关闭所述功率开关。功率开关在连接端中与电流测量装置串联连接。逆变器中用于过电流保险装置的器件不具有熔断器。

从wo2007/048421a2中已知具有用于太阳能电池的控制的开关保险装置。在此，涉及一种电路装置，其用于控制光伏模块的多个彼此并联连接到总线线路上的串中的至少一个的输出。对于串，电流装置包括用于中断串的连接端线路中的一个的机械开关、用于测量流过该串的电流的测量装置以及用于接收测量装置的信号并且用于控制机械开关的控制装置。所述控制装置设置用于，如果电流不在预给定的界限以下，则断开机械开关。

从wo2013/081851中已知具有输入侧保护装置的汇流箱，所述输入侧保护装置借助保护开关或保险装置自动地断开受到错误条件——例如接地错误或过电流错误——影响的相应的电流回路。保护装置的所有输出连接端连接到总线线路上，可以通过分开装置将所述总线线路接入汇流箱的输出连接端。

从us2013/0050906中已知在多个汇流箱后面连接的安全装置的情况下，作为多个可以分别借助开关杆操纵的各个开关的替代，将多个输入和输出线路连接到中心开关上。

发明任务

本发明所基于的任务在于，展示一种汇流箱，尽管集成高度的安全功能仍然可以成本有利地制造所述汇流箱。

解决方案

本发明的任务通过具有独立权利要求1的特征的汇流箱解决。根据本发明的汇流箱的优选实施方式在从属权利要求中定义。在此，从属权利要求15和16涉及具有多个根据本发明的汇流箱的光伏设备。

发明描述

根据本发明的汇流箱具有用于光伏模块的多个串的串线路的输入连接端、用于一对至逆变器的输出线路的输出连接端、开关装置——借助所述开关装置，串能够接入逆变器、以及过电流保护装置。开关装置包括输出侧开关接通部，并且对于串中的每个或至少对于每对在汇流器中固定并联的串包括至少一个单独的输入侧开关接通部。另外，开关装置具有开关接通驱动装置，所述开关接通驱动装置可以被操控将串与逆变器分开。过电流保护装置使从或至串中的每个或至少从或至多对在汇流箱中固定连接的串中的每个出现的过电流中断。为此，过电流保护装置具有电流传感器，所述电流传感器测量从或至串中的每个或者至少从或至多对在汇流箱中固定并联的串中的每个流动的电流；并且，所述过电流保护装置如此构造，使得过电流保护装置在所测量的电流超过过电流界限的情况下操控开关接通驱动装置，以便至少将所述串或一对串——从中或至所述串或所述一对串，超过过电流界限的电流流动——与逆变器分开。通过所述分开，使引起超过过电流界限的电流的电流源分离。根据本发明，开关驱动具有用于多个开关接通部的共同的运动驱动装置，所述多个开关接通部配属给串中的多个或多对在汇流箱中固定并联的串中的多个。

在根据本发明的汇流箱中，开关接通驱动装置不包括用于输入侧的和所属的输出侧的开关接通部中的每对的单独的运动驱动装置。也不仅设置用于在串或一对串的两个输入线路中布置的开关接通部的共同的运动驱动装置来使相应的串或一对在全部极方面(allpolig)地分开。更确切地说，在根据本发明的汇流箱中，开关接通驱动装置的每个运动驱动装置设置用于配属给多个串或多对串的开关接通部。相应地，可以仅共同地借助共同的驱动将所述串与逆变器分开。尤其当串或多对串的数量——共同的运动驱动装置设置用于所述串——至少为5或尤其至少为10时，放弃用于每个单个串的开关接通驱动装置的单独的运动驱动装置例如意味着，相对于具有用于每个单个串的继电器的开关装置的显著的节能潜力。

具体地，共同的运动驱动装置可以使共同的接通元件运动，所述共同的接通元件具有用于所有同极的输入侧开关接通部的输出侧开关接通部，所述所有同极的输入侧开关接通部配属给串中的多个或多对串中的多个。然后，多个串或多对串的输出侧开关接通部不仅通过运动驱动装置机械式耦合，而且，就此而言，所述输出侧开关接通部配属给串或多对串的同极的输入侧开关接通部，构造在作为单元由共同的运动驱动装置使其运动的接通元件上。

