逆变器和用于冷却逆变器的方法与流程

本发明涉及一种逆变器、尤其用于光伏(pv)设备的逆变器，其具有壳体，所述壳体具有至少一个室和在所述室中构造的、用于引导作为用于逆变器的电部件和/或电子部件的冷却空气的环境空气的冷却空气通道，所述电部件和/或电子部件沿着冷却空气通道布置，其中，冷却空气通道穿过壳体从空气入口开口导至空气出口开口。此外，本发明涉及一种用于冷却逆变器的方法。

此外，在pv设备中，逆变器用于将直流电转换为用于馈入到供电电网中的一致的交变电流。尤其在功率更强的逆变器——如其应用在pv露天设备中那样——中，逆变器具有壳体，所述壳体以开关柜的方式构造。典型地，环境空气作为用于逆变器的产生热的电部件和/或电子部件的冷却空气使用。为此目的，逆变器具有冷却空气通道，该冷却空气通道通过逆变器的壳体地导向。冷却空气通道的始端或者末端与空气入口开口或者空气出口开口连接，所述空气入口开口或者空气出口开口安装在壳体的壁中、例如背壁或者侧壁中。在壳体内部，冷却空气通道必要时折叠地从待冷却的部件旁经过地导向，以便能够借助于冷却空气将其在运行中产生的热导出。通过冷却空气通道的折叠的、例如蜿蜒形的实施可以增大其在壳体中的长度并且实现，冷却空气通道沿着所有待冷却的部件导向。在冷却通道中流动的冷却空气与待冷却的部件的接触也可以由此优化并且提高冷却空气的流动速度。两种作用导致冷却空气的所产生的体积流的平均更好的冷却作用。

在此可以设置，逆变器的壳体通过一个或者多个分隔壁分为多个室，所述多个室就其相对于环境的密封而言可以符合不同的绝缘保护等级。例如已知的是，逆变器的壳体分为两个室，其中，所提到的冷却空气通道通过所述室中的一个地导向，而另外的室朝向外部尽可能不透气地密封。被密封的室接收逆变器的更灵敏部件、通常电子部件。可以设置，在密封的室中构造循环空气-冷却空气流，其中，设置热交换器，通过该热交换器，通过环境空气-冷却空气流冷却在密封的室中的循环空气-冷却空气流，所述环境空气-冷却空气流通过冷却空气通道地导向。

在逆变器中存在尤其对于逆变器的逆变器桥的功率半导体的冷却需求。因为尤其性能卓越的逆变器、如所提到的pv露天设备的逆变器通常多相地构造，所以使用多个逆变器桥，所述多个逆变器桥也概括地被称作堆栈。具有在逆变器内部提高的冷却需求的另外的部件为逆变器的输出电流滤波器和/或直流电压转换器的电感器、也称作扼流线圈。输出电流滤波器用于对输出电流信号进行平滑并且因此也被称作正弦滤波器。直流电压转换器可以连接在逆变器桥前面，以便提高(升压电路)或者降低(降压电路)施加在逆变器上的输入电压。在此，直流电压转换器在转换电压时将扼流线圈作为储能器使用。

在冷却空气流中，扼流线圈通常布置在堆栈后面，因为该堆栈具有较高的冷却需求并且需要在低的温度水平上的冷却空气。然而在此，通常出现这样的问题：冷却空气量不是同样地对于堆栈和扼流线圈最优。

背景技术：

在文献de4106684a1中，对于汽车领域，描述一种用于对多个结构单元进行空气供给的冷却空气方案。在此，描述这样的可能性：区段式地并行地导向不同的冷却空气流，以便能够分别通过阀门罩调节待冷却的部件的空气需求。进一步描述这样的可能性：在部件相继地位于冷却空气流中的情况下，空气出口布置在不同的部件之间，通过所述空气出口也可以分别调节用于各个部件的冷却空气流。然而，在所提到的文献中描述的冷却方案以通过通风装置主动地驱动的冷却空气流为前提。

此外，在文献de202006008792u1中示出一种光伏逆变器，该光伏逆变器具有在用于冷却空气的入口开口和出口开口之间的冷却空气通道的弯折的走向。

在pv设备中的逆变器中，所传输的功率根据日射的照射条件显著地改变。在此，由于能效的原因，在逆变器的部分负荷范围内，值得期待的是，不主动地通过通风装置驱动冷却空气流，而在部分负荷范围内纯对流驱动地实现充分的冷却。以此方式，pv生成器的本来仅仅低的pv功率非附加地还由于通风装置的功率需求而减小。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，提供一种逆变器，在该逆变器中，沿着冷却空气通道布置的部件不但可以在全负荷时、而且可以在部分负荷范围内最优地和有能效地通过环境空气冷却。另一任务在于，描述一种适合于此的、用于冷却逆变器的方法。

