太阳能发电设备的控制的制作方法

本发明涉及一种用于优化太阳能电池堆的功率工作点的方法和装置，该太阳能电池堆具有多个模块和一个逆变器，所述多个模块中的每个模块具有mlsd单元，一旦相应模块的模块电压低于第一模块电压极限值，所述mlsd单元就关断连接的模块并且在超过预定的第二模块电压极限值时接通连接的模块。

背景技术：

1、大型太阳能设备通常由多个所谓的太阳能电池堆组成，它们具有多个（通常十六至十八个）串联的模块。通常，模块以组串设置，每个太阳能电池堆连接至逆变器的输入端。每个模块本身又具有大量的单电池（einzelzellen），一个模块目前可以包含大约一百个单电池。这种太阳能电池堆可以产生直至1000 v（直流）的直流电压和数安电流。每个组串在此提供1000 v的直流电压。根据电流需求将多个并联的组串连接在一起。在高电流需求下，也可以并联地运行多个太阳能电池堆。这种太阳能设备可以在功率电子基础上进行优化，其方式是，根据天气状况和白天时间优化太阳能设备的输出功率并且在此设置太阳能电池堆的最大功率工作点（mpp）。

2、在此区分两种机制。首先是所谓的mpp扫描，其分析每个模块在开路电压（电流为零）和短路电流（电压为零）之间的电流电压特性曲线。众所周知，这种电流电压特性曲线具有非线性变化，其在不同模块之间可具有一定差异。所述差异例如通过不同的生产条件，如晶格缺陷或机械故障，以及运行中的脏污或阴影引起。根据所有确定的太阳能电池堆的模块的电流电压特性曲线来设置功率工作点。由于在mpp扫描期间电力生产中断，因此希望一方面尽可能快地并且另一方面尽可能少地（即各mpp 扫描之间的时间间隔尽可能长）执行这种mpp扫描。例如单次mpp扫描仅持续几秒并且可以大约每十分钟进行一次。

3、其次，使用所谓的mpp跟踪器来优化各mpp扫描之间的功率。这种mpp跟踪器仅在通过mpp扫描预定的功率工作点附近的控制参数范围内最小地改变电流或电压并且确保整个太阳能电池堆的优化功率。

4、当今的太阳能电池堆使用所谓的“模块级关断（mlsd）”单元，其由太阳能电池堆本身供应必要的能量。mlsd单元满足在高直流电压和功率下运行的太阳能电池堆的安全需求并且用于使太阳能电池堆进入安全运行状态。例如当在太阳能设备中灭火时，太阳能电池堆的高电压可能构成对人的危险源。

5、基于mlsd单元的关断通常具有滞后。例如在8 vdc（直流电压）的最小电压下，mlsd单元自动关断对应的模块，并且仅在略高的电压、例如10 vdc下才再次启动该模块。此外，逆变器（其通常也在太阳能电池堆中执行控制功能）耦入定期的信号，即所谓的“电力线通信（plc）”信号，以便在超过上限电压（在上述示例中为10 vdc）时重新启动停用的模块。由于该信号的间隔在秒范围内，因此，如果mpp扫描与plc信号不协调，则在基于mlsd单元的关断后启动时，除了电压滞后外，还会发生时间效应（如延迟）。

6、现有技术中的mpp扫描改变太阳能电池堆中的电流或电压并且因此可以扫描不同的电流/电压值。基于模块本身中的差异以及基于脏污和阴影可能发生以下情况：在相同的标称电流值下，特别是在接近短路电流时，一些模块具有高电压，而其它模块则下降到基于mlsd单元的关断的最小电压以下，并且因此mlsd单元关断相应的模块。因此，可能发生以下情况：mpp扫描仅找到小于最大值的功率（因为一些模块关断），而不是功率的最大值，并且因此太阳能电池堆不在最大功率工作点（mpp）上运行。如果太阳能电池堆上的电流对于一些模块过高，使得不能建立足够的电压，则这些模块保持停用，这些模块至少直到下一次mpp扫描时保持停用。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是提供一种具有mlsd单元的太阳能电池堆以及一种用于运行这种太阳能电池堆的方法，借助它们太阳能电池堆可以不依赖于环境条件地在尽可能最优的功率工作点中运行。

