CN102576047A - 用于识别光伏设备中的故障的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于识别光伏设备(1)中的故障的方法和装置。在此，在第一时刻在光伏设备(1)的第一运行状态中测定设备(1)的第一输出电压(U0、UMPP)和/或由该输出电压(U0、UMPP)推导出的第一参数。在第二时刻在与第一运行状态相同的第二运行状态中测定设备(1)的第二输出电压(U0、UMPP)和/或由该输出电压(U0、UMPP)推导出的第二参数。最后，测定第一和第二输出电压(U0、UMPP)之间和/或第一和第二参数之间的偏差；并且在该偏差超过一个能被预先设定的阈值时发出故障报告。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于识别光伏设备中的故障的方法和装置。
背景技术
在当今的能量生产中，光伏设备或太阳能设备(在相应规模下也被称为“太阳能发电站”)是不可忽略的，无论是对于公共电网还是独立电网的供给，例如对于那些很难或者以巨大费用才能由公共电网供电的建筑物来说。
光伏设备将太阳的电磁光谱在半导体层中(即太阳能或光电池中)通过光照的光子轰击直接转换为电能。多数情况下为此在太阳能组件中集合多个太阳能电池并且这些太阳能组件又组成太阳能设备或太阳能发电站。
在光伏设备运行期间，出于各种原因会出现发电量损失。在此原则上对于影响光伏设备电流的因素和影响光伏设备的电压的因素加以区分。减小电流的因素的例子是太阳能电池老化或其褪色。这些大多是组件特有的并且实际上不能被设备的运行者所影响。减小电压的因素的例子除了很难阻止的老化外还有高电阻的或甚至开放的钎焊点、焊接点、接线柱连接等、被遮挡的、污染的甚至折断的太阳能电池或太阳能组件以及有故障的旁路二极管和与遮挡有关的光斑。除了老化外，这些故障都是设备特有的并且因此可通过更换有故障的部件或清洁被污染的部件来消除。
从技术角度看本身运转的光电设备也会产生发电量损失，例如当植被、尤其是树木随着时间的推移遮挡该太阳能设备时。建设于太阳能设备前方的高层建筑物也可能遮挡设备。如可能，当树木被修剪或砍伐时或在新增建筑物的情况下将设备移位时，原则上也可消除所述“故障”。
如上所述尽管减小电压的因素通常可被避免，但问题是如何可靠地识别发电量减小，因为由太阳能设备输出的功率基于变化的太阳辐射而强烈波动并因此只能有限地作为用于有故障的太阳能设备的指标。实践表明，发电量损失因此常常在数年后才被识别甚至完全不被识别，这点鉴于光伏设备的高建造成本尤为不利且-由于原则上可避免-是令人恼怒的。
发明内容
有鉴于此，本发明的任务是提出一种用于在识别光伏设备、尤其是现有的不应/不能被改变的光伏设备中的故障的方法和装置。
本发明的任务借助一种用于识别光伏设备中的故障的方法来解决，其包括下述步骤：
-在第一时刻在光伏设备的第一运行状态中测定设备的第一输出电压和/或由该第一输出电压推导出的第一参数；
-在第二时刻在与第一运行状态相似的第二运行状态中测定设备的第二输出电压和/或由该第二输出电压推导出的第二参数；
-确定第一和第二输出电压之间和/或第一和第二参数之间的偏差；并且
-在该偏差超过一个能被预先设定的阈值时发出故障报告。
本发明的任务同样借助一种用于识别光伏设备中的故障的装置来解决，其包括：
-用于在第一时刻在光伏设备的第一运行状态中测定设备的第一输出电压和/或由该第一输出电压推导出的第一参数的装置；
-用于在第二时刻在与第一运行状态相似的第二运行状态中测定设备的第二输出电压和/或由该第二输出电压推导出的第二参数的装置；
-用于确定第一和第二输出电压之间和/或第一和第二参数之间的偏差的装置；和
-用于在该偏差超过一个能被预先设定的阈值时发出故障报告的装置。
本发明的特别优点在于：仅借助光伏设备的输出电压就可作出关于光伏设备的运转性能的结论。这意味着，无须在光伏设备本身中做特殊的准备，因此现有设备也可简单地借助根据本发明的方法来监控。根据本发明的装置在此例如可以是测量仪、监控电路亦或所谓的“数据记录器”形式(数据记录器是一种测量仪，其可在特定的时间上检测物理的测量数据并将其存储于存储器中)。
“测定”在本发明的范畴中既表示由(远程的(abgesetzten))测量装置主动地测量电压又表示由其接收测量值。相应地可将测量装置和数据记录集成在一个仪器中，或者可将这些功能分布于不同的地点。因此根据本发明的方法基本上在测量的时刻、即“在线”地实施。另外，“测定”也可理解为由或从数据库接收或读取所存储的测量值。例如，测量值可在特定的时间段上存储于数据库或存储器中，于是，根据本发明的方法可事后、即“离线”地调用这些数据。因此“测定”也表示主动地测量电压或接收测量值且随后将测量值存储于存储器或数据库中。
