專利名稱：用于運行太陽能電池設(shè)備的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于運行太陽能電池設(shè)備的方法以及用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在所謂的可再生能源下，太陽能在如下程度上具有意義例如能夠降低太陽能電池模塊和整個設(shè)備的成本，提高能量產(chǎn)出，從而總體上產(chǎn)生的電能的單位成本接近在基于化石能源載體產(chǎn)生能量的情況下設(shè)置的經(jīng)濟尺度的值。除單個電池的光電產(chǎn)量之外，這里適宜的運行方式、特別是耦合輸出電能的優(yōu)化的模式，也起重要的作用。在有機太陽能電池的情況下功率吸收連續(xù)地發(fā)生，因為功率僅取決于外部參數(shù)例如輻照和溫度。因此功率吸收以所謂的最大功率點跟蹤器而發(fā)生，其不隨時間改變地提取功率。這一方法和相應(yīng)的電路布置在EP 1 239 576 A2中說明。在該文獻中建議從先前例如根據(jù)進行中實施的電壓和電流測量的測量值和后繼的AD變換調(diào)整開關(guān)變換器的占空因數(shù)、或者在監(jiān)視開關(guān)變換器輸出時跟蹤占空因數(shù)而使輸出電壓或者輸出電流最大化的實際的運行方式脫離，對簡化的控制感興趣。這里根據(jù)本發(fā)明人的知識得出，由于效率依賴于時間和狀態(tài)，所以在SDSC的情況下次優(yōu)化的功率吸收和電池的電勢不能被完全利用。這會導(dǎo)致功率損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于運行太陽能電池設(shè)備-特別是具有有機基礎(chǔ)的太陽能電池的太陽能電池設(shè)備-的改進的方法和用于執(zhí)行該方法的設(shè)備，其能夠在較長的運行持續(xù)時間中實現(xiàn)較大的能量產(chǎn)出。該任務(wù)在其方法方面通過具有權(quán)利要求1的特征的方法解決，在其設(shè)備方面通過具有權(quán)利要求7的特征的設(shè)備解決。發(fā)明思想的適宜的改進是各從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明包括重要的思想從迄今以時間上恒定的方式提取已經(jīng)提供的功率的實際的工作原理“最大功率點跟蹤”脫離。它另外包括如下思想以適宜的方式在確定類型的太陽能電池設(shè)備一專門的有機太陽能電池以及還有SDSC類型的專門的有機太陽能電池一的電功率參數(shù)的確定的時間上的變化上調(diào)整功率耦合輸出的時間上的控制。對此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，事先確定功率耦合輸出的定義的時間程序，然后使用相應(yīng)的時間控制，或者根據(jù)本發(fā)明的第二方面，取決于時間地監(jiān)視太陽能電池設(shè)備的決定性的狀態(tài)參量并且取決于測量結(jié)果進行功率控制。應(yīng)該理解，所建議的設(shè)備以結(jié)構(gòu)上的特征即裝置方面反映該方法原理。也就是說本發(fā)明考慮有機太陽能電池的時間上的內(nèi)部變化。由此能夠把電池在較長的時間期間上在較大的功率點處運行，并且優(yōu)化地充分利用電池的電勢。在本發(fā)明的一種實施方式中規(guī)定，耦合輸出的電功率周期地針對相應(yīng)預(yù)定的時間區(qū)間被減少并且相對于最大的功率值減少預(yù)定的量。這里特別可以把周期的減少與白天時間關(guān)聯(lián)，特別是作為在晚上降低功率耦合輸出來實施。也可以脫離晚上降低的原則這樣構(gòu)造時間控制程序，使得在相應(yīng)運行的光伏設(shè)備中對于高峰需求時間提供最大的功率，而在較小需求的時間段內(nèi)回退輸出功率。在這一方面也可以短時修改功率耦合輸出的時間控制，以便例如考慮從負載高峰當(dāng)時的偏移。