具有濕氣狀態(tài)監(jiān)測的逆變器及操作逆變器的方法
【專利摘要】公開了一種用于借助于逆變器來轉(zhuǎn)換來自DC電壓發(fā)生器的電功率并將電功率饋入電網(wǎng)中的逆變器。在本例中，逆變器包括在逆變器的外殼之內(nèi)的濕氣傳感器、用于控制逆變器的控制單元以及與控制單元連接的加熱元件，所述控制單元與濕氣傳感器連接以便接收來自濕氣傳感器的濕氣值。控制單元被設(shè)計用于按照以下方式依據(jù)濕氣值來控制逆變器：在超過濕氣的極限值的情況下，在轉(zhuǎn)換器單元的輸入處的電壓位于電弧避免電壓值以下，并且電功率被饋入加熱元件。而且，還公開了用于操作這種類型的逆變器的方法。
【專利說明】具有濕氣狀態(tài)監(jiān)測的逆變器及操作逆變器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于轉(zhuǎn)換來自DC電壓發(fā)生器(特別是來自光伏裝置(PV裝置))的電功率并將其饋入電網(wǎng)中的逆變器，并且涉及用于操作此類逆變器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]借助于光伏作用來產(chǎn)生電能變得越來越重要。與此同時，許多這種類型的去中心化的發(fā)電裝置已經(jīng)在全球范圍進行了安裝，其中作為這些裝置的基本特征的典型供電同時也不斷增加。特別是在高功率供電的情況下，習(xí)慣的做法是使大量的PV模塊串行互連以形成與逆變器連接的所謂的串。因此，高DC電壓在操作期間出現(xiàn)于逆變器的輸入線上。為了防止在逆變器外殼之內(nèi)形成會導(dǎo)致逆變器損壞或毀壞的電弧，在載壓導(dǎo)體之間設(shè)置足夠的絕緣距離。然而，在逆變器內(nèi)的電弧事件時不時地發(fā)生，這在極端的情形中不僅能夠?qū)е履孀兤鞯臍?，而且如果電弧對外殼?nèi)部的影響沒有受到限制，還會因此導(dǎo)致火災(zāi)。因此，出于安全原因，通常使用固體金屬外殼(板材金屬或模鑄外殼)，該固體金屬外殼在一定的持續(xù)時間內(nèi)能夠限制燃燒電弧對外殼內(nèi)部的這些影響，但是該固體金屬外殼同樣構(gòu)成了生產(chǎn)成本的一大部分。
[0003]電弧通常由足夠多的濕氣(moisture)已經(jīng)積聚于逆變器內(nèi)部的事實而觸發(fā)，使得能夠沿著表面形成能夠橋接隔離距離的在載壓構(gòu)件之間的漏電路徑。當(dāng)存在電壓時，漏電電流沿著能夠增強以形成電弧或?qū)е赂g的所述漏電路徑流過，這進而由于接觸電阻的增大而能夠?qū)е码S之發(fā)生的問題，例如，器件故障或接觸發(fā)熱直至著火。經(jīng)驗表明，即使在內(nèi)部受到相對于外部影響的高防護等級(例如，在逆變器的情形中常見的防護等級IP65)的保護的外殼的情況下，濕氣能夠隨時間推移而積聚于內(nèi)部。這通常由通過與周圍環(huán)境交換空氣而補償由溫度波動導(dǎo)致的外殼內(nèi)的空氣體積變化的壓力平衡元件導(dǎo)致。通過壓力平衡元件，潮濕的周圍空氣能夠進入外殼內(nèi)，結(jié)果是相對大量的濕氣隨著時間推移而積聚于外殼內(nèi)部，即使不發(fā)生直接進水。
[0004]文獻W02004/040724公開了用于電子器件(例如，計算機)的開關(guān)柜，該開關(guān)柜的氣候值(例如，溫度和空氣濕度)受到監(jiān)測并被積極地影響。但是，該技術(shù)教導(dǎo)能夠僅在有限的程度上應(yīng)用于逆變器，對這些逆變器的外殼內(nèi)部進行空氣調(diào)節(jié)的可能性是有限的。同時，還存在描述其中PV發(fā)生器與逆變器電氣斷連和/或如果檢測到危險的情況(例如，著火、電弧和過熱)則短路的裝置和方法的各種文獻。舉例來說，在這點上可參照文獻DE102006060815。有關(guān)這些解決方案的缺點是測量僅在破壞事件發(fā)生之后才開始。
[0005]此外，文獻DE102009013311公開了配備有溫度和濕氣傳感器以便保護控制單元以免過熱或腐蝕的風(fēng)力發(fā)電裝置的控制單元。另外，文獻DE102007054215公開了配備有用于將在風(fēng)力發(fā)電裝置啟動之前溫度臨界構(gòu)件預(yù)加熱到工作溫度的預(yù)熱器件的這樣的風(fēng)力發(fā)電裝置。在兩種情形中，裝置不產(chǎn)生能量，只要溫度和/或濕氣值沒有處于期望范圍之內(nèi)。