该任务通过具有相应的独立权利要求的特征的逆变器或者用于冷却逆变器的方法解决。在从属权利要求中描述有利的构型和拓展方案。

一开始所提到的类型的、根据本发明的逆变器、尤其用于pv设备的逆变器的特征在于，在冷却空气通道中在待冷却的部件中的两个之间设置另外的空气出口开口，所述另外的空气出口开口布置在空气入口开口上方和空气出口开口上方。在这里，另外的空气出口开口布置在空气入口开口上方和空气出口开口上方的要求有利地包括：另外的空气出口开口的整个面位于空气入口开口上方并且也位于空气出口开口上方。然而，这也处于在本发明的框架下：另外的空气出口开口的整个面的仅仅一部分布置在空气入口开口上方和空气出口开口上方。在这里，术语“上方”涉及一个位置，逆变器要根据安装指令或者其他的运行建议在运行时占用该位置。类似的也适用于术语“下方”。

在正常运行中、例如在逆变器全负荷运行中，通常由通风装置促使冷却空气在冷却空气通道中运动。在所描述的位置上的另外的空气出口开口导致，在两个空气出口开口之间存在着在冷却空气通道中的较小的冷却空气流。由此，布置在该(后部)区段中的、优选具有较低的冷却需求的部件较不强烈地冷却，而较强烈的冷却在冷却空气通道的前部区段中占主导。在冷却空气通道中的压力损耗变得更小，并且在冷却空气通道的前部区域中的空气流预给定的情况下，通风装置可以较小地设计或者有能效地运行。

在逆变器部分负荷运行中，部件的冷却空气需求可能如此小，使得可以省去通风装置的运行。在通风装置未被激活的情况下，冷却空气仅仅被动地通过通过冷却空气通道的对流流导向。另外的空气出口开口在空间上在空气入口开口上方的布置与布置在冷却空气通道中的热源相结合地导致在冷却空气通道的该区段中在与通风装置的运行相同的方向上的、对流驱动的冷却空气流。冷却空气通过空气入口开口侵入并且经预热地通过另外的空气出口离开冷却空气通道。对流进一步导致，在通风装置未被激活的情况下，冷却空气侵入到空气出口开口中，接收布置在冷却空气通道的后部区段中的部件的热并且也通过另外的空气出口开口离开冷却空气通道。因此，在冷却空气通道的该区段中，在对流运行中，调节与在通风装置运行或者全负荷运行中相反的方向上的空气流。因此，“新鲜的”环境空气通过两个区段(从空气入口直至另外的空气出口或者从空气出口直至另外的空气出口)地导向，所述环境空气还没有接收冷却空气通道的否则在上游的区段的余热。因此，在纯对流运行中也实现所有的部件的充分冷却。

在逆变器的一种有利的构型中，在空气入口开口和另外的空气出口开口之间布置有待冷却的部件，所述部件具有逆变器的部件的最高的冷却需求。优选地，所述部件为逆变器的至少一个逆变器桥的冷却体。同样有利地，在另外的空气出口开口和所述空气出口开口之间布置有待冷却的部件，所述部件具有较低的冷却需求。优选地，所述部件为逆变器的至少一个扼流线圈并且特别优选地为以下扼流线圈：该扼流线圈为直流电压转换器的、连接在逆变器桥前面的部分或者为输出电流滤波器的、连接在逆变器桥后面的部分。逆变器的所提到的不同的部件与冷却空气通道的不同的区段的在所述构型中描述的对应关系由于部件的不同的热引入而导致冷却系统不但在借助于通风装置的主动的运行中、而且在没有通风装置的被动的运行中的特别有效的运行。

此外，当至少一个扼流线圈具有铁氧体磁芯时，产生一个特别的优点。在铁氧体磁芯的温度相对于环境以一定的程度提高的情况下，这类扼流线圈特别低损耗地工作。尤其当扼流线圈在冷却空气通道中布置在另外的空气出口开口和所述空气出口开口之间时，达到所述提高的温度。

在逆变器的另一种有利的构型中，另外的空气出口开口在其有效的空气出口面方面可调整。有效的空气出口面的例如可以通过布置在另外的空气出口开口前方的可调整的摩擦片实现的调整能够实现：在主动的、由通风装置支持的冷却运行中调节在冷却空气通道的后部区段中的冷却作用，而基本上不损害在前部区段中的冷却作用。

