DE112010003568T5 - Adaptiver Photovoltaik-Wandler - Google Patents

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Christopher Thompson
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    • HELECTRICITY
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Abstract

Eine in einem Solarzellen-Energiesystem verwendete DC-AC-Wandlereinheit kann ein Steuergerät aufweisen, das in der Lage ist, die minimale Betriebsspannung des Wandlers einzustellen, um die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 61/235,526, eingereicht am 20. August 2009, und der US-Patentanmeldung Nr. 12/722,096, eingereicht am 11. März 2010, die beide durch Verweis hierin aufgenommen sind.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft einen DC-AC-Wandler zur Verwendung in einem Solarmodul-Energiesystem mit verbesserter Konstruktion zur Einstellung seiner Betriebsparameter, um mehr Leistung zu verarbeiten und eine verbesserte Leistungskapazität zu erreichen.
  • HINTERGRUND
  • Ein auf Solarmodulen basierendes Energiesystem verwendet einen Wandler, um Gleichstrom (DC) von einer Photovoltaik-Anlage in Wechselstrom (AC) zur Verwendung mit Haushaltsgeräten oder gegebenenfalls einem Versorgungsnetz umzuwandeln. Solche Wandler haben festgelegte Betriebsparameter, die definieren, wie der Wandler arbeitet. Photovoltaik-Paneele altern mit der Zeit, wodurch die Ausgangsspannung und -leistung der Paneele abnehmen.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Verbindung von Teilen im Solarenergiesystem mit einer DC-AC-Wandlereinheit zeigt.
  • 2 ist ein Flussdiagramm des Spannungssteuerungsverfahrens, das in der in 1 dargestellten DC-AC-Wandlereinheit verwendet wird.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Solarzellen-Energiesystems, welches eine DC-AC-Wandlereinheit aufweist.
  • 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Solarzellen-Energiesystems, welches eine DC-AC-Wandlereinheit aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ein Wandler kann in einem auf Solarmodulen basierenden Energiesystem verwendet werden, um Gleichstrom (DC) von einer Photovoltaik-Anlage in Wechselstrom (AC) zur Verwendung mit Haushaltsgeräten oder in einem Wechselstrom-Versorgungsnetz umzuwandeln. Derzeit haben alle auf dem Markt befindlichen Wandler festgelegte Betriebsparameter, die definieren, wie der Wandler arbeitet. In der Praxis altern Photovoltaik-Paneele jedoch mit der Zeit, und die idealen Betriebsparameter des Wandlers sollten sich entsprechend mitverändern. Insbesondere Dünnschicht-Paneele zeigen deutlichere Alterungserscheinungen und können, abhängig von der Technologie, Verluste von bis zu 1% oder mehr pro Jahr zeigen. Wandler nach dem derzeitigen Stand der Technik können dies nicht kompensieren und haben folglich höhere Kosten pro Watt als notwendig. Es wird daher eine DC-AC-Wandlereinheit mit einer verbesserten Konstruktion für ein Solarzellen-Energiesystem beschrieben. Durch die Einstellung der Betriebsparameter über die Lebensdauer von Photovoltaik-Paneelen kann eine bessere Leistungskapazität erreicht werden.
  • Nach einem Aspekt kann eine DC-AC-Wandlereinheit einen DC-AC-Wandler mit einem minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert aufweisen, oberhalb dessen der Wandler DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, sowie einen Eingangsspannungssensor, der konfiguriert ist, um Schwankungen in der Eingangsspannung zu überwachen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann ein Wandler-Steuergerät aufweisen, das konfiguriert ist, um den minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert auf der Grundlage der Schwankungen in der Eingangsspannung einzustellen, um so die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann einen Leistungsschalter aufweisen. Der Schalter kann hin und her schalten, um Strom abwechselnd in zwei Richtungen fließen zu lassen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann einen Ausgangstransformator aufweisen, der elektrisch mit dem Schalter verbunden ist. Das Wandler-Steuergerät kann ein Spannungserfassungsmodul aufweisen, welches den Ausgang des Transformators einstellen und die minimale Betriebsspannung des Wandlers verändern kann. Die Einstellung kann manuell oder automatisch erfolgen. Die Einstellung am Ausgang des Transformators kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von etwa 2 Prozent bis etwa 4 Prozent führen. Die Einstellung am Ausgang des Transformators kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 5 Prozent führen. Die Einstellung am Ausgang des Transformators kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen.