替代地，具有共同的操纵元件——例如绝缘轴——的共同的运动驱动装置可以使用于一些或所有同极的输入侧开关接通部的输入侧开关接通部运动，所述一些或所有同极的输入侧开关接通部配属给串中的多个或多对串中的多个。

在根据本发明的汇流箱中，共同的运动驱动装置可以使唯一的共同的接通元件运动，所述唯一的共同的接通元件具有用于串或多对串的所有同极的单独的输入侧开关接通部的输出侧开关接通部。也就是说，开关接通驱动装置可以具有用于所有串的唯一的运动驱动装置，其中，所述运动驱动装置为了单级地分开串而使具有用于所有同极的输入侧开关接通部的输出侧开关接通部的唯一的共同的接通元件运动，并且为了在全部极方面分开而使用于分别同极的输入侧开关接通部的输出侧开关接通部的两个共同的接通元件运动。

在根据本发明的汇流箱中，优选放弃附加的保险装置、尤其熔断器。更确切地说，过电流保护装置的在汇流箱中布置的并且在串线路与输出线路中或之间连接的部分优选限于电流传感器和开关接通部。以这种方式，在根据本发明的汇流箱中达到附加的成本节约。从现有技术中已知的用于每个串的熔断器和继电器的串联电路——参见us2007/0107767a1——在实际上没有达到过电流安全的更高的等级的情况下相反要昂贵得多。

如已经指出的，根据本发明的汇流箱的开关装置将串中的每个或至少每对串在全部极方面与逆变器分开。这也是优选的。

即使在汇流箱中多对串固定并联连接，根据本发明的汇流箱的电流传感器优选测量从串中的每个流动的电流，以便达到过电流安全的更高的程度。

根据本发明的汇流箱的总的开关装置可以是常开型，也就是说在不将操控信号加载到开关装置的情况下，开关装置将串与逆变器分开。以这种方式确保，在过电流保护装置故障时并且相应于省去开关装置的操控来实现串与逆变器的分开。

原则上，开关接通驱动装置的共同的运动驱动装置包括弹簧驱动，仅可以操控所述弹簧驱动，以便将所配属的串与逆变器分开。通过手动地将串接入至逆变器，通过开关装置张紧弹簧驱动。由过电流保护装置在出现过电流时触发弹簧驱动。当运动驱动装置仅包括弹簧驱动时，对于重新将串接入至逆变器，需要手动地干预汇流箱。但是，原则上，对于共同的运动驱动装置包括弹簧驱动的情况，也可以附加地设置电机驱动，可以控制电机驱动，以便将所配属的串接入逆变器。然后可以在将串接入至逆变器时，通过电机驱动使用于将串与逆变器分开的弹簧驱动张紧。但也优选由过电流保护装置操控存在的电机驱动来将所配属的串与逆变器分开。

根据本发明的汇流箱可以具有用于逆变器的分开信号的信号输入端，其中，开关装置这样构造，使得所述开关装置在输入分开信号时操控每个共同的运动驱动装置，以便将串与逆变器分开。开关装置的相应的构造可以包含汇流箱中的过电流保护装置的部分。通过以下方式，根据本发明的汇流箱也设计用于相应于逆变器的信号来将串与逆变器分开，根据本发明的汇流箱可以替代逆变器中的保险装置以及附加的分开开关，所述保险装置和附加的分开开关通常是包括逆变器的总过电流保护装置的部分。由此实现附加的成本优点。

另外，当根据本发明的汇流箱的共同的运动驱动装置包括电机驱动时，根据本发明的汇流箱可以具有用于逆变器的接入信号的信号输入端，并且开关装置可以这样构造，使得所述开关装置在接入信号输入时操控每个共同的运动驱动装置，以便将串接入逆变器。用于接入信号的信号输入端原则上例如可以是用于分开信号的同一信号输入端。在此，尤其涉及用于有线信号、调制到输出线路上的电力线通信信号或无线信号的接口。也可以使用所述接口用于逆变器与根据本发明的汇流箱之间的其他通信。