[0006]為了避免或限制已經(jīng)滲透逆變器外殼的濕氣的有害影響，所希望的是防止上述破壞過程或者與漏電電流關(guān)聯(lián)的其它不合意的過程。同時，所希望的是使逆變器從沒有供電或者具有降低的供電的初始狀態(tài)，尤其是其中在器件內(nèi)部的濕氣導(dǎo)致在載壓導(dǎo)體之間的不充分的電絕緣的狀態(tài)，盡可能快地轉(zhuǎn)換成其中逆變器能夠正常操作的器件狀態(tài)，即，尤其是使用對于DC電壓發(fā)生器的最大功率輸出(最大功率點-MPP)而言為典型的發(fā)生器電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目標(biāo)借助于逆變器以及用于操作包含獨立權(quán)利要求的特征的逆變器的方法來達成。有利的實施例在各自的從屬權(quán)利要求中描述。因此，根據(jù)本發(fā)明的用于借助于轉(zhuǎn)換器單元將來自DC電壓發(fā)生器(尤其是PV發(fā)生器)的電功率轉(zhuǎn)換成用于將電功率饋入與逆變器連接的電網(wǎng)中的符合電網(wǎng)的AC電壓的逆變器包括在逆變器的外殼之內(nèi)的濕氣傳感器?？刂茊卧c濕氣傳感器連接，以便接收來自濕氣傳感器的濕氣值。所述濕氣傳感器被設(shè)計用于確定濕氣值，即，指示位于外殼內(nèi)的濕氣量的值，尤其是空氣濕度(humidity)的量或者冷凝液的量，并且用于將其作為信號傳遞到用于控制逆變器的控制單元。根據(jù)所確定的濕氣值，尤其是如果濕氣的數(shù)量超過極限值，則控制單元按照使得在轉(zhuǎn)換器單元的輸入處的電壓保持于電弧避免電壓值以下的值的方式來控制轉(zhuǎn)換器。同時，控制單元確保電功率被饋入與控制單元連接的加熱元件。
[0008]饋入加熱元件的電功率用于加熱逆變器外殼的內(nèi)部，以便從外殼中或者至少從載壓導(dǎo)體之間的絕緣區(qū)中去除濕氣。為了這個目的，加熱元件優(yōu)選地被實現(xiàn)為電阻加熱元件，例如，作為電阻絲或者作為在電路板(尤其是多層電路板)中的導(dǎo)體路徑。在本例中，加熱元件被優(yōu)選地定位，使得絕緣區(qū)被快速地加熱，結(jié)果是已經(jīng)冷凝于其內(nèi)的濕氣能夠被有效地去除。濕氣的去除能夠通過使用包括風(fēng)扇的逆變器來增加，在該風(fēng)扇的空氣流中布置有加熱元件或者該風(fēng)扇被定位使得它能夠?qū)⒂杉訜嵩a(chǎn)生的熱量在器件內(nèi)有效地散開。
[0009]從外殼中或從絕緣區(qū)中去除濕氣借助于優(yōu)選地定位于DC電壓發(fā)生器的連接導(dǎo)體附近或者于其它載壓導(dǎo)體附近(例如，在逆變器的中間直流鏈路附近)的一個或多個濕氣傳感器來監(jiān)測。很可能的是將濕氣傳感器定位于外殼的濕氣采集區(qū)附近，即，冷凝液通常聚集于其內(nèi)的或者在逆變器由于操作而受熱的情況下僅在以后及時地蒸發(fā)的區(qū)域。例如，這可以是在逆變器外殼內(nèi)的最深點或者在外殼內(nèi)的風(fēng)扇的氣流達不到的或者未充分達到的位置。
[0010]與濕氣的去除并行地，濕氣的破壞影響，尤其是在電弧形成方面，通過將轉(zhuǎn)換器單元的輸入處的電壓保持于具體的電壓值以下來降低。在本例中，所述電壓值被選擇使得只有小于最大容許靜止電弧避免電壓值出現(xiàn)于外殼內(nèi)。在本文背景下，采用術(shù)語電弧避免電壓值來意指電壓值，該電壓值低到使得假定一定量的濕氣存在于逆變器的外殼內(nèi)，確保有可能防止電流在逆變器內(nèi)部的載壓導(dǎo)體之間流過，所述電流是如此高使得電弧能夠由其產(chǎn)生，或者使得腐蝕性過程(尤其是在載壓導(dǎo)體的接觸處)按照長期來看觸頭的接觸電阻會顯著增大并且導(dǎo)致逆變器的功率損耗或故障的方式來破壞載壓導(dǎo)體。在這種情況下，電弧避免電壓值既取決于所存在的濕氣量，也取決于隔離距離和逆變器所使用的材料。通常假定，在小于80V的電壓下，在逆變器內(nèi)形成電弧的概率足夠低。給定距離的相應(yīng)尺寸和材料的選擇，較高的值(例如，120V或200V)同樣能夠被看作是可足以避免電弧的。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，如果能夠?qū)τ贒C電壓發(fā)生器允許較高的電壓，則可用于加熱元件的電功率會大大地增加。由此有可能大大地縮短必要的持續(xù)時間，直到低于濕氣的極限值，即，逆變器被除濕。
[0011]在逆變器的一種有利配置中，在超過了濕氣的極限值的情況下，控制單元經(jīng)由轉(zhuǎn)換器單元按照使得DC電壓發(fā)生器的電壓位于電弧避免電壓值以下的方式來控制逆變器。在這種配置中，按照有利的方式，發(fā)生器電壓并因而在轉(zhuǎn)換器單元的輸入處的電壓經(jīng)由轉(zhuǎn)換器單元自身保持于電弧避免電壓值以下。還有可能使整個轉(zhuǎn)換器單元包括DC/DC轉(zhuǎn)換器(例如，升壓型轉(zhuǎn)換器)與DC/AC轉(zhuǎn)換器的互連。在本例中，不言而喻的是，DC電壓發(fā)生器的電壓與在DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸入處的電壓兩者都保持于電弧避免電壓值以下。