  • Das Wandler-Steuergerät kann ein Software-Steuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor lesen kann und die Betriebsparameter des Wandlers einstellt, wenn dies erforderlich ist. Die Einstellung kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen. Das Wandler-Steuergerät kann ein programmierbares Logiksteuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle sendet, um die Betriebsparameter des Wandlers einzustellen, wenn dies erforderlich ist. Die Befehle können zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann einen DC-Eingang von einem Solarmodul zu dem DC-AC-Wandler aufweisen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung aufweisen. Das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung kann einen Sensor, der Daten über den DC-Eingang von dem Solarmodul erfasst, eine Steuereinheit, ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Strom-/Spannungs-Steuereinheit sendet, ein Fernbedienungsterminal, das mit dem Sensor verbunden ist, Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Computerüberwachungssystem sendet, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist, und eine Kommunikationsinfrastruktur, die das Computerüberwachungssystem mit dem Fernbedienungsterminal verbindet, aufweisen.
  • Nach einem Aspekt kann ein auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem eine Photovoltaik-Anlage und eine DC-AC-Wandlereinheit aufweisen, welche mit der Photovoltaik-Anlage elektrisch verbunden ist und einen DC-AC-Wandler mit einem minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert aufweist, oberhalb dessen der Wandler DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt. Das Energiesystem kann einen Eingangsspannungssensor aufweisen, der konfiguriert ist, um Schwankungen in der Eingangsspannung zu überwachen. Das Energiesystem kann ein Wandler-Steuergerät aufweisen, das konfiguriert ist, um den minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert auf der Grundlage der Schwankung der Eingangsspannung einzustellen, um so die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen. Das auf Photovoltaik-Modulen basierende Energiesystem kann einen Leistungsschalter aufweisen. Der Schalter kann hin und her schalten, um Strom abwechselnd in zwei Richtungen fließen zu lassen. Das auf Photovoltaik-Modulen basierende Energiesystem kann einen Ausgangstransformator aufweisen, der elektrisch mit dem Schalter verbunden ist. Das Wandler-Steuergerät kann ein Steuermodul aufweisen, das Einstellungen am Ausgang des Transformators vornimmt, um die minimale Betriebsspannung des Wandlers zu verändern. Die Einstellung am Ausgang des Transformators kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen.
  • Das Wandler-Steuergerät kann ein Software-Steuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle an das Steuermodul sendet. Die Befehle können zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen. Das Wandler-Steuergerät kann ein programmierbares Logiksteuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle an das Steuermodul sendet. Die Befehle können zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen. Das auf Photovoltaik-Modulen basierende Energiesystem kann einen DC-Eingang von einem Solarmodul zu dem DC-AC-Wandler aufweisen. Das auf Photovoltaik-Modulen basierende Energiesystem kann ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung aufweisen, wobei das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung einen Sensor, der Daten über den DC-Eingang von dem Solarzellen-Energiesystem erfasst, eine Strom-/Spannungs-Steuereinheit, ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Strom-/Spannungs-Steuereinheit sendet, ein Fernbedienungsterminal, das mit dem Sensor verbunden ist, Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Computerüberwachungssystem sendet, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist, und eine Kommunikationsinfrastruktur, die das Computerüberwachungssystem mit dem Fernbedienungsterminal verbindet, aufweisen kann. Das auf Photovoltaik-Modulen basierende Energiesystem kann einen Hochleistungs-Sicherheitstrennschalter aufweisen, der elektrisch mit dem Wandler verbunden ist. Das auf Photovoltaik-Modulen basierende Energiesystem kann eine Erdungsfehlererkennungs- und Unterbrechungsschaltung benachbart zu dem Wandler aufweisen.
