CN102473764B - 用于监视包括多个光伏模块的设备中各个光伏模块的方法及执行该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监视在由多个尤其是经电气传导装置(3)串联连接的光伏模块构成的设备中使用的光伏模块(1，2)的方法，其中为各个光伏模块(1，2)分配一个各自的微控制器(5)，由微控制器(5)执行对相应光伏模块(1，2)的至少一个状态参数的尤其是持续的确定，涉及状态参数的数据被传输到分析单元(10)，用于传输到分析单元(10)的数据以数据块(7，8)的形式来实现，使用已有的用于连接各个光伏模块(1)的电气传导装置(3)来传输数据块(7，8)，数据块(7，8)相互独立地被传输，从而数据块(7，8)相互冲突的可能性大于0。

Description

用于监视包括多个光伏模块的设备中各个光伏模块的方法及执行该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种用于监视包括多个光伏模块的设备中各个光伏模块的方法、光伏模块以及用于生成电流的设备。

背景技术

DE10136147B4中已经公开了一种这样的方法。该方法包括作为每个太阳能模块的组成部件的模块转换器(Modulkonverter)，该模块转换器具有多个相互分离的传感器，用于测量太阳能模块的特定特性，例如直流电压、直流电流、温度或振动(Erschütterung)。所测得的值作为模拟信号被馈送给微处理器，微处理器将模拟信号转换为数字信号并且以实际值的形式馈送给与母线连接的功率调节器。这个已知方法具有以下缺点：其对于需要的安装而言是复杂而昂贵的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供这种类型的方法和相应的设备，其使得能够以电路技术简单的方式和降低的开销来监视光伏模块。

对于请求保护的方法，这个技术问题是通过根据权利要求1的方法来解决的，对于请求保护的光伏模块，这个技术问题是通过根据权利要求23的光伏模块来解决的，而对于请求保护的设备，这个技术问题是通过根据权利要求27的设备来解决的。

从属权利要求涉及本发明的有利实施方式。

数据块的独立传输意味着：一光伏模块经由电传导装置传输数据块并不考虑是否同时没有另一光伏模块或多个其他光伏模块传输其数据块。有意地不从分析单元的方向对各个光伏模块进行寻址。微控制器没有从分析单元侧获得寻址，相反其是自主的(autark)。因此，本发明允许在投资费用相对低的情况下执行对包括多个光伏模块的设备中各个光伏模块的有效功率进行高效的检查。因为该设备不需要附加的布线或缆线铺设或分配给光伏模块的各自的能量源，因此存在以下可能性：即使已有设备也可以以很小的投资花费进行相应地补装。由此可以以简单的补装措施显著地提高光伏设备的效率。

故意以单向数据传输方法的一开始就预料到的缺点(诸如传输期间数据块的冲突、从中央分析位置出发没有各个光伏模块的寻址)，因为要实现的优点远远超过这些缺点。

附图说明

以下借助于附图更详细地介绍解本发明的有利实施方式。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施方式的光伏设备的示意性的总图示；

图2示出了根据本发明一实施方式的光伏模块的非常简化的示意性原理电路图；

图3示出了用于传输到分析单元的数据块的一种非常简化的示意性表示；

图4示出了用于确保防盗监视的一非常简化的原理电路图。

具体实施方式

图1示出了用于由太阳能生成电能的光伏设备20。光伏设备具有多个光伏模块1、2，它们彼此经由传统的电气传导装置3或4以串联(串联电路)的形式连接。从根据图1的图示所展示的结构总共具有光伏模块的两个串联电路，其中光伏模块1、2经由电气传导装置3而相互连接，图1中示出的其他光伏模块经由电气传导装置4相互连接。在图1中表明了：也能考虑还有光伏模块的其他串联电路。

