CN103782513B - 光伏模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏模块（1），包括至少一个太阳能电池（2）和一个接线盒（6），其中所述接线盒（6）具有光伏模块（1）的电压输出端（4，5），其中分析和控制单元（12）作为组件（7）被布置在所述接线盒（6）中或上，所述分析和控制单元检测光伏模块（1）的电压（UA）和/或电流（IA），其中至少一个开关元件（16）被分配给所述光伏模块（1），所述开关元件能够由分析和控制单元（12）控制，其中借助所述开关元件（16）能够切断所述光伏模块（1），其中所述分析和控制单元（12）被构造，使得借助被检测的电压（UA）和/或被检测的电流（IA）能够探测错误状态并且所述开关元件（16）能够基于被检测的错误状态由所述分析和控制单元（12）来控制，以便切断或短接光伏模块（1）或组件（7）的至少一个电压输出端（4，5；10，11）。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的光伏模块。
背景技术
光伏模块包括至少一个太阳能电池和一个接线盒，其中该接线盒具有光伏模块的电压输出端。通常光伏模块具有多个太阳能电池，这些太阳能电池被串联和/或并联地布线成所谓的串，其中所述串的两端于是被引导到接线盒。在已知的太阳能设备中于是多个光伏模块也可以被布线成一个或多个串。
在住宅或房屋着火的情况下消防队必须设法，无电流和无电压地连接使用地，以便例如在使用灭火装置的情况下不会由于电击或电弧而受伤。
DE102005018173A1公开了用于利用保护装置的光伏设备的安全运行中断的方法，该保护装置被连接到太阳能设备的端子上并且具有用于短接光伏设备的旁路。这个旁路可以手动地或自动地被触发。根据光伏设备的尺寸，大电流可以流向耗电器或流经该旁路，该电流在保护装置触发的情况下必须被控制。因此该保护装置必须相应大地被确定尺寸。电路完全利用电子半导体器件来构建。因此设备不与耗电器电隔离。自动的触发在此通过控制线路来实现，所述保护装置通过该控制线路与被远程布置的触发装置连接，使得在有缺陷的控制线路的情况下不发生设备的隔离。
由DE202007002077U1已知用于太阳能电流设备的紧急切断，其中如果网络的切断被检测到，那么切断命令通过从网络端子被引导到开关盒的控制线路被传输。在此也遇到问题，即在有错误的控制线路的情况下不实现隔离。
由DE102009022508A1已知用于光伏设备的安全开关设备，其中该光伏设备由至少一个光伏元件、两个到通向耗电器的各一个引线的端子组成，该安全开关设备具有旁路，该旁路被布置在两个端子之间并且在至少一个开关机构之前并且具有至少一个用于闭合接触位置的开关机构，其中在两个引线中的每一个中布置有至少一个另外的用于打开接触位置的开关机构，其中在旁路中的至少一个开关机构和处于光伏设备的每个引线中的另外的开关机构被布置并且通过耦合是可共同操作的，使得在操作安全开关设备时首先打开在两个引线中的每一个中的至少一个开关机构的接触位置并且随后以时间延迟闭合处于旁路中的至少一个开关机构的接触位置。在此通过手柄机械地或通过触发器远程控制地实现开关机构的操作，该触发器例如由与家庭网络电连接的低压触发器形成。
由DE102008003272A1已知根据前序部分的光伏模块，其中在光伏模块的接线盒中布置有功能模块电路板，在该功能模块电路板上布置有多个功能监控模块。这样的功能监控模块是功率模块，利用该功率模块，相应的光伏模块的电流和电压被监控，以便因此获得关于光伏模块的功能的说明。功率的监控在此用于文档和设备设计目的。此外，光伏模块被构造有有线接口或用于与服务器通信的空中接口。此外规定，通过存在切断模块，串的每个单独的光伏模块可以很简单地从中央服务器分离，其中该切断模块由被布置在功能模块上的微处理器控制。在着火情况下因此必要的是，从服务器通过相应的切断信号切断各个单独的光伏模块，因为相应的切断命令有线地或通过无线电传输被传送给了各个单独的光伏模块。
发明内容
