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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Photovoltaiksystem. Insbesondere betrifft diese ein Photovoltaiksystem, welches in irgendeinen Modus aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus schaltet mittels Ermittelns von Wetterbedingungen und Systemfehlern basierend auf einem Muster von Werten (Strang-Abgabe-Werten oder eines Sensorwerts eines Umweltsensors), welche mittels Überwachens gegenwärtiger photovoltaischer Leistungserzeugung-Bedingungen gewonnen werden, wodurch eine optimale Invertereffizienz für jede Bedingung herbeigeführt wird.
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Technischer Hintergrund
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Im Allgemeinen konvertiert eine Solarzelle Energie aus Sonnenlicht in elektrische Energie, und generiert elektrische Leistung unter Verwendung von zwei Typen von Halbleitern, nämlich p-Typ Halbleiter und n-Typ Halbleiter.
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Wenn die Solarzelle Licht ausgesetzt wird, werden Elektronen und Löcher generiert. Die Elektronen und Löcher werden jeweils zu positiven und negativen Elektroden bewegt, wodurch eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen der positiven und negativen Elektrode erzeugt wird.
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Hierbei fließt ein elektrischer Strom, wenn ein elektrischer Verbraucher mit den Elektroden der Solarzelle verbunden ist.
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Solarzellen werden miteinander in Serie (d.h. in Reihe) oder parallel zueinander verbunden, um in einer Struktur verwendet zu werden, welche die natürliche Umwelt ertragen kann und äußeren Einflüssen widersteht. Hierbei ist eine Solarzelle die kleinste Einheit, welche elektrische Leistung generiert, und ein Solarmodul ist die kleinste Einheit, welche elektrische Leistung produziert. Das Solarmodul weist eine Mehrzahl von Solarzellen auf, welche in Serie oder parallel zueinander verschaltet sind, und wird verwendet, indem dieses standardisiert wird.
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Neuerdings gibt es viele Begrenzungen in der Verwendung eines herkömmlichen elektrische-Leistung-erzeugenden Systems aufgrund von rapide ansteigenden Ölpreisen, Beschränkungen zum Schutz der natürlichen Umwelt, usw. Im Vergleich zu dem herkömmlichen System, welches von fossilen Brennstoffen abhängt, ist ein erneuerbare-Energie-erzeugendes System aufgrund übermäßiger Anschaffungskosten ökonomisch unzumutbar. Dennoch wurden internationale Anstrengungen zum Universalisieren der erneuerbare-Energie-erzeugenden Systeme, welche Sonnenlicht, Windleistung, usw. verwenden, vergrößert, um die natürliche Umwelt zu schützen, indem CO2 reduziert wird.
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Im speziellen generiert ein herkömmliches Photovoltaiksystem Gleichstrom-Leistung unter Verwendung eines Solarmoduls, und konvertiert die Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom-Leistung und speist die Wechselstrom-Leistung ein. Um eine maximale Konversationseffizienz in Abhängigkeit von Charakteristiken der lokalen Umgebung zu erreichen, sind verschiedene Strang-Konfigurationen verfügbar.
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Als Antwort auf technologische Trends und zum Verringern von Inverterkosten wurden verschiedene Bestrebungen zu Strang-multiplex-Inverter-Konfigurationen unternommen zum Vergrößern der Systemeffizienz und zum Vereinfachen eines Schaltkreises des herkömmlichen Photovoltaiksystems. Wie in 1 veranschaulicht ist, werden Strang-Inverter-Konfigurationstypen bereitgestellt in Abhängigkeit der vorliegenden photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, werden die Strang-Inverter-Konfigurationstypen für die natürliche Umwelt (Wetter) klassifiziert in einen zentralisiert-Typ, einen Subarray-Typ, einen parallel-Typ und einen Strang-Typ. Jeder von diesen Typen weist Vorteile auf, allerdings ist es unmöglich verschiedene Typen zur selben Zeit zu verwenden.
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Daher sollte ein optimaler Konfigurationstyp für eine aktuelle Bedingung erwogen werden, bevor der optimale Konfigurationstyp auf ein herkömmliches Photovoltaiksystem angewandt wird. Welchen Konfigurationstyp das herkömmliche Photovoltaiksystem auch immer verwendet, nachdem das herkömmliche Photovoltaiksystem aufgebaut ist, werden für einen Umbau Zeit und Kosten benötigt.
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In dem Fall eines Mikro-Inverter-Konfigurationstyp wird zum Lösen der vorangehend beschriebenen Probleme ein Mikro-Inverter direkt ohne Stränge mit einem Solarmodul verbunden, so dass das Solarmodul individuell betrieben werden kann, wodurch die Solarmodul-Effizienz vergrößert wird und die Solarmodul-Konfigurationen beschränkungsfrei geändert werden. Jedoch sind die Mikro-Inverter noch immer kostenintensiv, weshalb es ökonomisch unzumutbar ist, die Mikro-Inverter zu verwenden.
