具有電機式過電流保險裝置的匯流箱的製作方法

2023-10-18 06:54:49 1

本發明涉及一種匯流箱，其具有用於光伏模塊的多個串的串線路的輸入連接端以及用於一對至逆變器的輸出線路的輸出連接端並且具有獨立權利要求1的前序部分的其他特徵。在這種匯流箱中，光伏模塊的多個串並聯連接並且與輸出連接端連接。

在此，開關裝置——藉助所述開關裝置，輸入連接端能夠接入輸出連接端，也就是說將串接入逆變器——對於串中的每個或至少對於每對在匯流箱中固定並聯的串具有至少一個單獨的輸入側開關接通部。只要串還沒或不再通過開關裝置接入，則因此，串不僅與逆變器分開，而且彼此分開。最多，在與逆變器分開以後，在匯流箱中固定並聯的對還彼此連接。這確保，通過由光伏模塊的其他串生成的電流不對光伏模塊的各個串發生損害，所述由光伏模塊的其他串生成的電流在極端情況下向反方向流過串並且因此流過其光伏模塊中的每個。匯流箱中的兩個串的固定並聯電路的可靠性基於以下：對於光伏模塊通常不關鍵的是，光伏模塊由僅另一同種光伏模塊生成的電流向反方向引導。

背景技術：

從de102008008505a1中已知一種具有從屬權利要求1的前序部分所述的特徵的匯流箱。該匯流箱具有匯流排，用於光伏模塊的每個串的輸入連接端通過分開開關以及在輸入連接端中的一個中的熔斷器連接到所述匯流排上。匯流排在其側通過分開開關連接到輸出線路上。為了可以通過控制單元關斷或斷開各個串，分開開關與在輸入連接端與匯流排之間的電子開關元件串聯連接。另外，用於檢測相應的串電流的電流測量單元與相應的電子開關元件串聯連接。如果相應的檢測的串電流測量值超過預給定的比較值，則控制單元操控相應的電子開關元件來關斷所屬的串。典型地，將比較值確定為大於光伏模塊的額定值的1.4倍的電流值。傳統的熔斷器設計為更高的值，以便避免保險裝置例如限定地由於老化效應、由於運行期間的溫度提高以及由於雲層中出現的輻射峰值而造成的額定值的高過140％的錯誤觸發。通過電子開關元件與電流測量單元和控制單元結合提供的電子保險裝置的優點是其對由於串電流而出現的超過預給定的比較值快速地做出反應，並且可以再次接入所觸發的電子保險裝置。然而，永久在從各個串至匯流排的電流中布置的電子開關元件造成永久的功率損耗，並且尤其當將多個串在匯流箱中並聯連接時，所述電子開關元件尤其一起與另外存在的熔斷器是顯著的成本因素。

從us2007/0107767a1中已知另一種具有獨立權利要求1的前序部分的特徵的匯流箱。在此，匯流排直接與輸出連接端連接。用於相應的串的輸入連接端通過熔斷器、測量裝置和開關裝置連接到匯流排上。測量裝置測量串電流，並且開關裝置關斷或接入相應的串。控制裝置分析處理串電流並且控制開關裝置。也可以通過遠程控制操控控制裝置，以便操縱開關裝置來接入或關斷串。開關裝置可以是可操控的開關或繼電器。在多個通過匯流箱連接在一起的串的情況下，在匯流箱中設置多個熔斷器和繼電器，多個熔斷器和繼電器意味著高的總成本開銷。

從us2006/0237058a1中已知一種匯流箱，其中，在用於每個串的每個輸入連接端中，熔斷器與測量裝置和半導體開關串聯連接。在分別另一輸入連接端中，設置另一測量裝置。根據測量裝置的信號求取串電流，並且再次根據測量裝置的信號操控半導體開關。

從ep2282388a1中已知一種用於將電能從光伏模塊的多個串饋給到電流網中的設備。在此，分別多個串通過匯流箱在通過熔斷器的保護下並聯連接。對於每個匯流箱的輸出線路，在逆變器上設置單獨的連接端，在所述單獨的連接端中，設置用於過電流保險裝置並且用於選擇性地關斷匯流箱的器件。所述器件具有功率開關，可以電機式地打開和關閉所述功率開關。功率開關在連接端中與電流測量裝置串聯連接。逆變器中用於過電流保險裝置的器件不具有熔斷器。