  • Nach einem Aspekt kann ein Verfahren zum Aufbau eines auf Photovoltaik-Modulen basierenden Energiesystems das elektrische Verbinden einer Vielzahl von Photovoltaik-Modulen zur Bildung einer Photovoltaik-Anlage und das elektrische Verbinden einer DC-AC-Wandlereinheit mit der Photovoltaik-Anlage umfassen, wobei die DC-AC-Wandlereinheit einen DC-AC-Wandler mit einem minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert, oberhalb dessen der Wandler DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, einen Eingangsspannungssensor, der konfiguriert ist, um Schwankungen in der Eingangsspannung zu überwachen, und ein Wandler-Steuergerät aufweisen kann, das konfiguriert ist, um den minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert auf der Grundlage der Schwankung der Eingangsspannung einzustellen, um so die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen. Der DC-AC-Wandler kann einen Leistungsschalter aufweisen, wobei der Schalter hin und her schaltet, um Strom abwechselnd in zwei Richtungen fließen zu lassen. Der DC-AC-Wandler kann einen Ausgangstransformator aufweisen, der elektrisch mit dem Schalter verbunden ist. Das Wandler-Steuergerät kann ein Steuermodul aufweisen, das Einstellungen am Ausgang des Transformators vornimmt, um die minimale Betriebsspannung des Wandlers zu verändern. Die Einstellung am Ausgang des Transformators kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen.
  • Das Wandler-Steuergerät kann ein Software-Steuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle an das Steuermodul sendet. Die Befehle können zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen. Das Wandler-Steuergerät kann ein programmierbares Logiksteuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle an das Steuermodul sendet. Die Befehle können zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann einen DC-Eingang von einem Solarmodul zu dem DC-AC-Wandler aufweisen. Die DC-AC-Wandlereinheit kann ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung aufweisen, wobei das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung einen Sensor, der Daten über den DC-Eingang von dem Solarzellen-Energiesystem erfasst, eine Strom-/Spannungs-Steuereinheit, ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Strom-/Spannungs-Steuereinheit sendet, ein Fernbedienungsterminal, das mit dem Sensor verbunden ist, Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Computerüberwachungssystem sendet, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist, und eine Kommunikationsinfrastruktur, die das Computerüberwachungssystem mit dem Fernbedienungsterminal verbindet, aufweisen kann. Das Verfahren kann einen Schritt des elektrischen Verbindens eines Hochleistungs-Sicherheitstrennschalters mit dem Wandler umfassen. Das Verfahren kann einen Schritt des Anordnens einer Erdungsfehlererkennungs- und Unterbrechungsschaltung benachbart zu dem Wandler umfassen.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Solarenergiesystem 100 eine Photovoltaik- oder Solaranlage 110 aufweisen. Solarmodule 110 können in beliebiger geeigneter Weise angeordnet werden, zum Beispiel in auf dem Boden oder auf Dächern angeordneten Gruppen. Die Solaranlage 110 kann beliebige geeignete Photovoltaik-Geräte aufweisen, darunter Dünnschicht-Solargeräte wie etwa Kadmiumtellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS). Alternativ können die Photovoltaik-Geräte kristalline Silizium-Solargeräte oder beliebige andere geeignete Photovoltaik-Geräte sein, die in der Lage sind, elektrischen Gleichstrom zu erzeugen. Durch die Photovoltaik-Anlage 110 erzeugter elektrischer Gleichstrom kann über ein Kabel 120 an eine DC-AC-Wandlereinheit 130 ausgegeben werden. Die DC-AC-Wandlereinheit 130 kann einen DC-AC-Wandler 140, einen Eingangsspannungssensor 150 und ein Steuergerät 160 aufweisen. Der DC-AC-Wandler 140 wandelt DC-Eingangsleistung von der Photovoltaik-Anlage 110 in AC-Ausgangsleistung um. Der Eingangsspannungssensor 150 überwacht die Schwankungen der Eingangsspannung. Das Steuergerät 160 empfängt den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor 150 und stellt die minimale Betriebsspannung des Wandlers entsprechend ein, um mehr Leistung zu verarbeiten und die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen. Die DC-AC-Wandlereinheit 130 kann Leistung an eine AC-Stromleitung 170 abgeben.