电气传导装置3和4用于将由相应光伏模块(例如1或2)的多个光电池9所生成的电流传送给(未示出的)负载、存储器等。

为每个光伏模块(例如1或2)分配一个检验装置12或13。这些检验装置12、13优选位于所谓的接线盒14、15中，接线盒将光伏模块与电气传导装置3或4连接。

中央分析单元10经由相应的电气传导装置(例如3或4)与光伏设备20的相应光伏模块(例如1或2)连接。分析单元10被设置为接收、分析各个光伏模块(例如1和/或2)的状态(例如电压、温度和/或电流强度等)信息，并且在必要的情况下还采取适当的措施(更换光电池或光伏模块、裁剪进行遮蔽的遮板(Bepflanzung)、清洁表面、消除线路上风暴产生的损害等)。

分析单元具有不同的接口16、17、18、19，用于将分析单元10与所期望的数据输出装置或数据传输装置(例如Com端口21、光学接口22、因特网接头23和/或GSM接头24)连接。

为了运行分析单元10，设置有能量源25。借助于开关装置26可以将分析单元10接通到光伏模块(例如1和/或2)的相应串联电路上。

分析单元10具有输入端：电压输入端27、数据输入端28以及电流信号输入端29。这些输入端27至29与电气传导装置3连接。

根据本发明，用于运行检验装置12、13的能量直接以电能的形式从光伏模块1、2提供。因此在光伏模块工作中不需要附加的能量源或附加的供应缆线铺设。而是可以使用已经存在的标准布线或标准缆线铺设。

当然，如果没有阳光，则也没有功率供检验装置12、13使用。但是这是能接受的，因为在有阳光时对相应光伏模块的状态参数进行确定已经足够了。

图2示出了用于确定光伏模块(例如图2中所示的光伏模块1)的至少一个状态参数的简化的原理电路图。为了简明，在图2中只示出了一个光电池9，而实际上为图2中所示的电路分配有多个光电池9。如从图2中可以看到的那样，在光子30射入光电池9内的情况下产生电流I，该电流I被馈入到电导线3中。

检验装置12或13还具有微控制器5，该微控制器具有自己的(未示出的)发生器以及自己的可以执行必要操作的控制软件。微控制器5具有状态参数确定装置，例如用于检测电压的装置。检验装置12或13包含用于生成电流脉冲的装置，该电流脉冲能够作为数据在电气传导装置3的末端处读出。为此，检验装置12具有旁路电路(Shunt-Schaltung)，该旁路电路具有电阻33和晶体管32，晶体管由微控制器5控制。利用该电路在电气传导装置3中产生电流降脉冲。

在微控制器5中，二元码结构借助于适当的模式(Muster)被转换为相应电流降脉冲的特殊序列。

对旁路(Shunt)的使用使得能够通过电流调制来生成数据信号。借助于微控制器5结合旁路生成电流脉冲作为数据元，并且将其馈入到电气传导装置3中以传输数据。

附加地利用要传输的状态数据还以该方式编码光伏模块1和/或2各自的序列号以及置信度数据，并且将其馈入到电气传导装置中。

微控制器5根据图2中所示的电路可能方案由二进制的比特序列生成被馈入到电气传导装置3中的电流脉冲。如从图3可以看出的那样，数据块(例如数据块7)包括标识相应光伏模块(例如1)的数据元11、关于相应光伏模块的状态数据(例如电压等)的数据元31以及包含置信度数据的数据元6。这些数据的生成及传输以时间窗(帧)中脉冲的形式进行。一个这样的时间窗以及/或者数据元11或31中脉冲序列或比特序列以伪随机的方式生成，以便实现更小的电磁感应(EMI)并且由此限制噪声。这例如通过以下方式来实现：用微控制器要生成的比特序列(即多个位)代替“通常的”位，其中这个序列可以被分析单元又读取。这个比特序列的位的序列例如可以以伪随机的方式来生成。伪随机数的序列是可以通过任意指定的数学方法计算并且可以用于读出的数的序列。

涉及单向数据传输。光伏设备20的光伏模块相互独立地传输其数据块(例如7)，从而将各个光伏模块(例如1或2)相互连接的电气传导装置3或4内数据块冲突的可能性大于0。上面所提到的数据块7、8的独立传输是指：经由电气传导装置3或4对一光伏模块的数据组进行的传输并不考虑是否同时并没有另一或多个其他光伏模块传输其数据块。不进行从分析单元10的方向对各个光伏模块的寻址。微控制器5不从分析单元侧获得寻址，相反其是自主的。

