具有用於跟蹤器的集成控制器和調節器的反用換流器的製作方法

2023-05-13 01:02:31

專利名稱：具有用於跟蹤器的集成控制器和調節器的反用換流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及基於太陽能來產生電能的領域，具體涉及一種用於將 由太陽能發電機提供的直流電轉換成交流電的反用換流器，其中，該 太陽能發電機包括驅動器，允許根據控制信號將該太陽能發電機跟 蹤太陽。
背景技術：
現有技術中巳知用於將太陽能發電機跟蹤至太陽的當前位置的設
備(所謂的跟蹤器)，其中在DE 202 04 679 Ul中描述了一個示例。 這種設備的驅動器引導太陽能發電機按方位角和/或仰角方向跟蹤太 陽，使得最大可能的太陽輻射始終照射在太陽能發電機上。允許按方 位角和/或仰角方向跟蹤的已知裝置在支撐柱的末端處包括例如用於 調整方位角(東西方向)的旋轉環以及用於調整仰角(傾角)的可變 長度的位置杆。
這種跟蹤裝置或"跟蹤器"分別有效地連接至控制器或調節器， 該控制器或調節器分別控制跟蹤器或其驅動元件，以便太陽能發電機 連續跟蹤至天空的最亮位置。這種控制器被構造為單獨設備，並自給 自足地進行操作。在DE 100 43 525A1中描述了這種控制器的一個示 例，其中描述了一種用於將太陽能裝置跟蹤至太陽的當前位置的設備， 其中使用太陽能電池作為傳感器。
圖2A示例性地示出了跟蹤的太陽能裝置的已知結構。該太陽能 裝置包括至少一個太陽能發電機116，太陽能發電機116包括多個太 陽能模塊102，太陽能模塊102在被來自太陽104的光照射時以例如 直流電的形式產生電能。在跟蹤器IOO上安裝太陽能模塊102。通過 圖2A未示出的、跟蹤器100的驅動器來實現繞軸108和110對太陽 能發電機116的調整，其中，該驅動器可以被安裝在例如柱106上。通過該驅動器來實現在一天過程中將太陽能發電機116跟蹤太陽104。
在圖2A示例性地示出的傳統方式中，除太陽能發電機116夕卜， 還提供了跟蹤器100的控制單元123，在所示的示例中，控制單元123 被安裝在跟蹤器100上，跟蹤器100還承載了太陽能模塊102。還可 以在與跟蹤器100分離的另一位置處提供控制單元123。控制單元123 包括傳感器或檢測器114,傳感器或檢測器114根據照射光來產生強 度信號，該強度信號被提供給在控制單元中集成的控制器，該控制單 元本身將控制信號傳遞給跟蹤器100的驅動器125，以確保太陽能發 電機116最優地對準天空的最亮點。除該驅動器外，跟蹤器100還包 括柱106。
該太陽能裝置還包括反用換流器118，通過圖2A示意性地示出 的連接120來接收由太陽能發電機116產生的直流電。反用換流器118 包括轉換裝置DC/AC，用於將接收到的直流電轉換成交流電。在反 用換流器118的示意性地示出的輸出122處輸出所產生的交流電。
圖2B示意性地示出了圖2A所示的布置，可見，傳感器114產生 傳感器信號，其中，通過傳感器信號連接124將該傳感器信號提供給 控制單元123。控制單元123產生跟蹤器100的驅動器125 (電動機) 的控制信號，其中，通過控制信號連接124來傳送該控制信號。此外 還示出了通過電線路120連接的太陽能發電機116和反用換流器118。 反用換流器118通過線路122來輸出交流電。.
