光伏装置和用于光伏装置的逆变器的制造方法
【专利摘要】在一种包括一个逆变器（3）和在输入侧连接到该逆变器（3）上的一个光伏发电机（2）的光伏装置中（1），该逆变器（3）具有一个逆变器接地（16）并且该光伏发电机（2）具有一个发电机接地（29），该逆变器接地（16）和该发电机接地（29）通过一个阻尼元件（25）互连。然而针对高放电电流，该阻尼元件（25）只具有一个低阻抗。
【专利说明】光伏装置和用于光伏装置的逆变器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光伏装置，并且还涉及一种用于此类光伏装置的逆变器。
[0002]具体地，本实用新型关注的是光伏装置中的雷电防护。为此目的，将提供一个接地系统，该接地系统以无故障方式安全地抑制过电压，例如，这些过电压由于雷电冲击被耦合到对应的光伏装置的多个部件中。
[0003]针对本实用新型来说，该逆变器是单相的或多相的在此不是决定性的。
【背景技术】
[0004]用于一个光伏装置的逆变器的雷电防护从EP2362513A1中已知，其中，在该逆变器的输入线(所述线产生一个输入中间电路)与该逆变器的一根电势均衡母线之间设置了具体是可变电阻的形式的多个电涌放电器。为该电势母线提供了一个本地接地装置。此外，该电势均衡母线在一根较长的连接线上连接到远离该逆变器的一个更远的接地装置上。本文件不关注在该逆变器外的区域中的光伏发电机的接地。
[0005]从文件Gysel, U.: Storsicherer Entwurf von elektronischen Geraten undKomponenten (EMV)(电子设备和部件的防干扰设计(EMC)),ZHW,Hochfrequenztechnik (高频技术)，2002 (http://www.mikrocontroller.net/attachment/2813/EMV.pdf)已知:由于电耦，接地环路可以产生干扰。这样一个干扰电路是由多重接地产生的。作为对策，提议在电感耦合到该回路的源极或汇点处分离该接地连接。然而由于保护性接地的原因，这通常是不可能的。
[0006]在刚刚提到的文件中，除了可变电阻之外，也提到了电涌放电器，特别是硅雪崩二极管和火花隙。
[0007]包括一个变压器和一个过电压防护系统的一种供电系统从DE20122429U1中已知，并且该供电系统在发生雷击进入通过该变压器供电的一个物体中的时候是有效的。该变压器在输入侧具有以低阻抗接地的一个星点。该变压器的输出线通过可变电阻连接到一个中性导体上，该中性导体一方面连接到该变压器的输入侧星点，并且另一方面通过一个火花隙元件连接到一根附加的接地导线。过电压既可以通过该变压器的输入侧星点的接地被抑制，又可以通过该更远的接地导线被抑制。
[0008]从T.Erge 等人的 Elektromagnetische Vertraglichkeit von Photovoltaik-Anlagen, Forschungsverbund Sonnenenergie〃Themen96/97〃(光伏装置的电磁兼容性)，太阳能“论题 96/97” 研究协会，39-46 页(http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/thl996/thl996_02_05.pdf)可知:由于快速切换过程以及陆峭的切换边缘，光伏装置的逆变器取决于其电路设计在一个广泛的频率范围内可以是电磁信号部件的来源。在此，据悉，为了增加抗扰度，先前为了这些路径的中断、谱限制、或设计的目标而考虑了干扰路径，以使得它们相互补偿这些干扰效应。在具有变压器的自动导向的逆变器的情况下，在直流电压侧和交流电压侧之间的电隔离将会导致共模干扰电流的大量减少，这是由于所确定的干扰路径也将会通过该光伏发电机的接地电容从逆变桥并且从回到该逆变器的网络的接地点中断。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的是提供用于光伏装置的改进的雷电防护，该防护不会使这些光伏装置的电磁兼容性变得更坏。