這既能夠通過關(guān)閉DC/DC轉(zhuǎn)換器來完成，也能夠通過選擇具有已激活的DC/DC轉(zhuǎn)換器的DC電壓發(fā)生器的相應(yīng)低的電壓值來完成。逆變器的轉(zhuǎn)換器單元通常已經(jīng)被設(shè)計為用于設(shè)定發(fā)生器的電壓，例如，為了能夠使DC電壓發(fā)生器工作于MPP。這種設(shè)定可能性現(xiàn)在在本申請的背景下使用，以免超過電弧避免電壓值，其中在此由DC電壓發(fā)生器提供的功率能夠同時被使用。使用能夠按照供給的方式來起作用。在一種優(yōu)選的實施例中，為了使用的目的，饋入加熱元件的電功率能夠至少部分地由DC電壓發(fā)生器中得出。
[0012]在饋入加熱元件的電功率完全來源于DC電壓發(fā)生器的情形中，有利的是為了可使逆變器與電網(wǎng)可切換斷連開而提供AC開關(guān)(例如，接觸器)，所述開關(guān)按照使得只要超過了濕氣的極限值就使逆變器與電網(wǎng)保持?jǐn)噙B，并且逆變器僅在低于濕氣的極限值時與電網(wǎng)連接的方式與控制單元連接。
[0013]在逆變器的另一種有利配置中，在超過了濕氣的極限值的情況下，控制單元按照使得DC電壓發(fā)生器與轉(zhuǎn)換器單元的輸入斷連的方式來控制逆變器。以此方式，還有可能防止超過電弧避免電壓值。
[0014]在逆變器的另一種有利配置中，饋入加熱元件的電功率至少部分地從電網(wǎng)中得至IJ。為了這個目的，控制單元能夠按照使得在超過濕氣的極限值的情況下DC電壓發(fā)生器與逆變器斷連開或與其保持?jǐn)噙B并且余熱功率由電網(wǎng)專門地饋入加熱元件的方式來設(shè)計。但是，供應(yīng)同樣能夠為了饋入加熱元件的待從DC電壓發(fā)生器和電網(wǎng)中得到的功率而進行。專門地或額外地從電網(wǎng)中得到的加熱功率使得有可能進一步縮短用于對逆變器除濕的持續(xù)時間，因為可用于預(yù)熱并因而用于對逆變器除濕的電功率能夠任選地選擇。
[0015]在另一種有利的配置中，逆變器此外還能夠包括至少一個安全傳感器與其連接以便針對危害事件的發(fā)生來監(jiān)測外殼內(nèi)部的保護單元。在本例中，保護單元被設(shè)計以便在發(fā)生危害事件的情況下使逆變器與DC電壓發(fā)生器及電網(wǎng)隔離，并且因而防止任何功率流入逆變器的內(nèi)部。
[0016]在這點上，應(yīng)當(dāng)要提的是，術(shù)語危害事件被用來意指其中流經(jīng)逆變器的電功率按照非受控的方式轉(zhuǎn)換成熱量的任何事件。因此，特別地，在本申請的含義之內(nèi)的危害事件包括諸如逆變器的構(gòu)件(例如，電源開關(guān)、電容器或電感器)的電弧或熱過載之類的事件。相應(yīng)的安全傳感器能夠包括煙霧檢測器、用于檢測由電弧產(chǎn)生的高頻振蕩的電弧檢測器，或者光或紅外檢測器。例如，光傳感器或紅外光傳感器能夠允許空間分辨的檢測。同樣有可能將個體傳感器，還有其它常規(guī)的溫度傳感器(例如，熱電偶、熱二極管等)，指派給會特別地受到危及的逆變器構(gòu)件。作為選擇，對逆變器的區(qū)域或個體構(gòu)件的選擇性監(jiān)測同樣能夠通過使用空間分辨的光檢測器或紅外光檢測器來實現(xiàn)，結(jié)果能夠提高檢測危害事件的可靠性，同時降低誤報警的概率。
[0017]在上述危害事件發(fā)生時借助于保護單元和所指派的安全傳感器對逆變器進行有效的安全防護的情形中，有可能以包含塑料的，尤其是包含具有阻燃性質(zhì)的塑料的成本效率更高的外殼代替逆變器的昂貴的金屬外殼。這排除了達到關(guān)于能量釋放到周圍的安全要求只能夠由金屬外殼防止的程度的通過逆變器從來自發(fā)生器或電網(wǎng)的電功率到熱量的非受控轉(zhuǎn)換的發(fā)生。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的用于操作逆變器以將由DC電壓發(fā)生器產(chǎn)生的功率饋入電網(wǎng)的方法包括借助于例如濕氣傳感器來確定在逆變器的外殼之內(nèi)的濕氣值。如果超過了濕氣值的極限值，則DC電壓發(fā)生器的發(fā)生器電壓按照使得發(fā)生器電壓以及可能由DC/DC轉(zhuǎn)換器(例如，升壓型轉(zhuǎn)換器)從其轉(zhuǎn)換而來的電壓兩者都保持于電弧避免電壓值以下的方式來設(shè)置。在本例中，由DC電壓發(fā)生器產(chǎn)生的功率和/或從電網(wǎng)抽取的功率在外殼之內(nèi)至少被主要地轉(zhuǎn)換成熱量。只有在所確定的濕氣值下降到濕氣的極限值以下時，發(fā)生器電壓才被設(shè)置為MPP電壓。在本例中，逆變器能夠以最大功率發(fā)射來操作DC電壓發(fā)生器并且將所產(chǎn)生的功率饋入電網(wǎng)內(nèi)。
