DE102014112458B4

DE102014112458B4 - Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung zur Lebensdauererhöhung Abwärme erzeugender Komponenten und Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102014112458B4
Application number: DE102014112458.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Jochen Felgemacher; Christian Nöding; Samuel Vasconcelos Araújo; Peter Zacharias
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2034-08-30
Also published as: DE102014112458A1; US20160065126A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung (4) begrenzter Leistung (KL) beim Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Abwärme erzeugt, mit den Schritten:- Festlegen einer Maximaltemperatur der Einrichtung,- Erfassen einer Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung und- Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4), um die Isttemperatur (10, IstT) auf die Maximaltemperatur zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperatur individuell für verschiedene der Betriebszeiträume so festgelegt wird, dass eine beim Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung (4) eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung derart einhält, dass die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) einerseits nicht überschritten wird und die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) andererseits tatsächlich erreicht wird, wobei die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) als Einzelwert oder als Leistungsintervall vorgegeben wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung zur Lebensdauererhöhung Abwärme erzeugender Komponenten sowie auf eine Kühlvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Genauer bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung begrenzter Kühlleistung oder Leistungsaufnahme beim Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Abwärme erzeugt. Speziell kann es sich bei der Einrichtung um eine eine Leistungskomponente einer Photovoltaikanlage umfassende Einrichtung handeln.
Die Leistung einer Photovoltaikanlage und damit auch die von Leistungskomponenten der Photovoltaikanlage erzeugte Abwärme hängt von der Intensität des auf Photovoltaikmodule der Photovoltaikanlage einfallenden Sonnenlichts ab. Sie variiert daher stark über den Verlauf eines Tages als einzelner Betriebszeitraum der Photovoltaikanlage. Daneben wirken sich Wettereinflüsse, insbesondere in Form von Bewölkung, Niederschlag und Temperatur, auf die Leistung und Abwärme einer Photovoltaikanlage aus.
Auch die Kühlleistung einer Kühlvorrichtung ist wetterabhängig, da die Umgebungstemperatur und auch die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung sowie auf die Kühlvorrichtung einfallendes Sonnenlicht die mit Hilfe der Kühlvorrichtung bei gleicher Leistungsaufnahme der Kühlvorrichtung abführbare Wärmemenge stark beeinflussen.
Wenn im Folgenden von der Leistung der Kühlvorrichtung die Rede ist, so wird damit auf deren Leistungsaufnahme und/oder ihre resultierende Kühlleistung Bezug genommen. Häufig wird eine Kühlvorrichtung nur direkt bezüglich ihrer Leistungsaufnahme und nicht bezüglich ihrer Kühlleistung steuerbar sein. Soweit hier jedoch nur von der Leistung der Kühlvorrichtung die Rede ist, wird nicht zwischen ihrer Leistungsaufnahme und ihrer Kühlleistung unterschieden.
STAND DER TECHNIK
Bei einem bekannten Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung beim Kühlen einer Einrichtung wird die Kühlleistung der Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der Isttemperatur der Einrichtung gesteuert, wobei die Kühlleistung mit der Isttemperatur ansteigt. Dadurch ergibt sich zwar ein dämpfender Effekt auf den Temperaturhub der Einrichtung, es treten aber dennoch erhebliche Temperaturschwankungen und damit thermische Belastungen der Komponenten der Einrichtung auf, die ihre Lebensdauer erheblich beeinträchtigen.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung beim Kühlen einer Einrichtung wird eine Maximaltemperatur der Einrichtung festgelegt, und es wird die Isttemperatur der Einrichtung erfasst. Die Leistung der Kühlvorrichtung wird dann so gesteuert, dass die Isttemperatur die Maximaltemperatur nicht überschreitet. Um die Lebensdauer von Komponenten der Einrichtung nicht durch Temperaturschwankungen zu beeinträchtigen, wird die Maximaltemperatur dabei als Solltemperatur verwendet, an die die Isttemperatur angeglichen wird, solange die von der Einrichtung erzeugte Abwärme dies ermöglicht, d. h. es erfolgt eine Regelung der Isttemperatur auf die Maximaltemperatur. Die Maximaltemperatur der Einrichtung wird so festgelegt, dass sie mit der Kühlvorrichtung unter allen üblichen Umständen eingehalten werden kann.
Aus der US 8 624 411 B2 ist ein Leistungserzeugungssystem bekannt, das eine prädiktive Steuerung umfasst, um Einflüsse von mit dem Wetter variierenden Faktoren zu reduzieren. Dazu soll eine Steuerstrategie für den Betrieb einer Komponente oder eines Subsystems des Leistungserzeugungssystems antizipatorisch, d. h. vorgreifend basierend auf vorhergesagten Leistungserzeugungsbedingungen für ein Array von Leistungsgeneratoren über dem Zeithorizont abgestimmt werden. Zu den so betriebenen Komponenten oder Subsystemen gehört eine Kühlvorrichtung eines Wechselrichters für die Leistung der Leistungsgeneratoren, wobei die Kühlung des Wechselrichters an eine geringere erzeugte Abwärme angepasst wird. Durch die prädiktive Steuerung soll eine Verlängerung der Lebensdauer von Komponenten des Leistungserzeugungssystems erreicht werden.
Aus der EP 2 200 079 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben eines Leistungshalbleiterbauelements, insbesondere eines IGBT, bekannt. Dem IGBT ist ein Kühlsystem zugeordnet, mit dem von dem IGBT erzeugte Wärme abführbar ist. Eine von dem Kühlsystem geförderte Menge an Kühlmedium ist einstellbar. Es sind Mittel dazu vorgesehen, die durch das Kühlsystem geförderte Menge an Kühlmedium derart zu steuern, dass gerade so viel Wärme von dem IGBT abgeführt wird, dass die Temperatur des IGBT im Wesentlichen konstant bleibt. Dabei soll es vorteilhaft sein, wenn eine voraussichtliche zukünftige Temperatur des Leistungshalbleiterbauelements in Abhängigkeit von einem voraussichtlichen zukünftigen Stromverlauf über das Leistungshalbleiterbauelement ermittelt wird. So kann im Voraus ermittelt werden, welche voraussichtlichen Temperaturänderungen an dem Leistungshalbleiterbauelement auftreten werden. In Abhängigkeit von diesen voraussichtlichen Temperaturänderungen kann dann die durch das Kühlsystem geförderte Menge an Kühlmedium derart eingestellt werden, dass die Temperaturänderungen gerade nicht auftreten, also die Temperatur des Leistungshalbleiterbauelements im Wesentlichen konstant bleibt.