從wo2007/048421a2中已知具有用於太陽能電池的控制的開關保險裝置。在此，涉及一種電路裝置，其用於控制光伏模塊的多個彼此並聯連接到總線線路上的串中的至少一個的輸出。對於串，電流裝置包括用於中斷串的連接端線路中的一個的機械開關、用於測量流過該串的電流的測量裝置以及用於接收測量裝置的信號並且用於控制機械開關的控制裝置。所述控制裝置設置用於，如果電流不在預給定的界限以下，則斷開機械開關。

從wo2013/081851中已知具有輸入側保護裝置的匯流箱，所述輸入側保護裝置藉助保護開關或保險裝置自動地斷開受到錯誤條件——例如接地錯誤或過電流錯誤——影響的相應的電流迴路。保護裝置的所有輸出連接端連接到總線線路上，可以通過分開裝置將所述總線線路接入匯流箱的輸出連接端。

從us2013/0050906中已知在多個匯流箱後面連接的安全裝置的情況下，作為多個可以分別藉助開關杆操縱的各個開關的替代，將多個輸入和輸出線路連接到中心開關上。

發明任務

本發明所基於的任務在於，展示一種匯流箱，儘管集成高度的安全功能仍然可以成本有利地製造所述匯流箱。

解決方案

本發明的任務通過具有獨立權利要求1的特徵的匯流箱解決。根據本發明的匯流箱的優選實施方式在從屬權利要求中定義。在此，從屬權利要求15和16涉及具有多個根據本發明的匯流箱的光伏設備。

發明描述

根據本發明的匯流箱具有用於光伏模塊的多個串的串線路的輸入連接端、用於一對至逆變器的輸出線路的輸出連接端、開關裝置——藉助所述開關裝置，串能夠接入逆變器、以及過電流保護裝置。開關裝置包括輸出側開關接通部，並且對於串中的每個或至少對於每對在匯流器中固定並聯的串包括至少一個單獨的輸入側開關接通部。另外，開關裝置具有開關接通驅動裝置，所述開關接通驅動裝置可以被操控將串與逆變器分開。過電流保護裝置使從或至串中的每個或至少從或至多對在匯流箱中固定連接的串中的每個出現的過電流中斷。為此，過電流保護裝置具有電流傳感器，所述電流傳感器測量從或至串中的每個或者至少從或至多對在匯流箱中固定並聯的串中的每個流動的電流；並且，所述過電流保護裝置如此構造，使得過電流保護裝置在所測量的電流超過過電流界限的情況下操控開關接通驅動裝置，以便至少將所述串或一對串——從中或至所述串或所述一對串，超過過電流界限的電流流動——與逆變器分開。通過所述分開，使引起超過過電流界限的電流的電流源分離。根據本發明，開關驅動具有用於多個開關接通部的共同的運動驅動裝置，所述多個開關接通部配屬給串中的多個或多對在匯流箱中固定並聯的串中的多個。

在根據本發明的匯流箱中，開關接通驅動裝置不包括用於輸入側的和所屬的輸出側的開關接通部中的每對的單獨的運動驅動裝置。也不僅設置用於在串或一對串的兩個輸入線路中布置的開關接通部的共同的運動驅動裝置來使相應的串或一對在全部極方面(allpolig)地分開。更確切地說，在根據本發明的匯流箱中，開關接通驅動裝置的每個運動驅動裝置設置用於配屬給多個串或多對串的開關接通部。相應地，可以僅共同地藉助共同的驅動將所述串與逆變器分開。尤其當串或多對串的數量——共同的運動驅動裝置設置用於所述串——至少為5或尤其至少為10時，放棄用於每個單個串的開關接通驅動裝置的單獨的運動驅動裝置例如意味著，相對於具有用於每個單個串的繼電器的開關裝置的顯著的節能潛力。

具體地，共同的運動驅動裝置可以使共同的接通元件運動，所述共同的接通元件具有用於所有同極的輸入側開關接通部的輸出側開關接通部，所述所有同極的輸入側開關接通部配屬給串中的多個或多對串中的多個。然後，多個串或多對串的輸出側開關接通部不僅通過運動驅動裝置機械式耦合，而且，就此而言，所述輸出側開關接通部配屬給串或多對串的同極的輸入側開關接通部，構造在作為單元由共同的運動驅動裝置使其運動的接通元件上。

