CN101777855B - 太阳能发电设备 - Google Patents

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Abstract

太阳能发电设备，包括太阳能电池装置，适用于将太阳能转换成电能并包括多个太阳能电池单元，每个电池单元包括第一和第二电池电极，电池电极适用于配合将电池单元产生的电能作为直流电馈送出电池单元；直流转换器装置，包括多个分别连接到至少一个电池电极的直流输入电极和两个直流输出电极，适用于将经由直流输入电极进入并具有输入电压的输入直流电转换成具有输出电压的输出直流电，并将输出直流电经由直流输出电极馈送出直流转换器装置。直流转换器装置包括具有三个相电极和两个直流电压电极的三相逆变器单元，适用于以下列方式来用作直流转换器：每个相电极适用于作为直流输入电极并且每个直流电压电极导电连接到恰好一个直流输出电极。

Description

太阳能发电设备
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的太阳能发电设备。
背景技术
已经了解通过太阳能电池将可见光频率的太阳辐射转换成电能。每个太阳能电池均产生直流电，其幅值随着所讨论的太阳能电池受到的太阳辐射而变化。通常适当地提供包括多个太阳能电池的太阳能发电设备，该多个太阳能电池具有适用于将从太阳能电池获得并具有输入电压的输入直流电转换成具有输出电压的输出直流电的直流转换器装置。已经了解通过使用单相DC/DC斩波器来实现直流转换器装置。
利用单相DC/DC斩波器实现的太阳能发电设备的直流转换器装置的问题在于它们引起高成本、需要大量空间并且不是完全可靠的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供可以缓解上述问题的太阳能发电设备。本发明的目的由其特征由独立权利要求1所述的太阳能发电设备所实现。本发明的优选实施方式在从属权利中公开。
本发明基于将三相逆变器单元用作在太阳能发电设备的直流转换器装置中的直流转换器。
根据本发明的太阳能发电设备的优点包括直流转换器装置的较低的成本、较小的空间要求、以及较高的可靠性。由于例如和单相DC/DC斩波器的批量生产相比三相逆变器被大批量地制造，因此实现较低的成本。由于在三相逆变器单元中六个开关被集成到一个单元中因此需要较小空间。由于三相逆变器单元比单相DC/DC斩波器使用的更多，使得在使用三相逆变器单元上具有更多的经验，因此三相逆变器的可靠性比单相DC/DC斩波器的更高。
具体实施方式
现在，参考示出了根据本发明实施例的太阳能发电设备的简化连接图的附图1，结合优选实施例更详细地说明本发明。
图1的太阳能发电设备包括太阳能电池装置2，适用于将太阳能转换为直流电；直流转换器装置4，适用于将太阳能电池装置2产生的输入直流电转换为输出直流电；能量储存装置，适用于储存电能；以及网络逆变器装置8，适用于对由直流转换器装置4馈送的电力进行逆变并将其馈送至配电网。
太阳能电池装置2包括多个太阳能电池单元21到25，每个太阳能电池单元均包括第一电池电极和第二电池电极，适用于协作以将由太阳能电池单元产生的电能作为直流电馈送出太阳能电池单元。在图1中，每个太阳能电池单元21到25的第一电池电极是正电极而第二电池电极是负电极，这意味着第一电池电极的电势高于第二电池电极的电势的操作状况。
直流转换器装置4包括六个直流输入电极，其每一个均被连接到至少一个电池电极和两个直流输出电极。直流转换器装置4适用于将经由直流输入电极进入并具有输入电压的输入直流电转换成具有输出电压的输出直流电，并且将该输出直流电经由直流输出电极馈送出直流转换器装置4。
直流转换器装置4由两个三相逆变器单元11和12实现，每个三相逆变器单元均具有三个相电极和两个直流电压电极。逆变器单元11的相电极由L111、L211、和L311表示，直流电压电极由INV11+和INV11-表示。逆变器单元12的相电极依次由L112、L212和L312表示，直流电压电极由INV12+和INV12-表示。每个逆变器单元均适用于以下列方式用作直流转换器：其三个相电极中的每一个适用于直流转换器装置的直流输入电极，并且其直流电压电极中的每一个被导电连接到直流转换器装置4的一个直流输出电极。这样，直流转换器装置4恰好具有一个正的直流输出电极以及恰好具有一个负的直流输出电极。
在本发明的可替换实施例中，直流转换器装置仅包括一个逆变器单元。在此情况下，逆变器单元的直流电压电极可适用于作为直流转换器装置的直流输出电极，换句话说，逆变器单元组件的直流电压电极可以用作直流转换器装置的直流输出电极而无需任何附加组件或连接。关于直流转换器装置的直流输入电极的连接，显然本发明的范围包括由太阳能电池装置产生的直流电经由相电极被引入到逆变器单元的所有解决方案，而与被引入的直流是否通过一些附加组件无关。
逆变器单元11的每个相电极以下列方式被连接到恰好一个电池电极：相电极L111被连接到太阳能电池单元21的第一电池电极DC21+，相电极L211被连接到太阳能电池单元22的第一电池电极DC22+，以及相电极L311被连接到太阳能电池单元23的第一电池电极DC23+。对于逆变器单元12的三个相电极，第一相电极L112被连接到太阳能电池单元24的第一电池电极DC24+，第二相电极L212被连接到太阳能电池单元24的第二电池电极DC24-和太阳能电池单元25的第一电池电极DC25+，以及第三相电极L312被连接到太阳能电池单元25的第二电池电极DC25-。
