专利名称：与太阳能系统有关的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种容器结构中的包括变流器的至少一部分电部件的变流器设备，并且更特别地涉及一种其中的内部气候得以控制的容器结构。
背景技术：
变流器在许多应用中用于将电能从一种形式变换为另一种形式。变流器用在例如太阳能方面。在太阳能应用中，变流器从光生伏打板(photovoltaic panel)接收直流电压并通常将该直流电压变换成交流电压。交流电压再馈送给网络。在太阳能应用中，用于变换电压的变流器也称为太阳能逆变器。太阳能或风能应用中所需要的变流器或逆变器通常放置在容器或类似的简单的外壳中。然后，这些容器放置在实际的功率发生点附近。因此，这些容器在适于生成功率的野外或开阔地点的外部。容器或外壳以及外壳内部的电部件使用热交换器来冷却或直接用来自外壳外部的空气来冷却。太阳能逆变器由于自然原因而循环工作。在白天，逆变器处于工作中向电网馈送功率。当太阳落下或当太阳能板不能产生足够的功率时，逆变器完全关断。逆变器的循环工作引起与外壳内部的温度和湿度有关的问题。外壳内部的温度显著地变化并且温度的重复改变引起半导体部件过早地坏掉。此外，容器内部的湿度可能引起短路。凝结的水还可能在容器内部冻结，这可能完全阻碍逆变器的工作。为了工作的安全启动，普遍使用电加热来保持容器空气足够干燥和温暖。当内部空气的温度和/或湿度移动到临界范围时，从独立电源——例如直接从干线——获得用于加热的电。由于外部温度变化，容器内部的温度改变并且半导体寿命由于温度循环而变短。如果内部空气含有湿气，那么在没有控制的情况下内部空气可能凝结在错误的位置。由于包围变流器的容器或类似的结构不是气密的，所以湿的空气容易穿入容器内部并且凝结的水引起可以导致系统的完全中断的问题。在非常恶劣的条件下，容器内部的温度会明显低于零摄氏度。在_20°C附近的温度下没有规定标准的电子部件。装备可能不启动或者装备会由于温度而被损坏。在这样的情况下，需要在容器内部加热来将温度保持在允许的限度内。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法及一种用于实现该方法的设备，以克服以上问题。本发明的目的通过以独立权利要求中所陈述的内容为特征的方法及设备来实现。本发明的优选实施例公开在从属权利要求中。
本发明基于如下思想将由太阳能板提供的能量用于加热容器内部的器件。当从太阳能板输出的功率不足以用来产生给电网的功率时，将该功率用于加热容器。根据本发明获得的另外的加热可以用来加热容器内部的空气或容器内部的一些储热物质。本发明的方法及设备的优点是可以用成本非常高效的方案最小化温度循环。由于减少的温度循环，变流器结构中的半导体部件寿命更长。此外，由于可以将温度保持在较高级别，所以极大减缓了与湿度有关的问题。
下面，将参照附图、通过优选实施例对本发明进行更详细的描述，其中图I示出了本发明的实施例的简化的框图，以及图2示出了作为时间的函数的所产生的功率的示例。
具体实施例方式图I示出了光伏发电系统的简化的框图。光生伏打板或者一组或一列这样的板I向变流器2产生直流电压。变流器基本上是逆变器，可以具有多个变换级，并且由于涉及太阳能方面，该变流器通常称为太阳能逆变器。此变流器的目的是根据能够从太阳能板I获得的直流电压来产生交流电压。产生交流电压，以使得交流电压的相位和频率与供电网络3的电压同步。传统上，当从太阳能板I输出的功率降低到不能将功率馈送给网络3的级别时，变流器完全关闭。完全关闭的原因是变流器本身的损耗。损耗可以是例如变流器的额定功率的1%。在具有IMW额定功率的变流器中，损耗在IOKW的范围内。由于太阳能系统不产生能量，所以从网络向变流器提供该能量。如果由太阳能板产生的功率低于变流器中的损耗，那么在没有任何另外的功率源的情况下变流器的工作是不可能的。变流器系统的损耗包括风扇、放电电容器和电路板的损耗、半导体开关的切换损耗等等。当太阳落下或升起时，光被散射相当长的一段时间。太阳能板生成电压，尽管此电压不足以用于将功率馈送给电网(grid)。