本发明所基于的技术问题在于实现一种光伏模块，该光伏模块在简单构建时在没有插塞（verbaut）或连接的模块的情况下或在错误情况下保证安全的切断。该技术问题的解决方案通过具有权利要求1的特征的主题而得出。本发明的其他的有利的扩展方案由从属权利要求得出。
为此光伏模块包括至少一个太阳能电池和一个接线盒，其中该接线盒具有光伏模块的电压输出端，其中分析和控制单元被布置在接线盒中或接线盒上，该分析和控制单元检测光伏模块的电压和/或电流，其中至少一个开关元件被分配给光伏模块，该开关元件能够由分析和控制单元控制，其中能够借助开关元件切断光伏模块，其中该分析和控制单元被构造，使得能够借助被检测的电压和/或被检测的电流探测错误状态并且该开关元件能够直接基于被检测的状态由分析和控制单元来控制，以便借助开关元件切断或短接光伏模块或组件的电压输出端中的至少一个。由此实现，在光伏模块自身本地不仅进行电压的检测而且进行电压的切断，使得为此不需要与中央控制单元通信或另外的中心的通信。通过通信路径的这种取消，可靠性被提高。在此应该被说明的是，错误状态也包括下述状态，在这些状态下光伏模块没有***塞或被连接，诸如在运输或装配时。在这些情况下光伏模块也被自动切断。光伏模块的切断在此可以通过电压输出端的切断或隔离来实现或者也可以通过电压输出端的短接来实现。在每种情况下安全的接触保护被给定。基于下述事实，即光伏模块自给自足地进行自己的防护，根据本发明的光伏模块可以灵活地以极大不同的变流器来插塞。在此可以通过电压和/或电流的分析很简单地探测，是否连接的变流器在直流或交流侧被切断或在光伏模块和变流器之间出现了短路或者是否光伏模块完全***塞。在此分析和控制单元可以被集成在接线盒中或也可以作为组件被布置在该接线盒上，使得也可以很简单地进行现有模块的更新。在这种情况下光伏模块的电压输出端被引导到组件上并且光伏模块的一个电压输出端或多个电压输出端在错误情况下被切断或被短接。在两种情况下，然而错误情况在光伏模块本地被探测并且电压在本地并且自给自足地在没有中央控制单元或中心的情况下被切断。在此应该被说明的是，分析优选地包括光伏模块的电压和电流。进一步优选地，组件除了分析和控制单元之外还包括至少一个开关元件。
在另一种实施方式中，分析和控制单元检测并分析电压和/或电流的大小和/或形式。因此可以借助大小确定例如光伏模块的工作点。如果那时例如工作点位于空载或短路中，那么可以推断出错误。通过形式、优选地波纹可以推断出，是否变流器被连接或没有被连接，因为变流器的定时导致电流和电压的波纹。
在另一种实施方式中，检验装置被分配给分析和控制单元，借助该检验装置能够将检验信号外加到被切断的电压输出端上并且能够检测至少一个测量信号，其中分析和控制单元根据测量信号控制开关元件。借助检验装置在此在被切断的状态下可以验证，是否光伏模块被连接到变流器上和/或是否错误情况还存在或被排除，其中在检测到被连接的变流器或被排除的错误情况时电压输出端可以被接通。因此光伏模块不仅可以自己切断，而且也可以再次自己接通。在此应该被说明的是，检验装置优选地也是组件的组成部分。进一步应该被说明的是，检验装置可以完全地或部分地被集成到分析和控制单元中。
在另一种实施方式中，借助检验装置能够外加（aufpr?gbar）时间上可变的检验信号。这允许更好的判断，以便例如确定，被切断的变流器再次被接通，该变流器的输入电容但是已经被充电，这例如在静态的检验电压的情况下也许是不可探测的。
在另一种实施方式中，通过光伏模块实现分析和控制单元和/或检验装置的电压源。由此单独的蓄能器或电压源是多余的。在此也不产生安全性的损害，因为如果光伏模块不产生电压，那么电压输出端也不必被切断。必要时，直流/直流转换器或电压限制器把光伏模块的电压向下转换到电源电压的合适的高度。
在另一种实施方式中，开关元件被构造为功率继电器，借助该功率继电器能够实现电隔离。
在另一种实施方式中，光伏模块或组件所有极是可切断的，即两个电压输出端被切断或隔开。