“偏差”在本发明的范畴中既表示两个值之间的差也表示两个值之间的商、亦或任何其它运算，由其在两个值之间可以明显产生差异。因此尤其是逻辑运算符、例如小于号或大于号运算符也适合用于确定两个值之间的偏差。
本发明的有利的方案和扩展方案由从属权利要求以及结合附图的说明中给出。
有利的是，将所述光伏设备的最大功率点电压和/或空载电压设定为输出电压。测定最大功率点电压的优点在于：众所周知，通常光伏设备本来也要(例如通过连接到光伏设备上的逆变器中的相应的控制装置)在这个工作点上运行。因此在实践中可随时在光伏设备的输出接线柱上或在连接的逆变器的输入接线柱上截取最大功率点电压。替换或附加地，也可检测空载电压。为此例如可将光伏设备暂时(例如数个十分之一秒)与连接的用电器分离。
有利的是，将所述光伏设备的最大功率点电压和空载电压之间的比值设定为参数。最大功率点电压和空载电压均与温度和光照强度有关。通过求商可降低所述因素的影响。因此能够相对明确地说明所述参数的改变是否归因于光伏设备中的故障。
有利的是，当光照大于100W/m2时测定输出电压和/或推导出的参数。最大功率点电压和空载电压从某一光照功率起仅略受光照功率影响。换句话说，最大功率点电压和空载电压从特定的光照功率起基本上保持恒定。当然这对于最大功率点电压和空载电压之间的比值来说也是一样。超过该阈值时的测量因而是在光伏设备的相似的运行状态下进行的。该阈值大约为100W/m2。在另一种特别有利的实施方式中，该阈值为200W/m2并且在一种特别有利的实施方式中为500W/m2，因为这样的话各电压与光照功率的上述(差别的)关联性变得更小。当所述电压之一或这两者的比值改变并且光照功率并未下降到确定的阈值之下时，则可由此出发认为该电压改变由光伏设备中的故障引起。
有利的是，在光伏设备的或连接到其上的逆变器的功率输出超过相应额定功率15％时测定输出电压和/或推导出的参数。可认为从该功率起，光照至少等于100W/m2。
因此特别有利的是：在基本上相同的光照或相同的功率输出下测定输出电压和/或推导出的参数。在此情况下，光照(在该光照下测定电压)的公差带变得更窄。因此，在光伏设备中没有故障的前提下，最大功率点电压和空载电压因此在更窄的公差范围内变化。
因此特别有利的是，借助光敏传感器测定光照。输出信号在此直接是光照功率的尺度。有利的是，光伏设备的输出电压或由此推导出的参数在光敏传感器的基本上相同的输出信号下和由此在光伏设备的相似的或甚至相同的运行状态下来测定。在一种特别有利的方案中，将光伏设备的功率与光照进行比较。
在此再次明确指出，本发明的优点在于这种传感器不是必须的，换言之，可借助简单的手段、即电压测量就可对设备的状态作出极好的断定。因此，也可取消安装这种传感器。
有利的是，在基本上相同的温度下测定输出电压和/或推导出的参数。一般来说，电压随温度剧烈变化。由于在基本上相同的温度下或在相近的温度下测量电压(例如空载电压和最大功率点电压)，且这两个电压随温度变化一致，由此该效果可通过求商来避免。允许进行电压测量的可靠温度范围主要取决于所要求的应抑制温度影响的程度。
在本发明的另一种有利的方案中，为了确定光伏设备的运行状态，可选择使用气象站的数据和/或数据库的气象数据。例如，根据本发明的装置在此可与能够测量太阳光照的气象站连接。这一方面可理解为私人的气象站、例如在家庭范围中，另一方面也指公共气象站。尤其是可与后者之间存在通过无线电的数据连接。最后，也可通过互联网访问气象研究所的相应的数据、尤其是气象数据并使其可用于根据本发明的方法。借助该数据也可在事后且因此“离线”地确认在特定时间特定地点存在何种天气状况或云量，并且因此也确认在光伏设备中存在何种运行条件。
有利的是，在不同日间的基本上在相同的时刻测定输出电压和/或推导出的参数。可认为，光照功率在不同日间的特定时间——取决于云量和季节——在一定的公差范围中波动。如上所述，在特定阈值之上，最大功率点电压和空载电压仅随光照功率略微变化。因此，两个在不同日间但相同时间(如正午)所测定的电压值通常是相似的，也就是说，光伏设备在此位于相似的运行状态中。例如对于撒哈拉中的光伏设备来说这是显而易见的，而例如在中欧，正午的光照功率即使在夏季里的阴天中也通常在100W/m2以上。此外，正确规划和安装的光伏设备不应在正午被遮挡。如果最大功率点电压和空载电压在两次测量之间变化显著，则可认为光伏设备中有故障。
此外有利的是，在不同日间的基本上相同的太阳高度下测定输出电压和/或推导出的参数。所述有关时间阐述的内容也适用于此，但夏季时间和冬季时间之间的差异或越过时区的运动并无影响(例如根据本发明的方法也可用于移动的太阳能设备、如移动房屋)。
在本发明的另一种有利的方案中，在基本上相同的光伏设备输出功率下测定输出电压和/或推导出的参数。有利的是，输出功率也可用于确定特定的运行状态。虽然光伏设备中的故障、例如太阳能组件的故障会导致相同的输出功率只有在更强的光照下才能达到，但如上所述，最大功率点电压和空载电压从一阈值起仅略微改变。因此，在相同的输出功率时存在光伏设备的在各种情况下类似的运行状态。