根据本发明，当太阳能板生成功率并且该功率未被馈送给电网时，此功率用来加热变流器定位在其中的容器。该加热是由其中电能被转换成热的电阻元件来完成的。电阻元件例如是被设计成在加热中使用的电阻器。一旦注意到所生成的功率足以用来将该功率通过变流器馈送给电网，就使用变流器。例如，在太阳升起过程中，可获得的功率逐渐增加。可以基于板所生成的电压来确定已关闭的变流器被使用的点。然而，如果测量板的开路电压以确定太阳能板是否生成足够的功率，那么可能作出错误的切换。这是由于以下事实一旦加载板，如果未达到所需要的功率级别，电压就可能显著地降低。变流器到电网的错误切换和从电网到变流器的错误切换磨损了部件。根据本发明的实施例，测量由设备的板所生成的功率。在图I中，块4包括电阻元件和用于测量功率的装置。由于板实际上加载有用来加热容器的电阻元件，所以可以完成测量。使用测得的功率来确定功率级别是否足以用于将功率通过变流器馈送给电网。图I的示例中示出了块4如何向变流器2输出信号P_s。基于该信号启动变流器。测得的功率优选地是功率的平均值或考虑了由于可能的阴天导致的所获得的功率的变化的经过滤的值。也就是说，当测得的功率超过所需要的限度时，变流器不必启动。而一旦功率的平均值处于适合的级别，则变流器的工作就启动。可以通过对功率求积分来完成功率的平均或过滤，并且该平均或过滤给出了功率的生成的趋势。清楚的是，当天空很阴或半阴时，由板所获得的功率显著地变化并且瞬时功率的测量会导致变流器的过早切换。由于可以基本上精确地确定启动的时机，所以对来自板的功率的测量有助于最大化从板输出的功率。此外，由于在变流器的工作启动时加载板，所以实施例使得板能够在较高的开路电压下使用而没有损坏变流器和/或其它部件的风险。通过在连接到变流器的直流中间电路之前和/或在启动向电网馈送功率之前加载板，板的加载使得能够降低开路电压。
根据实施例，设备包括用于加载太阳能板和用于生成热的至少两个电阻器。电阻器被布置成使得一个电阻器对其中设置有变流器的容器中的空气进行加热，而另一个电阻器被布置成对能够存储热的一些热物质进行加热。优选地，待使用的电阻器是可选择的。可取地，可以以如下方式来使用电阻器，该方式使得在太阳正在升起的早晨将由太阳能板生成的功率用于加热容器的内部空气。在夜晚期间，温度往往下降并且一些湿气会在容器内部的设备中凝结。通过使用散射光生成用于加热器的功率，可以提高内部温度，以使得可以以更安全的方式启动变流器。为了变流器的安全启动，也可以使用散射光直接加热关键的器件。这些关键的器件包括电路板、功率半导体开关和相似的部件。如果变流器是液体冷却系统，那么还可以用散射的太阳光加热液体。被加热的液体对通常用液体冷却的器件进行加热。当太阳正在落下并且变流器不会再产生给电网的电时，将来自太阳能板的功率优选地导向被布置成对热物质进行加热的电阻元件。当变流器已经在工作时，由于变流器的损耗，容器内部的温度很高。然而，当太阳正在落下时，温度往往降低。因此，可取的是，将可以从太阳能板获得的能量存储为热，以使得热物质在外部温度很低的时间期间释放热。所使用的热物质可以是具有适合的热属性的任意的粒子或流体。一种可能性是使用相变材料(PCM)。添加相变材料，以用作被加热到升高的温度的热物质。每种PCM材料具有一定的相变温度。当达到此温度时，材料开始变相，同时保持温度在同一级别。可以使用这样的材料来将容器内部的温度保持在升高的温度。如果期望，可以结合热物质添加受控的风扇。可以以如下方式来控制风扇，该方式使得当温度降低到设定的级别时使用风扇。风扇增加从热物质的热传递，以使得更迅速地从物质到容器内部的空气交换热。风扇工作所处于的温度级别可以是外部温度、内部温度或外部温度与内部温度之间的温度差。还可以单独使用空气湿度作为限度或使用空气湿度和温度一起作为限度。一种可能的限度是保持容器内部的温度比外部温度高10°C，以使得相对湿度保持在60%以下。如果所存储的热不足以将容器内部的温度和/或湿度保持在期望的限度内，那么还可以使用辅助功率源来加热。