Aus der WO 2010/ 041 175 A1 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung mit adaptiver Kühlvorrichtung bekannt. Die Kühlvorrichtung umfasst eine aktive gekühlte Wärmesenke und eine Steuerung, die die Kühlleistung der Wärmesenke abhängig von der Temperatur eines einen Leistungsstrom führenden Teils der Leistungshalbleitereinrichtung einstellt. Auf diese Weise wird die thermische Belastung der Leistungshalbleitervorrichtung reduziert und ihre Lebensdauer erhöht.
Aus der US 2008 / 0 188 994 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines Kühlventilators bekannt, der zum Kühlen eines integrierten Schaltkreises vorgesehen ist. Das Verfahren umfasst das Erfassen einer Temperatur des integrierten Schaltkreises und, falls die Temperatur nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, das Steuern der Geschwindigkeit des Ventilators basierend auf der Temperatur.
Aus der WO 2007/ 051 464 A1 ist ein Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer einer Abwärme erzeugenden Komponente einer Windkraftanlage bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird die Temperatur der Komponente auf einen Sollwert eingeregelt, der in langsamen Schritten, die vorzugsweise im Bereich mehrerer Stunden liegen, bis auf einen unteren Grenzwert abgesenkt wird. Wenn es dann zur Erzeugung einer größeren Menge an Abwärme kommt, als sie von einer Kühlvorrichtung abgeführt werden kann, so dass die Temperatur der Komponente ansteigt, wird erfasst, welche Peak-Temperatur die Komponente erreicht. Diese Peak-Temperatur wird als neuer Sollwert für die Temperatur der Komponente verwendet, der dann erneut schrittweise abgesenkt wird. Hierdurch soll die Zahl der Temperaturzyklen der Komponente verringert werden und die Temperatur der Komponente grundsätzlich möglichst klein gehalten werden.
Aus der DE 20 2012 005 708 U1 ist ein Dialysegerät mit einem extrakorporalen Blutkreislauf, einem Sensor zum Messen einer Temperatur von in dem extrakorporalen Blutkreislauf befindlichen Blut oder der Körpertemperatur, einem Sollwertgenerator für einen mit der Zeit veränderlichen Temperatursollwert und einem Regler bekannt, der mit dem Sensor sowie dem Sollwertgeber in Verbindung steht, um basierend auf einem Vergleich zwischen dem Temperatursollwert und der Temperatur auf einen Aktor einzuwirken, der dem in dem extrakorporalen Blutkreislauf befindlichen Blut Wärme zu- oder abführt, um die Temperatur auf den Temperatursollwert einzuregeln.
Aus der WO 2010/ 041 175 A1 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung mit Kühlanordnung bekannt. Die Kühlanordnung weist eine aktiv gekühlte Wärmesenke und einen Regler auf. Der Regler stellt eine Kühlleistung der Wärmesenke abhängig von der Temperatur einer einen Hochstrom tragenden Halbleiterverbindung bereit, die in der Leistungshalbleitervorrichtung vorgesehen ist. Der Regler weist einen Prozessor mit einem Speicher auf, der eine Reglersoftware enthält.
Aus der DE 10 2008 057 730 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zum Transport thermischer Energie über ein flüssiges Medium bekannt. Das System umfasst einen Erzeugerkreis und einen Verbraucherkreis, die über einen Entkoppler miteinander verbunden sind. Eine Vorlauftemperatur des Verbraucherkreises wird ohne Anhebung der Rücklauftemperatur des Erzeugerkreises durch eine Regelung zumindest eines Wärmeerzeugers des Erzeugerkreises in Abhängigkeit von Temperaturwerten geregelt, die durch Sensoreinrichtungen zur Erfassung der Temperatur des flüssigen Mediums im Erzeugerkreis und im Verbraucherkreis gemessen werden. Überschreitet ein Wärmebedarf im Verbraucherkreis die von den Wärmeerzeugern bereitgestellte maximale Gesamtleistung, werden Heizkreisregler in dem Verbraucherkreis oder ein Leistungsregler des Erzeugungskreises abgeregelt.
Aus der US 8 624 411 B2 ist ein Leistungserzeugungssystem mit einer prädiktiven Steuerung bekannt, um die Einflüsse von wetterabhängigen Faktoren zu reduzieren. Ein Vorhersagemodul des Systems sagt basierend auf historischen Wetterdaten, Wetterbeobachtungen und/oder Wettervorhersagen, die Leistungserzeugungsbedingungen für ein Feld von Leistungsgeneratoren vorher.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung mit begrenzter Leistung beim Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Abwärme erzeugt, aufzuzeigen, mit dem die Lebensdauer von Abwärme erzeugenden Komponenten der Einrichtung erhöht und zugleich die von der Kühlvorrichtung verbrauchte Leistung begrenzt wird. Weiterhin soll eine zur Umsetzung eines solchen Verfahrens geeignete Kühlvorrichtung aufgezeigt werden.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 16 betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens. Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 17 gelöst. Patentanspruch 18 betrifft eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung mit begrenzter Leistung beim Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Abwärme erzeugt, wird eine Isttemperatur der Einrichtung erfasst, und die Leistung der Kühlvorrichtung wird gesteuert, um die Isttemperatur auf eine Maximaltemperatur zu begrenzen. Dabei wird die Maximaltemperatur der Einrichtung individuell für jeden der Betriebszeiträume so festgelegt, dass eine beim Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung einhält.
Dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Maximaltemperatur so festgelegt wird, dass eine beim Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung einhält, bedeutet nicht nur, dass die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung nicht überschritten wird, was einfach dadurch zu erreichen wäre, dass die Maximaltemperatur sehr hoch gesetzt wird. Vielmehr wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung auch tatsächlich erreicht und damit die Kühlvorrichtung genutzt, um die Maximaltemperatur zugunsten eines geringen Temperaturhubs und einer entsprechenden geringen thermischen Belastung der die Abwärme erzeugenden Einrichtung klein zu halten.
Dabei kann die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung als Einzelwert oder als Leistungsintervall vorgegeben werden, so dass die während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung einhält, wenn sie in das vorgegebene Leistungsintervall fällt. Konkret handelt es sich bei dem Einzelwert oder dem Leistungsintervall sinnvollerweise um einen Einzelwert bzw. ein Leistungsintervall der Leistungsaufnahme der Kühlvorrichtung, weil die Kühlleistung der Kühlvorrichtung abhängig von deren Betriebsbedingungen zu sehr variiert, um als übergeordneter Maßstab geeignet zu sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss nicht für jeden der Betriebszeiträume die Maximaltemperatur individuell festgelegt werden. So kann für alle Betriebszeiträume, bei denen das individuelle Festlegen der Maximaltemperatur zu Maximaltemperaturen unterhalb eines Temperaturgrenzwerts führen würde, stattdessen dieser Temperaturgrenzwert als Maximaltemperatur verwendet werden, um Leistung der Kühlvorrichtung einzusparen, weil der Temperaturgrenzwert den Temperaturhub und damit die thermische Belastung der Abwärme erzeugenden Einrichtung bereits in engen Grenzen hält.
