用于转换及调节直流电压的电路布置和方法,光伏装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于转换和调节直流(DC)电压的电气系统的电路布置。本发明进一步涉及一种方法和一种光伏系统。
【背景技术】
[0002]虽然本发明可适用于大量电气和电子系统，以下将结合包括太阳能逆变器的光伏系统对本发明进行描述。
[0003]光伏系统被用来从太阳能获得电能并将该电能供给到公共供电网络或电力网。为此，通常使用将光伏系统的太阳能电池产生的直流电流转换为交流电流的逆变器。随后所述交流电流可被供给给公用电网。
[0004]为了能够尽可能对称地将交流电流供给进公用电网，例如太阳能电池或太阳能电池串列与转换器直接耦接。为此，太阳能电池布置的负极连接到逆变器的负极并且太阳能电池布置的正极连接到逆变器的正极。以这种方式连接太阳能电池和逆变器的问题在于在某些情况下，若太阳辐射低，则太阳能电池产生的直流电压会太低而不能通过逆变器产生可以被输入公用电网的交流电流。在具有分离的中间电路(υζκ+和UzkJ的逆变器拓扑结构中，负中间电路和正中间电路中电压大小必须比电源电压的幅度大。230V的电源电压，其幅度为324V。若光伏系统的太阳能电池布置产生例如小于2X324V = 648V的直流(DC)电压，则通过具有分离的中间电路的逆变器由此所获得的直流电压不能再被转换为230V交流(VC)电压。
[0005]由此，将已知的升压转换器用在太阳能电池布置和逆变器之间，并且增加通过太阳能电池布置所产生的DC电压的量。结果是，即使当太阳能电池布置提供比公用电网所需的更低量的DC电压时，也可以产生并向公用电网供给交流电流。
[0006]若太阳能电池布置与逆变器相连使得太阳能电池布置的正极相对于参考接地具有正的电位，并且太阳能电池布置的负极相对于参考接地具有负的电位，那么由于所谓的PID效应，这可以导致太阳能电池的渐变的性能下降。该PID效应主要是由于太阳能电池的负极相对于参考地电位的负电位(这可以导致不希望的漏电流)造成的。总体而言，这导致太阳能电池布置的加速老化和显著的性能损失。
[0007]为了防止该PID效应发生，采用了想要提高太阳能电池的负极电压位的电路，以便所述电位与参考地电位相等或相对于参考地电位呈现正值。
[0008]例如在DE 10 2007 050 554 Al中对相应的电路系统进行了阐述。若太阳能电池的正极电位增大，则太阳能电池负极的电位也增大。
【发明内容】
[0009]在此背景下，本发明的一个目的是能够凭借具有分离的中间电路的无变压器逆变器来有效地操作光伏系统，使得太阳能电池的负极相对于参考接地电位具有正的或至少为非负的电位。
[0010]根据本发明的这个目的是通过具有权利要求1的特征的电路布置和/或通过具有权利要求8的特征的方法和/或通过具有权利要求11的特征的光伏系统来实现的。
[0011]因此，提供了如下各项:
[0012]一种电路布置，用于转换和调节电压源的DC电压的电气系统，具体地用于光伏系统的太阳能逆变器，所述电路布置包括电气输出，可以将其耦接到逆变器，可以增加电气系统的中间电路的正支路中电气输出处的电位，使得电压源的负极的输出电位呈现大于在该增加之前，负极所具有的电位的值，或可以减小电气系统的中间电路负支路的电位，使得电压源的正极的输出电位呈现小于在该减小之前，正极所具有的电位的值，并且所述电路包含平衡装置，其被设计来平衡电气系统的中间电路的正分支和电气系统的中间电路的负分支之间的电功率。
[0013]还提供了:
[0014]一种用于操作用于转换和调节电压源DC电压的电气系统的方法，具体地，具有根据本发明的电路布置，所述方法包含以下步骤:增加电气系统的中间电路的正支路的电位，使得电压源的负极的电位呈现大于在该增加前，负极所具有的电位的值，或减小电气系统的中间电路的负支路电位，使得电压源的正极的输出电位呈现小于在该减小前，正极所具有的电位的电压值，并且平衡电气系统的中间电路的正分支和电气系统的中间电路的负分支之间的电功率。
[0015]最后，提供了:
[0016]一种光伏系统，包括根据本发明的电路布置。
[0017]本发明基于这一发现:不一定需要在中间电路中使用相对于参考接地的对称电压来增加逆变器效率。
[0018]本发明是基于对这一发现的考虑的，并且提供了一种电路布置，其并未实际上将正和负的中间电路分支的电位相对于参考电位形成为对称的。替代地，通过该电路布置，使提供给逆变器的正DC电压连接的电功率的量等于提供给逆变器的负DC电压连接的电功率的量。这使得即便使用逆变器的对称的输入电压，也允许逆变器的有效运行。
[0019]根据本发明的电路布置包括两种运行模式。在第一运行模式中，向逆变器提供对称的中间电路电压。该第一运行模式可以例如与不受PID效应影响的太阳能模块一起使用。在这种运行模式中，太阳能装置达到最优效率。然而，如果使用受PID效应影响的太阳能模块(例如，薄膜太阳能模块)，并且作为结果，其中的太阳能模块的负极的电位必需被增加，则以第二运行模式运行电路布置。在这种情况下，运行电路布置，以使得通过逆变器增加的中间电路的正分支的电位，以使得太阳能模块的负极的电位相对于参考电位为正，或者降低中间电路的负分支的电位降低，以使得太阳能模块的正极的电位相对于参考电位为负。电位还可以与参考电位相匹配而不是大于或者小于所述参考电位。
