專利名稱：用于擴(kuò)展的日射量值范圍的太陽(yáng)能逆變器及運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)以及一種用于所述系統(tǒng)的運(yùn)行方法以及尤其一種附帶有用于擴(kuò)展的日射量值(Einstrahlungswerte)范圍的運(yùn)行方法的太陽(yáng)能逆變器的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
用于光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)，其中所述太陽(yáng)能設(shè)備必須連接在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上并且用于從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的直流電壓生成一個(gè)單相或多相的交流電壓，在不同的配置中是已知的。在一個(gè)傳統(tǒng)的配置中，它們具有一個(gè)中間電路，其必須與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)相連接并具有一個(gè)或多個(gè)用于儲(chǔ)存能量的電容器，必要時(shí)該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)和該中間電路之間具有一個(gè)升壓器，以將太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整到一個(gè)所需的更高的水平，以及具有一個(gè)與該中間電路相連接的逆變器，該逆變器的輸出端可以用于能源饋入與交流電壓網(wǎng)絡(luò)或與一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)單元相連接。主要采用具有半橋或全橋電路的電子逆變器構(gòu)造類型，其中該電路帶有可周期切換的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件并且由一個(gè)調(diào)節(jié)器或一個(gè)控制設(shè)備適當(dāng)?shù)叵蚋哳l驅(qū)動(dòng)，以在輸出端生成交流電流，該交流電流就其相位和振幅例如按一個(gè)50赫茲或60赫茲的正弦形電源電壓經(jīng)過(guò)適配。太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)和相關(guān)運(yùn)行方法的示例性的配置例如在DE102 21 592AUDE 100 20 537A1 和 DE 10 2005 024 465 Al 說(shuō)明過(guò)。用于光伏系統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)多數(shù)具有多個(gè)串聯(lián)并且在必要時(shí)附加地具有并聯(lián)連接的太陽(yáng)能電池組件，其太陽(yáng)能電池將入射的太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。然后該逆變器使用該電能，以生成適合于電力網(wǎng)或消費(fèi)單位的交流電流。該逆變器必須特別高效地工作，以得到光伏系統(tǒng)的高效率和高生產(chǎn)率。這些因素由于較高的投資成本對(duì)于光伏系統(tǒng)的購(gòu)置和運(yùn)營(yíng)是極為重要的。先進(jìn)的逆變器系統(tǒng)可能在額定運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)高達(dá)98%或者更高的總效率。為了獲得盡可能高的生產(chǎn)率，太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)在所謂最大功率點(diǎn)(MPP)運(yùn)行，這是太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的電流-電壓圖的某一點(diǎn)，在此點(diǎn)處可以獲得最大功率，即在此點(diǎn)處電流和電壓的乘積具有其最大值。MPP工作點(diǎn)不是恒定的，而是依賴于日射量強(qiáng)度、溫度和太陽(yáng)能電池以及太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的類型。該MPP工作點(diǎn)在一個(gè)太陽(yáng)能逆變器中通常由一個(gè)所謂的MPP跟蹤器來(lái)設(shè)置，該MPP跟蹤器將太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)到所需的值。為此該MPP跟蹤器例如將所提取的電流作小額變化、分別計(jì)算電流和電壓的乘積并且將電流值向更高功率的方向調(diào)整。由此即使在變化的日射情況下也可以在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上始終進(jìn)行正確的功率匹配。但是，逆變器通常不是為整個(gè)日射量范圍設(shè)計(jì)的。因此，逆變器就其額定功率往往配置為在該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)最大輸出功率的約10%以下。這里的原因是，相對(duì)小的逆變器價(jià)格便宜得多并在部分負(fù)荷范圍內(nèi)具有顯著更高的效率。而在中歐通常的日射量值下，多數(shù)只獲得太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)額定功率的取值范圍從大約10%至80%的部分負(fù)荷運(yùn)行。所以將逆變器傳統(tǒng)地配置為僅用于日射量范圍大約至1000 W/m2。
然而也有天氣情況出現(xiàn)，其中日射量值較高并且太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)因此提供功率，其不能被傳統(tǒng)大小的逆變器接受。例如在涼爽的周邊氣溫和云聚集時(shí)可以短時(shí)間地觀察到高的并且也通過(guò)云層反射更加有利的高達(dá)1400 W/m2或更高的日射值，其得到太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的最大功率峰。G. Wirth、M. Zehner、B. Giesler 的一項(xiàng)研究“Sizing and OperationalExperience with MWp-PV-System - Lessons Learned for System Design Tasks 2009:MWp-PV-系統(tǒng)的大小選擇和操作經(jīng)驗(yàn)-針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)所學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 2009”，估計(jì)這種輻射峰的能量在從1000至1400W/m2的取值范圍達(dá)到年能量產(chǎn)量的8%。通常在這樣一種輻射過(guò)量以及達(dá)到逆變器功率極限的情況下，將MPP工作點(diǎn)朝更高電壓的方向移動(dòng)。由于規(guī)格過(guò)小的逆變器不能接受過(guò)大的功率，它迫使具有通常超越逆變器最大功率的工作點(diǎn)處在其功率極限。由此太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)可以提供的能量不被采用而流失。為了避免這種情況，G. Wirth等的上述研究建議，將該逆變器與該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的比例不像通常一樣設(shè)計(jì)為規(guī)格過(guò)小而是規(guī)格過(guò)大，例如將逆變器功率升至110%對(duì)比100%太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)功率。但這種想法有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，如上面已經(jīng)提到的，逆變器隨尺寸增加變得明顯昂貴。第二，在正常運(yùn)行的部分負(fù)荷效率，例如在發(fā)電機(jī)額定功率的10%時(shí)，明顯變差。最后，往往不存在這樣一種有接收能力的電力網(wǎng)或有接收能力的消費(fèi)單位。

