用于在适用于光伏系统的电蓄能器中存储电力/从其取得电力的模块、光伏系统以及升级 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏系统。具体地，本发明涉及用于在蓄能器中存储电力/从蓄能器取得电力的光伏系统。
【背景技术】
[0002]不断增加的能量需求要求新的采购形式，并且为此大多数最新的技术发展聚焦于将天然可利用的可再生资源应用到最佳。对于源于自然源的电力的生成，光伏系统已经应用了若干年了，其实现了将太阳能转换成电力。
[0003]通常，如图1中以图解方式示出，光伏系统包括至少一个光伏面板100，其暴露于太阳辐射以便接收太阳能并从太阳能生成直流电。将太阳能电池板100生成的直流转换为交流的网络逆变器101连接到太阳能电池板100的输出。逆变器101的输出端连接到输电网接口设备102，其中私有本地电力用户103(通常为家庭的，并通常由在网络中彼此连接的一组负载构成)和公共电网104并行电连接到所述输电网接口设备102。因此，通过光伏面板100生成的电力，由逆变器101转换为交流的电力，通过输电网接口 102的方式被供应到输电网104并被供应到用户103。出于电气安全原因，需要输电网接口 102。该种接口是在逆变器101的输出端处的安全开关:在正确的操作条件下，该种开关通常为关闭的且所生成的电力可因此流动。如果相反，输电网104的电气条件超过预定标准参数范围(通常在230V和50Hz的±10%，这些值在各个国家之间明显不同)，则开关打开且所生成的电力不被输送到输电网。
[0004]如所提及，用户103和输电网104并行电连接到输电网接口 102。
[0005]因此，根据用户103的消耗并根据光伏面板100所生成的电力量，该生成的能量可被用户103普遍地使用或者被普遍地输送到输电网104，或者被用户103平均分配并被输送到输电网104。这些系统已经首先迅速遍及小的私有用户，S卩，小的住宅单元，诸如例如小的公寓或者单户或双户住宅，或者小的生产单元或商业单元，诸如例如其中使用低电力消耗机器的商店或小车间。实际上，该类系统易于安装并且通过公共电网操作者提供令人感兴趣的运行激励机制，这些为决定该类系统的成功的因素。
[0006]诸如太阳能的可再生能源确保非常可变的能源自主性，它们的效率实际上取决于安装地点中的大气和环境条件。具体地，光伏系统在阳光充足的条件下生成大量能量，而在非常多云的条件下生成极少能量。经常地，从阳光非常充足的天气条件迅速地变为非常多云的条件是可能的，有时仅在几分钟内。因此，系统在短时间内经历从其中其生成大量能量的条件变为其中其生成极少电力的另一个条件。同样突然地，条件经历从多云变为阳光充足，从而产生相反的情况:从极少能量到大量能量。因此，系统在一天中以非常可变的方式生成电力，即，在一个时段中生成大量能量或者在一个时段中生成极少能量，而且频繁地在这两种情况之间波动。
[0007]此外，在冬天时从傍晚即已经开始的黑暗中，所生成的能量基本上等于零。
[0008]因此，光伏系统中的能量生成曲线仅集中于阳光充足的时候，其在冬天时结束于下午，并且可具有最小区域或最大区域，系统所经受的大气可变性的特征。相反，典型消耗曲线不对应于能量生成曲线。
[0009]图3通过示例的方式示出其中用于给定用户的光伏面板的每日生成曲线301叠加对比于相同用户的每日电消耗曲线302的图表。如所示明显的是，光伏系统中的电力生成开始于早上的清晨的时候，在大约中午到达其峰值，并然后在大约黄昏减小到最小。如果该种曲线301也被称为示例实例，则其对于图1中示出的光伏系统是非常典型的。图示中示出的示例的消耗曲线302在不同时间处具有一些振荡，其中峰值在大约下午2点钟。
[0010]对两个图表的分析示出了指示对应的能量条件的两个图表对着的一些区域。消耗曲线302对着的区域303指示从电网取得的能量，这是因为消耗发生在一天中太阳能生成为零或者不足以应付用户的能量需求的时间里。
[0011]生产曲线301对着的区域304指示光伏系统的电力生成，其未被用户消耗反而是被输送到输电网。
[0012]由消耗曲线302和生产曲线301之间的交叉对着的区域305指示光伏系统生成的电力及用户本地消耗的电力。区域304和区域305的总和指示光伏系统的总的电力生成。
[0013]如所示明显的是，区域304 (光伏系统生成的能量输送到输电网)和区域303 (用户从电网取得能量)为相当大的。这指示光伏系统的能量生成和通过本地用户的消耗之间的不平衡，其中光伏系统生成的能量通常被输送到输电网，这是因为其不被本地用户所需求，并且本地用户通常从公共输电网取得能量，这是因为在该时刻通过光伏系统生成的能量不可用或不充足。
[0014]因此，尽管提供有光伏系统，用户核心与公共电网保持紧密协同工作:其将所生成的且未被立即消耗的电力让与后者，并且当需要时且光伏系统不生成电力时，从输电网本身获得能量。