[0010]在根据本说明书的一个光伏装置中包括一个逆变器和在输入侧连接到该逆变器上的一个光伏发电机，该逆变器具有一个逆变器接地并且该光伏发电机具有一个发电机接地，该逆变器接地和该发电机接地通过一个阻尼元件互连。这个阻尼元件被设计成使得其针对高放电电流只具有一个低阻抗。
[0011]术语“逆变器接地”或“发电机接地”在此在以下意义上使用:该术语分别指示该逆变器或该光伏发电机的一个接地装置，所述接地装置被分别具体安排在该逆变器或光伏发电机的位置处。该发电机接地在该光伏发电机的多个模块的位置处还可以包括多个接地
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[0012]由于该逆变器接地和该发电机接地的连接，用于电流放电到地的总阻抗被减小。由此类电流引起的潜在危险例如由雷击和由此被耦合的过电压感应的电流因此大量减小。
[0013]根据本实用新型，然而，在该逆变器接地和该发电机接地之间的连接仅针对高放电电流是低阻抗的，例如由于雷击而发生的放电电流。针对高放电电流具有低阻抗意味着针对许多安培的放电电流的 欧姆阻抗最多测量数十欧姆。通常，针对大于或等于100Α的放电电流的阻尼元件具有小于或等于25 Ω的一个欧姆阻抗。针对此类幅值的放电电流的欧姆阻抗优选为仅几欧姆。
[0014]针对较低的电流并且具体是针对更高频率的交流电流，通过对比，该阻尼元件的阻抗是高的。这意味着通过根据本实用新型提供的阻尼元件，在该逆变器接地和该发电机接地之间没有接地环路形成。该光伏装置的电磁兼容性的一个可能的损害因此被避免。例如，在该逆变器的一个变压器的区域中电容性地耦合到该逆变器接地中的放电电流因此不通过该发电机接地和该光伏发电机及其该连接线回流，而是直接到该逆变器，这是因为通过具有该阻尼元件的光伏发电机的针对回流的阻抗可以很容易地被调整为针对直接回流的阻抗的多倍。这些阻抗彼此间的一个比率优选为至少是100比I。用于电磁波辐射的大面积光伏发电机的激励以及同样具有大面积的发电机接地的激励由此被可靠地阻止。
[0015]已经发现，如果该阻尼元件针对在IkHz到IMHz范围内的具体是在50kHz到500kHz范围内的交流电流具有一个高阻抗，而其在其下频率范围内的阻抗尽可能地小，那么通过该阻尼元件在该逆变器接地和该发电机接地之间的连接对于该光伏装置的电磁兼容性而言是特别不关键的。当该逆变器的一个逆变桥的开关被用典型的3kHz的频率进行时钟控制时，由具有闭合接地环路的光伏发电机辐射的干扰谱位于从70kHz到180kHz的一个典型的频率范围内。
[0016]该阻尼元件原则上可以被一个欧姆电阻器提供，尽管由此预定义的阻抗不一定具有所期望的频率相依性。然而这一频率相依性被给予用作阻尼元件的频率滤波器并且可以被适当地调整。然而，可变电阻、硅雪崩二极管、或基于火花隙的阻尼元件非常适合用作在该逆变器接地和该发电机接地之间的连接中的阻尼元件，因为它们针对高放电电流选择性地具有一个低阻抗并且因为它们针对此类放电电流的典型持续时间具有一个足够的载流量。
[0017]具体而言，该阻尼元件可以设置在该光伏装置的一根电势均衡母线中，更确切地说，优选地在该逆变器接地和一方面到该电势均衡母线的逆变器的所有输出侧连接之间以及另一方面到该光伏发电机的多个单独模块、条带、或其他零件的电势均衡母线的一个分支之间。该逆变器接地可以在这个点上连接到整个发电机接地，不需要超过一个阻尼元件以防止增加的电磁干扰的发生。
[0018]在根据本实用新型的光伏装置的情况下，用于该光伏发电机到该逆变器的连接线的电涌放电器可以作为发电机接地被安排在该阻尼元件的同侧。由于这些电涌放电器(其同样也可以是可变电阻、硅雪崩二极管、或火花隙元件)在正常操作时并不是导电的，然而它们也可以被安排在该阻尼元件的逆变器接地的一侧，而不损害该光伏装置的电磁兼容性。
[0019]该阻尼元件优选地被安排在容纳该逆变器的一个逆变器外壳中，所述外壳通过该逆变器接地被接地，也就是说，在该阻尼元件的逆变器接地侧。