[0019]優(yōu)選地，這些方法步驟作為在例如早晨太陽升起時的逆變器的啟動操作的一部分來執(zhí)行，因為隔離距離不足的可能性在本例中是特別高的，例如，由于在尚未于操作上進行預(yù)熱的逆變器處可能形成有凝露。
[0020]為了縮短逆變器在發(fā)生器處設(shè)置較低的DC電壓的持續(xù)時間，有利的是執(zhí)行反復(fù)地或連續(xù)地確定濕氣值的過程，直到低于極限值。由于同樣的原因，同樣有利地是將由DC電壓發(fā)生器傳輸給逆變器的全部功率在外殼內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱量，出于該目的，用于轉(zhuǎn)換功率的獨立的加熱元件或者集成于逆變器內(nèi)的構(gòu)件都能夠使用。在后一種情形中，轉(zhuǎn)換器單元是適合的，例如，該轉(zhuǎn)換器單元借助于對并入其內(nèi)的開關(guān)的適當(dāng)驅(qū)動來允許瞬時的脈沖電流。在對所述開關(guān)的驅(qū)動很短的情況下，后者變得只是部分導(dǎo)通，并且相當(dāng)大的一部分功率在開關(guān)中于高驅(qū)動頻率下轉(zhuǎn)換成作為開關(guān)損耗的熱量，這將是在正常操作中所不希望的。
[0021]對于逆變器的監(jiān)測和診斷，有幫助的是檢測直到低于極限值的持續(xù)時間，或者逆變器在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法時至少臨時地超過濕氣的極限值的頻率，并且使其變得可用于評價。因而有可能識別特別受到影響的逆變器，并且如果合適的話，則通知能夠消除濕氣進入的問題的服務(wù)工程師。
[0022]在操作方法的一種有利開發(fā)中，在超過極限值的情況下，逆變器與DC電壓發(fā)生器斷連，并且在外殼內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱量的功率是專門從電網(wǎng)中引出的。因此，在超過濕氣值的極限值的情況下，逆變器借助于從電網(wǎng)中引出的電功率來加熱，直到濕氣值下降到極限值以下。只有這時，DC電壓發(fā)生器與逆變器連接，并且發(fā)生器的最大功率發(fā)射(MPP電壓)于其下受到影響的發(fā)生器電壓被設(shè)置以便饋入電網(wǎng)。
[0023]可任選地，在根據(jù)本發(fā)明的操作方法的背景下，此外還能夠相對于危害事件的發(fā)生來監(jiān)測逆變器的外殼內(nèi)部，并且如果這樣的事件發(fā)生，則能夠使逆變器與電網(wǎng)以及與DC電壓發(fā)生器斷連。這樣的危害事件可以是能夠借助于煙霧檢測器來監(jiān)測的在逆變器中的煙霧的演變。同樣還有可能借助于光或電弧檢測器來監(jiān)測電弧的發(fā)生，或者借助于紅外敏感檢測器或溫度傳感器來檢測逆變器的構(gòu)件的過度受熱。在本例中，光敏檢測器和紅外敏感檢測器具有另一優(yōu)點:它們同樣能夠由于外部入射光而確定外殼的打開并且通過與電網(wǎng)及發(fā)生器分離而立即保護逆變器，結(jié)果避免或者至少顯著降低對打開逆變器的人員的危險。在本例中，逆變器還能夠發(fā)出警報信號，例如，聲信號或電信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發(fā)明將在下文參照附圖來說明，所述附圖應(yīng)當(dāng)按照說明性的而非限制性的方式來理解。在附圖中:
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器的構(gòu)件的示意圖，
[0026]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的增加了附加構(gòu)件的另一逆變器的構(gòu)件的示意圖，
[0027]圖3示出了作為逆變器的電路板的一部分的加熱元件的根據(jù)本發(fā)明的一種實施例，
[0028]圖4示出了用于操作根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，以及
[0029]圖5示出了光伏發(fā)電裝置的圖示。
【具體實施方式】
[0030]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器10，該逆變器10與DC發(fā)生器30連接以便經(jīng)由連接線DC+、DC-進行能量傳輸。轉(zhuǎn)換器單元160被布置于逆變器10的外殼20的內(nèi)部，該轉(zhuǎn)換器單元將發(fā)生器30的功率轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)的AC電壓并且經(jīng)由連接線AC將其傳輸給所連接的電網(wǎng)150。而且，濕氣傳感器110被容納于外殼20之內(nèi)，并且將與濕氣值相應(yīng)的測量信號傳遞到控制單元120。控制單元120被設(shè)計用于控制逆變器10，尤其是轉(zhuǎn)換器160，并且與加熱元件130連接，使得輸送給加熱元件130的功率能夠通過控制單元120來控制?？扇芜x地，控制單元120此外還同樣能夠被設(shè)計用于驅(qū)動風(fēng)扇140，該風(fēng)扇140能夠使由在外殼20內(nèi)部的加熱元件130產(chǎn)生的熱量散開。