Die Maximaltemperatur muss nicht vor dem jeweiligen Betriebszeitraum sondern kann auch im Laufe des jeweiligen Betriebszeitraums festgelegt werden. Dabei kann von einem vorläufigen Wert der Maximaltemperatur ausgegangen werden, der jedes Mal während des Betriebszeitraums erhöht wird, wenn sich heraus stellt, dass er zu niedrig angesetzt ist. Kriterien für einen zu niedrig angesetzten vorläufigen Wert können sein, dass die Isttemperatur der Einrichtung den bisherigen vorläufigen Wert trotz einer vorgegebenen maximalen Leistung der Kühlvorrichtung überschreitet und/oder dass die Leistung der Kühlvorrichtung beim Einhalten des bisherigen vorläufigen Werts einen vorgegebenen oberen Leistungsgrenzwert für einen vorgegebenen Zeitraum überschreitet. Dabei kann die vorgegebene maximale Leistung der Kühlvorrichtung z. B. die obere Grenze eines Leistungsintervalls sein, das die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung definiert. Es kann sich aber auch um die überhaupt mögliche maximale Leistung der Kühlvorrichtung handeln. Auch bei dem oberen Leistungsgrenzwert für die Leistung der Kühlvorrichtung kann es sich grundsätzlich um die Obergrenze eines Leistungsintervalls handeln, das die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung definiert. Der vorgegebene Zeitraum sollte so gewählt werden, dass der vorläufige Wert der Maximaltemperatur seinem notwendigen Anstieg aufgrund von von der Einrichtung zusätzlich erzeugter Abwärme zu folgen vermag.
Der neue vorläufige Wert der Maximaltemperatur kann auf die Isttemperatur der Vorrichtung, die den bisherigen vorläufigen Wert bei der vorgegebenen maximalen Leistung der Kühlvorrichtung überschreitet, oder den um ein vorgegebenes Temperaturinkrement erhöhten bisherigen vorläufigen Wert festgelegt werden. Das Temperaturinkrement sollte dabei ausreichend groß gewählt werden, um einer notwendigen Erhöhung des vorläufigen Werts folgen zu können.
Wenn beim Festlegen der Maximaltemperatur mit einem vorläufigen Wert operiert wird, der nach Bedarf nach oben angepasst wird, kann die aktuelle Isttemperatur oder auch ein von der aktuellen Isttemperatur abhängiger Wert oder ein für jeden Betriebszeitraum gleicher Wert als Startwert für den vorläufigen Wert zu Beginn des jeweiligen Betriebszeitraums verwendet werden. Auf diese Weise wird der vorläufige Wert der Maximaltemperatur und damit auch der höchste vorläufige Wert, d. h. die tatsächliche Maximaltemperatur, während des jeweiligen Betriebszeitraums möglichst niedrig gehalten. Dies bedeutet aber auch, dass relativ viel Leistung von der Kühlvorrichtung verbraucht wird, bis sich der vorläufige Wert an den tatsächlichen Wert der Maximaltemperatur in dem jeweiligen Betriebszeitraum angepasst hat.
Um die Leistung von der Kühlvorrichtung zu minimieren, muss der vorläufige Wert der Maximaltemperatur von vornherein möglichst dicht an die tatsächliche Maximaltemperatur heran gebracht werden. Dazu kann er zu Beginn des jeweiligen Betriebszeitraums auf einen Erwartungswert festgelegt werden. Dieser Erwartungswert kann abhängig von der zeitlichen Lage des Betriebszeitraums und/oder Wetterprognosen für den Betriebszeitraum und/oder einen Betriebsplan der Einrichtung für den Betriebszeitraum sein. Bei einer Photovoltaikanlage zählt zur zeitlichen Lage des Betriebszeitraums von einem Tag vor allem die Jahreszeit. Wetterprognosen für den Betriebszeitraum wirken sich nicht nur über die anfallende Abwärme, sondern auch über die mit der Kühlvorrichtung abführbare Abwärme auf die Maximaltemperatur aus. Ein Betriebsplan der Einrichtung spielt insbesondere dann eine Rolle, wenn der Betrieb einer Abwärme erzeugenden Einrichtung insgesamt oder jedenfalls in Grenzen externer Einflüsse planbar ist.
Auf Basis der angesprochenen Daten kann eine Prognose für den Verlauf der erzeugten Abwärme und der verfügbaren Kühlleistung während des Betriebszeitraums erstellt und hieraus auf die zu erwartende Maximaltemperatur geschlossen werden. Dabei kann, um den Einsatz von Kühlleistung in der Kühlvorrichtung klein zu halten, der Erwartungswert an einer oberen Fehlergrenze der prognostizierten Maximaltemperatur gewählt werden. Umgekehrt kann er auch an einer unteren Fehlergrenze der prognostizierten Maximaltemperatur festgelegt werden, um die maximale Temperatur der Abwärme erzeugenden Einrichtung während des jeweiligen Betriebszeitraums möglichst klein zu halten. Daneben sind alle Zwischenwerte möglich.
Zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Leistung der Kühlvorrichtung so gesteuert werden, dass ein Anstieg der Isttemperatur bis zum Erreichen der Maximaltemperatur und/oder des vorläufigen Werts der Maximaltemperatur auf eine maximale Rate begrenzt wird. In jedem Fall sollte beim Steuern der Kühlvorrichtung darauf geachtet werden, dass schnelle Temperaturänderungen in der Abwärme erzeugenden Einrichtung und daraus resultierende thermische Belastungen vermieden werden. Temperaturträge Komponenten können schnellen Temperaturänderung nicht folgen. Sind solche temperaturträgen Komponenten in der Einrichtung fest mit weniger temperaturträgen Komponenten verbunden, ergeben sich hohe thermisch bedingte mechanische Spannungen.