替代地，具有共同的操縱元件——例如絕緣軸——的共同的運動驅動裝置可以使用於一些或所有同極的輸入側開關接通部的輸入側開關接通部運動，所述一些或所有同極的輸入側開關接通部配屬給串中的多個或多對串中的多個。

在根據本發明的匯流箱中，共同的運動驅動裝置可以使唯一的共同的接通元件運動，所述唯一的共同的接通元件具有用於串或多對串的所有同極的單獨的輸入側開關接通部的輸出側開關接通部。也就是說，開關接通驅動裝置可以具有用於所有串的唯一的運動驅動裝置，其中，所述運動驅動裝置為了單級地分開串而使具有用於所有同極的輸入側開關接通部的輸出側開關接通部的唯一的共同的接通元件運動，並且為了在全部極方面分開而使用於分別同極的輸入側開關接通部的輸出側開關接通部的兩個共同的接通元件運動。

在根據本發明的匯流箱中，優選放棄附加的保險裝置、尤其熔斷器。更確切地說，過電流保護裝置的在匯流箱中布置的並且在串線路與輸出線路中或之間連接的部分優選限於電流傳感器和開關接通部。以這種方式，在根據本發明的匯流箱中達到附加的成本節約。從現有技術中已知的用於每個串的熔斷器和繼電器的串聯電路——參見us2007/0107767a1——在實際上沒有達到過電流安全的更高的等級的情況下相反要昂貴得多。

如已經指出的，根據本發明的匯流箱的開關裝置將串中的每個或至少每對串在全部極方面與逆變器分開。這也是優選的。

即使在匯流箱中多對串固定並聯連接，根據本發明的匯流箱的電流傳感器優選測量從串中的每個流動的電流，以便達到過電流安全的更高的程度。

根據本發明的匯流箱的總的開關裝置可以是常開型，也就是說在不將操控信號加載到開關裝置的情況下，開關裝置將串與逆變器分開。以這種方式確保，在過電流保護裝置故障時並且相應於省去開關裝置的操控來實現串與逆變器的分開。

原則上，開關接通驅動裝置的共同的運動驅動裝置包括彈簧驅動，僅可以操控所述彈簧驅動，以便將所配屬的串與逆變器分開。通過手動地將串接入至逆變器，通過開關裝置張緊彈簧驅動。由過電流保護裝置在出現過電流時觸發彈簧驅動。當運動驅動裝置僅包括彈簧驅動時，對於重新將串接入至逆變器，需要手動地幹預匯流箱。但是，原則上，對於共同的運動驅動裝置包括彈簧驅動的情況，也可以附加地設置電機驅動，可以控制電機驅動，以便將所配屬的串接入逆變器。然後可以在將串接入至逆變器時，通過電機驅動使用於將串與逆變器分開的彈簧驅動張緊。但也優選由過電流保護裝置操控存在的電機驅動來將所配屬的串與逆變器分開。

根據本發明的匯流箱可以具有用於逆變器的分開信號的信號輸入端，其中，開關裝置這樣構造，使得所述開關裝置在輸入分開信號時操控每個共同的運動驅動裝置，以便將串與逆變器分開。開關裝置的相應的構造可以包含匯流箱中的過電流保護裝置的部分。通過以下方式，根據本發明的匯流箱也設計用於相應於逆變器的信號來將串與逆變器分開，根據本發明的匯流箱可以替代逆變器中的保險裝置以及附加的分開開關，所述保險裝置和附加的分開開關通常是包括逆變器的總過電流保護裝置的部分。由此實現附加的成本優點。

另外，當根據本發明的匯流箱的共同的運動驅動裝置包括電機驅動時，根據本發明的匯流箱可以具有用於逆變器的接入信號的信號輸入端，並且開關裝置可以這樣構造，使得所述開關裝置在接入信號輸入時操控每個共同的運動驅動裝置，以便將串接入逆變器。用於接入信號的信號輸入端原則上例如可以是用於分開信號的同一信號輸入端。在此，尤其涉及用於有線信號、調製到輸出線路上的電力線通信信號或無線信號的接口。也可以使用所述接口用於逆變器與根據本發明的匯流箱之間的其他通信。