逆变器单元11和12以下列方式并联连接：逆变器单元11的正直流电压电极INV11+和逆变器单元12的正直流电压电极INV12+导电连接到直流转换器装置4的正直流输出电极。相应地，逆变器单元11的负直流电压电极INV11-和逆变器单元12的负直流电压电极INV12-导电连接到直流转换器装置4的负直流输出电极。
在根据本发明的太阳能发电设备的直流转换器装置中，逆变器单元适用于以背离通常的方式工作。通常，逆变器单元适用于以下列方式对直流电进行逆变：引入到逆变器单元的直流电压电极的直流电在逆变器单元中被转换成交流电，该交流电经由逆变器单元的相电极馈送出去。在本文中，逆变器单元的电极基于逆变器单元的通常操作(即，逆变)来命名。为此，直流转换器装置的每个逆变器单元的电极适用于接收来自太阳能电池装置的直流电，其被称作相电极。
能量储存装置被连接到直流转换器装置4的直流输出电极并适用于储存电能。能量储存装置包括连接在逆变器单元11的直流电压电极INV11+和INV11-之间的电容器C11，连接在逆变器单元12的直流电压电极INV12+和INV12-之间的电容器C12，以及连接在网络逆变器装置8的直流电压电极之间的电容器C8。能量储存装置适用于使得在太阳能电池装置2的电力产生过程中的时间变化平坦化。
网络逆变器装置8包括三相逆变器单元13，其正直流电压电极INV13+导电连接到逆变器单元11和12的正直流电压电极INV11+和INV12+。逆变器13的负直流电压电极INV13-导电连接到逆变器单元11和12的负直流电压电极INV11-和INV12-。
网络逆变器装置8的三相逆变器单元13可以和直流转换器装置4的逆变器单元11和12相同。在本发明的实施例中，用于直流转换器装置和网络逆变器装置的所有三相逆变器单元是相同的。这种配置的优点包括例如由于减少了备件的数量因此有助于维护。
逆变器单元11、12和13中的每一个均包括六个可控开关，它们以在本领域中完全了解的方式以桥接的方式连接。桥接包括正母线和负母线。正母线在操作状态下具有基本上与逆变器单元的正直流电压电极相同的电势，而负母线在操作状态下具有基本上与逆变器单元的负直流电压电极相同的电势。从图1看出，每个逆变器单元的正母线在上排被连接到三个可控开关以及负母线在下排被连接到三个可控开关。从图1进一步看出，太阳能电池单元21，22和23的第二电池电极DC21-、DC22-和DC23-，即负电池电极，以下列方式导电连接到逆变器单元11的负母线：太阳能电池单元21，22和23的第二电池电极在操作状况下具有基本上与逆变器单元11的负母线相同的电势。
每个逆变器单元的可控开关通过被讨论的逆变器单元的控制单元来控制。控制单元CU11适用于控制逆变器单元11的可控开关，控制单元CU12适用于控制逆变器单元12的可控开关，以及控制单元CU13适用于控制逆变器13的可控开关。
控制单元CU11适用于测量进入逆变器单元11的每个相电极的电流的幅值和电压。换句话说，控制单元CU11测量进入相电极L111的电流的幅值I111和电压U111，进入相电极L211的电流的幅值I211和电压U211，进入相电极L311的电流的幅值I311和电压U311。此外，控制单元CU11适用于测量逆变器单元11的负母线与太阳能电池单元21、22和23的第二电池电极之间的电流IR以及逆变器单元11的负母线的电压UR。
控制单元CU12适用于测量逆变器单元12的每个相电极的电压和电流。将测量的变量为相电极L112的电压U112和电流I112，相电极L212的电压U212和电流I212，以及相电极L312的电压U312和电流I312。
每个太阳能电池单元21到25包括并联连接的多个太阳能电池串，每个太阳能电池串包括串联连接的多个太阳能电池元件。在本发明可替换实施例中，太阳能电池装置包括至少一个只包括一个太阳能电池串的太阳能电池单元。在本发明的另一可替换实施例中，太阳能电池装置包括至少一个太阳能电池单元，该太阳能电池单元中所有的太阳能电池元件彼此并联连接。此外，在本发明的又一可替换实施例中，太阳能电池装置包括具有恰好一个太阳能电池元件的至少一个太阳能电池单元。以上实施例的各种组合也是可行的。
在根据本发明的太阳能发电设备中，每个太阳能电池单元的功率可以通过利用相应控制单元的测量信息并通过基于该测量信息控制直流转换器装置的可控开关来单独最优化。利用直流输入电极专用测量信息还可以进行太阳能电池单元专用监测和保护。
根据本发明实施例，具有彼此不同的电学特性(例如，关于额定功率或者额定电压)的太阳能电池单元，可以被连接到太阳能发电设备的直流转换器装置的逆变器单元。例如，在连接到直流转换器装置的一个直流输入电极的由太阳能电池单元生成的电压低于其它直流输入电极的电压的情况下，连接到具有较低电压的直流输入电极的可控开关以使它们将电压提升到与其它直流输入电极基本上相同的电平的方式来控制。
显然对于本技术领域的技术人员而言本发明的基本思想可以以多种方式实现。因此，本发明及其实施例不限于所描述的实例而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (9)