  • Wandler können mehr Leistung verarbeiten, wenn sie bei höheren Spannungen betrieben werden; dieselben sind jedoch mit beträchtlichen Spannungsreserven dimensioniert, um die Alterung von Solarpaneelen berücksichtigen zu können. Durch die DC-AC-Wandlereinheit 130, die ihre minimale Betriebsspannung über die Zeit einstellt, könnten Wandler mit dieser Technologie beträchtlich mehr Leistung verarbeiten und die Leistung kontinuierlich mit derselben Rate wie jene der Paneele reduzieren. Zum Beispiel sind Wandler typischerweise für eine minimale Spannung von 450 V dimensioniert; würde jedoch die minimale Spannung 540 V betragen, könnten solche Wandler 20% mehr Leistung verarbeiten. Solche Wandler könnten dann über eine Periode von 10 Jahren die minimale Spannung auf 450 V reduzieren.
  • Das Solarenergiesystem 100 kann ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung (supervisory control and data acquisition, SCADA) oder ein anderes Fernsteuerungsmodul aufweisen, wobei das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung (SCADA) oder das andere Fernsteuerungsmodul zumindest einen Sensor, der Daten über die Ausgänge des Solarzellen-Energiesystems erfasst, eine Strom-/Spannungs-Steuereinheit, ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Strom-/Spannungs-Steuereinheit sendet, ein Fernbedienungsterminal (RTU), das in dem Prozess mit dem Sensor verbunden ist, das Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Überwachungssystem sendet, sowie eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist, aufweisen kann. Das Solarenergiesystem 100 kann des Weiteren einen Erdungsfehler-Schaltungsunterbrecher (ground fault circuit interrupter, GFCI) aufweisen.
  • Photovoltaik-Wandler mit einem Steuerungs-/Sensor-Modul können unterschiedliche Funktionen aufweisen, wie beispielsweise die Leistungsumwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und die Arbeitspunktnachführung (Maximum Power Point Tracking, MPPT). Das Ziel des MPPT-Algorithmus ist dabei, die maximal verfügbare Leistung der Solaranlage zu entnehmen. Durch den besseren MPPT-Algorithmus kann die Leistungsabgabe erhöht werden. Mit dem Wandler kann der MPPT-Algorithmus für die Solaranlage als Aggregat durchgeführt werden. Das Steuerungs-/Sensor-Modul kann seinen MPPT-Algorithmus über die Lebensdauer der Photovoltaik-Paneele einstellen, um eine bessere Leistungskapazität zu erzielen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 verwendet die Wandlereinheit 130 in der Praxis ein Software-Steuermodul (162 in 3 und 4), um die Betriebsparameter des Wandlers, beispielsweise die minimale Betriebsspannung, einzustellen. Die Wandlereinheit 130 könnte kontinuierlich die Eingangsspannung überwachen, und wenn diese Spannung eine bestimmte minimale Schwelle überschreitet, könnte die Wandlereinheit 130 signalisieren, dass es nun notwendig ist, die Transformatoreinstellung durchzuführen und die Betriebsparameter des Wandlers zu aktualisieren. Bei Schritt 200 wird die Eingangsspannung geprüft. Wenn die Eingangsspannung bei Schritt 210 verringert ist (JA) und bei Schritt 230 eine im Voraus festgelegte minimale Schwelle überschritten wird (JA), kann eine Einstellung des Ausgangstransformators (142 in 4) bei Schritt 240 erfolgen. Die Betriebsparameter des Wandlers 140 können bei Schritt 250 aktualisiert werden. Die eingestellten Betriebsparameter können die Einschaltspannung oder den MPPT-Startpunkt aufweisen. Die Einstellungen der Betriebsparameter können auch den