用于保护一个光伏发电机的多个串免于反向电流的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于保护一个光伏发电机的多个串免于反向电流的方法和装置
[0001]本发明的
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于保护一个光伏发电机的多个串免于反向电流的方法和装置，这些串并联地连接到一个共同的直流电压中间电路。
[0003]反向电流可以理解为:与从该光伏发电机在正确的运行中产生的电流的方向相反流动的电流。
[0004]在一个光伏发电机的多个、并联地连接到一个共同的直流电压中间电路的串的情况下，然后例如在以下情况下能够出现一个反向电流:一个单个的串被遮盖(verschattet)并且由其他未遮盖的串馈送的该直流电压中间电路的中间电路电压通过该遮盖的串引起一个反向电流。
[0005]虽然构成一个光伏发电机的这些串的光伏模块没有通过较小的反向电流受到损坏。然而在大量串的并联电路的情况下存在的危险是:一个被遮盖或由于其他原因具有比这些并联连接的串明显更小的输出电压的单个的串被施加作为反向电流的、来自所有其他的串的电流。由此该串被迅速过载。
[0006]当一个带有错误极性的串连接到多个串的一个共同的集电接口(Sammelanschluss)时，该串使连接到该集电接口的其他串短路。所产生的短路电流，即由这些其他串产生的电流总和，虽然没有在相反的方向流经该与错误极性连接的串，然而却与一个在那里正确连接的串的前进方向相反地流动。在任何情况下，通过所有其他串的高的短路电流使该以错误极性连接的串有损坏危险。通过该受到影响的串的过载也能够引起其他损坏，尤其能够由于该受到影响的串的部件出现过热导致引发火灾。
[0007]本发明致力于保护串或能量生产设备和构造，如与这些能量生产设备相连接或安装这些能量生产设备的建筑物，免于此类损坏。在此希望的是，在发生一个单个的、任意的故障的情况下实现能够可靠地保护这些装置的保护程度。
[0008]本发明尤其设置为用于在一个光伏设备的情况下使用，其中该直流电压中间电路是一个逆变器的输入中间电路，该输入中间电路将电能从该光伏发电机中例如馈送至一个公开的交流电网中。
现有技术
[0009]从EP 2 284 973 Al已知一种带有多个串的光伏设备，这些串分别具有多个仅串联连接的光伏模块。这些串彼此并联地连接到汇流线。一个转换器将电能从这些汇流线馈送到一个电网中。通过该转换器的一个控制器，在这些汇流线之间下降的电压是可调节的。每个串设置一个电流传感器，该电流传感器至少检测反向电流是否流向该串，并且向该控制器报告该反向电流。该控制器降低在这些汇流线之间存在的电压，以便停止该反向电流。在此，没有为这些单个的串设置阻碍反向电流的二极管。这些电流传感器优选地设置在多个待分散地安排的连接单元中。在将这些连接线引导至一个包括该转换器的中央单元之前，多个串用这些连接单元在一对连接线的区域中并联连接。在该中央单元处设置有多个用于使这些中央连接单元连接到汇流线的接口。
[0010]从EP 2 282 388 Al已知一种用于将电能从光伏模块的多个串馈送到电网的装置。该装置对于每个串具有一个接口，其中设置用于过流保险和选择性地断开该串的器件。在此，每个串通常不仅由光伏模块的串联电路组成，一般也具有多个子串，这些子串组合成一个并联电路。该用于过流保险和选择性地关闭该单个串的器件分别具有一个断路器(Leistungsschalter)，该断路器可以电动地打开和闭合，并且与一个在该对应的串和汇流线之间的电流传感器串联连接。该汇流线连接到一个逆变器。