發(fā)明內(nèi)容
從這一點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一種太陽(yáng)能逆變器系統(tǒng)和為其提供一種運(yùn)行方法，使得有可能克服已知逆變器系統(tǒng)的缺點(diǎn)并可以更好地利用日射量的功率峰。尤其是，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題在于提供一個(gè)用于擴(kuò)展了日射量值范圍的適當(dāng)?shù)哪孀兤飨到y(tǒng)，而不需容忍規(guī)格過(guò)大逆變器的缺點(diǎn)。有利地應(yīng)該在變化的日射情況下提高逆變器的總效率。這個(gè)技術(shù)問(wèn)題通過(guò)具有權(quán)利要求1特征的逆變器系統(tǒng)以及權(quán)利要求14所述的運(yùn)行方法得以解決。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提出了為光伏太陽(yáng)能設(shè)備用于從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的直流電壓產(chǎn)生交流電壓的一個(gè)逆變器系統(tǒng)，其中該逆變器系統(tǒng)具有一個(gè)帶有可與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)相連接的直流電壓分支以及至少一個(gè)儲(chǔ)存器，尤其是電容器，用于臨時(shí)儲(chǔ)存太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)能量的中間電路和一個(gè)用于將一個(gè)施加于該直流電壓分支間的中間電路一直流電壓轉(zhuǎn)換為逆變器輸出端側(cè)交流電壓的逆變器，其中該逆變器連接在該中間電路上，尤其是與所述的至少一個(gè)中間電路的儲(chǔ)存器并聯(lián)。此外設(shè)置了一個(gè)附加的、獨(dú)立于該至少一個(gè)儲(chǔ)存器的能量?jī)?chǔ)存裝置，其設(shè)定用于吸收太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的能量。該能量?jī)?chǔ)存裝置設(shè)置在一個(gè)可選擇性激活的能量傳輸路徑上，其連接在所述直流電壓分支之間。該逆變器系統(tǒng)此外具有一個(gè)用于監(jiān)視和控制逆變器系統(tǒng)運(yùn)行的控制裝置。根據(jù)本發(fā)明控制裝置被配置用來(lái)獲取并且計(jì)算至少一個(gè)表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上當(dāng)前日射量功率的參量以及在該參量超過(guò)一個(gè)可預(yù)先給定的極限功率時(shí)激活該能量傳輸路徑，以使太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的能量傳輸至能量?jī)?chǔ)存裝置。因此給一個(gè)太陽(yáng)能逆變器在直流電壓中間電路的輸入端側(cè)補(bǔ)充一個(gè)附加設(shè)備，其主要包含該能量?jī)?chǔ)存裝置和一個(gè)控制邏輯電路，其中該附加設(shè)備能夠在一個(gè)短時(shí)間范圍內(nèi)將太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)功率的一部分輸送至該能量?jī)?chǔ)存裝置中。由此可以確保，即使在一個(gè)短時(shí)間輻射過(guò)量或一個(gè)日射量峰并同時(shí)逆變器的功率受限的情況下不需要進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)移動(dòng)，從而使太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)可以繼續(xù)在其MPP工作點(diǎn)運(yùn)行，同時(shí)其全部可利用的能量即使在日射量峰的情況下也不會(huì)流失，而是實(shí)際被利用。該根據(jù)本發(fā)明的附加設(shè)備使至此未利用或只有付出極大代價(jià)才可利用的超出額定日射量比如1000 W/m2以上的輻射部份得以利用。這無(wú)需逆變器超大規(guī)格并且甚至優(yōu)選地通過(guò)逆變器超低規(guī)格來(lái)達(dá)到。優(yōu)選地將該逆變器系統(tǒng)確定并設(shè)置用于往交流電壓網(wǎng)中饋入能量，尤其是公共供電網(wǎng)。由此，該逆變器在其輸出端提供適合電力網(wǎng)交流電壓的交流電流。然而，在逆變器的輸出端也可以連接任何一個(gè)消費(fèi)單位。原則上該逆變器可以是任何帶或不帶變壓器的構(gòu)造的。優(yōu)選地它是一個(gè)無(wú)變壓器的具有的逆變器橋電路的逆變器，例如一個(gè)半或全橋電路，帶有可周期切換(taktbar)開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，它們按照一個(gè)可預(yù)先給定的模式進(jìn)行開(kāi)關(guān)，尤其是通過(guò)脈沖寬度調(diào)制，以產(chǎn)生該輸出端側(cè)交流電壓。該逆變器可以根據(jù)需要被構(gòu)造在單相或三相配置中。該能量?jī)?chǔ)存裝置是專門(mén)選中和設(shè)置的，用于吸納日射量功率峰的短時(shí)間過(guò)量能量。因此該能量?jī)?chǔ)存裝置優(yōu)選地能夠在一個(gè)至少5到60秒或從5到90秒的短的時(shí)間范圍內(nèi)吸納約至40%或甚至達(dá)到50%的逆變器的額定功率。該能量?jī)?chǔ)存器在短的時(shí)間范圍內(nèi)的高功率吸收能力在此是決定性的，而能量?jī)?chǔ)存的效率是相對(duì)次要的。也重要的是低的自放電，而長(zhǎng)時(shí)間的能量?jī)?chǔ)存能力對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的能量?jī)?chǔ)存裝置的重要性則居次。這里尤其被稱為超級(jí)電容器的電物理或電化學(xué)電容器適合作為儲(chǔ)存器，這些電容器也以產(chǎn)品名Supercap、Boostcap或Ultracap公開(kāi)。也可以采用電解電容器。其它儲(chǔ)存工藝，像例如鋰離子蓄電池或類似電池，在必要時(shí)也可能在未來(lái)的針對(duì)加載電流的技術(shù)改進(jìn)中得到應(yīng)用。優(yōu)選地給該能量?jī)?chǔ)存裝置分配了一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器或DC / DC調(diào)節(jié)器(DC/DC-Steller)。然后太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的電壓可以，與其構(gòu)造和布局無(wú)關(guān)地，轉(zhuǎn)換至一個(gè)對(duì)于能量?jī)?chǔ)存裝置的使用，尤其是對(duì)于超級(jí)電容器的使用，適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?，尤其是降低。該電壓轉(zhuǎn)換器也可以是雙向升壓-降壓器，其在需要的情況下以簡(jiǎn)單的方式使得能量可以從能量?jī)?chǔ)存裝置輸送到中間電路。該能量傳輸路徑可以至少具有一個(gè)開(kāi)關(guān)器，該開(kāi)關(guān)器可以由控制裝置操作或驅(qū)動(dòng)，以選擇性地激活該能量傳輸路徑或使其處于非激活狀態(tài)。在一個(gè)有利的實(shí)施形式中，該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)器，是該雙向升壓降壓器的部分，并且可以被驅(qū)動(dòng)，以將能量既可以輸送到該能量?jī)?chǔ)存裝置又可以從該能量?jī)?chǔ)存裝置輸送到該中間電路。該根據(jù)本發(fā)明的控制裝置尤其規(guī)劃為，獲取日射量的功率峰并與此相關(guān)地控制該運(yùn)行。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施形式中給該控制裝置分配了形式為一個(gè)日射量傳感器的一個(gè)測(cè)量裝置，該日射量傳感器優(yōu)選地在緊鄰太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的附近直接獲取該日射量功率并向控制裝置報(bào)告。