专利名称：光伏设备的单个光伏�？榈目刂品椒ê涂刂粕璞傅闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明涉及一种方法，根据该方法可以借助控制单元的对应的控制设备将处于危险状态或者工作状态的PV-设备的光伏�？�(PV�？�)调到安全状态，而不对PV�？榛蛘哒髌髟斐伤鸹�。当所有PV模块都配备有这样的控制单元，那么在危险状态下的PV发电机(PV设备)在每一点都可以调为对人体安全的状态。控制设备使用PV设备中已有的电缆，因此在PV�？樽芭涔讨芯筒恍枰钔獾母冻�。
背景技术：
由现有技术已知一种设备，借助该设备PV设备可以自动地调到对人体安全的状态。由DE102005017835B3已知一种具有温控开关的光伏发电机，其对温度升高做出反应并且使PV模块短路。该光伏发电机具有这样的缺点，温控开关(其不必一直出现在火灾中)只有在其周围的温度升高时才被触发，而一旦温度降低(例如有消防用水时)温控开关就再次断开。从外部既不能看出模块是否断电，也不能手动地使设备断电。在DE102008052037B3中描述了一种太阳能�？椋媚？橹薪柚馍璧难沽�-控制线路和机械压力-激发器将多个太阳能电池低电阻桥接。外设的压力-控制线路和机械压力-促动器由于其移动的部分是相对脆弱的。对于太阳能�？镻V�？槭蔷蔡搪妨拥模庋ジ鯬V�？楹驼髌骶涂赡苁艿狡苹�。此外还不利的是，除了太阳能设备的电缆还需要额外的控制线路。
发明内容
本发明的目的是，提供一种方法，根据该方法可以将处于危险状态(例如火灾)或者工作状态的PV-设备的光伏模块调到安全状态，而不对PV�？榛蛘哒髌髟斐伤鸹�。控制设备应该只通过PV设备中已有的电缆连接。本发明的目的通过权利要求1和7的特征实现。本发明的其它有利的设计和应用形式由权利要求2至6和8至11给出。根据本发明的启示，为了控制PV设备的至少一个串列，优选每一串列(由多个这种PV模块构成)中的单个PV�？椋诿恳桓�(待控制的)PV�？樯隙及沧耙桓龅ザ赖目刂频ピ�。这些控制单元监测其对应的PV�？榈牡缪骨吆�/或电流。如果对电压曲线进行监测，而且发现PV�？榈牡缪勾忧缪股叩搅丝赵氐缪�(或者电压从空载电压降低到驱动电压)，那么将激活相关的PV�？榈目刂频ピ�(即控制单元采取各个措施，如下所述)。其中短时的、安全的电压峰值(或者电压低谷)不会导致控制单元的激活，只有在PV�？榈牡缪股呋蛘呓档统桓鲈は壬瓒ǖ谋呓缰党欢问奔浜螅刂频ピ偶せ睢Ｈ绻刂频ピ嗖獾氖橇鞴齈V模块的电流，那么一旦电流下降到参考值(例如IOOmA)以下，控制单元激活。在第一种变体中，当控制单元激活后，PV�？橹辽僭谄湟桓鼋尤攵擞胨舻拇卸峡Ｓ纱松傻闹辽僖桓龆峡阌胍桓龅缛莶⒘矗琍V�？樵诙峡蠡雇ü缛荼舜讼嗔�。通过整个串列的直流电流被阻断，交流电流(和脉冲形式的直流信号)还继续流通。在第二种变体中，PV�？橛氲妥杩垢涸芈龀宓夭⒘油ǎ矗妥杩沟缱杞惶娴匾砸欢ㄊ奔溆隤V模块并联然后再断开。通过脉冲的并联接通，PV�？榈挠行У缪�(时域上的平均值)降低。为了避免，PV设备的整流器或者至少一个PV�？槭艿降缌鞣逯档钠苹担诘妥杩垢涸氐慕油ㄆ诩湔庋浠龀逯芷冢矗涸赜隤V�？椴⒘油ǖ氖奔淦骄凳贾粘噬仙魇撇⑶易钪沾锏揭桓龊愣ㄖ�。在低阻抗负载断开时，相应的平均值始终下降并且最终达到零。在第二变体的一个有利实施例中这样选择脉冲周期，控制单元含有的微控制器的最小可靠运行电压正好由PV�？榈挠行У缪�(剩余电压)提供。当一个串列中的所有控制单元都激活时(在第一变体中通过相应PV�？