MPPT-Algorithmus umfassen. Darüber hinaus können die Wandler-Steuergeräte zurückgesetzt werden, um zu berücksichtigen, dass die Einheit eine um 2,5% (oder mehr) verringerte Leistungskapazität hat. Bei niedrigerer Betriebsspannung kann die Leistungsverarbeitungskapazität des Wandlers verringert werden. Die Stromkapazität des Wandlers kann festgelegt sein. Das Steuergerät kann auch vorprogrammiert sein, um eine zukünftige Umschaltung auf den aktualisierten Betriebsmodus zu ermöglichen. Wenn im Gegensatz dazu die Eingangsspannung bei Schritt 210 nicht verringert ist (NEIN) oder die im Voraus festgelegte minimale Schwelle bei Schritt 230 nicht überschritten wird (NEIN), kann am Ausgangstransformator keine Änderung durchgeführt werden und die Betriebsparameter des Wandlers 140 können bei Schritt 220 beibehalten werden. In einer bestimmten Ausführungsform betragen die Transformatoreinstellungen jeweils 2,5%, daher könnte auch diese Softwareeinstellung 2,5% betragen. Die Transformatoreinstellungen können auch 5%, 10%, oder 15% betragen. Diese Technologie kann für alle Paneeltypen angewendet werden, jedoch führt dies bei Dünnschicht-Technologien oft zu den größten Auswirkungen.
  • Unter Bezugnahme auf 3 kann das Solarenergiesystem 100 eine Photovoltaik- oder Solaranlage 110 aufweisen. Durch die Photovoltaik-Anlage 110 erzeugter elektrischer Gleichstrom kann über das Kabel 120 an die DC-AC-Wandlereinheit 130 ausgegeben werden. Die DC-AC-Wandlereinheit 130 kann den DC-AC-Wandler 140, den Eingangsspannungssensor 150 und das Steuergerät 160 aufweisen. Der DC-AC-Wandler 140 wandelt DC-Eingangsleistung von der Photovoltaik-Anlage 110 in AC-Ausgangsleistung um. Der Eingangsspannungssensor 150 überwacht die Schwankungen der Eingangsspannung. Das Steuergerät 160 empfängt den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor 150 und stellt die minimale Betriebsspannung des Wandlers entsprechend ein, um mehr Leistung zu verarbeiten und die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen. Die DC-AC-Wandlereinheit 130 kann Leistung an die AC-Stromleitung 170 abgeben. Das Steuergerät 160 kann das Steuermodul 161 aufweisen, das Einstellungen am Ausgang des Transformators (142 in 4) vornimmt, um die minimale Betriebsspannung des Wandlers zu verändern. Die Einstellung des Ausgangstransformators kann zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers in einer Schrittweite von etwa 2,5 Prozent führen. Das Steuergerät 160 kann das Software-Steuermodul 162 aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor 150 liest. Das Software-Steuermodul 162 kann das Verfahren zur Entscheidungsfindung (in 3 gezeigtes Flussdiagramm) verwenden, um zu bestimmen, ob Befehle zur Einstellung der minimalen Betriebsspannung des Wandlers an das Steuermodul gesendet werden sollen. Die Befehle können zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers mit einer Schrittweite von etwa 2,5 Prozent führen. Die Befehle können auch zu einer Veränderung von etwa 5, 10, oder 15 Prozent des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers führen. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Steuergerät 160 ein programmierbares Logiksteuermodul aufweisen, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor 150 liest und Befehle an das Steuermodul 161 sendet. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Solarenergiesystem 100 des Weiteren ein Überwachungssteuerungs- und Datenerfassungssystem (SCADA) oder ein anderes Fernsteuerungsmodul aufweisen.