在逆变器的另一种有利的构型中，冷却空气通道折叠并且尤其蜿蜒状地构造。此外，空气出口开口和另外的空气出口开口可以布置在壳体的不同的侧上。两种构型能够实现在逆变器的壳体内部的冷却空气导向，所述冷却空气导向可以与待冷却的部件的位置灵活地匹配。

在逆变器的另一种有利的构型中，除了所述室之外，在壳体内部构造另外的室，其中，所述室和所述另外的室如此相互分开，使得防止在所述室和所述另外的室之间的空气交换，其中，所述室和所述另外的室符合不同的绝缘保护等级。优选地，在其中构造有冷却空气通道的所述室比另外的室具有更低的绝缘保护等级。通过将逆变器的壳体内部分隔为两个不同的室，也可以在这样的逆变器中实现所描述的冷却方案：在所述逆变器中，对于其部件中的至少一些要求较高的绝缘保护等级。所述绝缘保护等级例如可以定义为所谓的ip-保护等级(internationalprotectionclasses)。

在用于冷却逆变器、尤其pv设备的逆变器的、根据本发明的方法中，所述逆变器具有壳体，所述壳体具有至少一个室，其中，在所述室中构造用于引导作为用于所述逆变器的电部件和/或电子部件的冷却空气的环境空气的冷却空气通道，其中，所述电部件和/或电子部件沿着所述冷却空气通道布置，其中，所述冷却空气通道穿过所述壳体从空气入口开口导至空气出口开口，其中，在所述冷却空气通道中在所述待冷却的部件中的两个之间设置另外的空气出口开口，其中，所述逆变器具有布置在所述冷却空气通道中或所述冷却空气通道处的通风装置。在所述通风装置激活的情况下，以正常运行方式运行所述逆变器，由此，在所述室中调节空气流，在所述空气流中，空气通过所述空气入口开口进入所述室中并且从所述空气出口开口和所述另外的空气出口开口从所述室出来。在另一步骤中，在所述通风装置未被激活的情况下，以部分负荷运行方式运行所述逆变器，由此调节另外的空气流，在所述另外的空气流中，空气通过所述空气入口开口和所述空气出口开口进入所述室中并且通过所述另外的空气出口开口从所述室出来。得出与根据本发明的逆变器相关联地描述的优点。

附图说明

以下参照一个实施例借助于附图详细地阐述本发明。在此示出：

图1以侧剖视图示出具有壳体的逆变器；

图2图1的逆变器的示意性的、简化的示图；以及

图3图1的逆变器的透视性外视图。

具体实施方式

在图1和2中，以侧剖视图描述在一个实施例中的逆变器。图1以较高的详细度示出逆变器，而图2以示意性的、缩减的示图描述逆变器。以下参考附图。

逆变器具有壳体1，该壳体以开关柜的方式构造，所述开关柜搭建在搭建面上。壳体1包括底座2、背壁3、侧壁4(在其中在附图中仅仅侧壁4可见)、门5——所述门同时构成壳体1的前侧——以及盖6。分隔壁7在壳体1内部延伸，所述分隔壁将壳体内部分为两个相互分开的室：室i和另外的室ii。导风板8如此布置在室i中，使得冷却空气通道9从空气入口开口11出发地构造，所述冷却空气通道折叠地穿过室i地延伸。在附图中通过流箭头象征性地表示通过冷却空气通道9导向的空气流10。

空气入口开口11装入壳体1的背壁3中并且在背壁3的大约一半的宽度上延伸。这在图3中在逆变器的壳体1的透视性视图中可见。壳体1在图3中以从斜后方的视图示出。在所示出的实施例中，冷却空气通道9在壳体1的整个宽度上延伸，然而，空气入口开口11仅仅在该宽度的一部分上构造。然而，也可以设置，设置基本上在冷却空气通道9的整个宽度上并且因此在壳体1的整个宽度上延伸的空气入口开口11。在冷却空气通道9的整个宽度上和因此在壳体1的整个宽度上延伸的空气入口开口也可以通过多个空气入口开口实现。

就高度而言，空气入口开口11布置在壳体1的下方的三分之一的大约上半部内。在壳体1的较远地位于下方的区段中的布置可能是不利的，因为在空气入口开口位于较低的情况下，从地面吸入灰尘或者其他污染物的危险提高。

在所示出的实施例中，空气入口开口11设有污染物栅格。替代地和/或附加地，也可以在空气入口开口11后面布置空气迷宫(luftlabyrinth)。在空气入口开口11后方布置有通风装置12，可以运行所述通风装置，以便通过空气入口开口11吸入空气并且让空气通过冷却空气通道9流动或者加强可能存在的空气流。但也可以考虑通风装置12在冷却空气通道9的其他位置上的布置。