榇痈么械亩峡诘诙涮逋ü妥杩垢涸氐穆龀逍问降牟⒘油�)，至少一个串列的总电压降低到对人体安全的安全值。为了再次将PV设备激活运行(通过将所有激活的控制单元复位)，一旦控制单元被激活马上将负载脉冲地并联接通到PV模块上，并且在对应于至少一个PV�？榈奈⒖刂破鞯穆龀宀⒘油ü讨邢蚋梦⒖刂破魈峁┲辽倨渥钚≡诵械缪梗每刂破髦辽偈挂桓龃卸搪吩�2秒钟。微控制器的运行电压断开约2秒后微控制器将重置(重新启动)。作为替代，可以将负载与至少一个PV�？槁龀宓夭⒘油ú⑶蚁蚨杂τ诟弥辽僖桓鯬V模块的微控制器提供其最小驱动电压或者PV�？樵谥辽僖徊啻哟兄卸峡�(第一或第二种变体)，而将至少一个串列的所有已经激活的控制单元复位，将一个电脉冲或者一个电脉冲序列输送到至少一个串列的管线中。这样对控制单元中的微控制器进行编程，其能够识别电脉冲或者电脉冲序列并且将已经激活的控制单元复位。根据本发明的控制设备包含若干个控制单元，这些控制单元与各自的PV模块相连。优选地，PV设备的每个PV�？樯栌幸桓隹刂频ピ�。若干个控制单元分别含有至少一个用于采集PV�？榈牡缪骨�(或者流过PV�？榈牡缌�)的测量设备、一个用于监测PV�？榈牡缪骨�(或者流过PV�？榈牡缌�)的微控制器以及或者至少一个用于将对应于控制单元的PV模块的至少一侧从串列断开的�？槎峡兀蛘咭桓鲇糜诮妥杩垢涸芈龀宓夭⒘油ǖ剿舻腜V�？樯系南呗�。用于采集流过PV�？榈牡缌鞯牟饬可璞赴缫桓龅妥杩狗至鞯缱�(其串联在具有微控制器的PV�？楹屯淮械南嗔赑V�？橹�)；一个运算放大器(通过其对分流电阻两端的电压进行检测、放大并且将该电压值与电压参考值进行比较)；和一个温度补偿线路(其为运算放大器提供取决于温度的电压参考值)。控制单元(其在激活状态脉冲地将低阻抗负载与对应的PV�？椴⒘油�)具有一个开关(电气的、机械的或者两种方式组合的)和一个电阻(低阻抗负载)用于限流，其中开关和电阻串联接通。电阻和开关的串联电路与所述的PV�？椴⒘油�。控制单元通常集成在PV�？榈牧酉渲校⑶易芭湓诹酉渖匣蛘咧苯游挥诹酉涓浇�。为了可以快速判断哪一串列处于安全的运行状态中(总电压对人安全)，设置控制单元具有LEDs，其在控制单元激活的情况下闪烁。控制单元能够廉价地制造，因为其能够以标准的电子部件实现并且除了在太阳能设备中已经存在的线缆不需要额外的控制线路。特别有利的是，控制单元可以与PV设备的监测设备连接地运行；该监测设备具有供电设备、电流传感器(其采集通过至少一个串列的电流)、含有电容-电压转换器的发电机(其用于盗窃检测)、微控制器(其用于确定电流传感器传递的电流值和电容-电压转换器传递的电压值)、去耦元件(其用于将至少一串列至少与整流器的电容分离)、控制设备的控制单元的复位设备、警报-重置设备和具有电流阻断的交接点(其用于将警报转达到外部警报中心)。
下面借助两个实施例详细地阐明本发明，框图中示出图1 :含有控制设备和监测设备的光伏设备，图2 :监测设备，图3 :三个控制单元的串联电路，这三个控制单元在激活状态下脉冲地连接PV�？椋�4 :三个控制单元的串联电路，这三个控制单元在激活状态下将PV�？榇哟卸峡�。附图标记说明I PV �？�1.1接线柱1. 2接线柱2 串列3 控制单元4 整流器5 监测设备6 去耦元件7 供电部件8 微控制器(监测设备)9 含有电容-电压转换器的发电机10 电流传感器11 具有电流阻断的警报信号-交接点12 警报中心13 发光二极管14 微控制器(控制单元)15 变压器16 开关
17负载18分压器18.1电阻18.2电阻19重置-信号-警报20控制单元的复位设备21�？槎峡�22电容器23固定载荷电阻24分流电阻25运算放大器26温度传感器/温度补偿电路