Beim Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Leistung der Kühlvorrichtung so abhängig, insbesondere linear abhängig von der Isttemperatur der Einrichtung eingestellt werden, dass die Leistung der Kühlvorrichtung eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung erreicht, wenn die Isttemperatur die Maximaltemperatur erreicht. Konkret kann die Kühlleistung KL gemäß $KL = KLmin + (KLvor - KLmin) (IstT - Tmin) / (Tmax - Tmin)$
festgelegt werden, wobei KLmin eine minimale Kühlleistung bei einer minimalen Temperatur Tmin ist, KLvor die einzuhaltende vorgegebene Kühlleistung ist und Tmax die Maximaltemperatur ist. Dabei kann KLmin null sein. Tmin kann die Temperatur in der Umbebung der Einrichtung sein, die der Kühlvorrichtung als Wärmesenke dient. Alternativ dazu kann Tmin einer Temperatur eines Kühlkörpers oder einer Komponente der Einrichtung entsprechen, die unmittelbar vor, oder kurz nach Start des normalen Betriebes der Einrichtung innerhalb des Betriebszeitraumes ermittelt wird. Da sich bei deaktivierter Einrichtung die Temperatur der Komponenten der Einrichtung im Laufe der Zeit an die Umgebungstemperatur annähert, sind die Temperatur der Umgebung der Einrichtung und die Temperatur von Komponenten der Einrichtung, wenn sie unmittelbar vor oder kurz nach Start des Betriebes der Einrichtung aufgenommen werden, vergleichbar. Bei dieser Vorschrift für die Steuerung der Kühlleistung wird der Verlauf der Isttemperatur der Einrichtung gegenüber einem Verlauf ohne Steuerung der Kühlleistung gedämpft, und die Isttemperatur der Einrichtung ist nicht nur innerhalb eines Betriebszeitraumes als Ganzes, sondern auch innerhalb kleinerer Zeitintervalle innerhalb des Betriebszeitraumes - typischerweise zu jeder Zeit innerhalb des Betriebszeitraumes - eine aus der Abwärme der Abwärme erzeugenden Komponenten, der aktuellen Leistung des Kühlsystems und den Umgebungsbedingen resultierende Größe.
Das Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aber auch dazu dienen, die Isttemperatur der Einrichtung auf die Maximaltemperatur als Sollwert einzuregeln, um die Einrichtung möglichst lange auf dieser einen Temperatur zu halten. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden auch als Regel-Variante bezeichnet.
Bei der Regel-Variante, kann die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingehalten wird, ihrerseits abhängig von der Maximaltemperatur sein. Das heißt z. B., dass bei geringerer Maximaltemperatur eine geringere vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung berücksichtigt wird als bei höherer Maximaltemperatur, um Leistung der Kühlvorrichtung einzusparen. Sinnvoller Weise steigt dabei die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung als Funktion der Maximaltemperatur mit der Maximaltemperatur monoton an.
Weiterhin kann bei der Regel-Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn die Isttemperatur der Einrichtung die Maximaltemperatur bei einer vorgegebenen minimalen Leistung der Kühlvorrichtung unterschreitet und/oder wenn die Leistung der Kühlvorrichtung beim Einhalten der Maximaltemperatur einen vorgegebenen unteren Leistungsgrenzwert für einen vorgegebenen weiteren Zeitraum unterschreitet, auf ein Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung umgestellt werden, bei dem die Isttemperatur auf eine unterhalb der Maximaltemperatur liegende Zieltemperatur als Solltemperatur eingeregelt wird. Bei einer Photovoltaikanlage nimmt die erzeugte Abwärme am Ende des Tages in aller Regel so weit ab, dass die Maximaltemperatur auch bei einer Kühlleistung der Kühlvorrichtung von null nicht mehr gehalten wird. Wenn dies absehbar ist, ist es sinnvoll, nicht länger zu versuchen, die Maximaltemperatur einzuhalten, sondern die Temperatur der Einrichtung langsam, d. h. mit begrenzter Temperaturänderungsrate, auf Ihre Nachttemperatur zurückzuführen. Zu diesem Zweck dient die hier definierte, die Maximaltemperatur typischerweise für den Rest des Betriebszeitraums als Solltemperatur ersetzende Zieltemperatur. Das Umstellen der Solltemperatur von der Maximaltemperatur auf die Zieltemperatur kann aber auch zu einem bestimmten Zeitpunkt während des jeweiligen Betriebszeitraums erfolgen, von dem bekannt ist, dass die Maximaltemperatur danach nicht mehr erreicht werden wird.
Analog zu dem Erhöhen eines vorläufigen Werts der Maximaltemperatur kann die Zieltemperatur ausgehend von der Maximaltemperatur abgesenkt werden, wenn die Isttemperatur der Einrichtung die bisherige Zieltemperatur bei der vorgegebenen minimalen Leistung der Kühlvorrichtung unterschreitet und/oder wenn die Leistung der Kühlvorrichtung beim Einhalten der bisherigen Zieltemperatur den vorgegebenen unteren Leistungsgrenzwert für den vorgegebenen weiteren Zeitraum unterschreitet. Die neue Zieltemperatur kann dann auf die Isttemperatur der Einrichtung, die die bisherige Zieltemperatur bei der vorgegebenen minimalen Leistung der Kühlvorrichtung unterschreitet, oder auf die um ein vorgegebenes Temperaturinkrement erniedrigte bisherige Zieltemperatur festgelegt werden.
Auch ein Abfall der Isttemperatur bis zum Ende des jeweiligen Betriebszeitraums wird durch das Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung sinnvoller Weise auf eine maximale Grenze begrenzt.
Alternativ zur Regelung auf eine Zieltemperatur kann dann, wenn es absehbar ist, dass die Isttemperatur der Einrichtung die Maximaltemperatur bei vorgegebener maximaler Kühlleistung für den jeweiligen Betriebszeitraum nicht mehr überschreiten wird, auf eine reine Steuerung des Kühlsystems unter Berücksichtigung der Maximaltemperatur umgestellt werden. Dies ist bei einem wolkenfreien Tag und bei einer PV-Anlage als Einrichtung typischerweise in der zweiten Tageshälfte der Fall. In diesem Fall wird nicht mehr versucht, die Isttemperatur der Maximaltemperatur anzunähern, sondern es wird lediglich die Leistung der Kühlvorrichtung in Abhängigkeit der Maximaltemperatur und der sich einstellenden Isttemperatur gesteuert. Hierbei ist die Maximaltemperatur im weiteren Verlauf des jeweiligen Betriebszeitraums - z.B. des jeweiligen Tages - konstant. Konkret kann die Leistung der Kühlvorrichtung gemäß der oben wiedergegebenen Gleichung in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Isttemperatur IstT und der Temperatur Tmin unter Berücksichtigung der zuletzt erzielten Maximaltemperatur Tmax gesteuert werden. Auf diese Weise ergibt sich eine lineare Abnahme der Leistung der Kühlvorrichtung mit der Isttemperatur IstT bis die Isttemperatur IstT die Temperatur Tmin erreicht, bei der keine Kühlung der Einrichtung mehr sinnvoll erscheint und die somit einer Leistung der Kühlvorrichtung von 0 entspricht. Hierbei kann die Temperatur Tmin so gewählt werden, dass sie der Isttemperatur unmittelbar vor oder kurz nach dem Start des normalen Betriebes der Einrichtung in dem aktuellen Betriebszeitraum entspricht. Alternativ kann die Temperatur Tmin der Isttemperatur innerhalb eines Zeitraumes am Ende des vorangegangenen Betriebszeitraumes entsprechen. Sie kann aber auch in Tabellen - z.B. in Abhängigkeit der Jahreszeit - vorgehalten und diesen entnommen werden.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Verlustleistung generiert, weist einen Temperatursensor zum Erfassen der Isttemperatur der Einrichtung und eine Steuerung zum Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung auf, um die Isttemperatur auf eine festgelegte Maximaltemperatur zu begrenzen; und sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung die Maximaltemperatur individuell für verschiedene der Betriebszeiträume so festlegt, dass eine beim Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung einhält. Zur Erläuterung dieser Merkmale und weiterer Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird auf die vorangehenden Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Um einen Erwartungswert für die Maximaltemperatur festlegen zu können, kann die Steuerung eine Schnittstelle für den Empfang von Daten zur zeitlichen Lage des Betriebszeitraums und/oder zu Wetterprognosen für den Betriebszeitraum und/oder zu einem Betriebsplan der Einrichtung für den Betriebszeitraum aufweisen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere der dargestellten relativen Anordnung und Wirkverbindung mehrerer Bauteile - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies - in der Regel - so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.