[0015]为了克服这些缺点，最新开发了提供有用于存储至少部分的生成能量的蓄能器的新的光伏系统。图2A、图2B和图2C示出三种不同开放条件下该类型的已知解决方案的方框图。该类型的光伏系统包括“传统”光伏系统，即，提供有光伏面板200、网络逆变器201、输电网接口 202的光伏系统，其中用户205和网络206并行电连接到接口 202以及电力存储和供应部分，包括蓄能器203和双向逆变器204。双向逆变器204的输入端连接到输电网接口 202并且逆变器204的输出端连接到蓄能器203。此外，由控制逻辑(图中未示出)控制的两个开关Il和12被包括用于以选择性方式将用户205连接到输电网206和“传统”光伏系统，或者连接到蓄能器203和双向逆变器204。
[0016]具体地，开关12布置在输电网接口 202和双向逆变器之间的连接中，并从其中双向逆变器电连接到接口 202的关闭位置(如图2A中示出的一个)切换到其中双向逆变器204从接口 202断开连接的打开位置(如图2B和图2C中示出的一个)。开关Il选择性地将电力用户连接到电网206并连接到接口 202(图2A和图2B)以及连接到双向逆变器(图2C)。图2A或图2B中示出了光伏系统的生成时间期间的操作条件。在图2A中，光伏面板生成的能量可被供应到逆变器204以便对蓄能器203充电，供应到输电网206并供应到用户205。通常，在生成时间期间，用户205的消耗为非常低的，因此大部分能量将被逆变器204传递以存储在蓄能器203中。当蓄能器203被充电时，如在图2B中的情况中，控制逻辑将开关12设置为打开位置，通过光伏面板生成的能量可被供应到输电网206并供应到用户205。
[0017]在用户205的消耗时间期间并且在缺乏光伏面板200产生的能量的情况下(通常在晚上)，控制逻辑切换到图2C中示出的操作条件。先前存储的能量被应用于供应用户205。如所提及，逆变器204为双向设备，因为它们将出自于接口 202的交流能量转换为直流能量，以便将其存储在蓄能器203中，以及从蓄能器203取得直流能量并将其转换为交流能量，以将其供应到用户205。该类双向逆变器要求对当前有效的安全标准的合格认证，并且在所有情况下不可将能量并行供应到其他源。如图2C中所示，当用户应用所存储的电力时，用户布置205/双向逆变器204/蓄能器203与所有其他设施隔离。当蓄能器203中的充电结束时，控制逻辑将开关Il从位置P2设置到位置P1，并且用户205可因此从输电网206取得电力。
【发明内容】
[0018]申请人认识到上述技术不允许获得确保从公共电网到其所安装用于的用户核心的良好的独立程度的光伏系统。此外，具有存储可被并行应用到公共电网的电力的光伏系统是不可能的。
[0019]如所提及，最为演进的系统允许以有效的方式存储所生成的能量，以便当其最需要时使用所述生成的能量；然而，在当前技术中，用户可从电网或从蓄能器取得能量，但这些两种使用形式不可组合。为此，蓄能器和双向逆变器必须确保用户的完全自主性，因此必须适当地设置尺寸以便处理瞬间的能量高峰。此外，该类型系统的安装是相当复杂的，因此被设置用于提供两种操作条件的控制逻辑和开关，必须在技术上被发展用于确保同样在高峰吸收时刻对用户205的连续电力供应。具体地，该类开关必须被设置为从一个条件到另一个条件的非常迅速且完美地同步。
[0020]此外，在该类系统中执行了至少三个转换步骤:从光伏面板生成的直流能量到输出到第一网络逆变器的交流能量；从出自于第一网络逆变器的交流能量到出自于第二逆变器的直流能量，以存储在蓄能器中；从出自于蓄能器的直流能量到出自于第二逆变器的交流能量，以供应用户。每个转换步骤引入由于转换效率裕度而引起的具体损耗，因此总的损耗(即，每个步骤的损耗的总和)甚至可能是相当大的。这些解决方案的整体效率因此是相当低的。
[0021]本发明的一般目的是获得允许以简单的和性价比高的方式克服现有技术中的缺点的光伏系统。
[0022]本发明的第一具体目的为使得配备有光伏系统的用户核心在能量上更加独立于公共电网。
[0023]本发明的第二目的为提供允许通过应用所存储的能量和从输电网取得的能量来向用户供应电力的光伏系统。
[0024]本发明的第三目的为升级已经安装的光伏系统，以便使得各个用户尽可能地独立于公共电网。
[0025]以本发明为基础的发明思想涉及用于在适用于光伏系统的电蓄能器中积累电力/从适用于光伏系统的电蓄能器取得电力的新的、原创的模块，以用于存储光伏面板生成的电力并将其供应到与输电网并行的用户。
[0026]通常，本发明涉及用于在电蓄能器中积累电力/从电蓄能器取得电力的模块，该种模块包括第一终端和第二终端，第一终端适用于被连接到光伏面板并被连接到逆变器，第二终端适用于被连接到电蓄能器，该种模块进一步包括在第一终端和第二终端之间连接的双向DC/DC转换器，其适用于转换光伏面板生成的第一能量流，以便将其存储在蓄能器中，以及适用于转换从蓄能器取得的第二能量流，以便将其供应到逆变器，其中双向DC/DC转换器被配置以选择性方式转换第一能量流和第二能量流。模块特征在于其包括功率检测器装置，其适用于在用户布置(其包括逆变器，特别是带有MPPT的类型，和用户)和公共电网之间连接，并适用于检测在用户布置和公共电网之间流动的功率，并且在公共电网和所述用户布置之间反过来也是如此；转换单元包括控制单元，其连接到功率检测器装置并