具体实施例方式图1中示出了 PV设备，其中若干个PV�？镮串并联成串列2，为了实现根据本发明的方法，在每个PV模块I处都并联一个控制单元3。PV�？椴闹绷鞯缪雇ü齈V设备的整流器4转换成网络电压。整 流器和串列2之间接入监测设备5，其对PV设备的盗窃和电弧形成现象(电压监测)进行监测。若干个控制单元3共同形成根据本发明的控制设备。图2中所示出的监测设备5以交流电压驱动，其中连接上的串列2的线缆通过去耦元件6 (其用于电容分离)连接到整流器4。交流电压通过供电部件转换成低电压。该低电压向微控制器8(监测微控制器)、含有电容-电压转换器的发电机9、电流传感器10以及发光二级管13供电。微控制器8米集含有电容-电压转换器的发电机9和电流传感器10的输出信号。在连接上的串列2中出现反向电流或者电弧时，电流传感器10发出特异的电压曲线，该电压曲线是由微控制器8采集并且(作为故障信号)识别的。该电流传感器接着打开去耦元件6和/或其向警报信号-交接点11发送一个信号；该警告信号继续传递到警报中心12。此外故障通过监测设备5上的发光二极管13显示。当使用断开开关作为去耦元件6时，在白天对由PV�？橹圃斓牡缪沟募嗖庾饔梦燎约嗖猓坏钡缪菇档饺范ǖ奶裟茏钚〉缪故保琍V�？镮中比较可能发生盗窃事件。为了监测夜间的PV模块I的盗窃事件(或者在日间和夜间，当应用了串列二极管作为去耦元件的时候)含有电容-电压转换器的发电机9传送一个方波脉冲(电压脉冲)到串列2的线缆。由作为串列2对方波脉冲的电容反馈的电压信号可以确定，在串列2中是否有一个或者若干个PV�？镮被断开，或者是否在有意的盗窃事件发生前实施将PV�？榍沤拥牟僮鳎蝗ヱ钤�6作为电容分离器，因此整流器4中的电容器的电容量不能被测量。图3中示出了三个PV�？镮的串联电路，这三个PV�？榉直鹁哂幸桓隹刂频ピ�
3。这些控制单元3通过各个PV�？镮采集流过各个PV�？榈牡缌骰蛘叩缪�。三个PV�？镮的第一个中，对应于第一个PV�？镮的控制单元3具有虚线(点划线)的边框。在控制单元3中安放有微控制器14 (控制单元微控制器)、变压器15、开关16、负载17和分压器18。微控制器14通过变压器15 (其通过PV�？镮的接线柱1.1和1.2获得其输入电压)供电。只要PV�？镮的电压高于驱动微控制器14所需电压，变压器15就能提供微控制器14的供电电压。微控制器通过分压器18 (其由电阻18.1和18. 2的串联线路构成)采集PV�？镮的电压。一旦微控制器14采集的电压值高于某个电压值，微控制器14就给开关16发送一个信号。开关16就将负载17脉冲地并联接通到接线柱1.1和1.2上。因为负载17具有低阻抗电阻，流过电阻17的电流就会比较高，由此大幅降低接线柱1.1和1. 2之间的电压。一旦负载17接通，微控制器14就能确定负载17的压降。由负载17和分压器18的压降，微控制器14确定开关16接通的脉冲频率，以该频率变化能够使接线柱1.1和1. 2之间的电压不低于微控制器14的变压器15的供电电压的最小值(确定的调整电路)。该运行状态一直保持，直到微控制器14复位且开关16不再受控制即断开。电流测量设备由低阻抗分流电阻24 (其串联在具有微控制器的PV�？镮和同一串列2的相邻PV�？镮之间)；运算放大器25 (通过其对分流电阻24两端的电压进行检测、放大并且将该电压值与电压参考值进行比较);和温度补偿电路26 (其为运算放大器25提供取决于温度的电压参考值)组成。图4中同样示出了具有三个PV�？