如果例如需要电加热器，那么电加热器所使用的能量显著低于在没有热物质的情况下电加热器所使用的能量。在温度下降到低于限度之后开始使用辅助功率源，以使得首先使用来自热物质的热。如果此热不足，则开始使用辅助功率源。由于在实施例中使用两个不同的电阻元件，所以设备具有可以用来选择所使用的电阻元件的切换开关或类似的装置。切换开关的工作可以基于时钟，以使得在中午之后的时间内将来自板的能量馈送给对热物质进行加热的电阻元件并且在中午之前的时间内将来自板的能量馈送给对容器内部的空气进行加热的电阻元件。还可以应用其他的逻辑电路。根据本发明的实施例，电阻元件对热物质和容器内部的空气二者进行加热。因此，在此实施例中，功率的一部分用于加热物质而一部分用于加热空气。以此方式，不需要切换开关和相关联的逻辑电路。当两个电阻元件同时工作时，该工作可能没有用独立使用的电阻器的工作高效。在以上实施例中，当变流器未在工作时，仅操作用于产生热的装置。根据实施例，如果从太阳能板输出的功率超过变流器的额定功率,则过量的功率被用于对容器内部的热物质进行加热。根据变流器中的电流测量可以注意到超过额定功率的事实。根据本发明的此实施例，可以集合来 自太阳能板的所有能量。可替代地或与对热物质进行加热一起，当从太阳能板输出的功率超过变流器的额定功率时，将过量的功率用于干燥容器内的空气。例如，可以通过使用珀尔帖(Peltier)元件来干燥空气。在容器需要冷却的情况下，可以将来自太阳能板的过量的功率导向冷却设备。此冷却设备可以包括被馈以过量的功率的空气源加热泵或空气调节器。冷却设备进一步包括用于将功率变换成用于加热泵或空气调节器的适合的形式的变流器。如果加热泵或空气调节器能够用从板获得的直流功率来操作，就不需要变流器。参照图2进一步解释本发明。图2示出了一天时间内的作为时间的函数的功率的示例。在早晨，太阳升起，太阳能板开始产生功率。起初，所产生的功率23低于变流器本身的消耗(线21)，从而功率用于加热容器结构。在时刻tl，所产生的功率23超过变流器消耗的功率，从而可以启动变流器。在图2的示例中，超过了太阳能板的额定值，从而在时刻t2，所产生的功率超过变流器的容量(线22)。过量的功率可以用于加热、冷却或干燥。在时刻t3之后，从板输出的功率降低，一旦功率降到线21以下，变流器就停止。如以上解释的，来自板的剩余功率用于加热热物质。应当注意到，图2是用于说明工作的示例并且该示例不基于任何测量或仿真。以上，结合太阳能描述了本发明，其中，容器合并有如下功率电子器件，该功率电子器件需要用于提取来自板的功率并且变换所获得的功率以将所获得的功率馈送给电网。术语“容器”应当广义地来理解，意思是配电亭、建筑物、柜或至少主要意在容纳太阳能系统的功率电子设备的类似的结构。对于本领域普通技术人员将明显的是，可以用各种方式实现所述创新性的概念。本发明及其实施例不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。
权利要求
1.一种与太阳能系统有关的设备，包括太阳能板(I)和用于变换来自所述太阳能板的直流电压的变流器(2)，所述变流器布置在容器或类似的封闭结构内部，其特征在于，所述设备包括 用于从由所述太阳能板产生的能量来产生热的装置(4)，所述用于产生热的装置布置在所述容器或所述类似的封闭结构内部并且被布置成能够电连接到所述太阳能板。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述用于产生热的装置在所述变流器不工作时被操作。
3.根据权利要求I或2所述的设备，其特征在于，所述用于产生热的装置在来自所述太阳能板的功率超过所述变流器的额定功率时被操作。
4.根据权利要求I或2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括冷却设备和/或干燥设备，所述冷却设备和/或所述干燥设备在来自所述太阳能板的功率超过所述变流器的额定功率时被操作。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于产生热的装置包括至少一个电阻器(5)。