該控制裝置具有一個(gè)比較器裝置，其接收日射量功率的當(dāng)前值并與一個(gè)可預(yù)先給定的作為極限值的閾值作比較，以確定日射量峰的條件是否存在。如果它找到這樣的條件，即日射量功率的當(dāng)前值大于該閾值，該控制裝置于是觸發(fā)至能量?jī)?chǔ)存裝置的能量輸送。該閾值是一個(gè)可預(yù)先給定的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)值，其優(yōu)選地處于約900至約1100 W/m2的范圍內(nèi)。1000 W/m2對(duì)應(yīng)于該日射量值，其在實(shí)驗(yàn)室條件下當(dāng)電池溫度在25°C、入射角90°以及其它用來(lái)表示一個(gè)太陽(yáng)能電池組件或發(fā)電機(jī)的峰值或額定功率的條件下被標(biāo)準(zhǔn)化地采用。該閾值也可以根據(jù)逆變器的設(shè)計(jì)，尤其是其額定功率或最大功率，以其它方式指定。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施形式中該根據(jù)本發(fā)明的控制裝置用于確定表征日射量峰的條件，該控制裝置設(shè)置為用來(lái)識(shí)別在逆變器輸出端側(cè)的最大功率下逆變器的一個(gè)滿負(fù)荷。當(dāng)控制裝置檢測(cè)到逆變器的這樣一個(gè)滿負(fù)荷時(shí)，它于是觸發(fā)一個(gè)至能量?jī)?chǔ)存裝置的能量傳輸，以利用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的超越逆變器最大輸出功率極限值的功率部分。在一個(gè)實(shí)際實(shí)施中該控制裝置具有一個(gè)帶有一個(gè)MPP跟蹤裝置、一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器、一個(gè)限制裝置以及一個(gè)電流調(diào)節(jié)器的常規(guī)調(diào)節(jié)線路。該MPP跟蹤裝置為該逆變器指定一個(gè)期望功率(Sollleistung)，其中它讓該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)在該MPP工作點(diǎn)上運(yùn)行。必要時(shí)該限制裝置將該期望功率限制在一個(gè)最大允許值。所述調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)該中間電路上施加的電壓或者該待以生成的交流電流。一種簡(jiǎn)單并且有利的用于識(shí)別逆變器一個(gè)滿負(fù)荷的可能性，以檢測(cè)表征日射量峰的條件，是來(lái)確定該由MPP跟蹤裝置給出的期望功率是否到達(dá)了限制位置。在這種情況下，該限制裝置將該期望功率限制在一個(gè)最大允許值，并且它將此狀態(tài)報(bào)告給該控制裝置，于是例如MPP跟蹤裝置停止工作。例如，如果該控制基于一個(gè)微處理器或類似的元件，該限制裝置可以將一個(gè)所屬的功率限制二進(jìn)制碼寫(xiě)入一個(gè)記錄器或類似設(shè)備中。只要該功率限制二進(jìn)制碼仍被設(shè)置著，該MPP跟蹤裝置保持停止工作并且該能量?jī)?chǔ)存裝置被加載。也既可以在逆變器的直流側(cè)和也可在逆變器的交流側(cè)設(shè)置其它測(cè)量裝置，以替代地或附加地檢測(cè)逆變器在其最大功率下的一個(gè)滿負(fù)荷以及由此表征短期日射量峰的條件。優(yōu)選地將該控制裝置進(jìn)一步設(shè)置，使其可以預(yù)先給出要被發(fā)送至能量?jī)?chǔ)存裝置的功率。例如該控制裝置可以根據(jù)逆變器系統(tǒng)的可以預(yù)先給定的參數(shù)和實(shí)際環(huán)境情況，如逆變器的最大功率和/或效率、發(fā)電機(jī)的特征，必要時(shí)在考慮溫度系數(shù)的情況下，來(lái)確定逆變器正好還可以饋入的極限功率，用以從其中計(jì)算出準(zhǔn)確的功率量，其超出極限功率并且然后將其饋入該能量?jī)?chǔ)存裝置。該控制裝置還決定，何時(shí)應(yīng)該終止緩沖。例如，當(dāng)該發(fā)電機(jī)功率下降至低于該逆變器的最大可吸納功率時(shí)，該控制裝置將能量傳輸路徑轉(zhuǎn)至非激活狀態(tài)，以便不從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)提取能量用于儲(chǔ)存，這樣使得能量只輸入直流電壓中間電路。用于關(guān)閉緩沖的閾值可以稍低于發(fā)電機(jī)額定功率。用根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)可以識(shí)別日射量峰的存在并且在短時(shí)間范圍內(nèi)將一個(gè)這樣大小的能量從該發(fā)電機(jī)連接端緩沖至該能量?jī)?chǔ)存裝置，使得可以越過(guò)日射量峰保持太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)最大功率(MPP的點(diǎn))的該工作點(diǎn)并且以額定功率或最大功率運(yùn)行逆變器。因此，太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的全部能量無(wú)例外地被利用。日射情況變化中的逆變器的總效率可以顯著提高。這通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的手段達(dá)到。在該基于日射量傳感器的實(shí)施形式中該附加設(shè)備，其包括該日射量傳感器、該開(kāi)關(guān)裝置、也許電壓匹配器、該能量?jī)?chǔ)存器和用于控制能量?jī)?chǔ)存的該控制部件，可以創(chuàng)建為獨(dú)立的、可獨(dú)立使用的設(shè)備，其也可以簡(jiǎn)單地加裝在已有的逆變器系統(tǒng)中。替代地或附加地也可以將一個(gè)用于識(shí)別逆變器滿負(fù)荷的邏輯電路集成至該逆變器的自身中、至其控制裝置中，使得該逆變器作為這種來(lái)決定，何時(shí)和多少功率被緩沖。此后日射量傳感器不是必需的，這進(jìn)一步降低成本。然而，該日射量傳感器對(duì)于識(shí)別短時(shí)間的日射量峰非常有利。有利地可以回收和利用該在能量?jī)?chǔ)存裝置中緩沖的能量。為此將該控制裝置設(shè)置用于選擇性地將該能量?jī)?chǔ)存裝置與該中間電路和/或一個(gè)消費(fèi)單位相連接，以能夠?qū)⒛芰繌脑撃芰績(jī)?chǔ)存裝置輸送至該中間電路和/或該消費(fèi)單位。例如可以在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的功率再次降低至低于其額定功率時(shí)將儲(chǔ)存的能量回饋到中間電路中，以盡可能使逆變器在其額定功率上運(yùn)行并同樣將緩沖的能量逐漸饋入電力網(wǎng)。這提高光伏系統(tǒng)的產(chǎn)量。替代地也可以將該從能量?jī)?chǔ)存器獲得的能量用于滿足逆變器本身的消費(fèi)，此舉提高逆變器的平均效率以及也由此總產(chǎn)量。此外該能量也可以用來(lái)供應(yīng)次級(jí)消費(fèi)單位(如通風(fēng)機(jī)，等)，也可以獨(dú)立于逆變器來(lái)利用。根據(jù)本發(fā)明的另一方面提供了一種運(yùn)行為一個(gè)光伏太陽(yáng)能設(shè)備從一種太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的一個(gè)直流電壓生成交流電壓的這樣一種逆變器系統(tǒng)的方法，其中該方法具有下列步驟，即提供一個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置，其用于吸納能量可與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)相連接、檢測(cè)表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上日射情況的條件以及，在檢測(cè)到的條件表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上日射量峰超過(guò)了可預(yù)先給定的最大可利用日射量功率的情況下，觸發(fā)為暫時(shí)儲(chǔ)存從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)至能量?jī)?chǔ)存裝置的一個(gè)能量傳輸，而逆變器以其額定功率或最大功率運(yùn)行。