根據本發明的匯流箱原則上不僅可以包括在此描述的裝置，而且可以包括集成的直流/直流調節器。

在根據本發明的光伏設備中，所述光伏設備具有逆變器，具有光伏模塊的多個通過至少一個匯流箱並聯連接的串並且具有電流傳感器，藉助所述電流傳感器測量逆變器中的從匯流箱中的每個流動的電流，所述匯流箱是根據本發明的具有用於逆變器的分開信號的信號輸入端的匯流箱。逆變器在所測量的電流超過第二過電流界限的情況下，將分開信號至少輸出給匯流箱，從所述匯流箱，超過第二過電流界限的電流流動。在這種根據本發明的光伏設備中，包括匯流箱的過電流保護裝置的直流側的總過電流保護設備的部分優選僅僅由電流傳感器構成，所述部分布置在逆變器中並且連接在每個匯流箱的輸出線路中或之間。也就是說，為了保證過電流安全，在逆變器中不存在熔斷器或其他保險裝置或在過電流情況下可操控的分開開關。

本發明的有利的擴展方案由權利要求、說明書和附圖中得出。在不必須一定由根據本發明的實施方式實現所述優點的情況下，特徵和多個特徵的組合的在說明書中提及的優點僅僅是示例性的並且可以替代地或累積地作用。在由此不改變所附權利要求的主題的情況下，在原來的註冊文件和專利的公開內容方面以下適用：其他特徵——尤其多個構件的相對布置和有效連接——可從附圖中提取。本發明的不同實施方式的特徵或不同權利要求的特徵的組合同樣可以偏離權利要求的所選擇的引用關係並且在此受啟發。這也涉及以下特徵，所述特徵在單獨的附圖中示出或在說明書中提及。也可以將所述特徵與不同的權利要求的特徵組合。在權利要求中列出的特徵同樣可以對於本發明的其他實施方式缺失。

在權利要求書和說明書中提及的特徵，在其數量方面以如下方式理解：存在恰好該數量或比提及的數量更多的數量，而不需要明確使用副詞「至少」。即如果例如提到電流傳感器，這可以理解為，存在恰好一個電流傳感器、兩個電流傳感器或多個電流傳感器。所述特徵可以通過其他特徵補充或是唯一的特徵，相應的產品由所述唯一的特徵構成。

在權利要求書中包含的參考標記不示出通過權利要求保護的主題的範圍的限制。它們僅僅用於使權利要求書更容易理解的目的。

附圖簡短描述

以下藉助在附圖中示出的優選實施例進一步闡述和描述本發明。

圖1：圖示示出一種根據本發明的具有連接的光伏模塊的串的匯流箱；

圖2：示出一種逆變器，所述逆變器與根據圖1的匯流箱1接合構造根據本發明的光伏設備。

附圖描述

在圖1中示出的匯流箱1具有多個輸入連接端2和3以及一對輸出連接端4和5。分別一對輸入連接端2和3設置用於兩個串線路6和7，以便將光伏模塊9的串8連接到匯流箱1上。在圖1中，對於每個串8僅描繪一個光伏模塊9。然而典型地，每個串8包括多個光伏模塊9的串聯電路。匯流箱1的輸入連接端2和3的數量在圖1中也示出為小於所經常實現的。那麼，可以存在用於10、20、40個或還更多個串8的輸入連接端。輸出連接端4和5設置用於一對輸出線路10和11來用於將匯流箱連接到圖2中示出的逆變器上。