在這一意義上對于定義的時間程序不能理解為長期的和不能改變的預(yù)定程序，相反適應(yīng)需求的短期的控制干預(yù)完全應(yīng)當(dāng)存在于本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要功率耦合輸出的中期控制適應(yīng)各太陽能電池結(jié)構(gòu)的物理情況。在本發(fā)明的另一種實施方式中規(guī)定，通過暫時把運行電壓換接到為太陽能電池設(shè)備的再生適合的值特別是到其空載電壓，控制耦合輸出的電功率。該適合的電壓值不必一定是需要的或者甚至優(yōu)選也不是空載電壓，相反從各太陽能電池的結(jié)構(gòu)或者控制的邊界條件也可以把另外的值作為適合的而產(chǎn)生。在本發(fā)明的另一種實施方式中，作為狀態(tài)參量監(jiān)視耦合輸出的電功率自身，并且把它的被采集的測量值用于控制耦合輸出。也就是說該實施方式具有反饋部分，并在一定的意義上表示一種調(diào)節(jié)。但是原則上也可以考慮其他的狀態(tài)參量作為用于控制的輸出基礎(chǔ)，這些狀態(tài)參量與載流子生成的機制和向外部負載的功率耦合輸出其有足夠直接的關(guān)系。它們例如可以是輸出電流-輸出電壓特性曲線的局部上升或者分段方式的變化曲線、 太陽能電池的表面溫度等。所建議的設(shè)備的一種實施方式如此構(gòu)造，使傳感器作為用于采集耦合輸出的功率、特別是其瞬時值的功率測量設(shè)備構(gòu)造。在另一種實施方式中規(guī)定，如此在傳感器和控制裝置之間連接有閾值鑒別器，使得從傳感器輸出的對于控制裝置的輸入信號取決于是超過或者不超過狀態(tài)參量的至少一個預(yù)給定的閾值。此外可以在閾值鑒別器中實現(xiàn)一個下閾值，使得功率控制對于當(dāng)前功率的降低(在最大耦合輸出的運行模式下)反應(yīng)。在該實施方式的一種構(gòu)型中閾值鑒別器可以多級構(gòu)造，使得取決于在預(yù)給定的多個閾值中的哪一個在確定的條件下到達“最大運行”，每次激活多個可選擇的控制程序中的另外的。在從具有減小的功率耦合輸出的運行方式返回過渡到“最大運行”的情況下，多級閾值鑒別器也能夠有意義地作用，這通過取決于太陽能電池實際達到的恢復(fù)狀態(tài)要么重新不限制地采用最大功率點跟蹤、要么調(diào)整具有適度提高的功率耦合輸出的運行模式實現(xiàn)。對于上述和另外的實施方式，開關(guān)控制單元的處理器控制器具有內(nèi)部的或者固定連接的用于存儲多個控制程序的控制程序存儲器是有利的，這些控制程序與確定的輸入值對應(yīng)?？刂瞥绦蚩梢怨潭ň幊獭⒒蛘呃鐝耐獠客ㄟ^有線連接的或者無線的從控制中心至太陽能電池設(shè)備的消息傳輸來提供或者可以改變。


另外，本發(fā)明的優(yōu)點和適宜性從下面參照附圖的詳細的說明中產(chǎn)生。附圖中圖IA和IB用太陽能電池設(shè)備上的電壓和耦合輸出的功率隨時間變化曲線的圖形表示來示出本發(fā)明的方法的一個實施例，圖2A和2B示出用于說明本發(fā)明的設(shè)備的示意圖，圖3示出本發(fā)明的設(shè)備的另一種實施方式的示意圖，圖4示出本發(fā)明的另一種實施方式的示意圖。
具體實施例方式不是在最大功率點(Vmpp)對有機太陽能電池(OPV)模塊連續(xù)提取功率和忽略功率隨時間的減低，而是控制器在一定的時間后將工作點從最優(yōu)工作點換接到再生點，以便電池能夠恢復(fù)，參見圖IA和圖1B。由此效率再次升高到最大值。該再生點特別是空載電壓(U。在該再生點處不流過電流，由此不轉(zhuǎn)換功率。在一段恢復(fù)階段后，工作點再次被置于最優(yōu)工作點(Vmpp)。在圖IB中用點線或者點劃線以比較方式表示，在所建議的運行模式中耦合輸出功率(平均值)在時間上的變化曲線相對于傳統(tǒng)模式(不對運行電壓進行周期復(fù)位)是如何的。能夠看出，通過點劃線表示的平均可耦合輸出功率在本發(fā)明的方法實現(xiàn)中較高?；謴?fù)階段的長度可變，例如它可以在部分或者整個晚上發(fā)生。電池由于先前的恢復(fù)階段提供最大的功率。對于電池功率隨時間的降低，控制器可以根據(jù)外部的輸入(tea、 t^)優(yōu)化地進行反應(yīng)。然而控制器也可以通過分析時間上變化的功率和開關(guān)持續(xù)時間的匹配，不需要外部輸入，計算在接通(On)和關(guān)斷(Off)狀態(tài)之間的盡可能最好的比例。平均說，通過開關(guān)過程產(chǎn)生的功率比用傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生的功率大。雖然通過再生階段發(fā)生功率損失，但是通過更高的運行狀態(tài)能夠過補償該功率損失。由此相應(yīng)于下式計算效率n