[0020]在输出侧，根据本实用新型的光伏装置的逆变器通常通过一个EMC滤波器和/或变压器连接到一个交流干线上。在此，这样一个变压器通常具有一个接地，这是由于它同样连接到该逆变器接地上。具体而言，该逆变器接地可以具有一根接地线，该接地线贯穿地面而延伸而无需在该逆变器的电势均衡母线和该变压器之间绝缘。则，该阻尼元件在该变压器接地和该发电机接地之间也是有效的。
[0021]用于根据本实用新型的一个光伏装置的根据本实用新型的逆变器，该光伏装置包括一个光伏发电机，该光伏发电机在输入侧连接到该逆变器上，其中该逆变器包括一个逆变器接地并且该光伏发电机包括一个发电机接地，该逆变器接地和该发电机接地通过一个阻尼元件互连，然而针对高放电电流，该阻尼元件只具有一个低阻抗，其中该逆变器具有:用于光伏发电机的在输入侧的连接以及用于交流电的输出的在输出侧的连接。用于该光伏发电机的这些连接包括一个发电机接地连接，并且一个逆变器接地连接被提供用于一个逆变器接地的连接。在此，该发电机接地连接通过一个阻尼元件连接到该逆变器接地连接上，然而该逆变器接地连接针对高放电电流只具有一个低阻抗。该阻尼元件可以设置在一根电势均衡母线中，该电势均衡母线在该逆变器接地连接和一方面到该电势均衡母线的逆变器的所有输出侧连接之间以及另一方面到该电势均衡母线的逆变器的所有输入侧连接之间。根据本实用新型的光伏装置的所有进一步的优选实施例针对根据本实用新型的逆变器同样具有它们的等效物。原则上，结合根据本实用新型的光伏装置示出的许多措施也可以在该逆变器之外被采取。
[0022]本实用新型的有利实施例从这些专利权利要求书、说明书和附图中显露出来。特征和在该说明书中提到的一些特征的组合的优点仅仅是示例性的，并且可以是替代性地或积累性地生效，而无需这些优点必须被根据本实用新型的实施例实现。不需要由此改变这些所附专利权利要求的主题，关于最初提交的这些申请文件和本专利的披露，以下是真实的:进一步的特征将被从这些附图中推断出，具体是多个零部件相对于彼此的示出的安排以及其操作连接。本实用新型的不同实施例的特征的组合或在本专利权利要求中偏离选定的从属参考文件的不同专利权利要求的特征的组合同样是可能的并在此提出。这也关注单独附图中所展示的或单独附图的说明书中所提到的特征。这些特征也可以与不同的专利权利要求的特征相结合。针对本实用新型的进一步的实施例，同样可以省去权利要求书中指定的特征。
[0023]在这些专利权利要求和说明书中提到的这些特征要依据它们的编号来理解，以便恰好提供这个编号或比该指定的编号大的编号，尽管可能没有明确地使用副词“至少”。例如，当讨论一个元件时，该元件因此被理解以使得一个元件、两个元件或更多的元件被精确地提供。这些特征可以被其他特征或可能仅由形成对应产品的特征来补充。
[0024]包含于这些专利权利要求中的这些附图标记不限制这些专利权利要求保护的主题的范围。使用它们仅仅是为了使这些专利权利要求更容易理解的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]基于一个示例性实施例并且参考附图，在下文中对本实用新型进行更详细地解释和描述。
[0026]图1示出了一个光伏装置的示意图，该光伏装置包括一个光伏发电机，该光伏发电机通过一个逆变器连接到一个交流干线上。
【具体实施方式】
[0027]图1所示的光伏装置I是一个光伏发电机2，该光伏发电机通过一个逆变器3连接到一个交流干线4上。该逆变器3包括一个输入侧恒压直流接线5，该恒压直流接线具有在输入接线7和8之间的一个接线电容器6，该光伏发电机2连接到这些输入接线上。一个DC/AC转换器9连接到该恒压直流接线5上，并且将直流电从该光伏发电机2转化成交流电。在该DC/AC转换器9的一个输出端10中，一个可选的EMC滤波器12设置在容纳该DC/AC转换器9的一个逆变器外壳11的内部。向该交流干线4提供该连接的一个变压器13被安排在它自己的变压器外壳14中，所述变压器同样具有一个滤波器效应。