1 skizziert eine Photovoltaikanlage mit einer Kühlvorrichtung für einen Wechselrichter als Abwärme erzeugende Einrichtung.
2 ist ein Flussdiagramm zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Steuern der Kühlvorrichtung gemäß 1.
3 ist ein detaillierteres Flussdiagramm zu einem Teil des Flussdiagramms gemäß 2.
4 ist ein Flussdiagramm zu einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Steuern der Kühlvorrichtung gemäß 1.
5 ist ein Flussdiagramm zu einer möglichen zusätzlichen Routine eines erfindungsgemäßen Verfahrens beim Steuern der Kühlvorrichtung gemäß 1.
6 ist eine Auftragung der Temperatur des Wechselrichters gemäß 1 über einen Tag bei Anwendung des Verfahrens gemäß 2.
7 ist eine Auftragung der Temperatur des Wechselrichters gemäß 1 über einen Tag bei Anwendung des Verfahrens gemäß 4 mit der zusätzlichen Routine gemäß 5; und
8 ist eine Auftragung der Temperatur des Wechselrichters an einem Tag mit geringer Leistung der Photovoltaikanlage gemäß 1 einerseits bei Anwendung des Verfahrens gemäß 2 und andererseits bei Anwendung des Verfahrens gemäß den 4 und 5.

FIGURENBESCHREIBUNG
Die in 1 skizzierte Photovoltaikanlage 1 weist einen Photovoltaikgenerator 2, einen Wechselrichter 3 und eine Kühlvorrichtung 4 für den Wechselrichter 3 auf. Der Wechselrichter 3 speist elektrische Leistung, die der Photovoltaikgenerator 2 erzeugt, in ein Wechselstromnetz 5 ein. Dabei erzeugen Leistungskomponenten des Wechselrichters 3 Verlustwärme, d. h. Abwärme, die zu einer Erhöhung der Isttemperatur des Wechselrichters 3 führen. Um diese Isttemperatur des Wechselrichters 3 zu begrenzen, ist die Kühlvorrichtung 4 vorgesehen, die hier beispielhaft in Form eines Kühlkörpers 6 wiedergegeben ist, der von einem Ventilator 7 mit Kühlluft beaufschlagt wird. Dabei wird ein Motor 8 des Ventilators 7 von einer Steuerung 9 der Kühlvorrichtung 4 in Abhängigkeit von der an dem Wechselrichter 3 erfassten Isttemperatur 10 angesteuert. In dem Beispiel gemäß 1 ist nur eine Kühlvorrichtung 4 mit einem Motor 8 und einem durch diesen angetriebenen Ventilator 7 dargestellt. Demzufolge ist auch lediglich das Erfassen einer Isttemperatur 10 dargestellt, die an dem Kühlkörper 6 oder an einer im Gehäuse lokalisierten Komponente des Wechselrichters 3 erfasst und der Steuerung 9 zugeführt wird. Es ist jedoch möglich, mehreren unterschiedlichen Komponenten des Wechselrichters 3 jeweils eine separate Kühlvorrichtung 4 mit einem Kühlkörper 6, einem Motor 8 und einem Ventilator 7 zuzuordnen. In diesem Fall werden an den unterschiedlichen Komponenten des Wechselrichters 3 mehrere Isttemperaturen 10 gleichzeitig erfasst und der Steuerung 9 zugeführt. In diesem Fall wird jeder Motor 8 jedes Ventilators 7 in Abhängigkeit der an der jeweiligen Komponente erfassten Isttemperatur 10 angesteuert. Gleichfalls ist es möglich, dass an mehreren unterschiedlichen Komponenten des Wechselrichters 3 jeweils eine Isttemperatur 10 erfasst wird, aber der Wechselrichter lediglich eine Kühlvorrichtung 4 mit einem Motor 8 und einem Ventilator 7 aufweist. In diesem Fall wird der Motor 8 vorteilhafter Weise durch die Steuerung 9 in Abhängigkeit der jeweils höchsten der erfassten Isttemperaturen 10 angesteuert. Die Steuerung 9 weist zudem eine Schnittstelle 11 auf, um, z. B. aus dem Internet 12, Daten zu beziehen, die sie beim Ansteuern des Motors 8 und damit bei der Leistung der Kühlvorrichtung 4 berücksichtigt.
Nach dem in 2 illustrierten Verfahren wird in einem Schritt 13 von der Steuerung 9 gemäß 1 eine Wetterprognose für den jeweiligen Tag empfangen. Weiterhin wird in einem Schritt 14 die zeitliche, insbesondere die jahreszeitliche Lage des jeweiligen Tags als relevanter Betriebszeitraum der mit der Kühlvorrichtung 4 gekühlten Einrichtung erfasst. Aus dieser jahreszeitlichen Lage ergibt sich ein zu erwartender Verlauf der auf den Photovoltaikgenerator 2 einfallenden Sonnenstrahlung. Dieser Verlauf wird mit der Wetterprognose kombiniert, und zwar um einerseits Einflüsse des Wetters auf die Sonneneinstrahlung und andererseits die Bedingungen, unter denen die Kühlvorrichtung während des betrachteten Betriebszeitraums arbeitet zu berücksichtigen. Basierend hierauf wird in einem Schritt 15 ein Erwartungswert EW für eine Maximaltemperatur derart bestimmt, dass beim Eintreffen der Wetterprognose eine beim Angleichen der Isttemperatur 10 (im Folgenden auch Isttemperatur IstT) des Wechselrichters 3 gemäß 1 an die Maximaltemperatur während des laufenden Tages auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung 4 eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung 4 einhält. Dabei bedeutet das Einhalten dieser vorgegebenen Leistung der Kühlvorrichtung 4 mit der an dem jeweiligen Tag auftretenden maximalen Leistung der Kühlvorrichtung 4, dass die auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung 4 die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung 4 im Wesentlichen erreicht, aber nicht wesentlich überschreitet. Die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung 4 kann dabei durch ein Leistungsintervall der Leistungsaufnahme der Kühlvorrichtung vorgegeben werden. In einem nachfolgenden Schritt 16 wird dann die Leistung KL der Kühlvorrichtung 4 zum Regeln der Isttemperatur IstT auf den zuvor bestimmten Erwartungswert EW verwendet. Wenn sich dabei im Rahmen einer Überprüfung 17 herausstellt, dass die Leistung KL doch zu groß wird, d. h. die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung 4 überschreitet, wird in einem Schritt 18 der Erwartungswert EW um ein Temperaturinkrement von beispielsweise einem oder mehreren °C erhöht, bevor zu dem Schritt 16 zurückgekehrt wird, was im Falle, dass die Leistung KL nicht zu groß ist, sofort geschieht. So wird der Erwartungswert soweit erforderlich an die tatsächliche Maximaltemperatur angepasst, bei der die an dem jeweiligen Tag auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung 4 die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung 4 tatsächlich einhält.