在此要指出，为根据本发明的方法所提到的方案和由此产生的优点同样也适用于根据本发明的装置。
在此尤其有利的是，用于光伏设备的具有直流电压侧和交流电压侧接口的逆变器具有根据本发明的装置，且根据本发明的装置与直流电压侧接口连接。与交流电电网-其可为公共电网或独立电网-连接的太阳能设备必须具有逆变器。由于逆变器本来也要与光伏设备的输出接线柱连接，所以安装在逆变器中的根据本发明的装置很容易截取并鉴定光伏设备的输出电压。有利的是，这种检测光伏设备中的故障的逆变器可连接到现有设备上，且无须为此对该设备进行改造。
有利的是，用于光伏设备的充电控制器具有根据本发明的装置，且根据本发明的装置与充电控制器的输入侧接口连接。所述有关逆变器的内容也适用于此，只是光伏设备在此供给直流电压电网。通常电能在此暂存于蓄电池中，为此需要充电控制器。但如没有辅助电池，则大多时候在光伏设备和被供给的电网之间设置稳压电路。在本发明的范畴中，充电控制器也可理解为不与蓄电池连接的稳压电路。
因此有利的是，具有一个或多个太阳能电池和/或一个或多个太阳能组件的光伏设备具有根据本发明的逆变器和/或根据本发明的充电控制器。
但有利的还有，将本发明以计算机程序产品的形式来实现，它具有存储于其上的计算机程序，其可加载到根据本发明的装置的和/或根据本发明的逆变器的和/或根据本发明的充电控制器的和/或计算机的存储器中并且当计算机程序在那里被执行时，其实施根据本发明的方法。在这种方式下，通过改变相应的硬件也可为例如现有的逆变器加装根据本发明的方法。根据本发明的方法也可离线地在商用的PC上实施。
此外，本发明也可以下述方式得以解决：在设备安装之后实施初始化过程以便确定设备的初始条件，并且，为了获得用于识别组件故障的测量值，首先进行天气分析(其通过逆变器的功率数据确定)，在天气分析有利的或者说肯定的时记录其它的测量值，相反，在天气分析不利的或者说否定的时至少在晚些时刻重新进行天气分析。
在此有利的是，在设备初次投入运行后-在此假设功能为最佳，立即检测测量值或者说参考值，其可用于后来的比较。通过记录和存储这些值因此可以以简单的方式来推断设备在当前运行中的改变。另一重要的优点在于：在当前运行中并非总是记录所有的测量值，因为它们可在各种不同的天气条件下显著不同，因此很难鉴定。为了避免这点且仅在同等的天气条件下记录值或者说数据，在检测测量值或者说数据之前首先由逆变器进行天气分析。
但这样的措施也是有利的：为了识别组件故障，连续检测Udc电压，通过组件的Mpp电压与空载电压的比值的改变来识别逐渐和/或突然的组件故障，因为由此可以以简单的方式且在无须附加的传感器和外部组件的情况下就能识别有故障的组件。
有利的措施还有，在预先设定的时刻(例如正午左右)或在规定的设定时刻启动初始化过程或手动触发的测量过程，以便确定和记录设备的运行状态，因为由此确保了仅在最佳的太阳光照下检测最初的测量值，通过它们才能随着时间的推移识别设备的改变。
识别并且通过显示元件输出组件内部的高电阻的钎焊点、电池上的开放的钎焊点、光斑、阴影、污染、电池折断、接线盒中的高电阻的钎焊点等述组件故障的优点在于：用户可了解各种故障并且因此采取措施以确保设备的最佳运行。
但下述措施也是有利的，即，在预先规定的时刻(例如正午)进行天气分析，为此检测馈入能量或逆变器功率并且与能被预先设定的值进行比较，优选当馈入能量或逆变器功率等于最大值的一个能被预先设定的百分数、例如50％时，以便达到肯定的天气分析，因为由此可以以简单的方式、即在没有附加的测量装置的情况下仅通过内部测量就可以推断天气状况，从而确保了总是在大致相同的条件下获取测量值，其与其它已经测得的测量值相比更有效力。
最后，这一措施也是有利的：通过设置在逆变器中的控制装置或者外部连接的控制装置进行鉴定以便识别组件故障，因为由此可实现设备的不同构造。
本发明的上述方案和扩展方案可以以任意形式组合。
附图说明
为便于理解，下面借助附图详述本发明。附图如下：
图1为光伏设备的示意图；
图2太阳能组件的电流电压曲线图和功率电压曲线图；
图3为空载电压曲线和最大功率点时的电压根据光照功率的分布曲线；
图4为太阳能组件或太阳能电池故障的影响；
图5为最大功率点时电压随着时间的分布曲线；
图6为具有根据本发明的逆变器的光伏设备的示意图；
图7为具有根据本发明的测量仪形式的装置的光伏设备的示意图。
具体实施方式
首先要指出，在不同的实施方式中相同部件使用相同或同一附图标记，其中，在全部说明书中包含的公开内容可以按意义转到具有相同附图标记或相同构件名称的部件上。同样，在说明中选择的位置说明如上面、下面、侧面等涉及直接描述以及所示附图并且在位置改变时合理地转到新的位置。此外，所示的和描述的不同实施例中的单个特征或特征组合本身是独立的发明性的或根据本发明的解决方案。
