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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Photovoltaik-Wechselrichter
und genauer gesagt auf die Regelung eines solchen Wechselrichters.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Patentdokument
1 ist ein technisches Dokument, welches sich mit der Ausgangsregelung
bzw. Leistungsregelung eines Photovoltaik-Generators befasst. Absatz
(0006) von Patentdokument 1 führt aus: „die maximale
Leistung, die von Solarzellen gewonnen werden kann, ändert
sich mit Veränderungen in der Temperatur oder in der Sonnenlichtmenge, so
dass es nicht möglich ist, die maximale Leistung ohne weiteres
effizient von Solarzellen zu gewinnen." Absatz (0002) führt
aus: „wenn bei einer Solarzelle, die bei Bestrahlung mit
Sonnenlicht Elektrizität erzeugt, die Menge des Sonnenlichts
auf die Solarzelle sowie die Temperatur konstant sind, dann fällt
die Ausgangsspannung Vs steil ab und wird Null, falls der Ausgangsstrom
Is über einen bestimmen konstanten Wert Iop erhöht
wird, wie in 6 dargestellt ist, welche die
Beziehung zwischen Ausgangsstrom und Ausgangsspannung einer Solarzelle
darstellt. Die maximale Ausgangsleistung Pmax einer Solarzelle mit
solchen Eigenschaften ist dann gegeben, wenn der Ausgangsstrom Iop
beträgt, und entspricht dem Produkt dieses Stroms Iop mit
der Ausgangsspannung Vop zu diesem Zeitpunkt. Ein Sonnenkollektor
wird hergestellt, indem 40 bis 50 solcher Solarzellen auf eine Platte
aufgebracht werden und in Serie oder parallel verschaltet werden."
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Absatz
(0003) führt aus: „wenn in einem solchen Sonnenkollektor
die Temperatur konstant gehalten und die Sonnenlichtmenge variiert
wird, dann ändert sich die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom
Is und der Ausgangsspannung Vs von Kurve A1 zu Kurve A2 bei einer
Abnahme der Sonnenlichtmenge, wie mit den durchgezogenen Linien
in 7 dargestellt ist, und dementsprechend ändert
sich auch der Punkt der maximalen Leistung von a1 nach a2. Als Ergebnis ändert
sich der Punkt der maximalen Leistung auf einer Kurve „a",
welche hier durch eine lang-kurz-gestrichelte Line dargestellt ist.
Hierbei ist 7 eine schematische Darstellung,
die die Beziehung zwischen Ausgangsstrom und Ausgangsspannung der
Solarzellen bei Veränderungen in der Sonnenlichtmenge oder
Temperatur illustriert.
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Absatz
(0004) führt aus: „wenn in einem solchen Sonnenkollektor
die Sonnenlichtmenge konstant gehalten und die Temperatur variiert
wird, dann ändert sich die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom
Is und der Ausgangsspannung Vs von Kurve B1 zu Kurve B2 bei einer
Zunahme der Temperatur, wie mit den gestrichelten Linien in 7 dargestellt ist,
und dementsprechend ändert sich auch der Punkt der maximalen
Leistung von b1 nach b2. Als Ergebnis ändert sich der Punkt
der maximalen Leistung auf einer Kurve „b", welche hier
durch eine lang-kurz-kurz-gestrichelte Line dargestellt ist. Aufgrund
dieser Eigenschaften verändert sich bei einer Änderung
der Temperatur oder der Sonnenlichtmenge auch die Maximalleistung,
die von den Solarzellen gewonnen werden kann, und es tritt das Problem
auf, dass (1) die Maximalleistung nicht ohne weiteres in effizienter
Weise von den Solarzellen gewonnen werden kann." Die Erfindung in
Patentdokument 1 soll dieses Problem lösen.
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Gemäß der
Erfindung in Patentdokument 1 wird ein optimaler Ausgangsspannungswert,
bei welchem die maximale von der Solarzelle gewinnbare Leistung
erzeugt wird, erfasst und gehalten, und eine Spannungsregelungseinrichtung
wird für eine vorbestimmte Zeitdauer unter Verwendung dieses
gehaltenen optimalen Ausgangsspannungswerts als Referenzsignal geregelt.
Nachdem diese vorbestimmte Zeitdauer vorbei ist, wird der Vorgang
des Erfassens und Haltens des optimalen Ausgangsspannungswerts,
und des Regelns der Spannungsregelungseinrichtung für eine
vorbestimmte Zeit unter Verwendung dieses gehaltenen optimalen Ausgangsspannungswerts
als Referenzsignal wiederholt, so dass selbst wenn eine Änderung
in der Sonnenlichtmenge oder der Temperatur vorliegt, es für
gewöhnlich möglich ist, die maximale Leistung
von der Solarzelle zu gewinnen.