一根电势均衡母线15设置在该逆变器外壳11中，并且通过一个接地装置被接地，该接地装置被称为一个逆变器接地16。该逆变器接地16包括一根接地线17，该接地线在一个逆变器接地连接18和一个变压器接地连接19之间铺设，并且在这种情况下无遮蔽地延伸穿过地面20，也就是说，不需要绝缘。该变压器外壳14以及与一个电容器21中间连接的变压器13的一个星点22通过该变压器接地连接19连接到该接地线17。该逆变器外壳11和与电容器23和24中间连接的DC/AC转换器9连接到该逆变器接地连接18或该电势均衡母线15上。在该逆变器3的输入侧上，一个阻尼元件25设置在该电势均衡母线15中。这个阻尼元件25因此被电性地安排在该逆变器接地16和该逆变器3的一个输入侧发电机接地连接26之间。这一发电机接地连接26还被提供给了用于该输入接线7和8的连接27和28。该光伏发电机2的被称为发电机接地29的一个接地装置通过该发电机接地连接26连接到与该阻尼元件25中间定位的逆变器接地16上。该发电机接地29还包括一根接地线30，该接地线在该发电机接地连接26和一个发电机外壳31之间铺设，并且在这种情况下无遮蔽地延伸穿过地面20，也就是说，不需要绝缘。用于该光伏发电机2的这些连接线7和8在该逆变器外壳11中通过电涌放电器32和33连接到该电势均衡母线15上，更确切地说，连接到该阻尼元件25的发电机侧。针对高放电电流的放电，该阻尼元件25只具有一个低阻抗，例如，不超过几Ω的一个欧姆阻抗。在该逆变器3的附近的雷击引起的高放电电流因此能够通过两个接地装置16和29并且因此在一个大的区域上放电。然而，在该逆变器3的输出端10的区域中被耦合到该逆变器接地16或该电势均衡母线15中的任何放电电流被该阻尼元件25阻止，以防止其通过该光伏发电机2回流到这些放电电流被耦合的位置。具体而言，用于在该变压器13处通过该光伏发电机2被耦合到该逆变器接地16的交流电的回流的一个阻抗Z2比直接用于通过该DC/AC转换器9 (也就是说，通过绕过该发电机接地29和该光伏发电机2)的一个回流的一个阻抗Zl至少大100倍。针对该光伏装置I的电磁兼容性，该改进的雷电防护的负面影响因此被阻止。
[0028]该阻尼元件25可以具体是这样一个阻尼元件，在该阻尼元件中这些高放电电流通过一个火花隙、或具有一个可变电阻或一个硅雪崩二极管的一个阻尼元件流动。
[0029]附图标记列表
[0030]I光伏装置
[0031]2光伏发电机
[0032]3逆变器
[0033]4交流干线
[0034]5恒压直流接线
[0035]6接线电容器
[0036]7输入线
[0037]8输入线
[0038]9 DC/AC 转换器
[0039]10 输出
[0040]11逆变器外壳
[0041]12 EMC 滤波器
[0042]13变压器
[0043]14变压器外壳
[0044]15电势均衡母线
[0045]16逆变器接地
[0046]17接地线
[0047]18逆变器接地连接
[0048]19变压器接地连接
[0049]20 地面
[0050]21电容器
[0051]22 星点
[0052]23电容器
[0053]24电容器
[0054]25阻尼元件
[0055]26发电机接地连接
[0056]27 连接
[0057]28 连接
[0058]29发电机接地[0059]30接地线
[0060]31发电机外壳
[0061]32电涌放电器
[0062]33电涌放电器
【权利要求】
1.一种光伏装置(I)，包括 -一个逆变器(3)，以及 -一个光伏发电机(2),该光伏发电机在输入侧连接到该逆变器(3)上， -该逆变器(3 )具有一个逆变器接地(16 )并且该光伏发电机(2 )具有一个发电机接地(29)， 其特征在于，该逆变器接地(16)和该发电机接地(29)通过一个阻尼元件(25)互连，然而针对高放电电流，该阻尼元件只具有一个低阻抗。
2.如权利要求1所述的光伏装置(1)，其特征在于，针对大于或等于IOOA的放电电流，该阻尼元件(25)具有小于或等于25 Ω的一个欧姆电阻。