所述实施例示出根据本发明的装置的可能的实施方案，在此要指出，本发明不局限于该装置的特别示出的实施方案，而也可能是各个实施方案彼此间的不同组合，并且，这种变型可能性是本领域技术人员基于本发明技术方案所给出的技术措施上的教导有能力实现的。另外，所有可想到的通过所显示的和所描述的各个细节的组合成为可能的实施方案也包含在保护范围中。
图1示意性示出光伏设备1，其包括多个相同构造的太阳能组件211..2mn。多个串联连接的(且在此垂直地上下设置的)太阳能组件211..2mn在此分别构成一个支路(string)。多个并联连接的(且在此水平地并排设置的)支路构成光伏设备1。当然，在真实的设备中，太阳能组件211..2mn的局部分布也可以是其它方式。
一个太阳能组件211..2mn又包括多个串联连接的太阳能电池31..3x。在所示例子中，一个太阳能组件211..2mn仅包括一个由串联连接的太阳能电池31..3x构成的支路。当然也可想到，一个太阳能组件211..2mn包括多个并联连接的太阳能电池31..3x或多个支路。最后，一个太阳能组件211..2mn还具有一个旁路二极管DB，其反向并联于所有的太阳能电池31..3x。虽然不常见，但也可想到，每个太阳能电池31..3x具有自身的旁路二极管DB或一个旁路二极管DB用于多个太阳能组件211..2mn。众所周知，旁路二极管DB的任务是在太阳能组件例如由于损坏或刚好被遮挡而发生故障时仍维持支路的电流通路或发电。在此运行情况下，由该支路中其它组件产生的电压导致有故障的或被遮挡的组件在截止方向上运行。因此，在没有旁路二极管DB的情况下，整个支路故障。
在下面的说明中，太阳能电池31..3x和太阳能组件211..2mn被视为等效物。尽管下面使用太阳能组件211..2mn，但所述内容也同样适用于太阳能电池31..3x。这两者在本发明的范畴中被视为在光照下产生电压和电流的元件。
图2示出太阳能组件211..2mn的电流电压曲线图和功率电压曲线图。在此示出不同光照强度下的特性曲线——这里通过光照功率PI1..PI5来区分。可清楚地看出，在光照增强时，短路电流(即在输出电压U＝0时的输出电流I)和空载电压(即在输出电流I＝0时的输出电压U)均增大。但从某一光照起(在此大约在曲线PI3处)，仅短路电流I显著上升，而空载电压则或多或少地保持恒定。
此外，PI4也被称为所谓的“最大功率点”(MPP点)、即具有太阳能组件211..2mn的最大输出功率的工作点。与此相关的电压和与此相关的电流以虚线来表示。最大功率点时的电压在此以UMPP来表示。点线概括地示出了太阳能组件211..2mn的输出功率曲线。
图3示出空载电压U0曲线以及最大功率点时的电压UMPP与光照功率PI相关联的分布曲线。再次清楚地看出，无论空载电压U0还是电压UMPP都从某一光照功率P(在此以虚线表示)起保持恒定。在现实中，该光照功率的值为大约100W/m2。
图4示出当太阳能组件211..2mn(或太阳能电池31..3x)出于某种原因不再提供电力时的影响。实线在此示出已经由图2和3显示的太阳能组件211..2mn功能符合规定时的特性曲线。现在当太阳能组件211..2mn出现故障时，则电流因此流过配设的旁路二极管DB。当旁路二极管DB上下降的电压明显小于由太阳能组件211..2mn所产生的电压之后，这导致电压UMPP急剧下降。图4以虚线示出太阳能组件211..2mn故障时的特性曲线。电流/电压特性曲线在此以I/U表示，功率/电压特性曲线以PI/U表示。当然，随着光伏设备1中并联连接的支路数量的增加，所显示的效果当然会减弱。因此，在常见的真实的光伏设备1中，该效果通常比图4中所示的要弱很多。
根据本发明，在不同时刻、但在光伏设备1的相似的运行状态下测定光伏设备1的输出电压和/或由这些输出电压推导出的参数。当在这些输出电压或推导出的参数之间存在偏差时发出故障报告。这例如可以视觉或听觉的方式进行。例如也可想到向移动电话发送报告。例如可考虑将光伏设备1的最大功率点电压UMPP和/或空载电压U0作为测定的电压。这两者的比值也适于鉴定。尽管在下面的说明中使用了最大功率点电压UMPP，但这种实施方案也同样适用于空载电压U0以及电压UMPP和空载电压U0之间的比值。
图5示出光伏设备1的电压UMPP的随着时间的分布曲线(实线)以及其平均值的随着时间的分布曲线(虚线)。可清楚地看出，电压UMPP在光伏设备1初次投入运行之后相对快地、即通常在前3至6个月之内下降到相对稳定的值上。这与太阳能组件211..2mn的老化现象或者说稳定化阶段有关，所述太阳能组件在运行开始时作用相对强。之后，电压UMPP仅稍有下降。另外，电压UMPP围绕平均值以或大或小的程度波动，这主要是因为不同的温度对于电压UMPP产生相对大的影响。在温度上升时，电压UMPP下降，而在温度下降时，电压UMPP上升(如上所述，空载电压U0也受到相同影响，该影响通过求UMPP和U0之间的比值时被消除)。在所示曲线图中，现在在某一时刻确定出电压UMPP的明显且相对突然的下降。根据本发明发出故障报告，因为认为光伏设备1中出现了故障。该故障可以具有下述不同的原因：