在壳体1内部，空气首先在冷却空气通道9的水平区段中流动，所述区段大约在壳体1的中部过度到垂直区段中。空气/空气热交换器13位于水平区段的端部上，所述空气/空气热交换器被在冷却空气通道9中的流10的部分流过和/或绕流或者涌进。该空气/空气热交换器13使另外的室ii热耦合到室i的冷却空气通道9上。在图1中示出这样的情况：空气/空气热交换器13被来自室ii的空气在内侧流过并且被室i内部的空气绕流或者涌进。然而，对此替代地或者累积地，可能的是，空气/空气热交换器13在内侧被来自室i的空气流过并且被来自室ii的空气绕流或者涌进。以此方式也可以实现另外的室ii到室i的冷却空气通道9上的热耦合，其中，在室i和室ii之间的空气交换被抑制。另外的室ii相对于环境尽可能不透气地密封并且因此符合较高的绝缘保护等级、例如绝缘保护等级ip54。在另外的室ii中尤其接收逆变器的较敏感的电子部件，例如布置在另外的室ii的上方区段中的逆变器桥14、以下也称作堆栈14。在另外的室ii中构造自身闭合的循环空气冷却流，所述循环空气冷却流接收待冷却的部件的热并且通过空气-空气热交换器13向在冷却空气通道9中的冷却空气散发。在另外的室ii中的自身闭合的循环空气冷却流由定位在另外的室ii中的另外的通风装置(在图1和图2中未示出)驱动。然而，对此替代地，也可能的是，在另外的室ii中的自身闭合的循环空气冷却流为纯对流驱动的并且不需要另外的通风装置。

绕流空气/空气热交换器13的冷却空气和从空气/空气热交换器13旁流过的冷却空气在冷却空气通道9的垂直区段中合并并且从冷却体15的冷却筋旁经过地导向，通过所述冷却筋散发堆栈14的功率电子部件的余热。冷却筋伸进冷却空气通道9中，其中，在这里也保持室i和另外的室ii的分隔。在馈电时的全负荷运行中，在冷却体15上存在最大的冷却空气需求。因此，在冷却空气通道9中的冷却空气流就流经的冷却空气量而言由冷却体15的或者堆栈14的功率电子部件的冷却空气需求确定。

导风板8在室i的上方区域中在盖6前方终止，由此，冷却空气通道9在该区域中具有弯曲处并且冷却空气向下偏转。在这里，导风板8不但可以在冷却体15上方而且可以在冷却体15稍微下方终止。然后，冷却空气在壳体1的位于壳体1的高度的大约三分之二上的区段中从多个扼流线圈16旁流过，以便使其冷却。一方面，扼流线圈16为所谓的正弦滤波器的线圈，所述正弦滤波器在逆变器桥14的输出端上用于对由逆变器放出并且待馈电到供电电网中的电流进行信号成型。此外，当逆变器具有这类直流电压转换器时，连接在逆变器桥前面的直流电压转换器的线圈布置在所提到的区域中。直流电压转换器尤其为降压电路或者升压电路或者组合的升/降压电路。

在经过扼流线圈16之后，冷却空气通过在侧壁4中的空气出口开口17又向环境放出。在所示出的实施例中，空气出口开口17布置在侧壁4中。然而，原则上也可能的是，将空气出口开口17布置在壳体1的背壁3中。此外，可能的是，在两个侧壁4中的每一个中分别布置一个空气出口开口17。空气出口开口17在侧壁4中的侧向布置在图3的透视性视图中好地可见。

如已经提到的，在全负荷运行中，堆栈14的冷却需求确定通过冷却空气通道9引导的冷却空气流。扼流线圈16通常比堆栈14具有更小的对冷却空气的需求。此外，扼流线圈16通常设有铁氧体磁芯，以便能够在结构尺寸相同的情况下实现比其具有空气线圈可能实现的更高的电感。在此，所使用的铁氧体材料的特征在于，在所使用的频率范围内在独特的温度范围内存在特别小的由于交变磁化引起的损耗功率。根据材料，以下温度可能位于摄氏100°以内：在所述温度时损耗最小。在该温度时或者至少在运行温度在该温度附近的情况下，在扼流线圈16中的损耗最小，并且逆变器可以特别有能效地运行。