[0031]濕氣傳感器110是常規(guī)的濕氣傳感器，例如，其電導(dǎo)率由于濕氣而改變的傳感器，或者含有具有濕氣依賴的介電常數(shù)的電介質(zhì)的傳感器。之前已知的其它濕氣傳感器同樣可想得到。
[0032]控制單元120能夠從例如轉(zhuǎn)換器單元160中引出它將轉(zhuǎn)送至加熱元件130的電功率。在本例中，轉(zhuǎn)換器單元160包括DC/DC轉(zhuǎn)換器(尤其是升壓型轉(zhuǎn)換器)、中間直流電鏈路和轉(zhuǎn)換橋，使得轉(zhuǎn)換器單元能夠執(zhí)行將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓以及控制DC電壓發(fā)生器30的發(fā)生器電壓兩個任務(wù)。
[0033]盡管根據(jù)本文的描述的在圖1中的轉(zhuǎn)換器單元160包括DC/DC轉(zhuǎn)換器與DC/AC轉(zhuǎn)換器的互連，但是同樣有可能使轉(zhuǎn)換器單元160能夠不裝備DC/DC轉(zhuǎn)換器。同樣有可能的是所述電功率直接從DC發(fā)生器30或連接的電網(wǎng)150中引出。
[0034]在一種特定的實施例中，加熱元件130由轉(zhuǎn)換器單元160的開關(guān)或其它構(gòu)件形成。在本例中，有利的是設(shè)計控制單元120使得轉(zhuǎn)換器單元160的驅(qū)動生成期望的熱量。
[0035]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的逆變器，該逆變器除了圖1已經(jīng)示出的構(gòu)件之外另外還包括保護單元220，該保護單元220被設(shè)計用于在危害事件發(fā)生時使逆變器可靠地轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)，由于保護單元220控制著借助于DC開關(guān)200 (例如，DC接觸器)的與DC發(fā)生器30間的連接，和/或借助于AC開關(guān)210 (例如，AC接觸器或線路斷路器)的與電網(wǎng)150間的連接，使得當(dāng)危害事件發(fā)生時，可防止對逆變器外殼20內(nèi)部的任何能量供應(yīng)。開關(guān)200、210的布局在逆變器外殼20之外及其內(nèi)部都能夠?qū)崿F(xiàn)。為了這個目的，保護單元220與控制單元120連接用于傳遞隔離信號，其中控制單元120在隔離信號存在時執(zhí)行對DC開關(guān)200或AC開關(guān)210的相應(yīng)驅(qū)動。當(dāng)然，同樣有可能的是保護單元220直接驅(qū)動開關(guān)200、210。
[0036]此類事件的發(fā)生由數(shù)種傳感器來監(jiān)測，這些傳感器被容納于逆變器外殼20之內(nèi)并與保護單元220連接。這樣的傳感器能夠包括煙霧檢測器230、光檢測器240或紅外檢測器250。這些安全傳感器中一旦有一個檢測到指派給危害事件的狀態(tài)，保護單元220或控制單元120就隔離與發(fā)生器30或電網(wǎng)150間的電連接。
[0037]通過用于逆變器的受控除濕的構(gòu)件與用于對逆變器內(nèi)部的危害事件的可靠檢測的構(gòu)件的結(jié)合，有可能使發(fā)生火災(zāi)觸發(fā)事件的風(fēng)險降低到使得由塑料塑造成逆變器的外殼成為可能的程度。如果將阻燃塑料用作外殼的材料，則有可能使所述風(fēng)險的進一步降低。按此方式，逆變器的生產(chǎn)成本的顯著降低是可能的。
[0038]圖3示出了作為加熱元件130的實施例的電阻加熱元件320的具體布局。加熱元件320由作為電路板300的一部分的導(dǎo)體路徑形成并且按照蜿蜒的形式鋪設(shè)，以便首先允許所期望的電阻值并且其次允許對尤其是受到濕氣的不利影響的電路板區(qū)域進行均勻加熱，例如，在兩個載壓導(dǎo)體310之間的隔離距離的區(qū)域。兩個載壓導(dǎo)體310能夠各自與到DC發(fā)生器30的連接線DC+、DC-連接，使得全部發(fā)生器電壓在隔離距離兩端下降。在多層電路板的情形中，加熱元件320的導(dǎo)體路徑能夠鋪設(shè)于電路板內(nèi)，由此在全部操作環(huán)境下確保在載壓導(dǎo)體310與加熱元件320之間的可靠隔離。不言而喻的是，不一定要將加熱元件320定位于載壓導(dǎo)體310之間的隔離距離內(nèi)，而是只要確保對隔離區(qū)的有效加熱并從而確保對其的有效除濕。