-在光伏设备1(太阳能电池31..3x、太阳能组件211..2mn、接线盒)中存在高电阻的或甚至开放的钎焊点、焊接点、接线柱连接等；
-太阳能电池31..3x或太阳能组件211..2mn被遮挡或污染；
-太阳能电池31..3x或太阳能组件211..2mn折断。
虽然遮挡或污染本意上不是故障，但其导致发电量减少并且因此在本发明的范畴中被视为光伏设备1中的故障。例如光伏设备1附近的一棵树经过数年可生长以致遮挡该光伏设备。光伏设备1的运行者可基于故障报告采取相应的措施。
在此要指出，图5中所示的稳定化阶段并非出现在所有类型的太阳能电池上，而通常只是出现在某些薄层电池上。与图5所示不同，在光伏设备1的运行开始也可不出现电压降，也就是说，电压或多或少地保持恒定，直至出现故障。
图5中的电压UMPP在不同日间、但相同的日间时间上被测定。因此，该电压UMPP相对小地围绕其平均值波动。当然，也可在同一日的某一时间段上测定测量值。最后也可24小时记录所述值(这例如在两极区域中是有意义的)。但通常电压UMPP更剧烈地围绕平均值波动。根据波动幅度因此可对所获得的值进行程度或强或弱的低通滤波、求滑动平均值或类似措施，使得单个异常测量值不会触发故障警报。也可观察电压UMPP的下降是否持续较长的时间、例如多天并且然后才发出故障报告。归根结底，允许多长时间来等待故障报告是可容忍的发电量损失的问题。最后，也可附加地或替换地分析电压UMPP的变化率并且当变化率超过特定的阈值时例如发出故障报告。
作为测定相同日间时间的电压UMPP的替换方案，当然也可在相同的太阳高度下进行测定。上述内容也合理地适用于此。
在另一种替换的实施方式中，电压UMPP的测量总是在特定的光照存在时被触发。在此例如可将限时元件或计时器与光敏传感器UND连接起来，使得当光照处于特定的公差范围内时，例如每15分钟时记录一个测量值。为此，也可鉴定远程气象站的数据。但本发明并不是必须使用附加的传感器和/或气象站的数据。
在另一种替换的实施方式中，考虑将光伏设备1的输出功率用于触发测量值检测。在此例如可将限时元件或计时器与功率测量仪UND连接起来，使得当光伏设备1的输出功率处于特定的公差范围内时，例如每15分钟时记录一个测量值。输出功率值在此可源于连接到光伏设备1上的逆变器或充电控制器。特别有利的是，将本发明的方法完全相同地在该逆变器或充电控制器中实施。
目前为止的例子的出发点在于，测量值或多或少地在检测时、即“在线”地被鉴定。这并不是必须的。相反，也可“离线”地对其加以鉴定。
在第一种例子中，如上所述，检测数据并将其存储于存储介质中。为此例如可USB棒连接到根据本发明的装置、根据本发明的逆变器或根据本发明的充电控制器上。然后，如上所述，在PC上借助实施根据本发明的方法的软件对所述数据加以鉴定。
在一种替换的实施方式中，测量数据例如通过无线电或互联网被传输给远程数据库并在那里被存储和鉴定。例如根据本发明的逆变器或充电控制器的制造商可规定：由这些逆变器或充电控制器将数据周期性地发送给特定的数据库，通过这种方式，所有安装有该制造商的逆变器或充电控制器的光伏设备1可获得中央监控。故障报告例如可促使制造商通过服务技术员为光伏设备1的运行商检测光伏设备、例如通过电话或E-mail。因此可特别有效地进行售后服务。
在另一种实施方式中由此出发：尽管存在关于电压UMPP或空载电压U0的数据，但其并不是在光伏设备1的相似的运行状态下被检测到。但为了使这些数据也能够用于根据本发明的方法，将这些数据与气象站的历史数据或气象研究所的数据联系起来。通过该方式可以从光伏设备1的数据中过滤出那些对于本发明的方法而言重要的数据。因此，也可使用光伏设备1的历史数据、即在本发明之前所记录的值。从而也可在事后来检测有故障的光伏设备1。借助该措施明显扩大了本发明的应用范围。
在利用外部传感器时，优选考虑用设备功率来代替电压，因为设备功率的检测在某些情况下能够更加简单且准确地进行。
最后，图6中示意性示出包括多个太阳能组件211..2mn的光伏设备1，其具有一个连接到其上的逆变器4。在该例子中，逆变器4具有逆变器电路5、根据本发明的模数转换器6形式的用于检测光伏设备1的输出电压的装置、具有连接在其上的存储器8的中央计算单元7以及信号单元9。在存储器8中存有实施根据本发明的方法所需的程序步骤和参数，它们在运行时间中被中央计算单元7读取并且执行或者说处理。另外，存储器8还设置用于存储测量值。在中央计算单元7中检查两个电压值或两个由其推导出的参数是否彼此有偏差。如有偏差，则通过信号单元9发出故障报告。信号单元9在此可以是信号灯、汽笛、逆变器4的文字显示单元、无线电发射器亦或连接到互联网上的接口。尽管根据本发明的方法在该例子中以软件的形式呈现，但当然也可反映于硬件中、例如以相应的集成电路的形式。
