專利名稱：太陽能逆變器以及用于將太陽能轉換成電能的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠將來自用于將太陽能轉換成電能的太陽能電池板或其他 系統(tǒng)的直流電轉換成交流電的太陽能逆變器以及用于將太陽能轉換成電能的 裝置。特別地，本發(fā)明包括安排在逆變器和/或上述裝置中的防盜設備。技術背景在用于將太陽能轉換成電能的已知裝置中，已知具有高關聯(lián)成本、以及因 此對裝置的整體成本產(chǎn)生深刻影響的項目是形成"太陽能電池板"的光伏電池， "太陽能電池板"在被照射時依靠其含硅的制造材料將太陽能轉換成電能。若干 連接在一起的光伏電池稱為"模塊"或"電池板"，并且后者在預定區(qū)域中串聯(lián)連 接。各種模塊可容易地拆卸、或相互分開，從而在需要時給予裝置添加或去除 模塊的彈性，以便于按需改變電能產(chǎn)量并且定制裝置自身。不同功率級的裝置 可因而用同一類型的模塊進行制造。轉換裝置通常安裝在暴露于太陽的區(qū)域中，即戶外(屋檐上、天井區(qū)域上、 地面上等)，并且可覆蓋廣闊的表面區(qū)域。由于電池板的模塊化本質及其高昂成本，存在偷竊裝置內(nèi)電池板的實際問 題。的確，電池板無需修改就可容易地再出售和再使用。為解決此缺點，因為裝置的保護人員的持續(xù)監(jiān)控極其昂貴，裝置甚至可能 在遙遠或難以進入的位置，所以在現(xiàn)有技術中使用也在其他領域中采用的標準 防盜系統(tǒng)，例如使用閉路電視攝像機。然而，甚至此類防盜監(jiān)控系統(tǒng)也特別昂貴，尤其在小裝置和/或家庭用裝 置的情形中，防盜系統(tǒng)也達到了與轉換裝置相同數(shù)量級的成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供太陽能逆變器以及用于將太陽能轉換成電能的 裝置，它們在結構上以及在功能上被設計成符合所指示的需求、且同時克服參 考所引用現(xiàn)有技術突出的限制。
以下將變得顯而易見的本目的以及其他目的通過根據(jù)所附權利要求所制 造的太陽能逆變器以及用于將太陽能轉換成電能的裝置來實現(xiàn)。
附圖簡述
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將從以下參考附圖的對作為指示并以非限制方 式例示的本發(fā)明優(yōu)選實施例之一的詳細描述變得顯而易見，在附圖中


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于將太陽能轉換成電能的裝置的簡化示意圖， 圖2是圖1的裝置的控制板的優(yōu)選實施例的電路圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例
在附圖中，標記1整體指示用于將太陽能轉換成電能并根據(jù)本發(fā)明制造的 裝置。
所討論的裝置能夠將太陽能轉換成電能，其既可用來向電網(wǎng)(并網(wǎng)裝置) 供電又可替換地(附加地)在可充電電池(獨立裝置)或類似物中存儲電量。 具體地，首先參考圖1，裝置1包括一個或多個太陽能模塊串2 (在附圖
中示出N個串)，每一個串由多個串聯(lián)地電連接在一起的太陽能模塊M構成。 每個模塊M (在圖2中可見)如已知地由光伏電池構成。模塊和/或串的 數(shù)目以及形成模塊所用的電池的類型取決于各種因素，這些因素包括裝置的總 功率、它排列的方式、區(qū)域中存在的輻射能級等。在例如家庭裝置的小裝置1 的情形中，僅可存在一個串2。
串2并聯(lián)地電連接在一起并且因而形成的總組件被稱為"光伏發(fā)電機"2a。 每個串2優(yōu)選使用接線盒(未示出)端接，該接線盒用作串與裝置l的緊 接該串的設備之間的接口。該盒可任選地包含每一個串2包含一個的防止串2 中極性反向的保護性設備，比如阻塞二極管或保險絲30 (例如參見圖2，在以 下說明)。如果串不受到遮蔽，則這些保護設備也不是必要的。