3 erläutert, wie das Steuern der Leistung KL der Kühlvorrichtung 4 zum Regeln der Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 gemäß 1 im Einzelnen aussehen kann. In einem Teilschritt 19 von Schritt 16 wird zunächst die Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 bestimmt. Dann wird in einer Überprüfung 20 ermittelt, ob die Isttemperatur IstT gleich, oder sich von dem Erwartungswert EW über eine gewisse Fehlertoleranz hinaus unterscheidet. Wenn dies der Fall ist, d. h. die Isttemperatur IstT - bis auf die gewisse Fehlertoleranz - gleich dem Erwartungswert EW ist, springt das Verfahren direkt zum Teilschritt 19 zurück. Wenn jedoch die Isttemperatur IstT von dem Erwartungswert EW abweicht, wird die Leistung KL der Kühlvorrichtung in einem Schritt 21 angepasst. Dazu wird, wenn die Isttemperatur IstT kleiner als der Erwartungswert EW ist, die Leistung KL der Kühlvorrichtung erniedrigt, sofern sie nicht schon einen vorgegebenen unteren Leistungsgrenzwert erreicht hat. Ist die Isttemperatur IstT hingegen größer als der Erwartungswert EW, wird die Leistung KL der Kühlvorrichtung erhöht. Bei einer Überprüfung 17 wird dann überprüft, ob die erhöhte Leistung KL bereits eine vorgegebene maximale Leistung der Kühlvorrichtung 4 überschreitet. Wenn ja, wird in dem Schritt 18 der Erwartungswert EW um das Temperaturinkrement erhöht.
Bei der in 4 skizzierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Schritt 22 kein Erwartungswert für die Maximaltemperatur aufgrund von Prognosen und anderer Vorkenntnisse bestimmt. Vielmehr wird ein vorläufiger Wert vW MaxT für die Maximaltemperatur vorgegeben. Dann schließt sich in einem Schritt 23 ein grundsätzlich dem Schritt 16 gemäß 2 entsprechendes Steuern der Leistung KL der Kühlvorrichtung 4 zum Regeln der Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 - hier auf den vorläufigen Wert vW MaxT der Maximaltemperatur - an. Wenn bei einer anschließenden Überprüfung 24 festgestellt wird, dass es nicht gelingt, die Isttemperatur bei dem aktuell vorläufigen Wert vW MaxT der Maximaltemperatur zu halten, sondern IstT >> vW MaxT ist, also die Isttemperatur IstT den vorläufigen Wert vW MaxT der Maximaltemperatur um mehr als eine übliche Regeldifferenz überschreitet, wird der vorläufige Wert vW MaxT in einem Schritt 25 erhöht, indem er beispielsweise auf die tatsächlich erreichte Isttemperatur IstT festgelegt wird. Ansonsten wird das Steuern der Leistung KL gemäß Schritt 23 direkt fortgeführt. Bei dem in 4 skizzierten Verfahren wird mit dem höchsten vorläufigen Wert vW MaxT die in dem jeweiligen Betriebszeitraum tatsächlich auftretende maximale Isttemperatur genau erfasst, und diese maximale Isttemperatur wird zu der Maximaltemperatur. Dafür wird bei dem Verfahren gemäß 4 relativ viel Leistung der Kühlvorrichtung 4 eingesetzt, weil anfangs versucht wird, die Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 beginnend mit deren Anfangswert, d. h. einem sehr niedrigen Temperaturwert, einzuhalten. Hingegen ist der bei dem Verfahren gemäß 3 zu Anfang bestimmte Erwartungswert aufgrund der zusätzlich vorliegenden Wetterprognosen sofort näher an der gesuchten Maximaltemperatur für den jeweiligen Betriebszeitraum als der Anfangswert des vorläufigen Werts vW MaxT gemäß 4. Somit wird gemäß 3 weniger versucht, eine anfangs zu niedrig eingeschätzte Maximaltemperatur einzuhalten, weshalb die von der Kühlvorrichtung 4 verbrauchte Leistung - im Vergleich zu dem Verfahren gemäß 4 - in dem Verfahren gemäß 3 tendenziell geringer ausfällt. Der höchste Erwartungswert EW gemäß 3 entspricht aufgrund der inkrementellen Erhöhung des jeweils vorangegangenen Wertes nicht notwendigerweise genau der idealen Maximaltemperatur für den jeweiligen Betriebszeitraums, sondern liegt etwas darüber. Dies gilt auch dann, wenn der Erwartungswert EW von vorn herein zu hoch abgeschätzt wurde.
In einer Alternative zu dem Verfahren gemäß 4 erfolgt anstelle des Steuerns der Kühlleistung KL zum Regeln der Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 (vgl. Schritt 23) ein (reines) Steuern der Kühlleistung KL im Sinne einer Vorgabe der Kühlleistung, um einer Erhöhung der Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 entgegenzuwirken. Ein derartiges Steuern der Kühlleistung KL kann beispielsweise nach der oben angegebenen Gleichung erfolgen. In diesem Fall wird nicht versucht, die Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 auf einen Vorgabewert hin einzuregeln, sondern es wird mittels der Steuerung der Kühlleistung KL lediglich einem Anstieg bzw. einem Abfall der Isttemperatur IstT des Wechselrichters 3 entgegengewirkt und dieser dadurch gehemmt. In einem nächsten Schritt des alternativen Verfahrens, der dem Schritt 24 entspricht, wird überprüft, ob die Isttemperatur IstT über eine gewisse Fehlertoleranz hinaus den vorläufigen Wert der Maximaltemperatur vW MaxT übersteigt. Ist dies der Fall, gilt also IstT >> vW MaxT, wird in einem dem Schritt 25 entsprechenden Schritt der vorläufige Wert der Maximaltemperatur vW MaxT heraufgesetzt, beispielsweise auf die aktuell herrschende Isttemperatur IstT. Ein Heraufsetzen des vorläufigen Wertes der Maximaltemperatur vW MaxT ist jedoch auch hier - wie in 3 beschrieben - um ein vorgegebenes Temperaturinkrement möglich.