最后，图7示出一种系统，其中，根据本发明的方法得以“离线”地实施。在该情况下，光伏设备1具有连接到其上的逆变器电路5以及根据本发明的具有集成数据接口的测量仪10形式的装置。借助该数据接口可将数据有线地或通过无线电连接发送到处于互联网11中的数据库12。负责监控多台光伏设备1的人员可借助PC 13访问这些数据并借助在PC 13上运行的实施根据本发明的方法的程序来鉴定这些数据。在一种替换的实施方式中，在预先规定的时刻在PC 13上自动实施根据本发明的方法，使得只有当报告光伏设备1有故障时，才需操作人员的干预。在另一种替换的实施方式中，所述程序同样也直接在数据库10中被执行，该数据库向之前确定的Email地址发送故障报告。
接下来说明用于识别组件故障的方法的详细过程，该方法可用于上述图1至7的实施方式。
在安装光伏设备1时在建造和投入运行时要注意将设备1构造得可完全正常运转的。在此还要注意，周围的建筑物和树木在通常光照最好的正午不遮挡太阳能组件。由此可在安装设备1时推断或者说确定何时存在光照最好的状态。这例如可以通过在逆变器5中输入时间来定义。通常，最好的光照出现在正午，由此，可将逆变器5预先设定在该范围中进行测量。但如果设备不是向南安装，而是向东-西方向安装-这在最近也常常发生，则可通过输入时间来调整用于测量的预先设定。
在设备初次投入运行之后，现在一次性启动初始化过程，其中，在预先设定的时刻(例如正午左右)或规定的设定时刻或通过手动触发进行一个测量过程以便确定和记录设备1的运行状态。在此例如检测空载电压和MPP点并且将其储存为参考值。优选仅仅在晴朗无云的日间启动该初始化过程，由此光照最佳且因此可记录最佳的运行状态。可以这样说，在安装结束后，在极好的条件下-即使不是最好的条件-进行运行检测，随后将记录的测量值作为用于其它后续的测量的参考值存储起来。
在初始化过程结束后，逆变器5可记录其运行。在此，逆变器5在连续的馈电运行中检测重要的系统参数并且自动识别光伏设备1上减小发电量的故障。为此，在定义的时刻或时间窗中由逆变器5求出MPP电压与空载电压的比值。当该比值持续或跳跃式变差时，则太阳能发电机有故障。在此由逆变器5建造一数据库，在其中检测下述参数的一个或多个：Udc[V]、某一时刻的逆变器功率[W]、时间和可能的日期、以及优选空载电压Uoc[V]。另外，由这些数据可识别出下述组件故障：组件内部的高电阻的钎焊点、电池上的开放的钎焊点、光斑、阴影、污染、电池折断、接线盒中的高电阻的钎焊点等，其可通过显示元件被输出。所建造的数据库可存储于逆变器5中。在多个逆变器5互联的情况下，也可以是仅一个逆变器5包含该数据库，且其他的逆变器5将数据、尤其是测量数据通过WLAN或其它网络连接传输给该具有数据库的逆变器5并存储于那里。当然，也可将数据库设置在外部。
但始终应在大致相同的条件下来记录数据，然而可放弃使用外部连接的传感器、例如光照传感器。后者带来的好处是节约成本并且同时避免了误差来源。逆变器5可基于其所记录的数据评估天气状况，由此总是只在允许的天气状况期间检测数据，也就是说，基于所记录的数据首先进行所谓的天气分析，并且只有在天气分析为成功或者说肯定的时，才存储和使用数据或者说记录其它的数据。当天气分析结论为否定的时，以能被预先设定的特定的时间间隔反复进行天气分析，直到天气分析结论有利。因而在较晚的时刻检测数据。这种反复例如自测量开始后每小时进行一次。在天气分析为肯定的时，逆变器5进行其余的测量并且在当日不再进行新的测量。当然也可在逆变器5中这样设定，即，使其每天进行多次测量，但这并不是必须的。
优选这种天气分析在预先规定的时刻(例如正午)进行，其中由逆变器5检查是否存在足够的太阳光照，为此检测馈入能量或逆变器功率并且与能被预先设定的值进行比较。当馈入能量或逆变器功率等于相应的最大值的一个能被预先设定的百分数、例如50％时，则逆变器5判断该天气分析为肯定的，即存在足够的太阳光照。如果该百分数设定得相对高，则只允许天空中的云量很少直至无云。因而逆变器5被设定得对于天气分析极其敏感。
当天气分析结论为肯定的时，则现在由逆变器5进行进一步的测量，通过这些测量，逆变器5或连接在其内部或外部的控制装置可进行鉴定以便识别组件故障。由逆变器5来进行各个Udc电压值的检测。
优选这样测定空载电压Uoc：使逆变器5保持连接在电网上，但其暂时不从太阳能组件211..2mn获取能量，由此逆变器可测量空载电压Uoc。
当然，也可以这样测量空载电压：暂时从电网上取下逆变器5或将连接的负载断开，由此在逆变器5上不再存在负荷。
现在为了能够检测组件故障，需要连续地检测Udc电压以识别组件故障。通过太阳能组件211..2mn的MPP电压和空载电压的比值的改变可识别逐渐的和/或突然的组件故障。
为此检测和储存下述数据：
Udc(启动)＝在定义的启动时间段上所检测的Udc值的平均值