  • Zur Veranschaulichung kann, wie in 4 gezeigt, in einer vereinfachten Wandlerschaltung der DC-AC-Wandler 140 einen Leistungsschalter 141 aufweisen. Der DC-AC-Wandler 140 kann den Ausgangstransformator 142 aufweisen, der elektrisch mit dem Schalter verbunden ist. Der Schalter 141 kann schnell hin und her geschaltet werden, um Strom abwechselnd zwei Pfaden folgend zurückfließen zu lassen, abwechselnd über ein Ende der Primärwicklung und dann über das andere Ende. Die Alternation der Richtung des Stroms in dem Transformator 142 erzeugt am Ausgang des Wandlers 140 einen Wechselstrom. Das Steuergerät 160 kann das Steuermodul 161 aufweisen, das Einstellungen am Ausgangstransformator 142 vornimmt, um die minimale Betriebsspannung des Wandlers zu verändern. Der Leistungsschalter 141 kann ein elektromechanischer Schalter, ein Transistorschalter oder ein beliebiger anderer geeigneter Typ von Halbleiterschaltern sein. Der DC-AC-Wandler 140 kann beliebige andere geeignete Typen von Leistungsschaltungstopologien und Steuerungsstrategien aufweisen.
  • Vorstehend wurde eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es ist jedoch klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich ist, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Es wird auch angemerkt, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale beinhalten, die die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.

Claims (23)

  1. DC-AC-Wandlereinheit umfassend: einen DC-AC-Wandler mit einem minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert, oberhalb dessen der Wandler DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, und einen Eingangsspannungssensor, der konfiguriert ist, um Schwankungen in der Eingangsspannung zu überwachen.
  2. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Wandler-Steuergerät, das konfiguriert ist, um den minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert auf der Grundlage der Schwankung der Eingangsspannung einzustellen, um so die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen.
  3. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Leistungsschalter, wobei der Schalter hin und her schaltet, um Strom abwechselnd in zwei Richtungen fließen zu lassen.
  4. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend einen Ausgangstransformator, der elektrisch mit dem Schalter verbunden ist.
  5. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 4, wobei das Wandler-Steuergerät ein Spannungserfassungsmodul umfasst, welches in der Lage ist, den Ausgang des Transformators einzustellen und die minimale Betriebsspannung des Wandlers zu verändern, wobei die Einstellung manuell oder automatisch erfolgen kann.
  6. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 5, wobei die Einstellung am Ausgang des Transformators zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von etwa 2 Prozent bis etwa 4 Prozent führen kann.
  7. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 5, wobei die Einstellung am Ausgang des Transformators zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 5 Prozent führen kann.
  8. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 5, wobei die Einstellung am Ausgang des Transformators zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen kann.
  9. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 5, wobei das Wandler-Steuergerät ein Software-Steuermodul umfasst, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und die Betriebsparameter des Wandlers einstellt, wenn dies erforderlich ist.
  10. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 9, wobei die Einstellung zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers in einer Schrittweite von etwa 2,5 Prozent führen kann.
  11. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 5, wobei das Wandler-Steuergerät ein programmierbares Logiksteuermodul umfasst, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle sendet, um die Betriebsparameter des Wandlers einzustellen, wenn dies erforderlich ist.
  12. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 11, wobei die Befehle zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers in einer Schrittweite von etwa 2,5 Prozent führen können.
  13. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen DC-Eingang von einem Solarmodul zu dem DC-AC-Wandler.
  14. DC-AC-Wandlereinheit nach Anspruch 13, des Weiteren umfassend ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung, wobei das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung umfasst: einen Sensor, der Daten über den DC-Eingang von dem Solarmodul erfasst; eine Steuereinheit; ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Strom-/Spannungs-Steuereinheit sendet; ein Fernbedienungsterminal, das mit dem Sensor verbunden ist, Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Computerüberwachungssystem sendet; eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist; und eine Kommunikationsinfrastruktur, die das Computerüberwachungssystem mit dem Fernbedienungsterminal verbindet.