在另一种实施方式中，开关元件在静止状态下是打开的，即如果不存在用于供应的电压，那么电压输出端被切断。这进一步提高安全性。在此可以规定，如果光伏模块再次产生电压，在一个或多个电压输出端被断开之前，首先通过检验装置来检查，是否不存在错误情况。这种措施也进一步提高安全性。相应地，在通过电压输出端的短路切断光伏模块的情况下开关元件在静止状态下优选地是闭合的。
在另一种实施方式中，用于电源电压的存储元件被分配给分析和控制单元，以便特别是在光伏模块的电压故障的情况下保证安全的跟踪并且自己按规定进行切断。
在另一种实施方式中，信令和/或通信单元被分配给光伏模块，光伏模块借助该信令和/或通信单元用信号通知其状态。
附图说明
本发明下面借助优选的实施例进一步被说明。其中：
图1示出具有外部组件的光伏模块的示意性框图，
图2示出光伏模块的示意性框图，该光伏模块具有被集成在该光伏模块的接线盒中的分析和控制单元，
图3示出在检验变流器上的无错误的端子时用于接通光伏模块的示意性的电流和电压变化曲线，
图4示出空载情况的示意性的电流和电压变化曲线，
图5示出短路情况的示意性的电流和电压变化曲线，以及
图6示出具有变流器的光伏模块的布线的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了本发明的第一实施方式。在此示意性地示出了光伏模块1，该光伏模块在其正面V上具有三个太阳能电池2，所述太阳能电池被串联地布线成串。太阳能电池2的端子被引导到光伏模块1的背面R，旁路二极管3被布置在该背面上，该旁路二极管即使在太阳能电池2故障时也保证通过串的电流。光伏模块1的电压输出端4、5从背面R被引出。旁路二极管3和电压输出端4、5被布置在接线盒6中，该接线盒可从背面R进入。在光伏模块1本地布置有组件7。该组件7包括两个电压输入端8、9和两个电压输出端10、11。此外，该组件7包括分析和控制单元12、测量装置13、检验装置14、内部电压源15、开关元件16和二极管17。在此，光伏模块1的电压输出端4、5分别与组件7的电压输入端8、9连接。至少一个开关元件16位于电压输入端8和电压输出端10之间并且由分析和控制单元12控制。内部电压源15与电压输入端8、9连接并且因此直接由光伏模块1馈电。内部电压源15给电子部件供应电压，其中在图1中仅到分析和控制单元12的连接被示出。测量装置13检测组件7的电压输出端10、11处的电压和电流。
在图2中示出了替代的实施方式，在该实施方式中组件7被集成到光伏模块1的接线盒6中。因此电压输出端4、5等于组件7的电压输出端10、11。在其他方面可以参阅关于图1的论述的全部内容。
在具有内部或外部组件7的根据本发明的光伏模块1的作用方式借助图3到5进一步被阐明之前，应该简短地借助图6进一步阐明太阳能设备的部分。
在此，光伏模块1被示出为具有外部组件7。组件7的电压输出端10、11与直流断路器20连接，该直流断路器与变流器21连接。在变流器21的输出端处是电网，该电网可以作为单相或多相交流电压网或作为直流电压网被构造。通过直流断路器20，一个或多个光伏模块1或光伏模块1的串可以被接到变流器21上或也可以被切断。在此应该被说明的是，基于光伏模块1的根据本发明的单独的可切断性，在技术上也可以取消直流断路器20。
图3到5现在联系图1进一步被阐明。在此应该假定，例如因为是晚上，光伏模块1首先不产生电压。相应地，组件7没有被供应电压并且开关元件16是打开的（S＝0）。相应地，在电压输出端10、11处的电压是0（UA＝0）。如果之后光伏模块1又产生电压，那么组件7被供应电压，其中首先开关元件16保持打开。检验装置14之后在时间点t1将小的例如2V的检验电压Up施加到电压输出端10上。在图6中被阐明的变流器在此具有输入电容。因此如果直流断路器20被闭合并且变流器21被连接，那么变流器21的输入电容通过检验电压被充电。相应地，首先大的输出电流IA流动，该电流成指数下降。相应地，电压UA上升并且最终等于检验电压。分析和控制单元12根据通过测量装置13测量的电压和电流的变化曲线来识别变流器21被接通或没有被接通。在第一种情况下，之后在时间点t2开关元件16被闭合（S＝1）。反之，在变流器没有被接通的情况下，开关元件16保持打开并且因此电压输出端被切断。在此可以规定，检验装置14生成时间上可改变的检验电压，使得变流器21的被预充电的电容也被检测。如果开关元件16被闭合（S＝1），那么检验电压Up被切断（Up＝0）。