該與根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)相關(guān)的關(guān)于有利效果和實(shí)施所作的詳細(xì)說(shuō)明在此相應(yīng)地適用于關(guān)于本發(fā)明的方法。本發(fā)明有利的實(shí)施形式的更多細(xì)節(jié)見(jiàn)于附圖、說(shuō)明書(shū)或從屬權(quán)利要求。在附圖中只為示意目的示出了本發(fā)明實(shí)施例，所述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明未作任何限制。這里。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施形式的原則示意 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)的控制裝置的調(diào)節(jié)單元的方框 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施形式的原則示意 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施形式的原則示意圖；以及圖5示出了用來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用于運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)的一種方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)，其構(gòu)建成為一個(gè)光伏太陽(yáng)能設(shè)備從一個(gè)直流電壓生成交流電壓。為此，該示出的逆變器系統(tǒng)I以已知的方式具有一種太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2、一個(gè)與該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2相連接的中間電路3和一個(gè)與該中間電路相連接的逆變器4。該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)由一個(gè)或多個(gè)將入射的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能的太陽(yáng)能電池組件構(gòu)成。該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2具有兩個(gè)電氣端子，其與逆變器系統(tǒng)I的一個(gè)正的和一個(gè)負(fù)的直流電壓端子6，7相連接。直流電壓分支8，9從該直流電壓端子6，7朝向中間電路3以及逆變器4延伸。在此該中間電路3由兩個(gè)電容器11，12構(gòu)成，其在所述直流電壓分支8，9之間相互串聯(lián)連接。所述電容器11，12優(yōu)選地具有相同的大小，以使得在其上分別累積相同的電壓，其大體上對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)電壓的一半。所述電容器11，12之間的該連接點(diǎn)13然后優(yōu)選地接地，如在圖1中所示。該中間電路3則也可以僅具有一個(gè)電容器或甚至多個(gè)電容器，其作為儲(chǔ)存器用于儲(chǔ)存被饋送到逆變器4的能量。
雖然這在圖1中未示出，此外可以在所述直流電壓端子和該中間電路3之間插入一個(gè)升壓器或直流電壓/直流電壓轉(zhuǎn)換器7，其用于將源于太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的輸入電壓匹配至輸出端側(cè)在逆變器上所需的電壓高度。該逆變器4為此構(gòu)置成，將施加在中間電路3上的直流電壓轉(zhuǎn)換成輸出端側(cè)的交流電壓。該逆變器4是與所述電容器11，12并聯(lián)連接到所述直流電壓分支8，9上的。它在這里以帶有兩個(gè)可周期切換操作的開(kāi)關(guān)元件16，17的一個(gè)半電橋14的形式構(gòu)成，所述開(kāi)關(guān)元件優(yōu)選地作為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)以IGBT-或MOS-FET-或其它低損耗開(kāi)關(guān)的形式構(gòu)成，所述開(kāi)關(guān)可以按照一個(gè)可預(yù)先給定的帶有例如20kHz高頻率的周期切換模式進(jìn)行切換。該處于所述開(kāi)關(guān)元件16，17之間的連接點(diǎn)形成交流電壓的中心抽頭18，即逆變器4的一個(gè)交流電壓側(cè)的輸出端，該逆變器與一個(gè)交流電壓分支19相連接。該交流電壓分支19例如與交流電壓網(wǎng)21和/或與一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)單位相連接。該逆變器的交流電壓-輸出端側(cè)在該交流電壓分支19中具有一個(gè)儲(chǔ)存扼流器22以及在必要時(shí)其它濾波器元件，如濾波電容器或類似元件，這些元件在此為簡(jiǎn)單起見(jiàn)被省略。雖然在圖1中示出了帶有中心抽頭的半橋式構(gòu)造形式的一個(gè)逆變器4，這僅代表一個(gè)逆變器的一個(gè)典型的布局。該逆變器4也可以以全橋構(gòu)造形式來(lái)實(shí)施。這種以及其它逆變器在技術(shù)中廣泛存在并且其結(jié)構(gòu)和功能是普遍公開(kāi)的。同樣地這里為了說(shuō)明的目的只示出了一個(gè)單相逆變器4，而它例如也可以為饋入至一個(gè)三相交流電力網(wǎng)實(shí)施成一個(gè)三相配置。如果逆變器系統(tǒng)I被用作將能量例如饋入一個(gè)公共供電網(wǎng)，在一個(gè)此處未更進(jìn)一步標(biāo)出的連接在該交流電壓分支19上的交流電壓連接端子與另一個(gè)在此接地的連接端子之間具有一個(gè)交流電壓，其具有一個(gè)約為λ/^.23(Π/的振幅以及一個(gè)為50或60赫茲的頻率。此外施加在處于所述直流電壓分支8，9之間的該中間電路3的每個(gè)所述電容器11，12和連接點(diǎn)13之間的電壓分別約為太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2電壓的一半。在運(yùn)行中一個(gè)控制裝置按照一個(gè)一定的周期切換模式，例如 基于脈沖寬度調(diào)制，適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)逆變器4的開(kāi)關(guān)元件，以從逆變器4輸入端的中間電路直流電壓出發(fā)在逆變器4的輸出端生成交流電流，其相位角和振幅與電力網(wǎng)的交流電壓的相位角和振幅盡最大可能一致。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行該由太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2在直流電壓側(cè)所提供的輸入功率和逆變器4交流電壓側(cè)的輸出功率，其被饋入電力網(wǎng)21，應(yīng)該是平衡的。該可支配的直流電壓功率取決于周邊條件，如日射量、溫度和絕緣以及太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的電壓。該逆變器應(yīng)始終關(guān)于太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)特征曲線的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，其對(duì)應(yīng)于具有當(dāng)前最大功率產(chǎn)量的工作點(diǎn)，即最大功率點(diǎn)(ΜΡΡ)。這通過(guò)一個(gè)屬于逆變器系統(tǒng)I的控制裝置的調(diào)節(jié)裝置23來(lái)實(shí)現(xiàn)，它如簡(jiǎn)化地在圖2中所示。