[0020]根据本发明的电路布置进一步允许对负的中间电路的电位进行调节，使得所述电位变得相对于参考电位与正的中间电路分支的电位相对称。特别是，根据本发明的电路布置根据公用电网的电源电压(例如，324V)调节负的中间电路分支的电位。这使得当太阳能电池的电压是例如650V时，可以在电路布置中使用半导体开关，该开关的电气强度为小于1200V(650V+324V ( 1200V)。
[0021 ] 为了防止中间电路或参考电位的对称电压导致将部分直流输入到公用电网中，本发明提供了一种平衡装置，其平衡中间电路的分支的电功率。代替使用多个单个的太阳能电池，通过一组太阳能电池、串联和/或并联的太阳能电池、太阳能电池串列等可以运行电路布置。
[0022]可以从从属权利要求以及参照附图的说明中看到有利的实施例和发展。
[0023]在一个实施例中，提供至少一个第一升压转换器，其被设计来增加电气系统的电压源的负极和正极之间的电压量，并且/或者使该电压量等于公用电网的电源电压的量。这使得即便当电压源提供的电压小于公用电网的电源电压时，也输入电压源所产生的电流。
[0024]在一个实施例中，平衡装置包括电气耦接至电气系统的正分支、负分支以及第一节点的反相调节器。这使得可以提供非常有效且简单的平衡装置。
[0025]在另一个实施例中，第一节点包括参考电位。此外，反相调节器被设计为相对于参考电位来平衡正支路和负支路的电功率。这使得电路布置可以被适应于不同的参考电位和应用。在另一实施例中，替代反相调节器，可以采用升降转换器或其他类型的DC-DC转换器。
[0026]一个实施例中，将反相调节器电气布置在至少一个第一升压转换器和该电路布置的电气输出之间。这使得即使当光伏系统中采用多个太阳能电池时，也可以仅采用一个平衡装置来平衡电气系统的中间电路的正支路和电气系统的中间电路的负支路之间的电功率。在这种情况下，第一升压转换器可以被构造为多通道升压转换器，其具有至少两个对于太阳能电池的电气并联输入连接。代替多个单个的太阳能电池，可以将太阳能电池的并联电路和/或串和/或至少一个太阳能电池串列或太阳能电池阵列连接至第一升压转换器。
[0027]在一个实施例中，反相调节器包括可控开关和反向的二极管，所述二极管与该可控开关被串形布置，并且被电气布置在正分支和负分支之间。该可控开关可以例如是MOSFET, IGBT, JFET、双极晶体管或其他功率半导体元件。
[0028]在又一个实施例中，反相调节器包括被电气布置在连接在可控开关和二极管之间的第二节点与第一节点之间的电感元件(线圈，电感器)。这使得可用以简单、不复杂的方式构造该反相调节器。
[0029]在一个特别优选的实施例中，平衡装置包括控制装置，其被设计来控制该反相调节器，使得在电路布置的正输出连接处输出与电路布置的负输出连接处相同的电功率。该控制器可以例如包括微处理器或还包括FPGA或PLD。使用这样的控制装置允许以非常灵活的方式控制该反相调节器。
[0030]在可行的情况下，可以用任何给定的方式结合上述实施例和发展。本发明进一步可能的实施例、发展以及实施还包括结合实施例而在上文或下文中所述的本发明的特征的组合，即使所述组合没有被明确提及。在这种情况下，本领域技术人员将对本发明的基本形式具体增加各自的各方面作为改进或补充。
【附图说明】
[0031]以下在附图的示意性图案给出的实施例的基础上，将对本发明进行更详细的描述，其中:
[0032]图1是根据本发明的电路布置的实施例的框图；
[0033]图2是根据本发明的方法的实施例的流程图；
[0034]图3是根据本发明的光伏系统的实施例的框图；
[0035]图4是根据本发明的光伏系统的实施例的另一个框图；
[0036]希望使用附图来对本发明的实施例有更好的理解。与说明相结合地，附图示出了实施例，用来阐明本发明原理和概念。关于附图，呈现了其它实施例和许多提及的优点。不需以彼此的真实比例示出附图中的元件。
[0037]除非另有声明，对于相似的及具有相同功能或效果的元件、特征和组件，在附图的各图中给出相同的附图标。
【具体实施方式】
[0038]图1是根据本发明的电路布置的第一实施例的框图。附图标记I所表示的电路布置包括平衡装置4，该平衡装置4耦接到光伏系统24的中间电路(附图1中未示出)的负支路3和正支路5。
[0039]电路布置I被设计为离散电路布置I。在进一步的实施例中，电路布置I也可被设计为集成电子电路布置I。在再进一步的实施例中，电路布置I还可被设计为逆变器14的组件。
[0040]示例中所示，电路布置I被设计为至多1kW的总电功率。在进一步的实施例中，电路布置I也可以被设计为高达I丽的总电功率，还特别是高达10kW或1KW。
[0041]在进一步的实施例中，电路布置I包括控制装置，其被设计来控制平衡装置4并且，如果有的话，控制升压转换器2 (未显示)。在一个实施例中，该控制装置被设计为微控制器。在进一步的实施例中，该控制装置被设计为在微控制器上执行的计算机程序产品。在这种情