3.如权利要求1所述的光伏装置(1)，其特征在于，该阻尼元件(25)针对在从IkHz到IMHz范围内特别是在从50kHz到500kHz的范围内交流电具有一个高阻抗。
4.如权利要求1所述的光伏装置(1)，其特征在于，该逆变器(3)的一个DC/AC转换器(9)通过一个变压器(13)在输出侧连接到一个交流干线(4)上，该逆变器接地(16)在该变压器(13)和该逆变器(3)的一根电势均衡母线(15)之间具有一根接地线(17)。
5.如权利要求1所述的光伏装置(I)，其特征在于，该发电机接地(29)在该光伏发电机(2 )和该逆变器(3 )之间具有一根接地线(30 )。
6.如权利要求4所述的光伏·装置(I)，其特征在于，该阻尼元件(25)被设计成使得针对通过该发电机接地(29)、该光伏发电机(2)、以及该逆变器(3)的DC/AC转换器(9)从该变压器(13)耦合到该逆变器接地(16)中的从IkHz到IMHz范围内的交流电的一个回流的一个阻抗(Z2)比针对通过该逆变器(3)的DC/AC转换器(9)并且绕过该发电机接地(29)和该光伏发电机(2)的这些交流电的一个直接回流的一个阻抗(Zl)至少大100倍。
7.如权利要求1所述的光伏装置(1)，其特征在于，该阻尼元件(25) -提供一个火花隙和/或 -具有一个可变电阻和/或 -具有一个硅雪崩二极管和/或 -具有一个频率滤波器和/或 -具有一个欧姆电阻器。
8.如权利要求1所述的光伏装置(1)，其特征在于，在该逆变器(3)的一根电势均衡母线(15)中设置该阻尼元件(25)。
9.如权利要求4所述的光伏装置(I)，其特征在于，在该逆变器接地(16)和一方面到该电势均衡母线(15)的逆变器(3)的所有输出侧连接之间以及另一方面到该光伏发电机(2)的多个单独零件的发电机接地(29)的一个分支之间设置该阻尼元件(25)。
10.如权利要求1所述的光伏装置(1)，其特征在于，该阻尼元件(25)被安排在一个容纳该逆变器(3)的一个逆变器外壳(11)中，所述外壳通过该逆变器接地(16)被接地。
11.一种用于光伏装置(I)的逆变器(3 )，该光伏装置(I)包括一个光伏发电机(2 )，该光伏发电机在输入侧连接到该逆变器(3 )上，其中该逆变器(3 )包括一个逆变器接地(16 )并且该光伏发电机(2 )包括一个发电机接地(29 )，该逆变器接地(16 )和该发电机接地(29 )通过一个阻尼元件(25)互连，然而针对高放电电流，该阻尼元件只具有一个低阻抗， 其中该逆变器包括:-用于该光伏发电机(2)的多个输入侧连接(26到28)，这些连接包括一个发电机接地连接(26)， -用于一个交流电的输出的多个输出侧连接，以及 -用于该逆变器接地(16 )的连接的一个逆变器接地连接(18 )， 其特征在于，该发电机接地连接(26)通过该阻尼元件(25)连接到该逆变器接地连接(18)上，针对高放电电流，该阻尼元件(25)只具有一个低阻抗。
12.如权利要求11所述的逆变器(3)，其特征在于，针对大于或等于IOOA的放电电流，该阻尼元件(25)具有一个小于或等于25 Ω的欧姆电阻。
13.如权利要求11所述的逆变器(3)，其特征在于，该阻尼元件(25)针对交流在从IkHz到IMHz范围内特别是在从50kHz到500kHz的范围内电具有一个高阻抗。
14.如权利要求11所述的逆变器(3)，其特征在于，该阻尼元件(25)-提供一个火花隙和/或 -具有一个可变电阻和/或 -具有一个硅雪崩二极管和/或 -具有一个频率滤波器和/或 -具有一个欧姆电阻器。`
15.如权利要求11所述的逆变器(3)，其特征在于，在一根电势均衡母线(15)中，该阻尼元件(25)设置在该逆变器接地连接(18)和该发电机接地连接(26)之间。
【文档编号】H02S40/30GK203645621SQ201320500885
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】R·莱曼 申请人:艾思玛太阳能技术股份公司