另外，必要時提供連接到每個串的、尤其安排在每個串2的輸出上的讀取裝置15，以便于讀取并且在必要時存儲由每個單獨的串2在單位時間上產(chǎn)生的
電流。優(yōu)選地，這樣的讀取裝置15是連接到微處理器的電流傳感器設備。
同樣可任選地，接線盒可包含用于保護免受雷電浪涌的變換器(variator)和
/或避雷器、用于保護免受功率波動的保險絲等。
每個串2在被太陽照射時產(chǎn)生直流電，其被添加到其余串中所產(chǎn)生的直流電。
在串2的下游，裝置1包括轉換組3，該轉換組3能將由光伏發(fā)電機2a 產(chǎn)生的直流電轉換成交流電、優(yōu)選轉換成頻率和電壓與其中實現(xiàn)裝置1的國家 電網(wǎng)中的電流相同的交流電?；蛘?，在獨立的太陽能裝置1的情形下，由光伏 發(fā)電機產(chǎn)生的直流電被存儲在電池中而無需轉換成交流電。
在并網(wǎng)的或混合的裝置的情形下，轉換組3包括逆變器3a，該逆變器3a 例如借助脈寬調制(PWM)技術執(zhí)行轉換。可任選地，逆變器3a包含用于光 伏發(fā)電機的一個或多個最大功率點跟蹤器(MPPT) ， MPPT是最大化可從光 伏發(fā)電機傳遞的功率的設備。
此外，在本發(fā)明的優(yōu)選示例實施例中，在逆變器3a的下游安排有變壓器 4以確保光伏發(fā)電機2a與連接在輸出的電網(wǎng)之間的完全隔離。
逆變器3a優(yōu)選包括用于管理來自各個串2的信息等等的控制單元10，該 信息比如由光伏發(fā)電機2a產(chǎn)生的電流量的并由與每個串2相關聯(lián)的讀取裝置 獲取的讀數(shù)。此信息還被用來檢測確定串2中可能故障的存在，在此情形中該 串2在能量在其他串中產(chǎn)生時長時間不發(fā)送電流信號。
逆變器3a優(yōu)選在其輸出連接到電網(wǎng)以及消耗裝置，電網(wǎng)和消耗裝置由圖 1中的框5和6示意性地表示。因此由裝置1產(chǎn)生的交流電能被消耗裝置使用 (如果由裝置1生成的能量在該確定時間區(qū)間不足以滿足消耗裝置的需求，則 按需添加來自電網(wǎng)的能量)或者被提供給普通電網(wǎng)，且交流電優(yōu)選與后者所提 供的電流具有相同的相位。便利地，因此設置計量裝置8以便計算、顯示和存 儲向電網(wǎng)5提供的電量。
替換地或附加地，裝置1還包括諸如蓄能器或電池之類的儲能系統(tǒng)9以使 由光伏發(fā)電機2a生成的電流即使在電網(wǎng)斷電的情形下也可用。在該情形下， 例如逆變器3a通過從光伏發(fā)電機2a和/或儲能系統(tǒng)9拉取能量來向消耗裝置供電。
此外，有可能設置能向例如水泵或其他類型的電動機供電的逆變器3a， 其將由光伏發(fā)電機2a提供的直流電量轉換成具有可變頻率的三相交流電壓。
如因此可從上述優(yōu)選實施例推論地，裝置1的具體用途不限于本發(fā)明的應 用、且可被最大地改變，并且類似地所使用的光伏發(fā)電機2a和逆變器3a的類 型是不相關的。此外，有可能裝置l不僅使用來自光伏發(fā)電機的能量，而且還 使用優(yōu)選來自比如風力發(fā)電機的可再生資源的其他類型的能量。
裝置1的管理和控制由監(jiān)控系統(tǒng)便利地執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)例如是向其發(fā)送所 有與裝置1的操作有關的或者替換地與逆變器3a的操作有關的信息的個人計 算機12和/或移動電話和/或手持計算機13。附加地或作為替換地，監(jiān)控系統(tǒng) 還可包括其中顯示與系統(tǒng)狀態(tài)或操作狀態(tài)有關的消息的包括指示燈的顯示單 元(未示出)。顯示單元可被放置在逆變器3a上。