該調(diào)節(jié)裝置23具有一個(gè)MPP跟蹤裝置24，其始終如此功率優(yōu)化地調(diào)整太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的工作點(diǎn)，使得該發(fā)電機(jī)2總是釋放在當(dāng)前日射情況下的最大功率。為此該MPP跟蹤裝置24接收當(dāng)前輸入直流電流和當(dāng)前輸入直流電壓的實(shí)際值IDaist，Uliaist并且從中確定輸出端側(cè)的應(yīng)該饋入交流電壓網(wǎng)絡(luò)21的交流功率的期望值PS()11。一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器26將輸入端電壓調(diào)節(jié)至所需的值。該功率的期望值Pstjll被提供給一個(gè)限制裝置27，其在必要時(shí)將該期望值限制在一個(gè)最大值，其對(duì)應(yīng)于滿負(fù)荷下該逆變器輸出功率的最大值。一個(gè)后接的交流電流調(diào)節(jié)器28將該交流電流調(diào)節(jié)到所需的值，以獲得期望值P^11，其如該限制裝置27在輸出端所給定的。一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置29采用來(lái)自該電流控制器28的信息，來(lái)為逆變器半電橋14的所述開(kāi)關(guān)元件16，17確定開(kāi)關(guān)閾值并且以脈沖寬度調(diào)制的方式驅(qū)動(dòng)所述開(kāi)關(guān)，以獲得由電流控制器給定的交流電流。該帶有部件24至28的調(diào)節(jié)裝置23和該驅(qū)動(dòng)裝置29共同組成一個(gè)控制裝置31，其控制該逆變器系統(tǒng)I的整體運(yùn)行。該根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)I尤其也為利用光伏系統(tǒng)的短期日射量峰而設(shè)置。由于云聚集效應(yīng)(Woleknkonzentrationseffekte)可能在幾秒鐘至約一到幾分鐘的很短的時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)日射量功率峰，其超過(guò)為1000 W/m2的額定日射量功率，光伏系統(tǒng)通常按照此值設(shè)計(jì)。該根據(jù)本發(fā)明的逆變器系統(tǒng)I被配置為利用日射量值，而無(wú)須逆變器4規(guī)格過(guò)大和容忍與此相關(guān)的缺點(diǎn)，如此使逆變器的整體效率在變化的日射情況下可以顯著提高。要做到這一點(diǎn)，在圖1中所示的逆變器系統(tǒng)I的實(shí)施形式中設(shè)置了一個(gè)附加設(shè)備32用于利用日射量峰的能量。該附加設(shè)備32具有用于獲取當(dāng)前太陽(yáng)日射量以及在必要時(shí)也獲取太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2周邊溫度或模塊溫度T的一個(gè)測(cè)量裝置33、一個(gè)控制部件34和一個(gè)儲(chǔ)存部件35。該具有日射量傳感器的測(cè)量裝置33優(yōu)選地直接連接在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上，但也可以安排在距離遠(yuǎn)的參照位置。該儲(chǔ)存部件35被安排在一個(gè)與該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2并聯(lián)的、處于所述直流電壓分支6，7之間的、在該逆變器4的輸入端直流電壓側(cè)的、可被激活的能量傳輸路徑36中。此處儲(chǔ)存部件35具有一個(gè)開(kāi)關(guān)器37、一個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置38和一個(gè)此處安排在開(kāi)關(guān)器37和能量?jī)?chǔ)存裝置38之間的、可選的電壓轉(zhuǎn)換器39。該開(kāi)關(guān)器37可由控制部件34選擇性地操作或驅(qū)動(dòng)，以激活能量傳輸路徑36用于將能量?jī)?chǔ)存至能量?jī)?chǔ)存器38。例如開(kāi)關(guān)器37可以將電壓轉(zhuǎn)換器39的輸入端或者和能量?jī)?chǔ)存器38與正的直流電壓分支8接通。該能量?jī)?chǔ)存器38的另一個(gè)端子與負(fù)的直流電壓分支9連接。該開(kāi)關(guān)器也可以是電壓轉(zhuǎn)換器的部分，如與圖4相關(guān)地在下文中所解釋的。該電壓轉(zhuǎn)換器39，也被稱為DC / DC調(diào)節(jié)器，在必要時(shí)將施加在直流電壓分支8上的電壓電位轉(zhuǎn)換為適合能量?jī)?chǔ)存器38的電壓電平。通常將太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的電壓由起降低器作用的電壓轉(zhuǎn)換器39降至一個(gè)較低的水平，其為能量?jī)?chǔ)存器38在加載過(guò)程中可以承受的。該能量?jī)?chǔ)存器38在此是一個(gè)儲(chǔ)存器，其在很短的時(shí)間內(nèi)，例如5至60秒，可以吸納大約0-30 %或甚至0-50 %的逆變器4的額定功率。為此雙電層電容器尤其適用，其也被稱為超級(jí)電容器或Supercaps或Ultracaps。它們可以快速充電并具有高容量。該控制部件34具有一個(gè)計(jì)算單元41和一個(gè)控制單元42。該計(jì)算單元41被設(shè)置為，計(jì)算當(dāng)前測(cè)量到的日射量功率值，以探測(cè)表征一個(gè)短期日射量峰的條件。在最簡(jiǎn)單的情況下該計(jì)算單元41包含一個(gè)比較器，其將日射量功率的當(dāng)前值與一個(gè)預(yù)先給定的閾值，例如額定功率值1000 W/m2，作比較并且在超出了閾值時(shí)確定，存在一個(gè)日射量峰。該控制單元42于是激活能量傳輸路徑36，以將所希望的功率量輸送至能量?jī)?chǔ)存器38。因此根據(jù)本發(fā)明的附加設(shè)備32識(shí)別一個(gè)日射量峰的出現(xiàn)并致使，在日射量峰的短時(shí)間范圍內(nèi)將這樣一個(gè)量的能量從發(fā)電機(jī)端子6輸送至能量?jī)?chǔ)存器38并在那里緩沖，使得可以越過(guò)日射量峰保持太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的MPP-工作點(diǎn)。常規(guī)的在輻射過(guò)量時(shí)的處理方法，即在達(dá)到逆變器的功率極限時(shí)將該MPP工作點(diǎn)向更高電壓的方向移動(dòng)，由此太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)可以提供的能量不被調(diào)用而流失，因此可以避免。同樣可以避免逆變器4與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2相比的過(guò)大規(guī)格連同相關(guān)成本的提高以及部分負(fù)荷效率的劣化。