每个微控制器5在数据块7、8被馈入到电气传导装置3之前等待一延迟时间T_W，该延迟时间尤其是随机生成的(参见图3)。平均随机延迟时间ΔT_W满足以下条件：ΔT_W≥N·T_D/ΔC_R，其中N是串联的光伏模块的数量，T_D是传输一数据块所需的时间，ΔC_R是由于数据块冲突而导致的平均差错率。平均差错率ΔC_R优选在10^-1到10^-6的范围中，尤其是在10^-2到10^-5的范围中。在值例如为10^-3的情况下，对于1000个数据块存在一个冲突。

数据块11或12的传输持续时间例如为大约2ms。如果考虑在串联8个光伏模块的情况下数据块的平均传输率为15秒，则一千个数据块中只有一个数据块由于冲突而丢失。

借助于置信度数据就存在以下可能性：分析单元10在其中数据块被改变的数据块7、8冲突的情况下选择性地剔除被改变的(即有错误的)数据块。

可以使用具有定时器功能的传统的8位微控制器(例如SOIC20，8位/8通道ADC)作为微控制器5。

经由电气传导装置传输的数据块在分析单元10中被读入，更确切地是涉及对具体光伏模块的标识的数据元11以及涉及相应光伏模块的状态参数(例如所测得的电流)的数据元31。在分析单元10中例如通过使用仅仅分阶段地(phasenweise)被接通的旁路电阻来读出这些数据。

图4示出了串联多个光伏模块的结构，其中由光伏模块序列生成的电压被测量。由各个检验装置11、12读出的所有电压之和应对应于由分析单元10实际测得的电压。这使得能够以直接的方式确定装置的能量。此外，如果检验装置11、12由于太阳活动不充足而不工作，则可以实现防盗。由于该技术，内部电容Cpv比接线盒14或15中保护二极管的电容Cp高几个等级。串联的N个光伏模块的电容为Cs＝N×(Cpv+Cp)。如果一个或多个光伏模块被去耦合，则值Cs明显小于Cp，从而由此提供关于盗窃或相应情形的信息。

分析单元10设置为以不同的方式方法提供数据，如在开头已经介绍过的那样。

要强调指出的是，所介绍的实施方式的特征的部分组合也作为发明方案而被请求保护。

附图标记

1  光伏模块

2  光伏模块

3  电气传导装置

4  电气传导装置

5  微控制器

6  数据元

7  数据块

8  数据块

9  光电池

10  分析单元

11  数据元

12  检验装置

13  检验装置

14  接线盒

15  接线盒

16  接口

17  接口

18  接口

19  接口

20  光伏设备

21  COM端口

22  光学接口

23  因特网接头

24  GSM接头

25  能量源

26  开关装置

27  电压输入端

28  数据输入端

29  电流信号输入端

30  光子

31  数据元

32  二极管

33  电阻

Claims (28)

1.一种用于监视在由多个光伏模块构成的设备中使用的光伏模块(1，2)的方法，所述多个光伏模块经由电气传导装置(3)而串联连接，其中 

为各个光伏模块(1，2)分配一个各自的微控制器(5)， 

由微控制器(5)执行对相应光伏模块(1，2)的至少一个状态参数的确定， 

涉及状态参数的数据被传输到分析单元(10)， 

用于传输到分析单元(10)的数据以数据块(7，8)的形式来实现， 

使用已有的用于连接各个光伏模块(1)的电气传导装置(3)来传输数据块(7，8)， 

数据块(7，8)相互独立地被传输，从而数据块(7，8)相互冲突的可能性大于0， 

每个微控制器(5)在数据块(7，8)被馈入到电气传导装置(3)中之前等待一随机生成的延迟时间T_W， 

平均随机延迟时间ΔT_W满足以下条件ΔT_W≥N·T_D/ΔC_R，其中N是串联的光伏模块的数量，T_D是传输一数据块所需的时间，ΔC_R是由于数据块冲突而导致的平均差错率。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 