權(quán)利要求
1.用于運行太陽能電池設(shè)備以便從其耦合輸出功率的方法，所述太陽能電池設(shè)備特別是具有有機基礎(chǔ)的太陽能電池，其中耦合輸出的電功率根據(jù)定義的時間程序來控制，或者取決于時間地監(jiān)視太陽能電池設(shè)備的至少一個狀態(tài)參量，并且取決于所述狀態(tài)參量的被采集的測量值來控制耦合輸出的電功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，耦合輸出的電功率周期地針對相應(yīng)預(yù)定的時間區(qū)間被減少并且相對于最大的功率值被減少預(yù)定的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述周期的減少與白天時間相關(guān)聯(lián)，特別是作為在晚上降低功率耦合輸出來實施。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，通過暫時減小運行電壓到為太陽能電池設(shè)備的再生適合的值、特別是到其空載電壓， 控制耦合輸出的電功率。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，作為狀態(tài)參量監(jiān)視耦合輸出的電功率自身，并且把它的被采集的測量值用于控制耦合輸出。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，以相同的時間間隔采樣地采集狀態(tài)參量的時間依賴性。
7.用于執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法的設(shè)備，其具有-控制裝置，用于在時間上控制耦合輸出的電功率，其中執(zhí)行控制程序，和-在輸入側(cè)與控制裝置連接的定時器，和/或-在輸入側(cè)與控制裝置連接的傳感器，用于取決于時間地采集狀態(tài)參量并且用于向控制裝置輸出代表采集結(jié)果的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述傳感器作為用于采集耦合輸出的功率、特別是其瞬時值的功率測量設(shè)備來構(gòu)造。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中，在所述傳感器和控制裝置之間連接有閾值鑒別器，使得從傳感器輸出的對于控制裝置的輸入信號取決于是超過或者不超過狀態(tài)參量的至少一個預(yù)給定的閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9之一所述的設(shè)備，其中，控制裝置作為處理器控制的開關(guān)控制單元被構(gòu)造，具有內(nèi)部的或者固定連接的控制程序存儲器。
全文摘要
用于運行太陽能電池設(shè)備—特別是具有有機基礎(chǔ)的太陽能電池的太陽能電池設(shè)備—的方法，用于從該太陽能電池設(shè)備耦合輸出功率，其中，根據(jù)定義的時間程序控制耦合輸出的電功率，或者取決于時間地監(jiān)視太陽能電池設(shè)備的至少一個狀態(tài)參量，并且取決于狀態(tài)參量的采集的測量值控制耦合輸出的電功率。
文檔編號G05F1/67GK102549519SQ201080035460
公開日2012年7月4日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者G·克隆, P·米爾卡雷克, T·米爾登施坦, W·福爾茨 申請人:羅伯特·博世有限公司