該控制裝置34還識(shí)別日射量功率峰值是否停止。例如，該比較裝置41識(shí)別該時(shí)間點(diǎn)，在當(dāng)前日射量功率再次小于該可預(yù)先給定的臨界功率時(shí)。在這種情況下，控制單元42重新使能量傳輸路徑36處于非激活狀態(tài)，以停止向能量?jī)?chǔ)存器38的能量輸送。必要時(shí)可以從能量?jī)?chǔ)存器38中提取所獲得的能量并用于其運(yùn)作。如圖1為此以虛線所示，能量?jī)?chǔ)存器38可以通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)43和例如一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器44與一個(gè)消費(fèi)單元46，例如逆變器系統(tǒng)I的一個(gè)通風(fēng)機(jī)或一個(gè)獨(dú)立于逆變器系統(tǒng)的消費(fèi)單元，相連接，以在必要時(shí)對(duì)此饋送。該能量也可用于逆變器4的自身消耗，以提高逆變器的平均效率并因此總產(chǎn)量。替代地可以將所獲得的能量在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)降低功率至額定功率以下時(shí)重新反饋到直流電壓中間電路3并逐漸同樣饋入電力網(wǎng)中，從而同樣提高太陽(yáng)能設(shè)備的產(chǎn)量。后者可以尤其容易地實(shí)現(xiàn)，當(dāng)附加設(shè)備32的電壓轉(zhuǎn)換器39是一個(gè)雙向降壓_/升壓器時(shí)，其可實(shí)現(xiàn)一個(gè)朝著兩個(gè)方向的能量轉(zhuǎn)移，這樣也從能量?jī)?chǔ)存器38向直流電壓分支8。該附加設(shè)備32，如在圖1中示出，可以被構(gòu)造為一個(gè)單獨(dú)的外置的部件，其可以與一個(gè)現(xiàn)有的逆變器系統(tǒng)并聯(lián)地連接到該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的所述的直流電壓端子6，7上。但它也可以被集成到一個(gè)逆變器系統(tǒng)的一個(gè)逆變器4中。與集成程度無(wú)關(guān)地，該控制部件34，其在日射量峰出現(xiàn)時(shí)確保擴(kuò)展運(yùn)行模式將能量?jī)?chǔ)存至能量?jī)?chǔ)存器38中，可以被視為用于控制逆變器系統(tǒng)I運(yùn)行的整體控制器31的一部分。圖3和圖4示出本發(fā)明的修改的實(shí)施形式。只要在構(gòu)造和/或功能上與圖1和2的前述逆變器系統(tǒng)具有吻合，則在使用同樣參考符號(hào)的基礎(chǔ)上參閱前述說(shuō)明。圖3示出一個(gè)逆變器系統(tǒng)I的另一種實(shí)施形式，在其中該用于利用日射量峰的附加設(shè)備32被集成在逆變器系統(tǒng)I中。與圖1的實(shí)施形式不同的是這里沒(méi)有設(shè)置用于獲取日射量功率的傳感器。取而代之，根據(jù)逆變器4的滿負(fù)荷來(lái)確定日射量峰的存在。如圖3中所示，控制裝置31識(shí)別到逆變器4在其交流電流側(cè)的最大功率下的滿負(fù)荷并于是激活能量傳輸路徑36并由此引發(fā)至該能量?jī)?chǔ)存器38的能量傳輸。為此例如，也像在圖2中示出的，當(dāng)功率的期望值Pstjll接近極限時(shí)，從而該控制器31的該驅(qū)動(dòng)裝置29發(fā)出逆變器4滿負(fù)荷的信號(hào)，該限制裝置27可以設(shè)置一個(gè)功率限制二進(jìn)制位LBB。只要該功率限制二進(jìn)制位LBB仍被設(shè)置著，就給該能量?jī)?chǔ)存器38加載，期間太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的MPP-工作點(diǎn)由MPP跟蹤裝置24保持并且該逆變器4以其最大功率運(yùn)行。一旦該期望值Pstjll不再受該限制裝置27限制，將該功率限制二進(jìn)制位LBB重新復(fù)位并停止能量緩沖。逆變器4滿負(fù)荷的存在也可以用其它方式向該驅(qū)動(dòng)裝置29報(bào)告。無(wú)論如何該在圖3中所示的實(shí)施形式使制造一種緊湊的、集成到逆變器中的附加設(shè)備成為可能，該附加設(shè)備同樣使得至今沒(méi)有或只在相當(dāng)大耗費(fèi)的情況下才能利用的超出例如為1000 W/m2額定日射量的輻射部分的利用成為可能。據(jù)認(rèn)為，通過(guò)本發(fā)明逆變器的自消耗能夠在多變天氣時(shí)得到很大程度滿足。從而提高了逆變器的效率。太陽(yáng)能設(shè)備產(chǎn)值顯著提高。圖4示出本發(fā)明帶有該儲(chǔ)存部件35或者該能量傳輸路徑36 —個(gè)尤其有利的構(gòu)思的一個(gè)進(jìn)一步更改的實(shí)施形式。必須注意，雖然這里參照的是一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施形式，但根據(jù)圖4的該能量傳輸路徑36以及儲(chǔ)存部件35的構(gòu)思有利地也可應(yīng)用于前述的根據(jù)圖1和圖3的實(shí)施例。在根據(jù)圖4的實(shí)施形式中用于激活能量傳輸路徑36的該開(kāi)關(guān)器是DC / DC轉(zhuǎn)換器39的部分。此處該DC / DC轉(zhuǎn)換器39是一個(gè)雙向升壓-/降壓器，其具有兩個(gè)在所述直流電壓分支8，9之間相互串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)47，48，其中分別為每一個(gè)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)反向并聯(lián)連接一個(gè)續(xù)流二極管(Freilaufdiode)49,51。由一個(gè)儲(chǔ)存扼流器52和一個(gè)構(gòu)成能量?jī)?chǔ)存器38的電容器，尤其是超級(jí)電容器或同類產(chǎn)品，構(gòu)成的一個(gè)串聯(lián)電路與圖4中下方的開(kāi)關(guān)48并聯(lián)連接、處于所述開(kāi)關(guān)47，48的連接點(diǎn)和該負(fù)的直流電壓分支9之間。當(dāng)在運(yùn)行中出現(xiàn)一個(gè)日射量峰時(shí)，這借助一個(gè)此處未進(jìn)一步示出的日射量傳感器或者根據(jù)該逆變器4的滿負(fù)荷來(lái)探測(cè)，根據(jù)本發(fā)明的附加設(shè)備32的控制部件34通過(guò)在圖4中上方的DC / DC轉(zhuǎn)換器39的開(kāi)關(guān)47的定時(shí)周期來(lái)激活能量傳輸路徑36。下方的該開(kāi)關(guān)48處于開(kāi)啟狀態(tài)。閉合該開(kāi)關(guān)47時(shí)，電流從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)連接端子6經(jīng)由該開(kāi)關(guān)47、儲(chǔ)存扼流器52流向電容器38并對(duì)其進(jìn)行加載。開(kāi)啟該開(kāi)關(guān)47時(shí)續(xù)流(Freilaufstrom)然后流過(guò)下方開(kāi)關(guān)48的續(xù)流二極管51。通過(guò)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)周期比例所希望的功率量被輸送至電容器38。此功率量可以通過(guò)借助一個(gè)電流測(cè)量裝置53來(lái)測(cè)量通往電容器38的加載電流以及借助一個(gè)電壓測(cè)量裝置54來(lái)測(cè)量施加在電容器上的電壓來(lái)監(jiān)控。根據(jù)圖4的該實(shí)施形式還使，必要時(shí)以尤其簡(jiǎn)單的方式將能量從能量?jī)?chǔ)存器38反饋至逆變器4，成為可能。這可以作為太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的補(bǔ)充或替代來(lái)實(shí)現(xiàn)。無(wú)論如何控制部件34為此依賴于所希望的要被輸送的功率量以相應(yīng)的頻率或者以相應(yīng)的周期切換模式適當(dāng)?shù)貙?duì)該下方開(kāi)關(guān)48進(jìn)行周期切換，與此同時(shí)該上方開(kāi)關(guān)47處于開(kāi)啟狀態(tài)。在該開(kāi)關(guān)48的閉合狀態(tài)下電流流經(jīng)該扼流器52及該開(kāi)關(guān)48回到電容器38，而在該開(kāi)關(guān)48開(kāi)啟狀態(tài)下續(xù)流經(jīng)過(guò)該上方開(kāi)關(guān)47的續(xù)流二極管49至直流電壓分支8并繼續(xù)至這里假定集成在逆變器4中的中間電路流走。有利地能量?jī)?chǔ)存器38幾乎全部?jī)?chǔ)存的能量可以被利用，因?yàn)殡娙萜?8可以大約放電至零電壓。圖5示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行一個(gè)用于一個(gè)光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)的方法，如例如，但不限于根據(jù)圖1至4的逆變器系統(tǒng)1，用于從一種太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)的一個(gè)直流電壓生成交流電壓。