镮的串联电路(对应于第一个PV模块I的控制单元3以虚线标出)，其中在故障情况下的串列2的总电压不再像前面的实施例中通过低阻抗负载17的脉冲并联接通，而是通过单个PV�？镮从串列2的电气断开而降低到安全值(例如低于一个预先给定的值)。PV�？镮彼此间的断开通过设计为半导体开关或者继电器的�？槎峡�21实现。固定载荷电阻23对于驱动半导体开关是必须的。为了能够实现控制单元3的简单的复位，将电容22并联接通到�？槎峡�21上(在�？槎峡�21打开时，单个PV�？榛狗直鹜ü缛�22彼此相连)，由此为了将控制单元3复位，可以通过PV设备中现有的电缆将交流电信号或者脉冲序列发送到控制单元3。
权利要求
1.一种控制PV设备的单个PV�？�(1)，优选控制所述PV设备的至少一个串列(2)中的每个单个PV模块(I)的方法，其中所述每个PV�？�(I)都对应于一个控制单元(3)，借助所述控制单元(3)测量每个PV�？�(I)的电压曲线和/或电流，一旦所述PV�？�(I)的电压从驱动电压升高到了空载电压或者电压从空载电压降低到驱动电压，或者所述串列(2)的电流降低到参考值之下，那么将激活对应于PV�？�(I)的控制单元(3)，其中在所述控制单元(3)的激活状态下，或者是所述PV�？�(I)的至少一个连接端(1.1、1.2)从串列(2)断开，这里存在的至少一个断开点通过并联的电容(22)保持接通，或者是将低阻抗负载(17)脉冲地并联接通到所述PV�？�(I)上，以此在控制单元的激活状态下，使得所述至少一个串列(2)的总电压降到对人体安全的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述负载(17)并联接通到所述至少一个PV�？�(I)时，这样变化脉冲周期，即，所述负载(17)与PV�？�(I)接通的时间平均值持续上升并且最终达到一个恒定值，在所述负载(17)断开时，所述平均值持续下降并且最终达到零，由此避免了整流器(4)或者所述至少一个PV�？�(I)受到电流峰值的冲击破坏。
3.根据权利要求1和2的任意一项所述的方法，其特征在于，在将所述负载(17)并联接通到所述至少一个PV�？�(I)时，这样变化脉冲周期，即，包含有对应于所述至少一个PV�？�(I)的控制单元(3)的微控制器(14)以至少与所述微控制器(14)相符的最小驱动电压供电。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的方法，其特征在于，一旦激活了所述控制单元(3)，所述负载(17)就并联接通到所述PV�？�(I )，并且对应于所述至少一个PV�？�(I)的微控制器(14)至少以其最小驱动电压供电，为了将所述至少一个串列(2)的所有已经激活的控制单元(3)都复位，使所述至少一个串列(2)短路约2秒。
5.根据权利要求1至3的任意一项所述的方法，其特征在于，当或者是将负载(17)脉冲地并联接通到所述PV�？�(I)上并且向对应于所述至少一个PV�？�(I)的微控制器(14)以其最小驱动电压供电，或者是所述PV�？�(I)的至少一个连接端(1.1、1.2)从串列(2)断开时，为了将所述至少一个串列(2)的所有已经激活的控制单元(3)都复位，通过至少一个串列(2)的线缆发送一个电脉冲信号或者电脉冲序列，其中对应于所述至少一个PV�？�(I)的控制单元(3)的微控制器(14)识别出电脉冲信号或者电脉冲序列并且将控制单元(3)重置。