5 illustriert eine Routine, mit der am Ende des jeweiligen Betriebszeitraums, d. h. des Tages bei der Photovoltaikanlage gemäß 1, die Isttemperatur IstT der von der Kühlvorrichtung 4 gekühlten Einrichtung, hier des Wechselrichters 3, frühzeitig abgesenkt wird, um Regelkapazität zum Ausgleichen von Temperaturschwankungen beizubehalten. Diese Regelkapazität ist auch bei dem Verfahren gemäß 4 während der Erhöhung des vorläufigen Werts vW MaxT der Maximaltemperatur gegeben. Hingegen kann es bei dem Verfahren gemäß 2 bis zum Erreichen des Erwartungswerts EW der Maximaltemperatur Temperaturschwankungen des Wechselrichters geben, die von der Kühlvorrichtung nicht kompensiert werden. In der Routine gemäß 5 wird bei einer Überprüfung 26 festgestellt, ob das Ende des Betriebszeitraums naht oder zumindest der typische Teilzeitraum vorüber ist, in dem die Maximaltemperatur erreicht wird. Wenn zusätzlich bei einer Überprüfung 27 festgestellt wird, dass die Kühlleistung KL- insbesondere über eine gewisse Zeitdauer hinaus - unter einen vorgegebenen unteren Leistungsgrenzwert KLmin gefallen ist, wird in einem Schritt 28 eine Zieltemperatur ZielT gesetzt, die dem aktuellen Wert von vW MaxT minus einem Temperaturinkrement entspricht. Dann wird in einem Schritt 29 die Isttemperatur IstT durch Steuern der Leistung KL der Kühlvorrichtung 4 auf diese Zieltemperatur ZielT geregelt. Bei jedem dabei auftretenden Unterschreiten des Leistungsgrenzwerts KLmin, was in Schritt 30 überprüft wird, wird in einem Schritt 31 die Zieltemperatur ZielT um ein weiteres Temperaturinkrement abgesenkt. Durch die auf diese Weise beibehaltene Regelkapazität kann nicht nur einer Temperaturschwankung unterhalb der Maximaltemperatur vorgebeugt werden, sondern es kann auch die Rate des Abfalls der Isttemperatur IstT gezielt begrenzt werden. Dies sind zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung der thermischen Belastung der Leistungskomponenten des Wechselrichters 3 und damit zur Erhöhung der Lebensdauer dieser Leistungskomponenten. Grundsätzlich kann dann, wenn die Maximaltemperatur nicht mehr erreicht wird, von einem Regeln der Kühlleistung KL gemäß 2 auch auf ein Steuern der Kühlleistung KL der Kühlvorrichtung umgestellt werden, wie es beispielsweise im vorhergehenden Absatz als Alternative zu dem in 4 skizzierten Regeln beschrieben wurde. Außerdem kann, wenn die Isttemperatur IstT eine vorgegebene Resttemperatur erreicht hat, die Kühlleistung KL der Kühleinrichtung auf null abgeregelt werden.
6 skizziert schematisch den Verlauf der Isttemperatur 10 des Wechselrichters 3 gemäß 1 über der Zeit, konkret über einen Tag, bei Anwendung des Verfahrens gemäß 2. Dabei ist angedeutet, dass der Erwartungswert EW für die Maximaltemperatur einmal erhöht werden muss, um die tatsächliche Maximaltemperatur zu erreichen. Der anfängliche Erwartungswert EW ist in diesem Beispiel also geringfügig zu niedrig angesetzt und die Kühlvorrichtung 4 ist unter Berücksichtigung der vorgegebenen maximalen Kühlleistung nicht in der Lage, bei den herrschenden Umgebungsbedingungen die Isttemperatur 10 auf den zu niedrig angesetzten Erwartungswert EW einzuregeln. Entsprechend wird der Erwartungswert EW um ein Inkrement erhöht, um ihn an die über den vorliegenden Tag einhaltbare Maximaltemperatur anzupassen.
7 illustriert, wie bei dem Verfahren gemäß 3 mit dem vorläufigen Wert vW MaxT der Maximaltemperatur über viele Schritte eine Annäherung an die über den vorliegenden Tag einhaltbare Maximaltemperatur erfolgt. Durch Anwendung des Verfahrens gemäß 5 kommt es auch am Ende des Tages zu einem gestuften Abfall der Isttemperatur 10 des Wechselrichters 3, wobei die Rampen zwischen allen Stufen beim Anstieg der Isttemperatur 10 und bei ihrem Abfall abgeflacht sind, d. h. eine begrenzte Steigung aufweisen.
8 stellt den Temperaturverlauf der Isttemperatur 10 für den Fall dar, dass ein Erwartungswert bei dem Verfahren gemäß 2 auch ohne Leistung der Kühlvorrichtung 4 überhaupt nicht erreicht wird, weil es beispielsweise unerwartet kalt ist und Wolken aufgezogen sind. Dies wird bei dem Verfahren gemäß 3 unmittelbar berücksichtigt, so dass es bei diesem Verfahren zu einem sehr geringen (gestuften) Temperaturhub der Isttemperatur 10' kommt, während die Isttemperatur 10" bei dem Verfahren gemäß 2 fast den zu hoch gesetzten Erwartungswert EW erreicht.
Eine Analyse der Kapazität des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung von vorhandenen Daten zur Entwicklung der Abwärme eines Wechselrichters einer Photovoltaikanlage und der gleichzeitig herrschenden Wetterbedingungen verglichen mit herkömmlichen Temperaturregelungen mit einer festen Kennlinie oder auf eine feste Maximaltemperatur ergab, dass die Zahl großer täglicher Temperaturhübe und die Zeiträume mit hoher Isttemperatur des Wechselrichters deutlich reduziert werden können, insbesondere zugunsten mittlerer bis kleiner Temperaturhübe und Isttemperaturen. Dies ist bei dem Verfahren gemäß 3 noch deutlicher ausgeprägter als bei dem Verfahren gemäß 2, allerdings auf Kosten einer deutlich erhöhten mittleren Leistung der Kühlvorrichtung 4 bei dem Verfahren gemäß 3 gegenüber dem Verfahren gemäß 2.