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Allerdings
wird so die optimale Ausgangsspannung, die durch Halten einer Spannung
nahe a2 zur Zeit des Sonnenuntergangs am vorhergehenden Tag (also
eine Spannung, die niedriger ist als V2) als Referenzsignal gespeichert.
Am nächsten Morgen ist die erfasste Spannung immer noch
nicht höher als V2 beim Hochfahren innerhalb einer kurzen
Zeitdauer unmittelbar nach Sonnenaufgang, so dass die Anlaufregelung
des Wechselrichters zu wiederholtem Ein- und Ausschalten des Wechselrichters
führt und ein glattes Hochfahren bzw. Anlaufen nicht möglich ist.
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- [Patentdokument 1] JP
H06-214667A
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Wenn
die Sonnenlichtmenge reduziert wird, ergibt sich eine Änderung
von Kurve A1 zu Kurve A2, wie mit den durchgezogenen Linien in 7 angedeutet.
Ein Problem (2) liegt darin, dass z. B. in den Fällen,
in denen die Sonnenlichtmenge am nächsten Tag geringer
ist als die am vorhergehenden Tag, herkömmlicherweise jedes
mal beim Hochfahren bzw. Starten des Wechselrichters ein manueller
Einstellvorgang notwendig war. Es besteht somit ein Bedarf für
eine Technik, die in unbemannten Einrichtungen ein automatisches
Anlaufen bzw. Hochfahren des Wechselrichters ermöglicht,
wobei der Anlaufbefehl hinsichtlich Schwankungen in Sonnenlicht
und Temperatur korrigiert wird.
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Beim
Lösen dieses Problems (2) fanden die Erfinder heraus, dass
in dem Fall, dass der Wechselrichter automatisch z. B. auf Kurve
A1 in 7 betrieben werden soll, wenn es möglich
wäre, die gesetzten Werte durch eine Verschiebung von Punkt
As auf Kurve A1 zu Kurve Ass auf Kurve A2 zu verschieben, dann würde
ein automatisches Anlaufen bzw. Hochfahren möglich werden.
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Wenn „das
elektrische Signal, welches als Trigger zum Ausgeben des Wechselrichter-Anlaufbefehls
dient" als „Wechselrichter-Anlaufkickspannung" definiert
wird, dann wird gemäß Anspruch 1 bereitgestellt:
ein
Photovoltaik-Wechselrichter mit einer ersten SpannSpannungserfassungseinrichtung
zum Steuern der Ausgangseigenschaften des Wechselrichters; einer
Stromerfassungseinrichtung; einer Steuerungseinrichtung und einer
Treibereinrichtung,
wobei der Photovoltaik-Wechselrichter ferner
aufweist: eine Modellspannungsspeichereinrichtung zum Speichern
einer Tabelle mit Schwankungswerten von Wechselrichter-Anlaufkickspannungen,
die in Abhängigkeit von Stichprobenwerten einer sich ständig
verändernden Sonnenlichtmenge erstellt sind; eine Modellspannungsausleseeinrichtung;
eine
zweite Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Wechselrichter-Anlaufkickspannung; und
eine Wechselrichteranlaufsteuerungseinrichtung.
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Gemäß Anspruch
2 wird bereitgestellt:
ein Photovoltaik-Wechselrichter mit
einem Wechselrichter, der die Ausgangsspannung eines Sonnenkollektors
regelt und die Ausgangsspannung einer Last zuführt; einer
Treibereinrichtung zum Treiben des Wechselrichters; einer Leistungserfassungseinrichtung
zum Erfassen der Ausgangsleistung des Sonnenkollektors, wobei die
Leistungserfassungseinrichtung eine erste Spannungserfassungseinrichtung zum
Erfassen einer Ausgangsspannung des Sonnenkollektors sowie eine
Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ausgangsstroms des
Sonnenkollektors aufweist; und einer Leistungsteuerungseinrichtung
zum Anlegen eines PWM-Steuersignals an die Treibereinrichtung aufweist;
wobei
der Photovoltaik-Wechselrichter ferner aufweist: eine Modellspannungsspeichereinrichtung zum
Speichern einer Modellspannungstabelle mit Wechselrichter-Anlaufkickspannungen,
die in Abhängigkeit von Schwankungswerten einer Sonnenlichtmenge
erstellt ist;
eine Modellspannungsausleseeinrichtung; eine
zweite Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Wechselrichter-Anlaufkickspannung;
und eine Wechselrichter-Anlaufsteuerungseinrichtung.