2、根据本发明，该任务借助独立权利要求1和11的特征解决。由此，在确定功率工作点期间，所有可用的模块始终通过相应的mlsd单元接通。由此可以确保确定太阳能电池堆的实际最大功率并将其预定为太阳能电池堆的功率工作点。因此，可以防止因可能关断的模块而错误地确定更低的功率并将其预定为功率工作点。

3、在一种有利的实施方式中，可以在确定功率工作点之后附加地执行以下步骤：借助逆变器将电气控制参数改变到预定的第二等待值，这样确定所述第二等待值，使得所述多个模块的第二模块电压极限值被超过；在预定的第二时间段内将电气控制参数保持在第二等待值上，使得所述多个模块通过mlsd单元接通。这是有利的，因为由此确保所有模块通过设立第二等待值而再次通过mlsd单元接通。因此，在确定功率工作点之后，太阳能电池堆可以立即以所有激活的模块再次投入运行。

4、在另一种有利的实施方式中，可以使用堆电流作为电气控制参数，将确定的堆电流目标值用作第一等待值并且将堆电流目标值从第一等待值提高到参数极限值。因此可以为太阳能电池堆预定电流值，基于该电流值产生电压。

5、在另一种有利的实施方式中，可以使用堆电压作为电气控制参数，将确定的堆电压目标值用作第一等待值并且将堆电压从第一等待值减小到参数极限值。因此可以精确地设置第一和第二模块电压极限值的值。

6、在另一种有利的实施方式中，可以在第二时间段中使用与第一时间段中不同的电气控制参数。因此，在根据本发明的方法中，例如可以在电流和电压这两个电气参数之间进行切换。这有利于例如通过电压作为电气控制参数来设置第二模块电压极限值。

7、在另一种有利的实施方式中，所述第一时间段可以经由预定义的持续时间或根据由逆变器发送给mlsd单元的plc信号或通过太阳能电池堆中的模块的接通时刻来定义和/或所述第二时间段可以经由预定义的持续时间或根据由逆变器发送给mlsd单元的plc信号来定义。因此，第一和/或第二时间段可以设置得尽可能短。这是有利的，因为由此可以缩短整个根据本发明的方法并且因此太阳能电池堆可以在新的功率工作点上尽可能快地再次投入运行。

8、在另一种有利的实施方式中，第一时间段和第二时间段可以一样长。因此，第一时间段和第二时间段可以借助相同的预定义持续时间和/或plc信号来控制。由此可以进一步简化和缩短根据本发明的方法。

9、在另一种有利的实施方式中，所述参数极限值可以根据预定的固定值或参考值来确定。因此可以确保在峰值处找到功率工作点并确保太阳能电池堆有效运行。

10、在另一种有利的实施方式中，可以使用如下值作为参数极限值的参考值，该值为在时间上位于mpp扫描之前的范围中的堆电压的30%至60%、优选50%。这是有利的，因为以此参考在之前的mpp扫描中定义的功率工作点，该功率工作点在mpp扫描之前的范围中被用于控制。因此可以更有效地找到新的功率工作点。

11、在另一种有利的实施方式中，可以在确定功率工作点之后执行mpp跟踪，在所述mpp跟踪中，所确定的功率工作点在定义的控制参数范围内改变，所述控制参数范围优选为所确定的功率工作点的±10%。因此，mpp跟踪只能引起电气控制参数的小的偏移，以便能够在运行期间对太阳能电池堆的变化作出响应。与mpp扫描相反，mpp跟踪不中断电力生产并且因此可以有利地用于功率工作点的微调。

12、在另一种有利的实施方式中，所述逆变器可以包括控制单元，所述逆变器构造用于将plc信号发送到太阳能电池堆。plc信号用于接通和关断太阳能电池堆中的模块并且可以与第一时间段和第二时间段相关联。因此，定期发送的plc信号可以结束第一和第二时间段，例如在预定数量的信号之后。

13、在另一种有利的实施方式中，可以通过逆变器为多个太阳能电池堆预定功率工作点。逆变器可以具有多个输入端并且每个输入端与一个太阳能电池堆连接。因此，根据本发明的方法可以同时在多个太阳能电池堆上实施。然后根据状态为每个太阳能电池堆预定功率工作点。

14、在另一种有利的实施方式中，太阳能电池堆可以具有多个并联的组串，每个组串具有多个串联的模块。因此，通过调整太阳能电池堆中的组串，可以使太阳能电池堆适应功率需求。