[0039]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于操作逆變器10的方法的流程圖。第一方法步驟400包括檢查逆變器的操作是否能夠開始，例如通過將發(fā)生器電壓Ug6n與用于逆變器的啟動的預(yù)定最小值Umin進行比較。在超過最小值Umin的情況下，第二步驟410包括執(zhí)行在發(fā)生器的外殼的內(nèi)部的濕氣測量。第三方法步驟420包括比較所測得的濕氣值Pin是否位于對于發(fā)生器的操作非臨界的極限值Pth以下。如果不是這種情形，則逆變器的內(nèi)部在第四方法步驟430中進行加熱直到濕氣測量確定位于非臨界的極限值P th以下的逆變器的內(nèi)部的濕氣值PIN。如果是這種情形，則方法沿分支轉(zhuǎn)至第五方法步驟440，在第五方法步驟440中發(fā)起或繼續(xù)逆變器的正常啟動操作。
[0040]在操作方法的第一變型中，在第四方法步驟430中用于預(yù)熱逆變器的電功率由DC電壓發(fā)生器30生成。DC電壓發(fā)生器30的電壓以及還有在轉(zhuǎn)換器單元160的中間直流電鏈路中的DC電壓在該時間內(nèi)降低至電弧避免電壓，例如，至小于80V的值。在本例中，電壓由逆變器設(shè)定，例如通過由控制單元120對轉(zhuǎn)換器單元160的相應(yīng)驅(qū)動。同時，借助于以上所描述的轉(zhuǎn)換器單元160的開關(guān)的適當(dāng)驅(qū)動，由DC電壓發(fā)生器生成的用于加熱逆變器10的功率的至少一部分同樣能夠由轉(zhuǎn)換器160轉(zhuǎn)換成熱量，而剩余的功率能夠被饋入另外的加熱元件。在本例中，同樣有可能為發(fā)生器電壓選擇可變值，而不是固定的上限值，所述可變值根據(jù)所測得的濕氣值來確定。
[0041]在操作方法的第二變型中，在第四方法步驟430中用于預(yù)熱逆變器的電功率來源于與逆變器10連接的電網(wǎng)150。在本例中，有利的是在預(yù)熱階段期間使DC電壓發(fā)生器30與逆變器10完全隔離，并且只有在逆變器內(nèi)部的濕氣值已下降到非臨界的極限值以下時才使兩個構(gòu)件相互連接。
[0042] 用于操作逆變器的上述方法能夠通過相對于危害事件的發(fā)生方面對逆變器的外殼內(nèi)部進行監(jiān)測來補充，例如，電弧、隱火或明火或者過度加熱直至逆變器的構(gòu)件爆炸。只要檢測到這樣的事件，逆變器就在電氣上與電網(wǎng)150以及與DC電壓發(fā)生器30兩者斷連，以便防止更多的功率流入逆變器的受到危及的內(nèi)部并從而去除該事件的任何能量來源。對于此類事件的監(jiān)測能夠借助于煙霧檢測、電弧檢測或光或紅外光檢測來實現(xiàn)。
[0043]圖5示出了用于獲得光伏電能的家用裝置的示意性構(gòu)造。在本例中，建筑物510的屋頂支撐著形式為PV模塊的DC電壓發(fā)生器30。PV模塊經(jīng)由安裝于DC電壓發(fā)生器30附近的線路斷路器500以及發(fā)生器引線530連接至根據(jù)本發(fā)明的逆變器10，該逆變器10此外還經(jīng)由電網(wǎng)引線520連接至公共供電電網(wǎng)(未示出)。在本例中，線路斷路器500經(jīng)由以上所描述的逆變器10的控制單元來驅(qū)動。線路斷路器500與逆變器10的空間分離不僅在逆變器10故障方面而且在房屋著火方面都獲得了額外的安全性，因為發(fā)生器引線530在這些情況下會被關(guān)閉以變?yōu)闆]有電壓的，使得它不會對救援人員或房屋的居住者構(gòu)成任何威脅。切換至無電壓狀態(tài)能夠通過中斷到發(fā)生器的引線以及通過使其自身短路兩種方式來實現(xiàn)。
[0044]本發(fā)明并不限定于所描述的示例性實施例，這些實施例能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員按照不同的方式來修改和補充。特別地，還有可能按照除了所提到的那些組合之外的組合來實現(xiàn)所聲明的特征，以及通過之前已知的更多過程或構(gòu)件對它們進行補充，目的在于限制或避免已經(jīng)滲透到逆變器的內(nèi)部的濕氣的有害影響，并從而得到具有提高的操作安全性的逆變器。
[0045]參考符號列表
[0046]10逆變器
[0047]20外殼
[0048]30DC 發(fā)生器
[0049]110濕氣傳感器
[0050]120控制單元
[0051]130加熱元件
[0052]140風(fēng)扇
[0053]150電網(wǎng)
[0054]160轉(zhuǎn)換器單元