6.根权利要求I至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述用于产生热的装置包括两个或更多个电阻器，所述两个或更多个电阻器中的至少一个电阻器被布置成对所述容器或所述类似的封闭结构的内部空气进行加热，并且至少另一个电阻器被布置成对所述容器或所述类似的封闭结构内部的热物质进行加热。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备还包括切换开关，所述切换开关适于将来自所述太阳能板的功率导向被布置成对所述内部空气进行加热的电阻器或者导向被布置成对所述热物质进行加热的电阻器。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，被布置成对所述容器或所述类似的封闭结构的所述内部空气进行加热的所述电阻器适于在所述变流器的工作被启动之前使用。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，被布置成对所述热物质进行加热的所述电阻器适于在所述变流器的工作被停止之后使用。
10.根据前述权利要求I至9中任一项所述的设备，其特征在于，被布置成对所述容器或所述类似的封闭结构的所述内部空气进行加热的所述电阻器适于在所述变流器的工作被启动之前使用。
11.根据前述权利要求I至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于确定馈送给所述用于产生热的装置的功率的装置，并且所述变流器的工作适于基于所确定的功率P_s来启动。
12.根据前述权利要求11所述的设备，其特征在于，所确定的功率是所述功率的平均值或过滤后的值。
13.一种与太阳能系统有关的方法，所述太阳能系统包括太阳能板(I)和用于变换来自所述太阳能板的直流电压的变流器(2)，所述变流器布置在容器或类似的封闭结构内部，其特征在于，所述方法包括 使用用于产生热的装置(4)从由所述太阳能板产生的能量来产生热，所述用于产生热的装置布置在所述容器或所述类似的封闭结构内部并且被布置成能够电连接到所述太阳能板。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述变流器不工作时产生所述热。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在来自所述太阳能板的功率超过所述变流器的额定功率时产生所述热。
16.根据权利要求13、14或15所述的方法，其特征在于，所述产生热的步骤还包括以下步骤当太阳能在所述变流器的启动之前可用时，用布置在所述容器或所述类似的封闭结构内部的电阻器来产生热，以及 当太阳能在所述变流器的使用之后可用时，用被布置成对所述容器或所述类似的封闭结构内部的热物质进行加热的电阻器来产生热。
17.根据前述权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述变流器的启动之前测量由所述太阳能板馈送给电阻元件的功率，以及根据所测得的功率确定是否启动所述变流器。
18.根据前述权利要求17所述的方法，其特征在于，所述确定步骤包括以下步骤过滤或平均所测得的功率，以及根据过滤或平均后的功率确定是否启动所述变流器。
全文摘要
一种与太阳能系统有关的方法及设备。该设备包括太阳能板(1)和用于变换来自太阳能板的直流电压的变流器(2)，该变流器布置在容器或类似的封闭结构内部。该设备还包括用于从由太阳能板产生的能量来产生热的装置(4)，该用于产生热的装置布置在该容器或类似的封闭结构内部并且被布置成能够电连接到太阳能板。
文档编号H02N6/00GK102625491SQ20121001483
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月17日 优先权日2011年1月31日
发明者尤卡·蒂塔宁, 蒂莫·科伊武卢奥马, 韦莎·科伊斯蒂宁 申请人:Abb公司