根據圖2中描述的傳統布置分別使用單獨的元件116和118或者 114、 123和125，該傳統布置的優點在於，調節器或控制器123可以 分別獨立於系統的其餘部分來進行操作，並由此可以與不同的太陽能 模塊和反用換流器一起操作。
然而，該方式的缺點在於，由於多個元件而使成本相對較高，以 及由於跟蹤器的調節器或控制器114分別獨立於反用換流器118的調 節器或控制器而操作，因此不可能連接這兩個調節器。

發明內容
從現有技術出發，本發明的目的是允許跟蹤的太陽能裝置的改進的控制器/調節器，從而避免不必要的成本。
通過根據權利要求1所述的反用換流器來實現該目的。 此外，本發明提供了一種使用本發明反用換流器的太陽能裝置。 本發明提供了一種用於將由太陽能發電機提供的直流電轉換成交 流電的反用換流器，其中，所述太陽能發電機包括允許將所述太陽能 發電機定向在期望方向的驅動器，並且控制器被集成在所述反用換流 器中，所述控制器提供了用於驅動所述太陽能發電機的控制信號，以 對所述太陽能發電機進行跟蹤。
根據第一優選實施例，所述反用換流器還包括至少一個傳感器， 根據照射在傳感器上的光來產生強度信號，其中，所述控制器接收所 述強度信號並基於所述強度信號來提供控制信號；所述反用換流器還 包括控制信號輸出，所述控制器將所述控制信號應用至所述控制信 號輸出。
根據另一優選實施例，所述反用換流器包括用於接收強度信號 的傳感器信號輸入，所述強度信號是由外部傳感器根據照射在所述傳 感器上的光而產生的，其中，所述控制器連接至所述傳感器信號輸入 以接收所述強度信號並基於所述強度信號產生控制信號；所述反用換 流器還包括控制信號輸出，所述控制器將所述控制信號應用至所述 控制信號輸出。優選地，所述外部傳感器是安裝在跟蹤器上的傳感器。 備選地，所述外部傳感器可以由所述太陽能發電機的一個或多個太陽 能模塊形成。
優選地，所述反用換流器包括控制單元，所述控制單元包括例如 控制直流電至交流電的轉換的處理器，其中，在所述控制單元中集成 用於產生驅動所述太陽能模塊的控制信號的控制器。
在反用換流器中集成用於跟蹤器的調節器/控制器的本發明方式 是有利的，這是由於本發明方式實現了大量的成本節約，並且反用換 流器可以用最少的額外代價來實現該附加任務。特別地，省略了另外 外殼的附加成本、附加的電流源、用於數據交換的附加接口、另外的 處理器等。此外，根據本發明，通過將兩個調節器相結合，顯著地改 進了所述太陽能裝置的總體系統的行為/性能。另外，由於還省略了附加控制器的電損耗，因而提高了跟蹤的太陽能裝置的總體效率。


以下將參照附圖來討論本發明的優選實施例。在附圖中 圖1A和圖1B示出了具有本發明的反用換流器的、跟蹤的太陽能 裝置的實施例；以及
圖2A和圖2B示出了傳統的跟蹤的太陽能裝置的示例。
具體實施例方式
圖1A示出了包括太陽能發電機116在內的太陽能裝置的示意圖， 與圖2類似，該太陽能發電機116包括多個太陽能模塊102且被安裝在跟 蹤器100上。通過圖l未示出的驅動器，繞軸108和110來轉動太陽能發 電機116，並可以將太陽能發電機116跟蹤太陽104。
與根據圖2描述的傳統方式相反，在圖1 A所示的本發明實施例中 提供了反用換流器200，該反用換流器200包括用於將接收到的直流電 (DC)轉換成交流電(AC)的轉換電路202。此外，在反用換流器200 中集成了控制器/調節器204，控制器/調節器204產生跟蹤器100的控制 信號，該控制信號用於控制跟蹤器100的驅動器，以便在一天過程中分 別將太陽能發電機116跟蹤太陽或天空的最亮點(例如在多雲時)。
此外，在圖1A所示的實施例中，分別提供了傳感器或檢測器206， 傳感器或檢測器206根據照射光來產生強度信號，並通過傳感器信號連 接208將該強度信號提供至反用換流器200的輸入210。反用換流器200 中的控制器204連接至輸入210，以根據接收到的強度信號來產生驅動 跟蹤器100的控制信號，並在反用換流器200的控制信號輸出212處提供 該控制信號。在所示的實施例中，通過控制信號線路214將該控制信號 從反用換流器200提供給跟蹤器100，以允許對驅動器的相應調整。
關於檢測器裝置206，應當注意，檢測器裝置206可以包括一個或
多個傳感器單元，其中，在提供多個傳感器單元的情況下，還將多個 強度信號提供給控制器204，然後，例如按照DE 100 43 525A1所述的