用于在裝置1 (或逆變器3a)與監(jiān)控系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議例 如是串行型的，優(yōu)選是MODBUS協(xié)議；然而，可采用本領域己知的任何其他 類型的傳輸；此外，還提供通過發(fā)送信號來遠程控制裝置1的可能性，例如用 于加載新程序。
根據(jù)本發(fā)明的主要特征，現(xiàn)參考附圖2，裝置1還包括防盜系統(tǒng)100，該 防盜系統(tǒng)100能夠在形成串2之一的一個或多個太陽能模塊被去除的情況下向 裝置1的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送警報信號。
如上所述，光伏發(fā)電機2a的串2的每個模塊M可被表示為二極管與其并 聯(lián)的電流發(fā)生器。因此，串2具有串聯(lián)在一起的多個二極管(作為"電等價物")， 每個二極管在圖2和3中附注為D、并且每一個與電流發(fā)生器G并聯(lián)。如上所 述，在串2的輸出上放置有阻塞二極管DB以防止其中短路或沒有光照的串上 的電流的反向。
如果從串2去除一個或更多個模塊，則等效電路實質上變成開路(被去除 的模塊M使電路"開路")，并且沒有電信號可通過串2。如果代替地模塊M 損壞，則通常與該損壞模塊相對應的部分在電學上等效于短路，并且因此即使 在此情形下來自串2的其他模塊的電流仍然可通過整個串2并到達逆變器3a。 替換地，如果模塊M的損壞結果等效于開路，則電流仍然通過相應二極管D。
7因此通過向發(fā)電機2a的每個串2發(fā)送以下所述的預置信號、并且檢測作 為所發(fā)送預置信號的結果的來自串2的輸出響應信號，則可檢測形成串2的所 有模塊M是否存在，因為如果缺少它們中的任何一個則不會獲得作為任何所 發(fā)送預置信號的結果的響應信號(其必須通過整個串才到達輸出)。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選結合到逆變器3a的控制單元10 (在存在時)內(nèi)的防盜 系統(tǒng)100包括向光伏發(fā)電機2a的輸入發(fā)送脈沖的脈沖發(fā)生器31。特別地，針 對每個串2都設置有脈沖發(fā)生器31，該脈沖發(fā)生器31能夠向單個串2發(fā)送脈 沖。替換地，如圖2中示例性所示地，如果光伏發(fā)電機2a的所有串2包括相 同數(shù)目的模塊M，則可存在單個脈沖發(fā)生器31。
脈沖發(fā)生器31優(yōu)選包括變壓器T，該變壓器T包括初級繞組Ll和次級繞 組L2。初級繞組L1電連接到例如方波或正弦波發(fā)生器的交變波發(fā)生器16，連 接到例如可適當編程的微處理器的端口，或者連接到電子開關(例如晶體管或 MOSFET)和直流發(fā)電機Vcc。另一方面，次級繞組L2電連接到串2以便于 向串2發(fā)送來自初級繞組Ll的脈沖。因而通過繞組L2的電流根據(jù)控制特性(尤 其脈沖周期)被限制而與串2的模塊M的數(shù)目無關。
使用因此顯著交變而非直流的脈沖信號意味著甚至可在串2被照射(且因 此產(chǎn)生直流)的同時使用防盜設備IOO。
優(yōu)選地，并聯(lián)在一起的電阻器R和電容器C被放置在串2與變壓器的次 級繞組L2之間以便于防止所發(fā)送信號的任何直流分量通過，從而僅允許交流 分量通過。
至于由發(fā)生器31發(fā)送的脈沖的形式，這些優(yōu)選是固定能量恒流脈沖。例 如，可向每個串電路發(fā)送約IO mJ的脈沖，并且這考慮例如每一串2有50個 串聯(lián)的電池板(50個二極管D)的裝置來實現(xiàn)，這因此產(chǎn)生具有300 ^周期 的50mA脈沖。防盜電路100在如果每一個串電池板的數(shù)目減少，則脈沖周期 自動增大，但是峰值電流保持恒定的意義上供保持電流恒定之用。