根据本发明的汇流箱原则上不仅可以包括在此描述的装置，而且可以包括集成的直流/直流调节器。

在根据本发明的光伏设备中，所述光伏设备具有逆变器，具有光伏模块的多个通过至少一个汇流箱并联连接的串并且具有电流传感器，借助所述电流传感器测量逆变器中的从汇流箱中的每个流动的电流，所述汇流箱是根据本发明的具有用于逆变器的分开信号的信号输入端的汇流箱。逆变器在所测量的电流超过第二过电流界限的情况下，将分开信号至少输出给汇流箱，从所述汇流箱，超过第二过电流界限的电流流动。在这种根据本发明的光伏设备中，包括汇流箱的过电流保护装置的直流侧的总过电流保护设备的部分优选仅仅由电流传感器构成，所述部分布置在逆变器中并且连接在每个汇流箱的输出线路中或之间。也就是说，为了保证过电流安全，在逆变器中不存在熔断器或其他保险装置或在过电流情况下可操控的分开开关。

本发明的有利的扩展方案由权利要求、说明书和附图中得出。在不必须一定由根据本发明的实施方式实现所述优点的情况下，特征和多个特征的组合的在说明书中提及的优点仅仅是示例性的并且可以替代地或累积地作用。在由此不改变所附权利要求的主题的情况下，在原来的注册文件和专利的公开内容方面以下适用：其他特征——尤其多个构件的相对布置和有效连接——可从附图中提取。本发明的不同实施方式的特征或不同权利要求的特征的组合同样可以偏离权利要求的所选择的引用关系并且在此受启发。这也涉及以下特征，所述特征在单独的附图中示出或在说明书中提及。也可以将所述特征与不同的权利要求的特征组合。在权利要求中列出的特征同样可以对于本发明的其他实施方式缺失。

在权利要求书和说明书中提及的特征，在其数量方面以如下方式理解：存在恰好该数量或比提及的数量更多的数量，而不需要明确使用副词“至少”。即如果例如提到电流传感器，这可以理解为，存在恰好一个电流传感器、两个电流传感器或多个电流传感器。所述特征可以通过其他特征补充或是唯一的特征，相应的产品由所述唯一的特征构成。

在权利要求书中包含的参考标记不示出通过权利要求保护的主题的范围的限制。它们仅仅用于使权利要求书更容易理解的目的。

附图简短描述

以下借助在附图中示出的优选实施例进一步阐述和描述本发明。

图1：图示示出一种根据本发明的具有连接的光伏模块的串的汇流箱；

图2：示出一种逆变器，所述逆变器与根据图1的汇流箱1接合构造根据本发明的光伏设备。

附图描述

在图1中示出的汇流箱1具有多个输入连接端2和3以及一对输出连接端4和5。分别一对输入连接端2和3设置用于两个串线路6和7，以便将光伏模块9的串8连接到汇流箱1上。在图1中，对于每个串8仅描绘一个光伏模块9。然而典型地，每个串8包括多个光伏模块9的串联电路。汇流箱1的输入连接端2和3的数量在图1中也示出为小于所经常实现的。那么，可以存在用于10、20、40个或还更多个串8的输入连接端。输出连接端4和5设置用于一对输出线路10和11来用于将汇流箱连接到图2中示出的逆变器上。