在步驟SI中除了在該直流電壓-中間電路中的該至少一個(gè)儲(chǔ)存器附加提供了另一個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置，例如38，并將其與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2連接用于吸納能量。在步驟S2中獲取表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2日射情況的條件。例如，為此用該測(cè)量裝置33直接在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上測(cè)量日射量功率。替代地可以為此監(jiān)視由MPP-跟蹤裝置24預(yù)先給定的功率期望值PS()11。也可考慮不但在逆變器4的交流電壓側(cè)也在逆變器4的直流電壓側(cè)使用其它測(cè)量裝置或測(cè)量方法，以獲取針對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上日射量峰超越可預(yù)先給定的最大功率或者逆變器輸出端功率的條件。在步驟S3中檢查，所獲取的條件是否表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上的日射量峰。為此可以將所獲取的日射量功率的當(dāng)前值與一個(gè)在之前可預(yù)先給定的功率參照值，例如1000W/m2，進(jìn)行比較以確定，該當(dāng)前日射量功率值是否超過(guò)了該功率參照值?；蛘呖梢詸z查，是否達(dá)到了逆變器的功率極限。如果在步驟S3中所述獲取的條件表明，太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上無(wú)日射量峰存在，則在步驟S4中繼續(xù)或促成逆變器系統(tǒng)I的正常運(yùn)行。否則，如果檢測(cè)到日射量峰的表征條件，在步驟S5中觸發(fā)一個(gè)擴(kuò)展的運(yùn)行模式，在其中啟動(dòng)從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2至能量?jī)?chǔ)存器38的一個(gè)能量傳輸。該控制器31為此根據(jù)該當(dāng)前的日射量功率值以及該預(yù)先給定的，優(yōu)選地可參數(shù)化的功率參照值或根據(jù)功率期望值以及優(yōu)選地可參數(shù)化的逆變器4輸出端功率的最大值來(lái)確定該極限功率，其逆變器剛好還 例如能饋入交流電壓電力網(wǎng)21。該控制器31從中進(jìn)一步確定該功率量，其超出這個(gè)極限功 率并因此應(yīng)在能量?jī)?chǔ)存器38中緩沖。于是該控制器31控制至能量?jī)?chǔ)存器38的能量傳輸， 以傳輸這個(gè)之前確定的功率量。所傳輸?shù)墓β柿靠梢杂美缭趫D4中所示的方式來(lái)監(jiān)控。
所述步驟S2至S4或S5在該逆變器系統(tǒng)的運(yùn)行期間不斷被重復(fù)。
只要太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)功率降至低于發(fā)電機(jī)額定功率，控制器31就可促使能量從能 量?jī)?chǔ)存器38中重新回饋至該直流電壓-中間電路中。因此逆變器4可以繼續(xù)以該額定功 率運(yùn)行，從而提高該太陽(yáng)能設(shè)備的產(chǎn)量。替代地也可將能量?jī)?chǔ)存器38中的能量用于滿足逆 變器4的自身消耗和/或供應(yīng)次級(jí)消費(fèi)單位。
為一個(gè)光伏太陽(yáng)能設(shè)備提供了一個(gè)逆變器系統(tǒng)I用于從一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2的一 個(gè)直流電壓生成交流電壓，該逆變器系統(tǒng)具有一個(gè)附加的能量?jī)?chǔ)存器38，其被布置在一個(gè) 與該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)相連的、必要時(shí)可以被激活的能量傳輸路徑36中。一個(gè)控制裝置31，34 用于監(jiān)視和控制該逆變器系統(tǒng)I的運(yùn)行為此設(shè)置為，獲取該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上短時(shí)間的日射 量功率峰并在日射量峰存在時(shí)激活該能量傳輸路徑36，以促使從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)2至能量?jī)?chǔ) 存器38的一個(gè)能量傳輸。由此可以將該過(guò)量的輻射在短時(shí)間日射量峰的同時(shí)暫時(shí)緩沖并 之后用于滿足逆變器4的自身消耗或饋給次級(jí)消費(fèi)單元，從而提高太陽(yáng)能設(shè)備的效率或產(chǎn) 量。還公開(kāi)了用于一個(gè)光伏太陽(yáng)能設(shè)備的一個(gè)逆變器系統(tǒng)的一種運(yùn)行方法，以利用在太陽(yáng) 能發(fā)電機(jī)上的日射量峰。
權(quán)利要求
1.一種用于光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)，用以從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)的直流電壓生成交流電壓， 帶有中間電路(3)，其具有可與太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)⑵相連接的直流電壓分支(8，9)以及至少一個(gè)設(shè)置在所述直流電壓分支(8，9)之間的用于臨時(shí)儲(chǔ)存太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)能量的儲(chǔ)存器(11，12)， 帶有與中間電路⑶相連接的逆變器(4)，用于將施加在所述直流電壓分支(8，9)上的中間電路-直流電壓轉(zhuǎn)換成逆變器輸出端側(cè)的交流電壓， 帶有可選擇性激活的能量傳輸路徑(36)，其連接在所述直流電壓分支(8，9)之間， 帶有能量?jī)?chǔ)存裝置(38)，其為了吸納能量而布置在能量傳輸路徑(36)中，以及 帶有控制裝置(31)，用于監(jiān)視和控制逆變器系統(tǒng)(I)的運(yùn)行，其中控制裝置(31)被設(shè)置為，用以獲取并計(jì)算至少一個(gè)表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)當(dāng)前日射量功率的參量，以及在這個(gè)參量超過(guò)可預(yù)先給定的極限功率的情況下激活能量傳輸路徑(36)，用以導(dǎo)致從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)⑵至能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的能量傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，其被確定用于單相或多相能量饋入交流電壓網(wǎng)，尤其是公共供電網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該逆變器(4)是一種無(wú)變壓器的、帶有在布置在橋電路中的可周期切換的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件(16，17)的逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該能量?jī)?chǔ)存裝置(38)設(shè)置為，在5至90秒的短時(shí)間范圍內(nèi)吸納直至逆變器(4)額定功率的50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該能量?jī)?chǔ)存裝置(38)具有至少一個(gè)超級(jí)電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，電壓轉(zhuǎn)換器(39)從屬于該能量?jī)?chǔ)存裝置(38)，該電壓轉(zhuǎn)換器將太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)的電壓轉(zhuǎn)換至適合利用能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的電壓電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該能量傳輸路徑(36)具有開(kāi)關(guān)器(37; 