Uoc(启动)＝在定义的启动时间段上所检测的Uoc值的平均值
Udc(当前)＝在定义的当前时间段上所检测的Udc值的平均值
Uoc(当前)＝在定义的当前时间段上所检测的Uoc值的平均值
特征因数(启动)＝Udc(启动)/Uoc(启动)
特征因数(当前)＝Udc(当前)/Uoc(当前)
通过特征因数(当前)与特征因数(启动)的偏差可识别组件故障。在此，(启动)值等于在安装设备1时在初始化过程中所检测到的测量值，相反，(当前)值等于当前所检测到的测量值。Udc(启动)或Udc(当前)由50个(输入选项)检测到的日间值的平均值构成。
为了记录各单个Udc电压以用于连续形成特征因数，在本发明的一种有利的方案中必须满足下述条件：
-存在充足的光照(两个数据记录器记录之间的馈入能量或逆变器功率平均等于逆变器额定功率或光伏设备1的至少50％(输入选项))；
-在正午左右检测各个Udc电压值(输入选项，假设：在正午左右设备不应具有由安装位置所引起的阴影)；
-每天仅记录一个值(在该日所检测的Udc所有电压值的平均值)用于计算Udc(当前)。
为了单个的检测到的Udc电压值能够用于进一步的计算，在该方案中还必须满足下面其它条件：
-只有当新的单个的Udc电压偏离Udc(当前)不超过20％(输入选项)时，才记录新的单个的Udc电压用于确定Udc日平均值；
-在记录新的用于Udc(当前)的Udc日平均值时，最老的Udc日平均值被删除。也就是说，Udc(当前)总是仅由上述定义数量的Udc日平均值之一构成(位移寄存器，FIFO)。
因此，可通过商(如上所述)之间的偏差来识别组件故障，在相应的偏差时报告故障，或者最后20个(输入选项)连续检测到的Udc电压值(即光照ok，时间段ok)位于为记录于Udc日平均值中所确定的带宽之外并且发出故障报告。
此外，当然也可能的是，检测到的值也可用于其它的故障报告。也就是说，例如当过度偏离预先设定的值、尤其是Udc电压时，确认设备的故障运行。
因此可以说，实施一种用于识别光伏设备1中的组件故障或者说发电机故障的方法，其中，为了确定设备1的初始条件在安装之后进行初始化过程，并且，为了检测用于识别组件故障的测量值首先进行天气分析，在天气分析为肯定的时记录其它的测量值，相反，在天气分析为否定的时在晚些时刻重新进行天气分析。为了识别组件故障，连续检测Udc电压，通过太阳能组件211..2mn的Mpp电压与空载电压的比值的变化来识别逐渐和/或突然的组件故障。
在此要指出，所显示的方案仅仅是本发明构思实施可能性中的一部分。尤其是本发明在图6和7中所显示的实施方式也可变化或彼此结合。技术人员在此可毫无困难地调整上述说明以适应其需求。
最后按规定指出，为了更好地理解根据本发明的装置的结构，装置或者说其组成部件在局部仅示意性示出。当然所示设备也可具有其它的、未示出的组件或构件。
所述独立的发明性的方案的任务可由说明书中得出。
总的来说，图6和7中所示各个实施方式构成独立的发明性的解决方案的技术方案。与此有关的根据本发明的任务和解决方案可从所述附图的详细说明中得出。
附图标记列表
1 光伏设备
211..2mn 太阳能组件
31..3x 太阳能电池
4 逆变器
5 逆变器电路
6 模数转换器
7 中央计算单元
8 存储器
9 信号单元
10 测量仪
11 互联网
12 数据库
13 PC
I 电流
PI、PI1..PI5 光照功率
t 时间
U 电压
U0 空载电压
UMPP 最大功率点电压
Claims (24)
1.用于识别光伏设备(1)中的故障的方法，包括下述步骤：
-在第一时刻在光伏设备(1)的第一运行状态中测定设备(1)的第一输出电压(U0、UMPP)和/或由该输出电压(U0、UMPP)推导出的第一参数；
-在第二时刻在与第一运行状态相似的第二运行状态中测定设备(1)的第二输出电压(U0、UMPP)和/或由该输出电压(U0、UMPP)推导出的第二参数；
-确定第一和第二输出电压(U0、UMPP)之间和/或第一和第二参数之间的偏差；并且
-在该偏差超过一个能被预先设定的阈值时发出故障报告。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述光伏设备(1)的最大功率点电压(UMPP)和/或空载电压(Uoc)设定为输出电压。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述光伏设备的最大功率点电压(UMPP)和空载电压(Uoc)之间的比值设定为参数。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，当光照大于100W/m2时测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