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Gemäß Anspruch
3 wird bereitgestellt:
ein Photovoltaik-Wechselrichter mit
einem Wechselrichter, der die Ausgangsspannung eines Sonnenkollektors
regelt und die Ausgangsspannung einer Last zuführt; einer
Treibereinrichtung zum Treiben des Wechselrichters; einer Leistungserfassungseinrichtung
zum Erfassen der Ausgangsleistung des Sonnenkollektors, wobei die
Leistungserfassungseinrichtung eine erste Spannungserfassungseinrichtung zum
Erfassen einer Ausgangsspannung des Sonnenkollektors sowie eine
Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Ausgangsstroms des
Sonnenkollektors aufweist; und einer Leistungsteuerungseinrichtung
zum Anlegen eines PWM-Steuersignals an die Treibereinrichtung aufweist;
wobei
die Last über ein kontaktloses Schaltelement an den Wechselrichter
angeschlossen ist; und
wobei der Photovoltaik-Wechselrichter
ferner aufweist: eine Modellspannungsspeichereinrichtung zum Speichern
einer Modellspannungstabelle mit Wechselrichter-Anlaufkickspannungen,
die in Abhängigkeit von Schwankungswerten einer Sonnenlichtmenge
erstellt sind; eine Modellspannungsausleseeinrichtung; eine zweite
Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Wechselrichter-Anlaufkickspannung;
und eine Wechselrichteranlaufsteuerungseinrichtung. Das kontaktlose
Schaltelement ist ein Element, welches einen Wechselstrom verbinden bzw.
trennen kann, wie z. B. ein Triac oder ein antiparallel geschalteter
Thyristor, welches eine Steuerelektrode und eine Hauptstromleitungselektrode
aufweist, und welches den operativen Effekt bewirkt, dass eine Hauptstromverbindung
lediglich dann bewirkt wird, wenn der Steuerelektrode ein Signal
von einer Wechselrichter-Anlaufsteuereinrichtung zugeführt
wird.
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In
einem Photovoltaik-Wechselrichter gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 3, wird in einem ersten Format einer
Modellspannungstabelle gemäß der Ansprüche
4 und 5 eine Tabelle erstellt, wobei eine Temperaturachse und eine
Zeitachse als orthogonalen Achsen dienen wobei die saisonalen Schwankungswerten
einer Wechselrichter-Anlaufspannung, die in Abhängigkeit
von saisonalen Schwankungswerten einer Sonnenlichtmenge erstellt
sind, als Modellspannungen genommen werden, und die Modellspannungstabelle
des zweiten Formats eine Modellspannungstabelle ist, in welcher
der Faktor saisonaler bzw. jaherszeitbedingter Schwankungen berücksichtigt
ist und welche chronologisch ausgelesen werden kann.
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Gemäß Anspruch
4 werden, in einem Photovoltaik-Wechselrichter gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 3, die saisonalen Schwankungswerten
der Wechselrichter-Anlaufkickspannung, die in Abhängigkeit.
von Schwankungswerten einer Sonnenlichtmenge erstellt sind, als
Modellspannungen genommen, und die Modellspannungstabelle ist eine
Modellspannungstabelle, in welcher die Zeitachse als X-Achse (oder
Y-Achse) dient und die Temperatur als Y-Achse (oder X-Achse) dient.
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Gemäß Anspruch
5 ist, in einem Photovoltaik-Wechselrichter gemäß einem
der Ansprüche 1 bis 3, die Modellspannungstabelle des zweiten
Formats, welche eine Modellspannungstabelle ist, bei der der Faktor
saisonaler Schwankungen berücksichtigt ist und welche chronologisch
ausgelesen werden kann, eine Modellspannungstabelle, bei der der
Faktor saisonaler Schwankungen berücksichtigt ist und welche chronologisch
ausgelesen werden kann.
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Diese
Modellspannungstabelle wird erhalten, indem graduelle Schwankungsmodellspannungen
VM, in welchen der Faktor saisonaler Schwankungen berücksichtigt
ist und welche chronologisch ausgelesen werden können,
sowie Kurztagesmodellspannungen VML zum ermöglichen von
kurzzeitigen Korrekturen von Tag zu Tag gespeichert und als Tabelle
angeordnet werden.
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Gemäß Anspruch
6 wird
ein Photovoltaik-Wechselrichter nach Anspruch 5 bereitgestellt,
wobei die graduellen Schwankungsmodellspannungen VM und die Kurztagesmodellspannungen
VML in einer Modellspannungstabelle gespeichert und als Tabelle
angeordnet sind, wobei die VM-Tabelle und die VML-Tabelle ausgelesen
und kombiniert werden, und eine
Modellspannungstabelle zum
Setzen der Kickspannung des jeweiligen Tages erhalten wird, bei
der alle Jahreszeiten und alle Zeiten als Modellspannung genommen
werden.