一个光伏模块(1)的微控制器(5)与其他光伏模块(2)的微控制器无关地生成数据块(7或8)，并且将该数据块馈入到电气传导装置(3)中。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，平均差错率ΔC_R在10^-1到10^-6的范围中。 

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，为了形成数据块(7，8)的数据，改变位于电气传导装置(3)中的电流。 

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据微控制器(5)中的比特序列生成电气传导装置(3)中调制脉冲的序列。 

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从光伏模块(1，2)获得用于传输数据块(7，8)的能量。 

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，数据块(7，8)由各个数据元(11，31，6)构成。 

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，数据块(7，8)包括用于标识相应光伏模块(1，2)的数据元(11)。 

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，数据块(7，8)包括关于相应光伏模块(1，2)的状态参数的数据元(31)。 

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定电压作为状态参数。 

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，数据块(7，8)包括用于置信度检验的数据元(6)。 

12.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，以伪随机原则生成数据块(7，8)内的字符串或位串。 

13.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，以确定的时间间隔进行各个数据块(7，8)的传输。 

14.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，在分析单元(10)侧借助于数据元(6)通过置信度检验来执行关于是否存在其中发生了冲突的数据块(7，8)的检验。 

15.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，每个光伏模块(1)的序列号被用于初始化数据块内字符序列的形成。 

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个公共的分析单元(10)中执行直流电流测量。 

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在公共的分析单元(10)中执行电容测量。 

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行电压测量。 

19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行电容测量。 

20.根据权利要求16或17或18或19所述的方法，其特征在于，确定电压、温度和/或电流强度作为状态参数。 

21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由微控制器(5)执行对相应光伏模块(1，2)的至少一个状态参数的持续的确定。 

22.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，平均差错率ΔC_R在10^-2到10^-5的范围中。 

23.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该时间间隔保持为相同的。 

24.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了形成数据块(7，8)的数据，对位于电气传导装置(3)中的电流进行调制。

25.一种用于执行根据前述权利要求1至24之一所述的方法的光伏模块，具有： 

多个相互连接的光伏电池(9)， 

接线盒(14，15)，用于将光伏电池(9)与电气传导装置(3，4)连接， 

检验装置(12)，所述检验装置确定相应光伏模块(1)的状态参数，并且与其他光伏模块(2)的检验装置(13)对数据块(8)的馈入无关地将该状态参数以数据块(7)的形式馈入到电气传导装置(3，4)中， 

检验装置(12，13)具有微控制器(5)，所述微控制器借助于对在电气传导装置(3，4)中提供的电流进行调制来进行数据块(7，8)的传输， 

微控制器(5)具有用于电压测量、温度测量和/或电流强度测量的装置， 

检验装置(12，13)具有旁路电路，用于电流调制。 

26.一种用于由太阳能生成电流的设备，包括： 

多个光伏模块(1，2)， 

连接装置(3，4)，用于串联连接各个光伏模块(1，2)，其中为每个光伏模块(1，2)分配有一个检验装置(12，13)，用于检测相应光伏模块的状态参数， 

分析单元(10)，用于接收和进一步处理检验装置(12，13)的 信号，每个检验装置(12或13)的信号被生成为数据块(7或8)， 

各个检验装置(12)的信号与其他检验装置(13)的数据块(8)的馈入无关地被馈入到电气传导装置(3)中， 

从而不同光伏模块(1或2)的数据块(7或8)冲突的可能性大于0， 

每个微控制器(5)在数据块(7，8)被馈入到电气传导装置(3)中之前等待一随机生成的延迟时间T_W， 

平均随机延迟时间ΔT_W满足以下条件：ΔT_W≥N·T_D/ΔC_R，其中N是串联的光伏模块的数量，T_D是传输一数据块所需的时间，ΔC_R是由于数据块冲突而导致的平均差错率。 

27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，在分析单元(10)中对数据块(7，8)进行置信度检验。 

28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，分析单元(10)具有组合信号处理器，该组合信号处理器接收数据块并且借助于对电流脉冲的检测来进行分析。