優(yōu)選地，如圖2所示，所用變壓器T以在所述領域內(nèi)稱為"回掃(flyback)" 的配置連接，并且這本質上能調整上述電流。
脈沖可按預置頻率(例如每一秒一個脈沖)或按隨機時間間隔發(fā)送。
電連接在串2的輸出上的防盜系統(tǒng)100包括信號檢測器，其優(yōu)選為能夠檢
8查交流脈沖在串2的輸出的存在性的光隔離器OP。優(yōu)選地，每一個串2有一 個光隔離器OP (因此對于N個串，示出N個光隔離器OPl、 ...、 OPN)?？?在本發(fā)明中采用本領域已知的其他脈沖檢測器，比如測量電流的變壓器或分流 電阻器。
光隔離器OP由比如電池Vcc的直流源供電。優(yōu)選地，電池Vcc在光伏發(fā) 電機2a工作時(即在后者被照射時)被再充電。
當光隔離器OP的LED已接收到直流脈沖時，光隔離器的晶體管傳輸相 應的信號。
防盜系統(tǒng)100還包括向其發(fā)送來自光隔離器0P1.....OPN的信號的控
制設備25，例如微處理器。
防盜系統(tǒng)100被配置成當由串2輸出的預置數(shù)目的脈沖不被光隔離器接 收時，警報由控制設備25借助警報裝置(未示出)發(fā)送給裝置1的監(jiān)控系統(tǒng)， 此預置數(shù)目是可變且可由控制設備25配置的參數(shù)。在圖2中，示出背離控制 設備25的箭頭F，這指示警報信號向監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸。后者在類型上最大地 改變，警報裝置被選擇并配置成便于根據(jù)所采用的監(jiān)控系統(tǒng)類型發(fā)送信號。
在此所述的防盜系統(tǒng)100甚至可任選地連接到所引用領域已知的標準警 報/防入侵控制單元，以便以最適當?shù)姆绞焦芾砗惋@示來自警報器的信號。例如， 警報器可借助中斷繼電器觸點(break relay contact) 20或通過異步串行 MODBUS連接(即RS485接口；未示出)與裝置的監(jiān)控系統(tǒng)通信。
從圖2的電路中，可清楚如果電壓Vcc例如由于故障而等于零，則在光隔 離器OP的輸出處也沒有脈沖。此外，在對設備存在故意損壞或者在繼電器20 尚未被停用時，還發(fā)送警報信號。
本發(fā)明因此實現(xiàn)所提出的目的，從而獲得優(yōu)于所引用的現(xiàn)有技術的許多優(yōu)占。
'、、、o
特別地，相對便宜的防盜系統(tǒng)可用來持續(xù)監(jiān)控每個串中所有模塊的存在性 等等。
由于通過存儲來自光伏發(fā)電機的能量來對防盜系統(tǒng)供電，所以未使用其他 能源。
將本發(fā)明的防盜系統(tǒng)耦合到現(xiàn)在商業(yè)可用的防盜/防入侵控制系統(tǒng)是可能的。
權利要求
1. 一種用于將太陽能轉換成電能的裝置(1)，包括光伏發(fā)電機(2a)，所述光伏發(fā)電機(2a)包括至少一個光伏模塊(M)串(2)，脈沖發(fā)生器(31)，所述脈沖發(fā)生器能夠向所述至少一個串(2)的輸入發(fā)送電脈沖，信號檢測器(OP)，所述信號檢測器被安排在所述串(2)的輸出上并且能夠檢測所述串(2)的輸出上因變于所述輸入上電脈沖的信號的存在性，以及警報裝置，所述警報裝置連接到所述信號檢測器(OP)并且能夠在所述串(2)的輸出上沒有信號的情況下生成警報。
2. 如權利要求1所述的裝置(1)，其特征在于，所述串(2)的輸入上 的所述電脈沖是固定能量恒流脈沖。
3. 如權利要求1或2所述的裝置(1)，其特征在于，所述電脈沖以預置 頻率發(fā)送。