6.实施根据权利要求1所述的方法的控制设备，其特征在于，所述控制设备包含若干个控制单元(3)，若干个控制单元分别与各个PV�？�(I)相连，优选与PV设备的至少一个串列(2)的每个单独的PV模块(I)相连，其中控制单元(3)含有至少一个用于采集PV�？�(I)的电压曲线和/或流过PV�？榈牡缌鞯牟饬可璞�、一个用于监测PV模块(I)的电压曲线或流过PV�？榈牡缌鞯奈⒖刂破�(14)以及或者至少一个用于将对应于控制单元(3)的PV�？�(I)的至少一侧(1.1、1.2)从所述的串列断开的�？槎峡�(21)，或者一个用于将低阻抗负载(17)脉冲地并联接通到所述对应于控制单元(3)的PV模块上(I)的线路。
7.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于，所述若干个控制单元(3)分别含有一个用于采集流过PV模块的电流的测量设备，所述测量设备包含一个串联在具有微控制器(14 )的PV�？�(I)和同一串列(2 )的相邻PV�？�(I)之间的低阻抗分流电阻(24 ); —个运算放大器(25)，通过其对分流电阻(24)两端的电压进行检测、放大并且将该电压值与电压参考值进行比较；和一个温度补偿电路(26)，其为运算放大器(25)提供取决于温度的电压参考值。
8.根据权利要求6和7的任意一项所述的控制设备，其特征在于，所述若干个控制单元分别包含一个用于限流的、由开关(16)和电阻(17)组成的串联电路，其中所述电阻和开关(16)组成的串联电路并联接通在对应于控制单元(3)的PV�？�(I)上。
9.根据权利要求6至8的任意一项所述的控制设备，其特征在于，所述若干个控制单元(3)集成在PV�？�(I)的连接箱中，并且装配在连接箱上或者直接位于连接箱附近。
10.根据权利要求6至9的任意一项所述的控制设备，其特征在于，所述若干个控制单元(3)具有LEDs (13),所述LEDs示出各个控制单元(3)是否激活。
11.所述控制单元联合PV设备的监测设备(5)的用途；所述监测设备具有供电部件(7)、采集通过至少一个串列(2)的 电流的电流传感器(10)、用于盗窃检测的含有电容-电压转换器的发电机(9)、用于确定电流传感器(10)传递的电流值和电容-电压转换器(9)传递的电压值的微控制器(8)、用于将至少一个串列(2)至少与整流器(4)的电容分离的去耦元件(6)、控制设备的控制单元(3)的复位设备(20)、警报-重置设备(19)和具有电流阻断的交接点(11)，其用于将警报转达到外部警报中心(12)。
全文摘要
本发明涉及一种方法，根据该方法可以将处于危险状态的PV-设备的光伏�？�(PV�？�)调到安全状态。借助若干个分别对应于PV�？榈目刂频ピ�(3)测量每个PV�？�(1)的电压曲线和/或电流。一旦PV�？�(1)的电压从驱动电压升高到了空载电压或者电压从空载电压降低到驱动电压，或串列(2)的电流降低到参考值之下，那么将激活相关的PV�？�(1)的控制单元(3)。在控制单元(3)的激活状态下，或者是PV�？�(1)的至少一个连接端(1.1、1.2)从串列(2)断开，这里存在的至少一个断开点通过并联的电容(22)保持接通，或者是将低阻抗负载(17)脉冲地并联接通到PV�？�(1)上。
文档编号G01R31/00GK103081269SQ201180038262
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月25日 优先权日2010年8月3日
发明者贝恩德·维勒 申请人:纽图斯股份公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