Bezugszeichenliste

1: Photovoltaikanlage
2: Photovoltaikgenerator
3: Wechselrichter
4: Kühlvorrichtung
5: Wechselstromnetz
6: Kühlkörper
7: Ventilator
8: Motor
9: Steuerung
10: Isttemperatur
11: Schnittstelle
12: Internet
13: Schritt
14: Schritt
15: Schritt
16: Schritt
17: Überprüfung
18: Schritt
19: Teilschritt
20: Überprüfung
21: Schritt
22: Schritt
23: Schritt
24: Überprüfung
25: Schritt
26: Überprüfung
27: Überprüfung
28: Schritt
29: Schritt
30: Überprüfung
31: Schritt
KL: Leistung der Kühlvorrichtung 4
IstT: Isttemperatur
EW: Erwartungswert
vW MaxT: vorläufiger Wert für die Maximaltemperatur
ZielT: Zieltemperatur

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kühlvorrichtung (4) begrenzter Leistung (KL) beim Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Abwärme erzeugt, mit den Schritten: - Festlegen einer Maximaltemperatur der Einrichtung, - Erfassen einer Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung und - Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4), um die Isttemperatur (10, IstT) auf die Maximaltemperatur zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperatur individuell für verschiedene der Betriebszeiträume so festgelegt wird, dass eine beim Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung (4) eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung derart einhält, dass die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) einerseits nicht überschritten wird und die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) andererseits tatsächlich erreicht wird, wobei die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) als Einzelwert oder als Leistungsintervall vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) durch ein Leistungsintervall der Leistungsaufnahme der Kühlvorrichtung (4) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Festlegen der Maximaltemperatur ein vorläufiger Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur jedes Mal während des Betriebszeitraums erhöht wird, wenn die Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung den bisherigen vorläufigen Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur bei einer vorgegebenen maximalen Leistung der Kühlvorrichtung (4) überschreitet und/oder wenn die Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) beim Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) unter Berücksichtigung des bisherigen vorläufigen Werts (vW MaxT) der Maximaltemperatur einen vorgegebenen oberen Leistungsgrenzwert für einen vorgegebenen Zeitraum überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der neue vorläufige Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur auf - die Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung, die den bisherigen vorläufigen Wert (vW MaxT) bei der vorgegebenen maximalen Leistung der Kühlvorrichtung (4) überschreitet, oder - den um ein vorgegebenes Temperaturinkrement erhöhten bisherigen vorläufigen Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorläufige Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur zu Beginn des jeweiligen Betriebszeitraums auf die aktuelle Isttemperatur (IstT) oder einen von der aktuellen Isttemperatur (IstT) abhängigen Wert oder einen für jeden Betriebszeitraum gleichen Wert festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorläufige Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur zu Beginn des jeweiligen Betriebszeitraums auf einen Erwartungswert (EW) der Maximaltemperatur festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorläufige Wert (vW MaxT) der Maximaltemperatur zu Beginn des jeweiligen Betriebszeitraums auf einen von - der zeitlichen Lage des Betriebszeitraums und/oder - Wetterprognosen für den Betriebszeitraum und/oder - einem Betriebsplan der Einrichtung für den Betriebszeitraum abhängigen Erwartungswert (EW) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) so gesteuert wird, dass ein Anstieg der Isttemperatur (IstT) bis zum Erreichen des vorläufigen Werts der Maximaltemperatur (vW MaxT) und/oder der Maximaltemperatur auf eine maximale Rate begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) die Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) so abhängig von der Isttemperatur (IstT) der Einrichtung eingestellt wird, dass die Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung erreicht, wenn die Isttemperatur (IstT) die Maximaltemperatur erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) die Isttemperatur (IstT) der Einrichtung auf die Maximaltemperatur als Sollwert eingeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) abhängig von der Maximaltemperatur vorgegeben wird..
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung die Maximaltemperatur bei einer vorgegebenen minimalen Leistung der Kühlvorrichtung (4) unterschreitet und/oder wenn die Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) beim Einhalten der Maximaltemperatur einen vorgegebenen unteren Leistungsgrenzwert für einen vorgegebenen weiteren Zeitraum unterschreitet, auf ein Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung (4) umgestellt wird, bei dem die Isttemperatur (IstT) der Einrichtung auf eine unterhalb der Maximaltemperatur liegende Zieltemperatur (ZielT) als Sollwert eingeregelt wird, oder bei dem die Kühlleistung (KL) linear abhängig von der Isttemperatur (IstT) der Einrichtung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt während des jeweiligen Betriebszeitraums auf ein Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung (4) umgestellt wird, bei dem die Isttemperatur (IstT) der Einrichtung auf eine unterhalb der Maximaltemperatur liegende Zieltemperatur (ZielT) als Sollwert eingeregelt wird, oder bei dem die Kühlleistung (KL) linear abhängig von der Isttemperatur (IstT) der Einrichtung festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zieltemperatur (ZielT) ausgehend von der Maximaltemperatur abgesenkt wird, wenn die Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung die bisherige Zieltemperatur (ZielT) bei einer vorgegebenen minimalen Leistung der Kühlvorrichtung (4) unterschreitet und/oder wenn die Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) beim Einhalten der bisherigen Zieltemperatur (ZielT) einen vorgegebenen unteren Leistungsgrenzwert für einen vorgegebenen weiteren Zeitraum unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die neue Zieltemperatur (ZielT) auf - die Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung, die die bisherige Zieltemperatur (ZielT) bei der vorgegebenen minimalen Leistung der Kühlvorrichtung (4) unterschreitet, oder - die um ein vorgegebenes Temperaturinkrement erniedrigte bisherige Zieltemperatur (ZielT) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfall der Isttemperatur (IstT) bis zum Ende des jeweiligen Betriebszeitraums durch das Steuern der Leistung der Kühlvorrichtung (4) auf eine maximale Rate begrenzt wird.
Kühlvorrichtung (4) zum Kühlen einer Einrichtung, die über jeden von mehreren Betriebszeiträumen hinweg in variablem Umfang Verlustleistung generiert, mit - einem Temperatursensor zum Erfassen der Isttemperatur (10, IstT) der Einrichtung und - einer Steuerung (9) zum Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4), um die Isttemperatur (10, IstT) auf eine festgelegte Maximaltemperatur zu begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) die Maximaltemperatur individuell für verschiedene der Betriebszeiträume so festlegt, dass eine beim Steuern der Leistung (KL) der Kühlvorrichtung (4) während des jeweiligen Betriebszeitraums auftretende maximale Leistung der Kühlvorrichtung (4) eine vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) derart einhält, dass die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) einerseits nicht überschritten wird und die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) andererseits tatsächlich erreicht wird, wobei die vorgegebene Leistung der Kühlvorrichtung (4) als Einzelwert oder als Leistungsintervall vorgegeben ist.
Kühlvorrichtung (4) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) eine Schnittstelle (11) für den Empfang von Daten - zur zeitlichen Lage des Betriebszeitraums und/oder - zu Wetterprognosen für den Betriebszeitraum und/oder - zu einem Betriebsplan der Einrichtung für den Betriebszeitraum aufweist.