[0055]200DC 開關(guān)
[0056]210AC 開關(guān)
[0057]220保護單元
[0058]230，240，250
[0059]安全傳感器
[0060]300電路板
[0061]310載壓導(dǎo)體
[0062]320加熱元件
[0063]400，410，420，430，440[0064]方法步驟
[0065]500線路斷路器
[0066]510建筑物
[0067]520電網(wǎng)引線
[0068]530發(fā)生器引線
[0069]Pin逆變器中的測得濕氣值
[0070]p th濕氣值的極限值
[0071]Ugen發(fā)生器電壓
[0072]Umin最小啟動電壓`
【權(quán)利要求】
1.一種逆變器(10)，包括: -在所述逆變器(10)的外殼(20)之內(nèi)的濕氣傳感器(110); -用于控制所述逆變器(10)的控制單元(120)，所述控制單元與所述濕氣傳感器(110)連接以便接收來自所述濕氣傳感器(110)的濕氣值，以及-與所述控制單元(120)連接的加熱元件(130)， 其特征在于 -所述逆變器(10)被提供用于借助轉(zhuǎn)換器單元(160)來轉(zhuǎn)換DC電壓發(fā)生器(30)的電功率并將所述電功率饋入電網(wǎng)(150)中，并且 -所述控制單元(120)被設(shè)計用于按照以下方式依據(jù)所述濕氣值來控制所述逆變器(10):在超過濕氣的極限值的情況下，在所述轉(zhuǎn)換器單元(160)的輸入處的電壓位于電弧避免電壓值以下并且電功率被饋入所述加熱元件(130)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器(10)，其中，在超過濕氣的所述極限值的情況下，所述控制單元(120)經(jīng)由所述轉(zhuǎn)換器單元(160)按照以下方式來控制所述逆變器(10):所述DC電壓發(fā)生器(30)的電壓位于所述電弧避免電壓值以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器(10)，其中，在超過濕氣的所述極限值的情況下，所述控制單元(120)按以下方式來控制所述逆變器(10):所述DC電壓發(fā)生器(30)與所述轉(zhuǎn)換器單元(160)的所述輸入斷連。
4.根據(jù)前述權(quán)利要 求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述加熱元件(130)是電阻加熱元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器(10)，其中所述電阻加熱元件包括電路板(300)的導(dǎo)體路徑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述加熱元件(130)包括所述轉(zhuǎn)換器單元(160)的半導(dǎo)體開關(guān)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述逆變器(10)還包括風(fēng)扇(140)，所述加熱元件(130)被布置在所述風(fēng)扇(140)的氣流中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述濕氣傳感器(110)包括多個傳感器，其中所述傳感器中的一個被布置于所述DC電壓發(fā)生器(30)的連接導(dǎo)體附近，并且所述傳感器中的另一個被布置于所述外殼(20)的濕氣采集區(qū)附近。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述電功率至少部分地由所述DC電壓發(fā)生器(30)饋入所述加熱元件(130)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述電功率至少部分地由所述電網(wǎng)(150 )饋入所述加熱元件(130)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，還包括AC開關(guān)(210)，所述AC開關(guān)(210)由所述控制單元(120)驅(qū)動并且只要超過濕氣的所述極限值就將所述逆變器(10)與所述電網(wǎng)(150)隔尚。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述電弧避免電壓值小于80V。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，還包括: -保護單元(220)，以及-至少一個安全傳感器(230、240、250)，與所述保護單元(220)連接并且用于針對危害事件的發(fā)生而監(jiān)測所述外殼內(nèi)部， 其中所述保護單元(220)被設(shè)計用于在所述危害事件發(fā)生時將所述逆變器(10)與所述DC電壓發(fā)生器(30)隔離并且與所述電網(wǎng)(150)隔離。