然而，如果扼流线圈16借助在冷却空气通道9中的、为了充分地冷却堆栈14所需要的整个空气流冷却，则扼流线圈16的温度位于最优的温度范围以下。由于此原因，在冷却空气通道9中在堆栈14的冷却体15和扼流线圈16之间布置有另外的空气出口开口18，冷却空气流的一部分在剩余的空气流到达扼流线圈16之前通过所述空气出口开口离开冷却空气通道9。通过适当地调节另外的空气出口开口18的流阻力、例如通过空气出口开口18的有效的空气出口面的变化，可以适当地调节在另外的空气出口开口18上离开冷却空气通道9的冷却空气的量和可供用于冷却扼流线圈16的冷却空气的量的比例关系。必要时，可以在另外的空气出口开口18中使用在运行中可主动地调整的调整机构，可通过该调整机构改变有效的空气出口面并且因此可以调节通过另外的空气出口开口18放出的空气量。

在此，另外的空气出口开口18布置在背壁3中。不言而喻地，在侧壁4中的一个或多个中的布置也是可能的。为了防止污染物、雨水和可能较小的动物可能侵入另外的空气入口开口18中，所述另外的空气入口开口有利地设有污染物栅格并且也设有雨水转向器。在所示出的实施例中，另外的空气出口开口18包括两个相互并排的开口并且直接布置在盖6下方并且因此布置在冷却空气通道9内部的最高点上——或者最高点附近。

另外的空气出口开口18在空气入口开口11上方和也在空气出口开口17上方的这种布置满足特别的目的，一方面在逆变器部分负荷运行中、即在通风装置12未被激活的情况下，然而，另一方面也在逆变器正常运行中、即通风装置12激活的情况下。在逆变器部分负荷运行中，部件的、尤其还有堆栈14的冷却空气需求可以如此小，使得可以省去通风装置12的运行。在通风装置12未被激活的情况下，冷却空气仅仅被动地通过通过冷却空气通道9的对流流导向。另外的空气出口开口18在空气入口开口11上方的布置与布置在冷却空气通道中的热沉、即例如空气/空气热交换器13和/或冷却体15相结合地导致在冷却空气通道9的该区段中的、在与通风装置12的运行中相同的方向上的、对流驱动的冷却空气流。冷却空气通过空气入口开口11侵入并且在空气/空气热交换器13和/或冷却体15上吸收热之后经预热地通过另外的空气出口18离开壳体1。对流进一步导致，在通风装置12未被激活的情况下，冷却空气侵入空气出口开口17中，接收扼流线圈16的热并且也通过另外的空气出口开口18离开冷却空气通道9。因此，在冷却空气通道9的该区段中，在对流运行中，调节在与在通风装置运行中或者在通风装置12激活的情况下相反的方向上的空气流10’。在图2中由划成虚线的流箭头象征性地表示在对流运行中的空气流10’。通过另外的空气出口开口18在空气出口开口17上方的布置实现冷却空气通道9的位于两个开口之间的区段的垂直定向，所述定向由于烟囱效应而导致明显的对流并且与此同时导致相对于该区段的水平定向有利的冷却作用。

在逆变器正常运行中、例如在全负荷运行中、即在通风装置12激活的情况下，在所描述的位置上的另外的空气出口开口18导致，总体上减小对抗空气流10的压力损耗。因此，在空气流10由堆栈14预给定的情况下，通风装置12可以较小地设计。此外，在冷却空气通道9的前部区域内部的空气流10大的情况下，也可以如此分配用于冷却在冷却空气通道9的后部区域中的扼流线圈16的空气量，使得扼流线圈在这样的温度范围内运行，所述温度范围的特征在于特别低的损耗功率。因此，避免扼流线圈16的由于可能太强的空气流10引起的过度的冷却，然而，所述空气流对于将余热从堆栈14导出是必需的。有利地，为了分配空气流10或者空气流10的量——在通风装置12激活的情况下所述空气流通过另外的空气出口开口18出来，在所述另外的空气出口开口上设置单元(mittel)，以便使另外的空气出口开口18的有效的出口面可变地构成。这类单元例如可以通过可移动的遮光板实现，所述遮光板在图1至3中未明确示出。因此，在两种情况下、即在主动的通风装置运行中和在被动的对流运行中，所示出的冷却方案导致在所有待冷却的部件上的充分的冷却空气流。

附图标记列表

1壳体

2底座

3背壁

4侧壁

5门

6盖

7分隔壁

8导风板

9冷却空气通道

10，10’空气流

11空气入口开口

12通风装置

13空气/空气热交换器

14逆变器桥(堆栈)

15冷却体

16扼流线圈

17空气出口开口

18另外的空气出口开口

i室

ii另外的室