带有至少两个直流输入端的逆变器，带有逆变器的光伏设备和控制逆变器的方法
【专利说明】带有至少两个直流输入端的逆变器，带有逆变器的光伏设备和控制逆变器的方法
[0001]本发明涉及一种带有与一个共用的中间电路耦合的至少两个直流输入端的逆变器，该共用的中间电路与一个逆变器桥连接。此外，本发明涉及一种带有此类逆变器的光伏设备和一种用于控制此类逆变器的方法。
[0002]在例如光伏设备(以下简称为PV设备)中使用逆变器，以便将由一个PV发电机产生的直流电转换为交流电，该交流电适合于馈送到一个能量供应网络中。安装在建筑物(尤其是住房)中或建筑物上的PV设备迄今为止大多数情况下被设计为向一个开放的能量供应网络中进行馈送。然而，能够在一种此类的PV设备运行时产生这种情况，其中可用的本地产生的能量比当前时刻馈送入该开放的能量供应网络中的更多。在一种此类的情况中能够提出的是，由一个提供和/或维护该开放的能量供应网络的能量供应公司(EVU)传递用于调节该PV设备的要求，根据该要求限制该PV设备的最大的馈送功率或根据该要求完全禁止馈送。为了传递一个此类的调节要求，已知例如与一个PV设备的逆变器连接的电子通信系统。对该馈送的功率的调节能够通过该逆变器以简单的方式通过改变该PV发电机的工作点而在该PV发电机的空载电压的方向或在短路电压的方向上实现。然而，在此情况下实际可用的再生性能量保持未被利用。
[0003]即使不存在能量供应公司方面的调节要求，由于馈送报酬的降低，人们越来越感兴趣的是，不将由该PV发电机产生的本地能量馈送到该开放的能量供应网络，而是用于满足能量消耗。
[0004]本发明的目的在于，提供一种逆变器，一种带有此类逆变器的PV设备和一种用于此类逆变器的控制方法，它们以简单的方式实现对多余的PV能量的尽可能有能量效率的使用。一种此类的使用尤其可以不用安装该额外的测量和控制装置，由此确保不向该开放的能量供应网络馈送多于预先给定的能量值。
[0005]通过带有独立权利要求的特征的逆变器、PV设备或方法实现该目的。有利设计和改进方案是从属权利要求的主题。
[0006]根据本发明的一个第一方面，该目的通过开篇所述类型的逆变器实现，其中这些直流输入端中的至少一者与一个另外的中间电路耦合。
[0007]可以使用该另外的中间电路以利用多余的能量，其方式为，该PV发电机的能量从至少一个PV子发电机中被引导到该另外的中间电路中并且从那里得到使用。在此情况下，一个另外的PV子发电机仍然能够将其产生的电功率通过该逆变器馈送到该能量供应网络中。通过该功率向该另外的中间电路的转向，馈送到该能量供应网络的功率能够降低或变为零并且以此方式对能量供应商方面的调节要求进行反应，而无须保持不使用多余的能量。在此情况下，一个仅很小的额外的设备耗费是必要的。
[0008]在此情况下，该另外的中间电路能够安排在该逆变器的一个壳体内，或在一个扩展单元的背景下安排在一个分离的壳体内。当一个现有的逆变器通过一个改装套件扩展该另外的中间电路时，后者尤其合适。
[0009]在该逆变器的一个有利的设计中，该另外的中间电路通过开关器和/或二极管与这些直流输入端连接。在此情况下，能够实现该另外的中间电路与这些直流输入端之间的直接连接，或者与安排在这些直流输入端与该逆变器的共用的中间电路之间的电压转换器(例如一个升压转换器)内的合适位置处的连接。一个此类的电压转换器优选地具有两个输出端，其中一个输出端与该共用的中间电路连接并且另一个输出端与该另外的中间电路连接。当该电压转换器例如形成为升压转换器时，在该升压转换器的一个电感与该升压转换器的一个开关机构之间的中间抽头(Mittelabgriff)优选地分别通过一个二极管与该输出端和该另外的输出端耦合。这样实现的是，电流能够从这些直流输入端流入该共用的和/或该另外的中间电路，然而无须这些中间电路中的一者中的反向电流出现在这些另外的中间电路中。如果希望这些中间电路之间向一个方向的电流，例如从该另外的中间电路到该共用的中间电路，这能够通过一个带有二极管的额外的电流路径来实现，该电流路径连接这两个中间电路。