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的逆變器(10)，其中所述安全傳感器(230、240、250)包括煙霧檢測器、電弧檢測器、溫度傳感器、光檢測器或紅外檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的逆變器(10)，其中所述逆變器(10)具有塑料外殼。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的逆變器(10)，其中所述外殼的塑料包括阻燃材料。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述逆變器(10)被設(shè)計用于檢測濕氣超過所述極限值的持續(xù)時間。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的逆變器(10)，其中所述DC電壓發(fā)生器(30)包括光伏發(fā)生器。
19.一種用于操作逆變器(10)的方法，所述逆變器(10)被提供用于將由DC電壓發(fā)生器(30)產(chǎn)生的功率饋入電網(wǎng)(150)中，其特征在于包含以下步驟: -確定所述逆變器(10)的外殼(20)內(nèi)部的濕氣值， -在超過所述濕氣值的極限值的情況下，將在所述轉(zhuǎn)換器單元(160)的輸入處的電壓設(shè)定于電弧避免電壓值以下的值，其中由所述DC電壓發(fā)生器(30)產(chǎn)生的功率和/或從所述電網(wǎng)(150)抽取的功率至少主要地被轉(zhuǎn)換成在外殼(20)內(nèi)的熱量，以及 -在低于所述極限值的情況下，將所述發(fā)生器電壓設(shè)定于MPP電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在超過所述極限值的情況下，所述逆變器(10)與所述電網(wǎng)(150)斷連，使得在所述外殼(20)內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱量的所述功率被專門地從所述DC電壓發(fā)生器(30 )傳輸?shù)剿瞿孀兤?10 )。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在超過所述極限值的情況下，所述逆變器(10)與所述DC電壓發(fā)生器(30)斷連，使得在所述外殼(20)內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱量的所述功率被專門地從所述電網(wǎng)(150)抽取。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中的任一項所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換成熱量包括驅(qū)動所述逆變器(10)的轉(zhuǎn)換器單元(160)的開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中的任一項所述的方法，其中所述電弧避免電壓值依據(jù)所述濕氣值來確定。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中的任一項所述的方法，其中直到低于所述濕氣值的持續(xù)時間被確定。
25.根據(jù)權(quán)利要求19至24中的任一項所述的方法，其中所述方法作為啟動操作的一部分來執(zhí)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至25中的任一項所述的方法，其中所述濕氣值被反復(fù)地確定直到低于所述極限值。
27.根據(jù)權(quán)利要求19至26中的任一項所述的方法，還包括下列步驟: -針對危害事件的發(fā)生來監(jiān)測所述逆變器(10)的所述外殼內(nèi)部，并且 -當(dāng)所述危害事件發(fā)生時將所述逆變器(10)與所述電網(wǎng)(150)隔離且與所述DC電壓發(fā)生器(30)隔離。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述監(jiān)測包括下列監(jiān)測方法中的至少一種:-煙霧檢測，_電弧檢測，-光檢測，以及-對所述逆變器(10)的構(gòu) 件的過熱的選擇性檢測。
【文檔編號】H02J3/38GK103597696SQ201280028449
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】R·安德烈 申請人:Sma太陽能技術(shù)股份公司