在匯流箱1中，將串8彼此並聯地接入輸出連接端4和5。為此，開關裝置12具有輸入側接通元件13和14，所述輸入側接通元件配屬給各個輸入連接端2或3。在圖1中分別示出10個輸入側開關接通部13和14。就這點而言，如圖所示出的，開關裝置12設置用於10個串。開關裝置12的輸出側開關接通部15和16構造在兩個接通元件17和18上。在此，配屬給同極輸入側開關接通部13的所有輸出側開關接通部15設置在接通元件17上，並且配屬給同極輸入側開關接通部14的所有輸出側開關接通部16設置在接通元件18上。接通元件17和18與兩個輸出連接端連接，並且能夠藉助電機驅動19使所述接通元件共同運動到輸入側開關接通部13和14上，並且從所訴輸入側開關接通部運動開，以便將輸出側開關接通部15、16與輸入側開關接通部13、14連接或再次與所述輸入側開關接通部分開。替代地，也可以例如藉助電絕緣的或由電絕緣材料構造的操作元件將輸入側開關接通部13和14運動到輸出側開關接通部15和16上，並且從所述輸出側開關接通部運動開。電機驅動19由過電流保護裝置20操控。過電流保護裝置20包括在輸入連接端2與輸入側開關接通部13之間的連接端線路22中的電流傳感器21。電流傳感器21檢測在相應的串8中流動的電流。如果所述電流中的一個超過過電流界限，那麼過電流保護裝置20——例如藉助由電機驅動預緊的彈簧——這樣操控電機驅動19或在此未單獨示出的機械儲能器，使得所述電機驅動或在此未分開示出的機械儲能器使具有輸出側開關接通部15或16的接通元件17和18與輸入側開關接通部13或14遠離。由此，將所有串8與輸出連接端4和5分開並且也將所有串彼此分開。以這種方式使超過過電流界限的電流中斷。過電流保護裝置附加地具有接口23，所述接口用於通過連接端線路10和11與連接到所述連接端線路上的逆變器進行電力線通信。逆變器可以傳遞接入信號，結果，電機驅動19通過以下方式將串8接入逆變器：電機驅動使接通元件17和18運動來將輸出側開關接通部15、16與輸入側開關接通部13、14連接。但是如果過電流保護裝置20藉助電流傳感器21中的一個測量到通過連接端線路22的過電流，則逆變器也可以傳遞分開信號，結果，電機驅動19同樣地可以將串8與逆變器分開。

可理解地，各個開關接通部13這樣遠地彼此間隔開或這樣通過絕緣體分開，使得通過接通元件15和16的遠離，輸入側開關接通部13與14足夠地遠彼此分開，使得例如沒有所謂的反向電流能夠從串8通過相鄰的接通部13流到另一串8。另外清楚的是，電機驅動將具有輸出側開關接通部15和16的接通元件15和16這樣遠地與輸入側開關接通部13和14分開，使得安全地去除它們之間的意外的電弧。顯而易見的是，通過接通元件17和18的藉助電機驅動19的共同的運動驅動裝置，實現接通元件17與18之間沒有電接通。

圖2中示出的逆變器24具有多對輸入側連接端25、26用於連接根據圖1的分別一個匯流箱。匯流箱在逆變器24中並聯地連接到匯流排27、28上。在此，在每個輸入連接端25與匯流排27之間的每個連接線路29中布置電流傳感器30。匯流排27和28直接與直流/交流轉換器32的輸入中間迴路31連接。通過輸出連接端33，直流/交流轉換器32將交變電流輸出到外部交流電網34中。電流傳感器30是逆變器24的過電流保護裝置35的部分。如果電流傳感器30測量到超過第二過電流界限的電流，則過電流保護裝置35通過用於與所連接的匯流箱進行電力線通信的接口36將分開信號至少輸出給如下匯流箱，在該匯流箱的連接線路29中流動超過第二過電流界限的電流，以便將連接到所述匯流箱1上的串8與匯流箱分開並且因此與逆變器24分開。

在具有根據圖2的逆變器24以及多個根據圖1的匯流箱1的光伏設備中，包括過電流保護裝置20和35的總過電流保險設備，在其連接到引導電流的線路的部分方面，僅僅由電流傳感器21和30以及開關接通部13至16構成。相反，即既不在匯流箱1中也不在逆變器24中設置熔斷器。另外，逆變器24不包括用於各個匯流箱——也就是說各對輸入連接端25和26的、充當過電流保險裝置的分開開關。但是這並不排除，在匯流排27和28與直流/交流轉換器32之間不存在圖2中未示出的分開開關。

附圖標記列表

1匯流箱

2輸入連接端

3輸入連接端

4輸出連接端

5輸出連接端

6串線路

7串線路

8串

9光伏模塊

10輸出線路

11輸出線路

12開關裝置

13開關接通部

14開關接通部

15開關接通部

16開關接通部

17接通元件

18接通元件

19電機驅動

20過電流保護裝置

21電流傳感器

22連接線路

23接口

24逆變器

25輸入連接端

26輸入連接端

27匯流排

28匯流排

29連接線路

30電流傳感器

31輸入中間迴路

32直流/交流轉換器

33輸出連接端

34交流電網

35過電流保護裝置

36接口