[0011]从DE 101 20 595 Al已知一种带有一个标准太阳能电池链和一个低于标准(Substandard)的太阳能电池链的太阳能系统。由该低于标准的太阳能电池链输出的直流电压通过一个增压器单元提高到由该标准太阳能电池链输出的直流电压的电平。由该标准太阳能电池链释放的直流电压和该提高的直流电压被递送到一个逆变器，通过该逆变器产生一个交流电压，该交流电压被递送到一个电压供应厂。在该标准太阳能电池链一方面与该增压器单元之间以及另一方面与该逆变器之间分别设置一个防止反向电流的二极管。该增压器单元能够形成为升压电路，即形成为升压调压器(Hochsetzsteller)。
[0012]由DE 10 2009 032 288 Al已知一种具有独立权利要求8前序部分的特征的光伏设备。该光伏设备具有多个光伏模块，这些光伏模块连接成多个模块串并且保护根据独立权利要求1前序部分的这些模块串免于反向电流。这些模块串与配属的直流电压转换器连接，并且这些直流电压转换器的输出端抵靠在一个共同的逆变器的输入端处。这些直流电压转换器安排在至少一个发电机接线盒中，该发电机接线盒与该逆变器在空间上分离地安排。一个或两个模块串可以与每个直流电压转换器连接。每个直流电压转换器在两个模块串的情况下可以免除串保险装置。在每个直流电压转换器只有一个模块串的情况下也可以节省串二极管，因为这些流电学分离的直流电压转换器可以防止反向电流。通过不再控制这些流电学分离的直流电压转换器，能够通过这些直流电压转换器停止该电流。由此能够免去一个额外的直流电压分离点。此外，在不断开该整个光伏设备的情况下，这些单个的模块串能够无电流地接通。
[0013]从US 2007/0107767 Al已知一种直流电压能量产生系统，该直流电压能量产生系统具有多个并联连接到汇流线的能量产生电池串。用一个电流传感器测量通过每个串的电流。此外，为每个串设置一个开关模块，以便将对应的串与汇流线连接，将对应的串激活(freizuschalten)或通过一个动态负载短路。
_4] 本发明的目的
[0015]本发明的目的在于提供一种用于保护一个光伏发电机的多个串免于反向电流的方法和装置，这些串并联地连接到一个共同的直流电压中间电路，实现该装置只需要最小的硬件耗费。
_6] 解决方案
[0017]本发明的目的通过具有独立权利要求1的特征的方法以及通过具有独立权利要求8的特征的装置实现。根据本发明的方法和根据本发明的装置的优选实施方式在从属权利要求中描述。
_8] 本发明的说明
[0019]本发明涉及一种用于保护一个光伏发电机的多个串免于反向电流的方法，这些串以小组分别经由一个DC/DC转换器并联地连接到一个共同的直流电压中间电路，其中检测经由这些DC/DC转换器中的每个流动的电流并且其中通过控制这些DC/DC转换器终止通过这些DC/DC转换器之一出现的反向电流。显而易见，不是强制性地必须通过这些DC/DC转换器之一终止出现的每个很小的反向电流，而是能够设置一个针对通过这些DC/DC转换器中的每个的、待终止的反向电流的极限值。由此，能够避免不必要地触发用于终止该反向电流的、对这些DC/DC转换器的控制。
[0020]此外，本发明涉及一种用于保护一个光伏发电机的多个串免于反向电流的装置，这些串以小组分别经由一个DC/DC转换器并联地连接到一个共同的直流电压中间电路，其中每个DC/DC转换器配属有一个电流传感器，该电流传感器检测经由该DC/DC转换器流动的电流，并且其中一个中央控制器通过控制这些DC/DC转换器终止通过这些DC/DC转换器之一出现的反向电流。根据本发明的装置可以是一个能量产生设备的一部分。
[0021]通过根据本发明的方法或根据本发明的装置可以实现一个上级能量产生设备的防单次故障(einfehlersicheres)的行为。这意味着，一个任意的、单个的故障不会导致该能量产生设备达到一个不安全的，例如具有潜在火灾隐患的状态中或保持在该状态。该行为能够在无需额外的部件的情况下通过一个适配的控制器实现。
[0022]在此，一个串理解为多个、一般为