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Gemäß Anspruch
7
umfasst ein Photovoltaik-System eine Solarzelle; einen mit
der Solarzelle verbundener Wechselrichter; eine Steuerungsvorrichtung,
die den Wechselrichter auf Basis einer Spannung und einem Strom
zwischen der Solarzelle und dem Wechselrichter steuert; und eine
Anlaufbefehlssignal-Bereitstellungsvorrichtung, die ein Anlaufbefehlssignal
an die Steuerungsvorrichtung sendet bzw. ausgibt, und zwar unter
Verwendung einer Modellspannungstabelle mit Wechselrichter-Anlaufkickspannungen,
die in Abhängigkeit von Schwankungswerten einer Sonnenlichtmenge
erstellt werden.
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Mit
einem solchen System ist es möglich, den Wechselrichter
automatisch unter Berücksichtigung von Schwankungen in
der Sonnenlichtmenge anlaufen zu lassen bzw. zu starten.
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Gemäß Anspruch
8
wird ein Photovoltaik-System nach Anspruch 7 bereitgestellt,
wobei die Anlaufbefehlssignal-Bereitstellungsvorrichtung die Spannung
zwischen der Solarzelle und dem Wechselrichter bei einem Betriebsbeginn
des Wechselrichters erfasst, und wobei diese Spannung als Wechselrichter- Anlaufkickspannung
in der Modellspannungstabelle gespeichert werden kann.
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Mit
einem solchen System wird aufgrund einer Lernfunktion ein gleichmäßiges
Anlaufen Lassen bzw. Starten des Wechselrichters erreicht.
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Gemäß Anspruch
9
wird ein Photovoltaik-System nach Anspruch 7 oder 8 bereitgestellt,
wobei die Anlaufbefehlssignal-Bereitstellungsvorrichtung Folgendes
aufweist eine Speichervorrichtung, die die Modellspannungstabelle speichert;
eine Spannungserfassungsvorrichtung, die die Spannung zwischen der
Solarzelle und dem Wechselrichter erfasst; eine Auslesevorrichtung,
die von der Modellspannungstabelle eine Wechselrichter-Anlaufkickspannung
ausliest, die mit einem Erfassungsergebnis der Spannungserfassungsvorrichtung übereinstimmt;
und eine
Anlaufsteuerungsvorrichtung, die in Abhängigkeit von
der ausgelesenen Wechselrichter-Anlaufkickspannung ein Anlaufbefehlssignal
an die Steuerungsvorrichtung sendet.
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Gemäß Anspruch
10
wird ein Photovoltaik-System nach einem der Ansprüche
7 bis 9 bereitgestellt, wobei die Wechselrichter-Anlaufkickspannungen
in der Modellspannungstabelle in Korrelation mit Informationen,
die die Schwankungen in der Sonnenlichtmenge beeinflussen, wie z.
B. die Tageszeit, der Monat zu dem der Tag gehört oder
die Jahreszeit, gesetzt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist
ein umfassendes Schaltbild mit einem Wechselrichter nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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2 ist
ein umfassendes Schaltbild mit einem Wechselrichter nach einer anderen
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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3 ist
ein Schaltbild mit einem herkömmlichen Wechselrichter, wie
er in Patentdokument 1 beschrieben ist.
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4 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und
der Ausgangsspannung in einem Sonnenkollektor gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zeigt.
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5 zeigt ein Betriebsschema einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform.
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6 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom und
der Ausgangsspannung in einem Sonnenkollektor, welcher in einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verwendet
wird, zeigt.
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7 ist
eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen Ausgangsstrom
und Ausgangsspannung der in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
verwendeten Solarzellen bei Veränderungen der Sonnenlichtmenge
oder der Temperatur illustriert.
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BEVORZUGTE AUSÜHRUNGSFORMEN DER
ERFINDUNG
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Die
folgenden Erläuterungen beziehen sich auf 1,
welches ein umfassendes Schaltbild ist mit einem Wechselrichter
nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichen, die gleich solchen in 2 sind,
welche ein umfassendes Schaltbild eines Wechselrichters nach einer
anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
oder gleich solchen in 3, welches ein Schaltbild mit
einem herkömmlichen Wechselrichter darstellt, wie er in
Patentdokument 1 beschrieben ist, bezeichnen gleiche Elemente.
Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen Sonnenkollektor 1,
der über eine Schutzdiode 2 mit der Eingangsseite
eines Wechselrichters 3 verbunden ist. Dieser Wechselrichter 3 ist
durch Schaltelemente 4 bis 7 gebildet, wie zum
Beispiel IGBTs oder andere Transistoren. Die Ausgangsseite des Wechselrichters 3 ist
mit einer Last 8 verbunden. Diese Last 8 ist über
Schalter 9 mit einer Netz-Wechselstromquelle 10 verbunden. Die
Schalter 9 sind geschlossen, wenn ein umgekehrter Leistungsfluss
vom Sonnenkollektor zur Netz-Wechselstromquelle 10 vorliegt.
Im umfassenden Schaltbild von 2, welches
einen Wechselrichter gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
zeigt, ist die Last 8 über ein kontaktloses Schaltelement 20 mit
der Ausgangsseite des Wechselrichters 3 verbunden. Dieses
Schaltelement 20 hat den Vorteil, dass es ermöglicht,
den Zustand des Wechselrichters beim Hochfahren schnell zwischen
belastet und unbelastet umzuschalten, indem ein Verbindungs- bzw.
ein Trennsignal von einer Start-Steuerungseinrichtung 18 an
seine Steuerelektrode angelegt wird.
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Auf
der Eingangsseite des Wechselrichters
3 ist ein erster
Spannungsdetektor
11 zwischen Plus und Minus vorgesehen,
welcher die Spannung, die vom Sonnenkollektor
1 an den
Wechselrichter
3 angelegt wird, erfasst. In ähnlicher
Weise ist ein Gleichstromdetektor
12 seriell zwischen dem
Wechselrichter
3 und dem Sonnenkollektor
1 vorgesehen
und erfasst den Strom, der vom Sonnenkollektor
1 zum Wechselrichter
3 fließt.
Die erfasste Spannung und der erfasste Strom werden einem Steuergerät
13 bereitgestellt.
Dieses Steuergerät
13, welches am Wechselrichter
eine Spannungssteuerung auf Basis der erfassten Spannung und des
erfassten Stroms durchführt, ist eine Schaltung wie sie
beispielsweise in
JP
H06-214667A offenbart ist. Das Steuergerät
13 führt
dem Treiber
14 ein Treibersignal zu. Der Treiber
14 steuert
die bereitgestellt Leistung derart, dass die Gleichspannung des
Sonnenkollektors
1 in eine Wechselspannung geschaltet wird
und bezüglicher der Last
8 konstant ist, indem
die Schaltelemente
4 bis
7 des Wechselrichters
mit dem Treibersignal angesteuert werden.
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Die
Einzelheiten bezüglich der herkömmlichen Wechselrichter-Steuerung,
wie sie im Folgenden erläutert wird, sind so wie in Patentdokument 1, so
dass redundante Erläuterungen solcher Einzelheiten ausgelassen
werden und lediglich die für das Gesamtverständnis
notwendigen Aspekte erläutert werden. Das Steuergerät 13 in 1 weist
einen Multiplizierer auf, der die erfasste Spannung mit dem erfassten
Strom multipliziert. Der Multiplikationsausgang des Multiplizierers
repräsentiert die Ausgangsleistung, die vom Sonnenkollektor 1 gewonnen
wird. Der Multiplizierer, der erste Spannungsdetektor 11 und
der Stromdetektor 12 bilden eine Einrichtung zur Leistungserfassung
bzw. -detektion. Das Signal, welches diese Ausgangsleistung repräsentiert,
wird mit Widerständen spannungsgeteilt, das spannungsgeteilte
Signal wird einem Vergleicher zugeführt, und der Ausgang
dieses Vergleichers wird in eine Halteschaltung gegeben, die das
Spannungssignal zum Zeitpunkt unmittelbar vor der Änderung
des Vergleichers von „0" nach „1" ausgibt. Die
Ausgabe der Halteschaltung wird einem Fehlerverstärker
zugeführt, welchem auch das spannungsgeteilte Signal zugeführt
wird. Die Diskrepanz zwischen den beiden wird verstärkt,
und der Fehlerverstärker wird einer Treiberschaltung zugeführt.
Wenn Sonnenlicht auf den Sonnenkollektor einstrahlt, dann regen
die Solarzellen eine Spannung an, welche zum Wechselrichter geführt
wird, vom Wechselrichter spannungsgesteuert wird, und der Last zugeführt
wird. Die Einzelheiten hiervon sind in Patentdokument 1 beschrieben.
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Im
umfassenden Schaltbild von 2, welches
einen Wechselrichter nach einer anderen erfindungsgemäßen
Ausführungsform umfasst, ist die Last 8 über
ein kontaktloses Schaltelement 20, wie z. B. einen Thyristor,
mit der Ausgangsseite des Wechselrichters 3 verbunden.