在图4中示出了电流和电压变化曲线，在该电流和电压变化曲线中空载情况被探测。在此光伏模块1在工作点UAP，IAP中工作。电压和电流的值在此由测量装置13监控。于是在时间点t1测量装置13检测到，电压UA上升到了空载电压UL并且电流IA降低到了IL。该行为被分析和控制单元12解释为空载情况，该空载情况例如由于下述原因而出现，即在变流器21处的电网被切断了。在这种情况下，于是只有用于变流器21的基本供应的小的空载电流IL流动。在分析结束之后，分析和控制单元12在时间点t2打开开关元件16（S＝0）。因此电压输出端10被切断并且UA＝IA＝0适用。随后，检验电压UP被接入，以便确定，是否电网再次被接上或在其他方面错误原因被排除了。在此应该被说明的是，检验电压UP不必持久地施加，而是也可以周期性地被接入。
在图5中示出了电流和电压变化曲线，在该电流和电压变化曲线中短路被探测。在此光伏模块1在工作点UAP，IAP中工作。电压和电流的值在此由测量装置13监控。于是在时间点t1测量装置13检测到，电压降低到UA＝0并且同时电流上升到IK。该行为被分析和控制单元12解释为短路错误。作为反应，分析和控制单元12在时间点t2打开开关元件16（S＝0），使得电压输出端10被切断。UA＝IA＝0适用。随后，检验电压UP再次被接入。在此应该被说明的是，UP相对于UAP是很小的，使得所产生的电压和电流是可忽略的，因为基于检验电压UP，严格来说UA＝IA＝0不适用。
Claims (9)
1.光伏模块（1），包括至少一个太阳能电池（2）和一个接线盒（6），其中所述接线盒（6）具有所述光伏模块（1）的电压输出端（4，5），其中分析和控制单元（12）作为组件（7）被布置在所述接线盒（6）中或上，所述分析和控制单元检测所述光伏模块（1）的电压（UA）和/或电流（IA），其中至少一个开关元件（16）被分配给所述光伏模块（1），所述开关元件能够由所述分析和控制单元（12）控制，其中借助所述开关元件（16）能够切断所述光伏模块（1），
其特征在于，
所述分析和控制单元（12）被构造，使得借助被检测的电压（UA）和/或被检测的电流（IA）能够探测错误状态并且所述开关元件（16）能够基于被检测的错误状态由所述分析和控制单元（12）来控制，以便切断或短接所述光伏模块（1）或所述组件（7）的至少一个电压输出端（4，5；10，11），
检验装置（14）被分配给所述分析和控制单元（12），借助所述检验装置能够将检验信号外加到被切断的电压输出端（10）上并且能够检测至少一个测量信号，其中所述分析和控制单元（12）根据所述测量信号控制所述开关元件（16）。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，所述分析和控制单元（12）检测并分析所述电压（UA）和/或所述电流（IA）的大小和/或形式。
3.根据权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，借助所述检验装置（14）能够外加时间上可变的检验信号。
4.根据上述权利要求之一所述的光伏模块，其特征在于，所述分析和控制单元（12）和/或所述检验装置（14）的电压源通过所述光伏模块（1）来实现。
5.根据权利要求1至3之一所述的光伏模块，其特征在于，所述开关元件（16）被构造为功率继电器。
6.根据权利要求1至3之一所述的光伏模块，其特征在于，所述光伏模块（1）所有极是可切断的。
7.根据权利要求1至3之一所述的光伏模块，其特征在于，所述开关元件（16）在静止状态下是打开的。
8.根据权利要求1至3之一所述的光伏模块，其特征在于，用于电源电压的存储元件被分配给所述分析和控制单元（12）。
9.根据权利要求1至3之一所述的光伏模块，其特征在于，信令和/或通信单元被分配给所述光伏模块（1）。
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