5.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，当光伏设备(1)的或连接到其上的逆变器的功率输出超过相应的额定功率15％时测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，在基本上相同的光照或相同的功率输出的情况下测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
7.根据权利要求4或6的方法，其特征在于，借助光敏传感器测定光照。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，在基本上相同的温度下测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，为了确定光伏设备的运行状态，使用气象站的数据和/或数据库的气象数据。
10.根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于，在不同日间基本上在相同的时刻测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
11.根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于，在不同日间基本上在相同的太阳高度下测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
12.根据权利要求1至11之一的方法，其特征在于，在光伏设备(1)的基本上相同的输出功率下测定输出电压(U0、UMPP)和/或推导出的参数。
13.用于识别光伏设备(1)中的故障的装置，其包括：
-用于在第一时刻在光伏设备(1)的第一运行状态中测定设备(1)的第一输出电压(U0、UMPP)和/或由该输出电压(U0、UMPP)推导出的第一参数的装置；
-用于在第二时刻在与第一运行状态相似的第二运行状态中测定设备(1)的第二输出电压(U0、UMPP)和/或由该输出电压(U0、UMPP)推导出的第二参数的装置；
-用于确定第一和第二输出电压(U0、UMPP)之间和/或第一和第二参数之间的偏差的装置；和
-用于在该偏差超过一个能被预先设定的阈值时发出故障报告的装置。
14.用于光伏设备(1)的逆变器(5)，其具有直流电压侧的接口和交流电压侧的接口，其特征在于，所述逆变器具有根据权利要求11的装置，该装置与直流电压侧接口连接。
15.用于光伏设备(1)的充电控制器，其特征在于，所述充电控制器具有根据权利要求11的装置，该装置与充电控制器的输入侧接口连接。
16.包含一个或多个太阳能电池(31..3x)和/或一个或多个太阳能组件(211..2mn)的光伏设备(1)，其特征在于，所述光伏设备具有根据权利要求12的逆变器和/或根据权利要求13的充电控制器。
17.计算机程序产品，其包含存储于其上的计算机程序，该计算机程序能够被加载到根据权利要求11的装置的和/或根据权利要求12的逆变器(5)的和/或根据权利要求13的充电控制器的和/或计算机(13)的存储器(8)中，并且当计算机程序在那里被执行时，该计算机程序实施根据权利要求1至10之一的方法。
18.用于识别光伏设备(1)中的组件故障的方法，其特征在于，在设备安装之后实施初始化过程以确定设备(1)的初始条件，并且为了检测测量值以利用所检测的测量值来识别组件故障，进行天气分析，在天气分析为肯定的时记录其它的测量值并且将其与初始条件进行比较。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，在天气分析为否定的时至少在晚些时刻重新进行天气分析。
20.根据权利要求18或19的方法，其特征在于，为了识别组件故障，连续检测Udc电压，通过组件的Mpp电压与空载电压的比值的改变来识别逐渐的和/或突然的组件故障。
21.根据权利要求18至20之一的方法，其特征在于，在预先设定的时刻、尤其是正午前后、或在规定的设定时刻启动初始化过程，或实施手动触发的测量过程，以便确定和记录设备的运行状态。
22.根据权利要求18至21之一的方法，其特征在于，识别且通过显示元件输出下述一种或多种组件故障：组件内部的高电阻的钎焊点、电池上的开放的钎焊点、光斑、阴影、污染、电池折断、接线盒中的高电阻的钎焊点等。
23.根据权利要求18至22之一的方法，其特征在于，在预先规定的时刻、尤其是正午进行天气分析，为此检测馈入能量或逆变器功率并且与能被预先设定的值进行比较，优选馈入能量或逆变器功率等于最大值的一个能被预先设定的百分数、例如50％以便达到肯定的天气分析。
24.根据权利要求18至23之一的方法，其特征在于，通过设置在逆变器中的控制装置或者外部连接的控制装置进行鉴定以便识别组件故障。
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