  15. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem, umfassend: eine Photovoltaik-Anlage; und eine DC-AC-Wandlereinheit, die elektrisch mit der Photovoltaik-Anlage verbunden ist und umfasst: einen DC-AC-Wandler mit einem minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert, oberhalb dessen der Wandler DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, einen Eingangsspannungssensor, der konfiguriert ist, um Schwankungen in der Eingangsspannung zu überwachen; und ein Wandler-Steuergerät, das konfiguriert ist, um den minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert auf der Grundlage der Schwankung der Eingangsspannung einzustellen, um so die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen.
  16. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend einen Leistungsschalter, wobei der Schalter hin und her schaltet, um Strom abwechselnd in zwei Richtungen fließen zu lassen.
  17. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem nach Anspruch 16, des Weiteren umfassend einen Ausgangstransformator, der elektrisch mit dem Schalter verbunden ist.
  18. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem nach Anspruch 17, wobei das Wandler-Steuergerät ein Steuermodul umfasst, das Einstellungen am Ausgang des Transformators vornimmt, um die minimale Betriebsspannung des Wandlers zu verändern.
  19. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem nach Anspruch 18, wobei die Einstellung am Ausgang des Transformators zu einer Veränderung des minimalen Wertes der Betriebsspannung des Wandlers von weniger als 10 Prozent führen kann.
  20. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem nach Anspruch 17, wobei das Wandler-Steuergerät ein Software-Steuermodul umfasst, welches den Wert der Eingangsspannung von dem Eingangsspannungssensor liest und Befehle an das Steuermodul sendet.
  21. Auf Photovoltaik-Modulen basierendes Energiesystem nach Anspruch 15, des Weiteren umfassend ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung, wobei das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung umfasst: einen Sensor, der Daten über den DC-Eingang von dem Solarzellen-Energiesystem erfasst; eine Strom-/Spannungs-Steuereinheit; ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Strom-/Spannungs-Steuereinheit sendet; ein Fernbedienungsterminal, das mit dem Sensor verbunden ist, Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Computerüberwachungssystem sendet; eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist; und eine Kommunikationsinfrastruktur, die das Computerüberwachungssystem mit dem Fernbedienungsterminal verbindet.
  22. Verfahren zum Aufbau eines auf Photovoltaik-Modulen basierenden Energiesystems, umfassend: elektrisches Verbinden einer Vielzahl von Photovoltaik-Modulen, um eine Photovoltaik-Anlage zu bilden; und elektrisches Verbinden einer DC-AC-Wandlereinheit mit der Photovoltaik-Anlage, wobei die DC-AC-Wandlereinheit umfasst: einen DC-AC-Wandler mit einem minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert, oberhalb dessen der Wandler DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, einen Eingangsspannungssensor, der konfiguriert ist, um Schwankungen in der Eingangsspannung zu überwachen; und ein Wandler-Steuergerät, das konfiguriert ist, um den minimalen Betriebsspannungs-Einstellwert auf der Grundlage der Schwankung der Eingangsspannung einzustellen, um so die Leistungskapazität der Wandlereinheit zu erhöhen.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die DC-AC-Wandlereinheit ein System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung umfasst, wobei das System zur Überwachungssteuerung und Datenerfassung umfasst: einen Sensor, der Daten über den DC-Eingang von dem Solarzellen-Energiesystem erfasst; eine Steuereinheit; ein Computerüberwachungssystem, das Daten von dem Sensor erfasst und Befehle an die Steuereinheit sendet; ein Fernbedienungsterminal, das mit dem Sensor verbunden ist, Sensorsignale in digitale Daten umwandelt und digitale Daten an das Computerüberwachungssystem sendet; eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die mit dem Fernbedienungsterminal verbunden ist; und eine Kommunikationsinfrastruktur, die das Computerüberwachungssystem mit dem Fernbedienungsterminal verbindet.
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