[0010]在该逆变器的另一个有利的构型中，该另外的中间电路通过另一个电压转换器耦合。该另外的电压转换器尤其优选地是一个降压转换器、一个升压转换器或一个组合式的升压和降压转换器。即使该电压转换器和该另外的电压转换器安排在该直流输入端与该另外的中间电路之间，当功率从对应的PV子发电机流入该另外的中间电路时，仅需要这两个电压转换器中的一个是启动的。由此，对应的转换损失仅以简单的方式出现并且连接到该另外的中间电路的耗电设备尽可能有能量效率地(即以尽可能小的功率损耗)供应。
[0011]为了实现所有部件的协调控制以用于控制从该PV发电机到该中间电路和/或该另外的中间电路的功率流，这些开关器和/或该另外的电压转换器由该逆变器的一个控制装置进一步优选地控制。
[0012]在该逆变器的另一个有利的设计中，一个另外的逆变器桥安排在该另外的中间电路的下游。以此方式，该另外的中间电路不仅能够用于供应一个直流负载，而且可以用于供应一个交流负载。
[0013]根据本发明的另一个方面，该目的通过一个带有此类型的逆变器的PV设备实现，其中该另外的中间电路与一个本地的电流负载和/或一个能量存储器连接。在此情况下，该本地的电流负载可以是一个本地的直流负载或在一个另外的逆变器桥的中间连接的情况下是一个本地的交流负载。该本地的直流负载和/或该本地的交流负载尤其优选地可以是一个加热设备的部件，尤其是一个电气加热元件和/或一个电气循环栗。该PV发电机的多余的功率能够这样有意义地用于运行部件，这些部件用于以加热的水的形式存储能量。
[0014]根据本发明的另一个方面，该目的通过一种用于控制PV设备的逆变器的方法实现。在此情况下，该逆变器具有与一个共用的中间电路耦合的至少两个直流输入端，该共用的中间电路与一个逆变器桥连接，其中，这些直流输入端中的至少一者通过一个电压转换器与该共用的中间电路连接并且这些直流输入端中的至少一者通过一个另外的电压转换器与一个另外的中间电路耦合，一个本地的电流负载可连接到该另外的中间电路处。该方法的突出之处在于，依赖于一个对该另外的电压转换器和对该电压转换器的对应地匹配的控制，这些直流输入端中的至少一者的功率流被引导到该共用的中间电路和/或该另外的中间电路中。这产生了与该逆变器相关地叙述的优点。
[0015]在此，在该方法的一个实施方式中，依赖于对该另外的电压转换器和对该电压转换器的对应地匹配的控制，这些直流输入端中的至少一者的完全的功率流(至少对于一定的时间段)选择性地被引导到该共用的中间电路中，或引导到该另外的中间电路中。
[0016]相反，在该方法的另一个实施方式中，依赖于对该另外的电压转换器和对该电压转换器的对应地匹配的控制，这些直流输入端中的至少一者的功率流同时(至少对于一定的时间段并且在适当时以不同的比例)既引导到该共用的中间电路，也引导到该另外的中间电路中。
[0017]在该方法的另一个实施方式中，这些直流输入端中的至少一者的每个子功率流仅相应地通过一个主动转换的电压转换器或另外的电压转换器引入该共用的中间电路或该另外的中间电路中。通过对应地控制这些电压转换器，以此方式实现对供应给该逆变器的能量的尽可能有效的利用，其中可以防止多次转换损耗。优选地这样控制这些电压转换器，使得也在这些直流输入端和该共用的中间电路或该另外的中间电路处的主导的电压不同的情况下实现仅在这些子功率流的每个中唯一的电压转换。
[0018]下面将通过实施例借助于两个附图来详细说明本发明。附图示出:
[0019]图1以一个示意性的框图示出一个PV设备，该PV设备带有一个根据本申请的在第一实施例中的逆变器，并且
[0020]图2示出一个PV设备的示意性图示，该PV设备带有一个根据本申请的在另一个实施例中的逆变器。
[0021]图1以一个示意性框图的形式示出一个PV设备，该设备带有一个根据本申请的在第一实施例中的带有扩展单元的逆变器。
[0022]该PV设备具有一个PV发电机1，该PV发电机包括两个PV子发电机2a、2b。这两个PV子发电机2a、2b例如能够相应地通过多个PV模块(所谓的串)的一个串联电路形成。此外，这些单个的PV子发电机2a、2b能够相应地也包括多个串的一个并联电路。每个PV子发电机2a、2b通过分离的直流导线3a、3b与一个逆变器10的一