方式，對這些強度信號進行評估以跟蹤太陽能發電機。此外，該反用換流器包括直流電輸入216和交流電輸出218，與 圖2類似，直流電輸入216和交流電輸出218分別用於通過線路120和122 接收來自太陽能發電機116的直流電或輸出轉換後的交流電。
圖1B再次示意性地示出了圖1A中描述的布置。
根據本發明，通過使用反用換流器的資源來獲得所需成本的節 約，該反用換流器用於實現控制器，該控制器用於產生太陽能發電機 的跟蹤信號，其中，為了將直流電轉換成交流電，該反用換流器除了 包括所需電源開關外還包括以例如微處理器和相應存儲單元形式的相 應控制單元。因此，為了實現用於跟蹤太陽能發電機的控制器，可以 訪問這些資源，以使得除緊湊構造外，還可以獲得上述成本節約。
此外，通過結合用於電流轉換或跟蹤的調節器/控制器，可以顯著 地改進總體系統的行為並且可以提高總體效率。
根據圖1己描述的實施例中將檢測器或傳感器206分別示為跟蹤 器100的一部分。本發明不限於這種實施方式，更確切地，在另一實施 例中，還可以在反用換流器中分別集成檢測器或傳感器單元206，並且
在這種情況下，由於還可以通過傳統的跟蹤的太陽能裝置來操作該檢 測器或傳感器單元206而無需用檢測器和相應的傳感器線路來改進該 檢測器或傳感器單元206，因而將省略傳感器信號線路208和相應的傳 感器信號輸入210，從而使對反用換流器的使用進一步簡化。
根據另一實施例，可以將檢測器實現為單獨的檢測器，該單獨檢 測器分別被布置在太陽能發電機或跟蹤器的外部，並且被布置在反用 換流器的外部，並通過相應的傳感器信號線路連接至反用換流器200 的傳感器信號輸入210。
根據另一實施例，可以省略檢測器。在這種情況下，反用換流器 的控制單元基於龐大的計算來對太陽能發電機進行跟蹤。
權利要求
1.一種用於將由太陽能發電機(116)獲得的直流電轉換成交流電的反用換流器，其中，所述太陽能發電機(116)包括允許將所述太陽能發電機(116)定向至期望方向的驅動器，所述反用換流器的特徵在於控制器(204)被集成在所述反用換流器(200)中，所述控制器(204)提供所述太陽能發電機(116)的驅動器的控制信號，以實現使所述太陽能發電機(116)跟蹤太陽(104)。
2. 根據權利要求l所述的反用換流器，還包括 至少一個傳感器(206)，根據照射在所述傳感器(206)上的光來產生強度信號，其中，所述控制器(204)接收所述強度信號並基於 所述強度信號來提供所述控制信號；以及控制信號輸出(212)，所述控制器(204)將所述控制信號應用 至所述控制信號輸出(212)。
3. 根據權利要求l所述的反用換流器，還包括 傳感器信號輸入(210)，用於接收由外部傳感器(206)根據照射在所述傳感器上的光而產生的強度信號，其中，所述控制器(204) 連接至所述傳感器信號輸入(210)，以接收所述強度信號並基於所述 強度信號來產生所述控制信號；以及控制信號輸出(212)，所述控制器(204)將所述控制信號應用 至所述控制信號輸出(212)。
4. 根據權利要求3所述的反用換流器，其中，所述外部傳感器 (206)安裝在所述太陽能發電機(116)上，或者，所述外部傳感器由所述太陽能發電機(116)的一個或多個太陽能模塊(102)形成。
5. 根據權利要求1至4之一所述的反用換流器，還包括-直流電輸入(216)，用於接收由所述太陽能發電機(116)產生的直流電；轉換電路(202)，連接至所述直流電輸入(216)，以將直流電轉 換成交流電；以及交流電輸出(218)，連接至所述轉換電路(202)以輸出交流電。
6. 根據權利要求1至5之一所述的反用換流器，還包括-控制單元，控制直流電至交流電的轉換，其中，在所述控制單元中集成用於產生所述太陽能發電機(116)的驅動器的控制信號的控制 器(204)。
7. —種太陽能裝置，包括 太陽能發電機(116);以及 根據權利要求1至6之一所述的反用換流器。
全文摘要
一種用於將由太陽能發電機提供的直流電DC轉換成交流電AC的反用換流器，包括控制器，提供用於太陽能發電機上的驅動器的控制信號，以允許太陽能發電機跟蹤太陽，其中所述控制器被集成在所述反用換流器中。
文檔編號G05D3/10GK101606113SQ200780046049
公開日2009年12月16日 申請日期2007年11月5日 優先權日2006年12月13日
發明者布魯諾·博格, 漢斯喬格·萊切穆勒 申請人:弗勞恩霍夫應用研究促進協會;康森威克斯太陽能有限責任公司