Die Last 8 ist über Schalter 9 mit der
Netz-Wechselstromquelle verbunden. Die Schalter 9 werden
geschlossen, um einen umgekehrten Lastrom von dem Sonnenkollektor 1 zur Netz-Wechselstromquelle 10 zu
veranlassen. Da die Last mit diesem kontaktlosen Schaltelement 20 verbunden
bzw. getrennt wird, besteht der Vorteil, dass ein Anlaufen bzw.
Starten möglich ist, während die Spannung am Wechselrichter 3 im
augenblicklichen lastlosen Betrieb aufgrund einer augenblicklichen Trennung
geprüft wird, und nicht wenn die Last noch mit dem Wechselrichter 3 verbunden
ist, so wie im herkömmlichen Schaltbild von 3.
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Um
das Anlaufen bzw. Starten des erfindungsgemäßen
Wechselrichters in 1 bzw. 2 glatt
durchzuführen, wird die Ausgangsspannung des Sonnenkollektors
mit einer zweiten Einrichtung 15 zur Spannungserfassung
als Trigger für den Start- bzw. Anlaufbefehl erfasst, und
ferner bilden eine Speichereinrichtung 16, eine Ausleseeinrichtung 17 und
eine Start-Steuereinrichtung 18, eine PV-Lerneinrichtung 19,
mit dem eine PV-Lernfunktion implementiert ist.
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7 ist
eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen Ausgangsstrom
und Ausgangsspannung des im erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel verwendeten Sonnenkollektors bei Veränderungen
in der Sonnenlichtmenge oder der Temperatur illustriert. Wenn in
diesem Sonnenkollektor die Temperatur konstant gehalten und die
Sonnenlichtmenge verändert wird, dann ändert sich
die Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom Is und der Ausgangsspannung
Vs von der Kurve A1 zur Kurve A2, wie mit den durchgezogenen Linien
angedeutet, wenn sich die Sonnenlichtmenge verringert. Dementsprechend ändert
sich auch der Punkt der maximalen Leistung von a1 nach a2. Als Ergebnis ändert
sich der Punkt der maximalen Leistung wie durch die Kurve „a"
angedeutet, welche durch eine lang-kurz-gestrichelte Linie dargestellt
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 werden lediglich diejenigen
Aspekte in 7 erläutert, die für
das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Die Gleichspannung,
die bei einem Stromwert nahe einem lastlosen Betrieb ausgegeben
wird, ändert sich von V1 zu V2 bei einer Veränderung
von Kurve A1 zu Kurve A2. Der Spannungswert zu Mittag ist V1 und beträgt
V2 unmittelbar vor Sonnenuntergang. Die zweite Einrichtung 15 zur
Spannungserfassung in 1 und 2 erfasst
diese Spannungen. Wenn diese Spannungen erfasst werden, dann liest
die Einrichtung 17 zum Auslesen von Spannungen einen entsprechenden
Wert V2 aus einer Spannungstabelle in der Einrichtung 16 zum Speichern
von Modellspannungen aus. Zu einem Moment in dem, während des
Betriebs des Wechselrichters, V1 erfasst wird und V2 bei Sonnenuntergang
erfasst wird, führt Einrichtung 17 zum Auslesen
von Spannungen einen Auslesevorgang durch, und der entsprechende
Wert V2 davon wird als Signal der Start-Steuerungseinrichtung 18 zugeführt,
und wenn die PCM-Steuerung der Steuerungseinrichtung heruntergefahren
wird, wird die Ausgabe des Wechselrichters gestoppt.
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Am
nächsten Morgen wird die Spannung V1 erfasst und die Einrichtung 17 zum
Auslesen von Spannungen führt den der erfassten Spannung
entsprechenden Wert V1 als Signal der Start-Steuerungseinrichtung 18 zu,
und vergrößert die Ausgabe des Wechselrichters
indem die Pulsbreite (engl.: conduction width) der PCM-Steuerung
der Steuerungseinrichtung verbreitert wird, d. h., wenn der Betrieb gestartet
wird, wird die Spannung V1 als die Anlaufkickspannung gesetzt und
in der Spannungstabelle von 5 gespeichert.
Da, wie in 4 dargestellt, eine gegebene
Betriebsspannung Vs sich bei niedrigen Temperaturen nach Vss auf
der Kurve B1 verschiebt, wird dies ebenfalls in der Spannungstabelle von 5 gespeichert und Vss wird an dem entsprechenden
Punkt der Y-Achse für Temperatur gespeichert, so dass auch
auf Temperaturänderungen reagiert und diese korrigiert
werden können. 5 zeigt Betriebsdiagramme
gemäß einem Ausführungsbeispiel einer
Modellspannungstabelle.