4. 如權利要求1或2所述的裝置(1)，其特征在于，所述電脈沖以隨機 時間間隔發(fā)送。
5. 如上述權利要求中一項或多項所述的裝置(1)，其特征在于，所述脈 沖發(fā)生器(31)包括交變波發(fā)生器(16)和變壓器(T)，所述交變波發(fā)生器(16)與所述變壓器(T)的初級繞組(Ll)電連接并且所述串(2)與所述變 壓器(T)的次級繞組(L2)電連接。
6. 如權利要求5所述的裝置(1)，其特征在于，所述變壓器(T)以回 掃配置連接。
7. 如上述權利要求中一項或多項所述的裝置(1)，其特征在于，所述信 號檢測器(OP)包括光隔離器設備。
8. 如上述權利要求中一項或多項所述的裝置(1)，其特征在于，包括向 其發(fā)送由警報裝置生成的警告的監(jiān)控系統(tǒng)(12、 13)、以及所述監(jiān)控系統(tǒng)與所 述警報裝置之間的包括串行連接的通信裝置。
9. 一種用于將來自光伏發(fā)電機(2a)的直流電轉換成交流電的逆變器 (3a)，其包括至少一個光伏模塊(M)串(2)，并且包括防盜系統(tǒng)(100)，所述防盜系統(tǒng)具有能夠向所述至少一個串(2)的輸入發(fā)送電脈沖的脈沖發(fā)生器(31) ， ？信號檢測器(OP)，所述信號檢測器被安排在所述串(2)的輸出上并且 能夠檢測所述串(2)的輸出上因變于所述輸入的電脈沖的信號的存在性，以 及警報裝置，所述警報裝置連接到所述信號檢測器(OP)并且能夠在所述 串(2)的輸出上沒有信號的情況下生成警報。
10. 如權利要求9所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述串(2)的輸 入上的所述電脈沖是固定能量恒流脈沖。
11. 如權利要求9或10所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述電脈沖 以預置頻率發(fā)送。
12. 如權利要求9或10所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述電脈沖 以隨機時間間隔發(fā)送。
13. 如權利要求9至12的一項或多項所述的逆變器3(a)，其特征在于，所 述脈沖發(fā)生器(31)包括交變波發(fā)生器(16)以及變壓器(T)，所述交變波 發(fā)生器(16)與所述變壓器(T)的初級繞組(Ll)電連接，并且所述串(2) 與所述變壓器(T)的次級繞組(L2)電連接。
14. 如權利要求13所述的逆變器(3a)，其特征在于，所述變壓器(T) 以回掃配置連接。
15. 如權利要求9至14的一項或多項所述的逆變器(3a)，其特征在于， 所述信號檢測器(OP)包括光隔離器設備。
16. 如權利要求9至15的一項或多項所述的逆變器(3a)，其特征在于， 包括向其發(fā)送由所述警報裝置生成的警報的監(jiān)控系統(tǒng)(12、 13)、以及所述監(jiān) 控系統(tǒng)與所述警報裝置之間的包括串行連接的通信裝置。
全文摘要
描述了一種用于將太陽能轉換成電能的裝置(1)，其包括包括至少一個光伏模塊(M)的串(2)的光伏發(fā)電機(2a)、能夠向串(2)的輸入發(fā)送電脈沖的脈沖發(fā)生器(31)、安排在串(2)的輸出上并且能夠檢測串(2)的輸出上因變于輸入上電脈沖的信號的存在性的信號檢測器(OP)、以及連接到信號檢測器(OP)并且能夠在串(2)的輸出上沒有信號的情況下生成警告的警報裝置。
文檔編號G01R31/26GK101523230SQ200780038093
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權日2006年10月13日
發(fā)明者R·莫里奇, S·扎納里尼 申請人:桑特諾電子股份公司