在汇流箱1中，将串8彼此并联地接入输出连接端4和5。为此，开关装置12具有输入侧接通元件13和14，所述输入侧接通元件配属给各个输入连接端2或3。在图1中分别示出10个输入侧开关接通部13和14。就这点而言，如图所示出的，开关装置12设置用于10个串。开关装置12的输出侧开关接通部15和16构造在两个接通元件17和18上。在此，配属给同极输入侧开关接通部13的所有输出侧开关接通部15设置在接通元件17上，并且配属给同极输入侧开关接通部14的所有输出侧开关接通部16设置在接通元件18上。接通元件17和18与两个输出连接端连接，并且能够借助电机驱动19使所述接通元件共同运动到输入侧开关接通部13和14上，并且从所诉输入侧开关接通部运动开，以便将输出侧开关接通部15、16与输入侧开关接通部13、14连接或再次与所述输入侧开关接通部分开。替代地，也可以例如借助电绝缘的或由电绝缘材料构造的操作元件将输入侧开关接通部13和14运动到输出侧开关接通部15和16上，并且从所述输出侧开关接通部运动开。电机驱动19由过电流保护装置20操控。过电流保护装置20包括在输入连接端2与输入侧开关接通部13之间的连接端线路22中的电流传感器21。电流传感器21检测在相应的串8中流动的电流。如果所述电流中的一个超过过电流界限，那么过电流保护装置20——例如借助由电机驱动预紧的弹簧——这样操控电机驱动19或在此未单独示出的机械储能器，使得所述电机驱动或在此未分开示出的机械储能器使具有输出侧开关接通部15或16的接通元件17和18与输入侧开关接通部13或14远离。由此，将所有串8与输出连接端4和5分开并且也将所有串彼此分开。以这种方式使超过过电流界限的电流中断。过电流保护装置附加地具有接口23，所述接口用于通过连接端线路10和11与连接到所述连接端线路上的逆变器进行电力线通信。逆变器可以传递接入信号，结果，电机驱动19通过以下方式将串8接入逆变器：电机驱动使接通元件17和18运动来将输出侧开关接通部15、16与输入侧开关接通部13、14连接。但是如果过电流保护装置20借助电流传感器21中的一个测量到通过连接端线路22的过电流，则逆变器也可以传递分开信号，结果，电机驱动19同样地可以将串8与逆变器分开。

可理解地，各个开关接通部13这样远地彼此间隔开或这样通过绝缘体分开，使得通过接通元件15和16的远离，输入侧开关接通部13与14足够地远彼此分开，使得例如没有所谓的反向电流能够从串8通过相邻的接通部13流到另一串8。另外清楚的是，电机驱动将具有输出侧开关接通部15和16的接通元件15和16这样远地与输入侧开关接通部13和14分开，使得安全地去除它们之间的意外的电弧。显而易见的是，通过接通元件17和18的借助电机驱动19的共同的运动驱动装置，实现接通元件17与18之间没有电接通。

图2中示出的逆变器24具有多对输入侧连接端25、26用于连接根据图1的分别一个汇流箱。汇流箱在逆变器24中并联地连接到汇流排27、28上。在此，在每个输入连接端25与汇流排27之间的每个连接线路29中布置电流传感器30。汇流排27和28直接与直流/交流转换器32的输入中间回路31连接。通过输出连接端33，直流/交流转换器32将交变电流输出到外部交流电网34中。电流传感器30是逆变器24的过电流保护装置35的部分。如果电流传感器30测量到超过第二过电流界限的电流，则过电流保护装置35通过用于与所连接的汇流箱进行电力线通信的接口36将分开信号至少输出给如下汇流箱，在该汇流箱的连接线路29中流动超过第二过电流界限的电流，以便将连接到所述汇流箱1上的串8与汇流箱分开并且因此与逆变器24分开。

在具有根据图2的逆变器24以及多个根据图1的汇流箱1的光伏设备中，包括过电流保护装置20和35的总过电流保险设备，在其连接到引导电流的线路的部分方面，仅仅由电流传感器21和30以及开关接通部13至16构成。相反，即既不在汇流箱1中也不在逆变器24中设置熔断器。另外，逆变器24不包括用于各个汇流箱——也就是说各对输入连接端25和26的、充当过电流保险装置的分开开关。但是这并不排除，在汇流排27和28与直流/交流转换器32之间不存在图2中未示出的分开开关。

附图标记列表

1汇流箱

2输入连接端

3输入连接端

4输出连接端

5输出连接端

6串线路

7串线路

8串

9光伏模块

10输出线路

11输出线路

12开关装置

13开关接通部

14开关接通部

15开关接通部

16开关接通部

17接通元件

18接通元件

19电机驱动

20过电流保护装置

21电流传感器

22连接线路

23接口

24逆变器

25输入连接端

26输入连接端

27汇流排

28汇流排

29连接线路

30电流传感器

31输入中间回路

32直流/交流转换器

33输出连接端

34交流电网

35过电流保护装置

36接口