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Von
den Betriebsdiagrammen in 5 stellt 5(a) ein erstes Format einer Modellspannungstabelle
dar, in welcher saisonale bzw. jahreszeitbedingte Änderungswerte
der Wechselrichter-Anlaufkickspannung, die auf Basis der saisonalen
bzw. jahreszeitbedingten Änderung der Sonnenlichtmenge erstellt
werden, als Modellspannungen dienen, und in einer Tabelle angeordnet
werden mit einer Temperaturachse und einer Zeitachse als orthogonale
Achsen.
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5(b) zeigt eine Modellspannungstabelle in
einem zweiten Format, die eine vereinfachte Modellspannungstabelle
ist, bei der der Faktor der saisonalen bzw. jahreszeitbedingten Änderungen
einbezogen ist und die in chronologischer Reihenfolge ausgelesen
werden kann. Die Y-Achse reicht von Januar bis Dezember und wenn
der Auslesevorgang nach Dezember mit Januar fortgesetzt wird, kann
er endlos fortgesetzt werden.
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Die
vereinfachte Modellspannungstabelle ist als zwei Modellspannungstabellen
ausgelegt, in welchen graduelle Änderungsmodellspannungen
VM, welche den Faktor der saisonalen bzw. jahreszeitbedingten Änderungen
mit einbeziehen und die chronologisch ausgelesen werden können,
sowie Kurztagesmodellspannungen VML zur Ermöglichung von Tageskorrekturen
gespeichert sind.
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Im
ersten Format ist die Temperaturachse in 5(a) die
X-Achse. Diese X-Achse ist in vier Abschnitte unterteilt, nämlich
Frühling, Sommer, Herbst und Winter, entsprechend den vier
Jahreszeiten. Abhängig von den saisonalen Änderungen,
die an dem Ort wo die Vorrichtung installiert ist aufgezeichnet werden,
werden die erzeugten Wechselrichter-Anlaufkickspannungen XXX etc.
als Modellspannungen aufgezeichnet und ein PV-Lernvorgang wird durchgeführt.
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Im
Folgenden wird der Betrieb eines automatischen Anlaufvorgangs des
Wechselrichters erläutert.
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Wenn
die Anlaufkickspannung XX für die Zeit t2 am Morgen im
Abschnitt „Frühling" ausgelesen wird, wird die
Spannung V1 am Morgen mit der zweiten Einrichtung 15 zur
Spannungserfassung erfasst, die Einrichtung 17 zum Auslesen
von Modellspannungen führt den Wert V1, der der erfassten
Spannung xx entspricht, als Signal der Start-Steuerungseinrichtung 18 zu,
die Ausgabe bzw. Leistungsabgabe des Wechselrichters wird durch
Aufweitung der Pulsbreite (engt.: conduction width) der PCM-Steuerung
der Steuerungsvorrichtung vergrößert, und somit
wird der Betrieb gestartet. Zur selben Zeit wird die Spannung V1
als Anlaufkickspannung gesetzt und in der Spannungstabelle gespeichert.
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Wenn
die Temperatur hoch ist, wird die Kickspannung ΔΔ für
die Zeit t2 aus dem Abschnitt „Sommer" ausgelesen und der
Betrieb wird gestartet. Zur selben Zeit wird die Spannung V1 der
Kurve A1 als Anlaufkickspannung gesetzt und in der Spannungstabelle
gespeichert. Am nächsten Tag dient diese Spannung V1 als
Kickspannung, so dass wenn die Temperatur steigt, am nächsten
Tag ein Übergang von der Kurve B1 zur Kurve A1 stattfindet
und sich die Spannung V1 in die Richtung niedrigerer Kickspannungen
auf der Kurve B1 (des Vortages) verschiebt, aber der Betrieb wird
derart gestartet, dass die zweite Einrichtung 15 zur Spannungserfassung keine
fehlerhafte Spannungserfassung durchführt, oder in anderen
Worten, eine „Lernfunktion" wird implementiert.
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Das
Auslesen der graduell variierenden Modellspannungen (VM-Tabelle)
und der Kurztagesmodellspannungen (VML-Tabelle), die Kombination
derselben und das Aufzeichnen aller Tageszeiten aller Jahreszeiten
als Modellspannungen ist vorteilhaft, um automatisch die Kickspannung
für das Anlaufen an einem gegebenen Tag präzise
zu setzen.