1.一种太阳能发电设备，包括：
太阳能电池装置(2)，适用于将太阳能转换成电能并且包括多个太阳能电池单元(21到25)，每个太阳能电池单元(21)均包括第一电池电极(DC21+)和第二电池电极(DC21-)，这些电池电极(DC21+，DC21-)适用于配合以将由太阳能电池单元(21)产生的电能作为直流电馈送出所述太阳能电池单元(21)；以及
直流转换器装置(4)，包括多个直流输入电极和两个直流输出电极，每个直流输入电极均被连接到至少一个电池电极(DC21+)，并且所述直流转换器装置(4)适用于将经由所述直流输入电极进入并具有输入电压的输入直流电转换成具有输出电压的输出直流电，并将所述输出直流电经由所述直流输出电极馈送出所述直流转换器装置(4)，
所述太阳能发电设备的特征在于：所述直流转换器装置(4)包括具有三个相电极(L111，L211，L311；L112，L212，L312)和两个直流电压电极(INV11+，INV11-；INV12+，INV12-)的三相逆变器单元(11；12)，所述逆变器单元(11；12)适用于以下列方式来用作直流转换器，所述方式为所述三个相电极(L111，L211，L311；L112，L212，L312)中的每一个适用于作为直流输入电极且所述直流电压电极(INV11+，INV11-；INV12+，INV12-)中的每一个导电连接到所述直流转换器装置的恰好一个直流输出电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电设备，其特征在于，所述直流转换器装置的所述逆变器单元(11)的每个相电极(L111，L211，L311)被连接到恰好一个电池电极(DC21+，DC22+，DC23+)。
3.根据权利要求1所述的太阳能发电设备，其特征在于，所述直流转换器装置的所述逆变器单元(12)的所述三个相电极(L112，L212，L312)的第一相电极(L112)被连接到一个太阳能电池单元(24)的第一电池电极(DC24+)，第二相电极(L212)被连接到所述一个太阳能电池单元(24)的第二电池电极(DC24-)和第二太阳能电池单元(25)的第一电池电极(DC25+)，以及第三相电极(L312)被连接到所述第二太阳能电池单元(25)的第二电池电极(DC25-)。
4.根据前述权利要求的任一项的太阳能发电设备，其特征在于，所述直流转换器装置(4)包括至少两个三相逆变器单元(11；12)，所述三相逆变器单元的直流电压电极(INV11+，INV11-；INV12+，INV12-)并联连接。
5.根据权利要求1的太阳能发电设备，其特征在于，还包括连接到所述直流转换器装置(4)的所述直流输出电极并适用于储存电能的能量储存装置(C11，C12，C8)。
6.根据权利要求1的太阳能发电设备，其特征在于，还包括适用于将由所述直流转换器装置(4)馈送到所述直流输出电极的电逆变成三相交流电并将所述三相交流电馈送到配电网的网络逆变器装置(8)。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电设备，其特征在于，所述网络逆变器装置(8)包括与所述直流转换器装置(4)的所述三相逆变器单元(11；12)相同的三相逆变器单元(13)。
8.根据权利要求1的太阳能发电设备，其特征在于，至少一个太阳能电池单元包括串联连接的多个太阳能电池元件和/或并联连接的多个太阳能电池元件。
9.根据权利要求1的太阳能发电设备，其特征在于，还包括控制单元(CU11)，适用于测量所述直流转换器装置的所述三相逆变器单元(11)的每个相电极(L111，L211，L311)的电压(U111，U211，U311)和电流(I111，I211，I311)，并基于所测量的电压和电流控制上述三相逆变器单元(11)的操作。
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