47，48)，所述開(kāi)關(guān)器(37; 47，48)能夠由控制裝置(31，34)操作或驅(qū)動(dòng)，以選擇性地將該能量傳輸路徑(36)激活或使其處于非激活狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，測(cè)量裝置(33)從屬于該控制裝置(31)，該測(cè)量裝置獲取當(dāng)前日射量功率并將其表征值提供給控制裝置(31)，并且該控制裝置(31)具有比較裝置(41)，其將日射量功率的當(dāng)前值與作為極限值的可預(yù)先給定的閾值進(jìn)行比較以確定，日射量峰的條件是否存在，并于是觸發(fā)向能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的能量傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該閾值是在從大約900W/m2至大約1100 ff/m2范圍內(nèi)的日射量參照值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該極限值與逆變器(4)的額定功率或逆變器(4)的最大功率相關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該控制裝置(31)設(shè)置為用以識(shí)別逆變器(4)在其輸出端側(cè)的最大功率時(shí)的滿負(fù)荷并于是觸發(fā)至能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的能量傳輸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該控制裝置(31)具有MPP-跟蹤裝置(24)，其為逆變器給出期望功率(Pstjll),以及限制裝置(27)用于將該期望功率限制在最大允許值(Pl11)，并且在當(dāng)前期望功率值大于該最大允許值的情況下觸發(fā)至能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的能量傳輸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該控制裝置(31)設(shè)置為，用以根據(jù)逆變器系統(tǒng)的參數(shù)和/或逆變器系統(tǒng)(I)的當(dāng)前周邊條件確定要緩沖的功率量并導(dǎo)致與所確定的功率量相應(yīng)的能量?jī)?chǔ)存。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器系統(tǒng)，其特征在于，該控制裝置(31)設(shè)置為，用以有選擇地促使該能量?jī)?chǔ)存裝置(38)將其中所儲(chǔ)存的能量傳輸至中間電路(3)或者消費(fèi)單元(46)。
15.一種運(yùn)行光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)用于從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)的直流電壓生成交流電壓的方法，該逆變器系統(tǒng)帶有中間電路(3)，其連接在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上并具有至少一個(gè)儲(chǔ)存器(11，12)用于暫時(shí)儲(chǔ)存太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)的能量，以及與中間電路(3)相連接的逆變器(4)用于將中間電路-直流電壓轉(zhuǎn)換成逆變器輸出端側(cè)的交流電壓，其中該方法具有以下步驟 提供能量?jī)?chǔ)存裝置(38)，其為了吸納能量可與該太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)相連接(SI)， 獲取表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上日射情況的條件(S2)，以及 在所獲取的條件表征太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上日射量峰超過(guò)了可預(yù)先給定的最大日射量功率(S3)的情況下，為了儲(chǔ)存(S5)而觸發(fā)從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)至能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的受控制的能量傳輸，同時(shí)該逆變器(4)以其額定功率或最大功率運(yùn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，此方法還具有以下步驟 獲取太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)上當(dāng)前的日射量功率； 根據(jù)所獲取的當(dāng)前日射量功率和在之前可預(yù)先給定的功率參照值確定要向能量?jī)?chǔ)存裝置(38)傳輸?shù)墓β柿浚约? 按照所確定的要傳輸?shù)墓β柿縼?lái)控制向能量?jī)?chǔ)存裝置的能量傳輸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，此方法還具有以下步驟 確定逆變器的當(dāng)前期望功率， 確定逆變器的最大功率， 將該當(dāng)前期望功率與該最大功率進(jìn)行比較并在該當(dāng)前期望功率大于該最大功率的情況下， 根據(jù)該期望功率和該最大功率確定要向能量?jī)?chǔ)存裝置傳輸?shù)墓β柿?，以? 按照所確定的要傳輸?shù)墓β柿縼?lái)控制向能量?jī)?chǔ)存裝置(38)的能量傳輸。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，此方法還具有以下步驟 確定逆變器的當(dāng)前期望功率， 將該當(dāng)前期望功率與該逆變器的額定功率進(jìn)行比較并在該當(dāng)前期望功率小于該額定功率的情況下， 將能量?jī)?chǔ)存裝置(38)與中間電路(3)和/或消費(fèi)單元(46)接通并且 控制從能量?jī)?chǔ)存裝置(38)至中間電路(3)和/或消費(fèi)單元(46)的能量傳輸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)(1)，其用于從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)的直流電壓生成交流電壓，該逆變器系統(tǒng)具有附加的能量?jī)?chǔ)存器(38)，該能量?jī)?chǔ)存器布置在連接在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上可在必要時(shí)激活的能量傳輸路徑(36)內(nèi)。用于監(jiān)視和控制該逆變器系統(tǒng)(1)運(yùn)行的控制裝置(31,34)被設(shè)置為，獲取太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上的短時(shí)間的日射量功率峰并在日射量峰存在時(shí)激活該能量傳輸路徑(36)，以導(dǎo)致從太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)(2)至能量?jī)?chǔ)存器(38)的能量傳輸。由此可以將該過(guò)量的輻射在短時(shí)間日射量峰的同時(shí)暫時(shí)緩沖并之后用于滿足逆變器(4)的自身消耗或饋給次級(jí)消費(fèi)單元，從而提高太陽(yáng)能設(shè)備的效率或產(chǎn)量。也公開(kāi)了一種用于光伏太陽(yáng)能設(shè)備的逆變器系統(tǒng)的運(yùn)行方法，以利用在太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)上的日射量峰。
文檔編號(hào)H02J3/38GK103038978SQ201180025677
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者J.亨切爾 申請(qǐng)人:瑞富太陽(yáng)能有限責(zé)任公司