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Wie
oben erläutert wurde, wird mit der vorliegenden Erfindung
selbst bei einer Veränderung der Sonnenlichtmenge oder
der Temperatur zur Zeit des Anlaufens des Wechselrichters eine Modellspannungstabelle
verwendet, in welche der Faktor der saisonalen bzw. jahreszeitbedingten
Veränderungen in den Signalwert, der als Referenz zum Aussenden
eines Anlaufbefehlssignal dient, einbezogen ist und als Tabelle
ausgelegt ist. Da eine Speichereinrichtung zum Speichern der Modellspannungstabelle,
eine Ausleseeinrichtung und eine Anlaufsteuereinrichtung vorgesehen
sind, wird der Startvorgang mit Ass auf der Kurve A2 für
schwächere Sonneneinstrahlung durchgeführt, und
wenn sich die Sonneneinstrahlung stabilisiert hat, wird die gleiche
Leistung ausgegeben wie wenn der Startvorgang bei As auf Kurve A1 durchgeführt
wird, wobei zum Zeitpunkt des Startens des Wechselrichters, nicht
das Problem auftritt, dass der Wechselrichter wiederholt ein- und
ausgeschaltet wird.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Mit
der erfindungsgemäßen Stromquelle kann Photovoltaik-Gerät
kostengünstig hergestellt werden, das auf einfache Weise
an kleinere Verbraucher, wie zum Beispiel einzelne Haushalte, bereitgestellt
werden kann. Wenn solches Gerät sich verbreitet, wird es
unnötig, Kraftwerke für Lastspitzen bei Energieengpässen
im Sommer bereitzustellen, so dass ein wertvoller Beitrag zur Einsparung
von Rohstoffen geleistet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Bereitgestellt
wird ein Photovoltaik-Wechselrichter, der auf Änderungen
in Temperatur und Sonnenlichtmenge reagieren kann und der automatisch hochgefahren
werden kann, der eine einfache Anordnung hat und kostengünstig
ist. Der Photovoltaik-Wechselrichter umfasst eine erste Spannungserfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Ausgangsspannung eines Sonnenkollektors; eine
Stromerfassungseinrichtung; eine Steuerungseinrichtung und eine
Treibereinrichtung. Er umfasst ferner eine Modellspannungsspeichereinrichtung
zum Speichern einer Modellspannungstabelle von Wechselrichter-Anlaufkickspannungen
mit saisonalen Schwankungswerten von Wechselrichter-Anlaufkickspannungen,
die in Abhängigkeit von Schwankungswerten einer Sonnenlichtmenge
erstellt sind; eine Modellspannungsausleseeinrichtung; eine zweite Spannungserfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Wechselrichter-Anlaufkickspannung; und eine Wechselrichteranlaufsteuerungseinrichtung.
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- 1
- Sonnenkollektor
- 2
- Verpolungsschutzdiode
- 3
- Wechselrichter
- 4,
5, 6, 7
- Schaltelemente
- 8
- Last
- 9
- Schalter
- 11
- Spannungsdetektor
(Einrichtung zur Leistungserfassung)
- 12
- Stromdetektor
(Einrichtung zur Leistungserfassung)
- 13
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Treiber
- 15
- zweiter
Spannungsdetektor (Einrichtung zum Starten bzw. Anlaufen)
- 16
- Einrichtung
zum Speichern von Modellspannungen ("PV-Lernfunktion")
- 17
- Einrichtung
zum Auslesen von Modellspannungen ("PV-Lernfunktion")
- 18
- Einrichtung
zur Start- bzw. Anlaufsteuerung
- 19
- Einrichtung
zum PV-Lernen
- 20
- kontaktloses
Schaltelement
- V1
- Anlauf-Kickspannung
1
- V2
- Anlauf-Kickspannung
2
-
1
- 8
- Last
- 11
- Spannungserfassung
- 12
- Stromerfassung
- 13
- Steuerungsvorrichtung
- 14
- Treiber
- 15
- Spannungserfassung
-
2
- 8
- Last
- 11
- Spannungserfassung
- 12
- Stromerfassung
- 13
- Steuerungsvorrichtung
- 14
- Treiber
- 15
- Spannungserfassung
-
3
- 8
- Last
- 11
- Spannungserfassung
- 12
- Stromerfassung
- 13
- Steuerungsvorrichtung
- 14
- Treiber
-
4
-
-
5(a)
-
- Zeit
- Frühling
- Sommer
- Herbst
- Winter
-
5(b)
-
-
6
- (Is)
- Ausgangsstrom
- (Vs)
- Ausgangsspannung
-
7
- (Is)
- Ausgangsstrom
- (Vs)
- Ausgangsspannung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 06-214667
A [0006, 0031]