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Daher schlägt die vorliegende Erfindung eine neue Generation photovoltaischer Technologie vor, welche die Systemeffizienz und die wirtschaftliche Machbarkeit vergrößert. Die Technologie enthält, dass ein Photovoltaiksystem in irgendeinen Modus aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus schaltet mittels Ermittelns von Wetterbedingungen und Systemfehlern basierend auf einem Muster von Werten (Strang-Abgabe-Werten oder eines Sensorwerts eines Umweltsensors), welche mittels Überwachens gegenwärtiger photovoltaischer Leistungserzeugung-Bedingungen gewonnen werden, wodurch eine optimale Invertereffizienz für jede Bedingung induziert wird.
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OFFENLEGUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Photovoltaiksystem und insbesondere ein Photovoltaiksystem, dass in irgendeinen Modus aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus schaltet, indem Wetterbedingungen und Systemfehlern basierend auf einem Muster von Werten (Strang-Abgabe-Werten oder eines Sensorwerts eines Umweltsensors) ermittelt werden, welche mittels Überwachens gegenwärtiger photovoltaischer Leistungserzeugung-Bedingungen gewonnen werden, wodurch eine optimale Invertereffizienz für jede Bedingung herbeigeführt wird.
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Technische Lösung
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Nachfolgend wird eine technische Lösung offengelegt.
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Um das vorstehende Ziel zu erreichen, werden technische Lösungen offengelegt.
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Ein Photovoltaiksystem weist auf: eine Strang-Einheit 100, welche eine Mehrzahl von Strängen aufweist, wobei jeder der Stränge eine Mehrzahl von Solarmodulen 110 aufweist;
eine erste Schalteinheit 200, welche einen oder mehr Schalter 210a~210n aufweist, welche(r) jeden der Stränge elektrisch verbinden oder trennen (mit anderen Worten unterbrechen) in Abhängigkeit von An/Aus-Signalen eines Modus-Umschaltung-Controllers;
eine zweite Schalteinheit 300, welche einen oder mehr Schalter 310a~310n aufweist, welche(r) jeweils von den Strängen bereitgestellte elektrische Leistung zu oder von einer Mehrzahl von Invertern zuführen oder blockieren in Abhängigkeit von den An/Aus-Signalen des Modus-Umschaltung-Controllers;
eine Inverter-Einheit 700, welche die Mehrzahl von Invertern aufweist, welche die von den Strängen bereitgestellte elektrische Leistung in Wechselstrom konvertieren, und den Wechselstrom einem elektrischen Leistungssystem oder einem elektrischen Verbraucher zuführen; und
den Modus-Umschaltung-Controller 500, welcher einen Standardabweichung-Wert und einen Mittelwert von elektrischen Leistungswerten der Stränge berechnet, welche mittels Überwachens eines Amperemeters und eines Voltmeters gewonnen werden, die an jedem der Stränge der Strang-Einheit bereitgestellt sind, um den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert (mit anderen Worten ein gemittelter Wert) als repräsentative Werte der gegenwärtigen (mit anderen Worten aktuellen) photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen zu kennzeichnen, und welcher die repräsentativen Werte vergleicht mit sowohl einem Standardabweichung-Schwellenwert der Leistungswerte der Stränge als auch einem Mittel-Schwellenwert der Leistungswerte der Stränge zum Schalten in irgendeinen Modus aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus, um einen optimalen Modus davon auszuwählen basierend auf den gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen, und welcher den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit An/Aus-Signale bereitstellt zum Schalten in den optimalen Modus.
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Mit einer solchen Konfiguration kann das technische Problem gelöst werden.
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Vorteilhafte Effekte
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Gemäß dem Photovoltaiksystem kann ein Effekt wie folgt erreicht werden.
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Das Photovoltaiksystem kann in irgendeinen Modus schalten aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus mittels Ermittelns von Wetterbedingungen und Systemfehlern basierend auf einem Muster von Werten (Strang-Abgabe-Werten oder eines Sensorwerts eines Umweltsensors), welche mittels Überwachens gegenwärtiger photovoltaischer Leistungserzeugung-Bedingungen gewonnen werden, wodurch eine optimale Invertereffizienz für jede Bedingung herbeigeführt wird.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine Tabelle, welche Vorteile von verschiedenen Strang-Inverter-Konfigurationstypen (mit anderen Worten Strangwechselrichter-Konfigurationstypen) veranschaulicht.
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2 zeigt eine Ansicht, welche einen Modus-variablen Betrieb eines Photovoltaiksystems veranschaulicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt eine Konfigurationsansicht, welche das Photovoltaiksystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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4 zeigt ein Blockdiagramm, welches einen Modus-Umschaltung-Controller des Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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5 zeigt eine Sicht, welche eine Modus-Klassifikation in Abhängigkeit von repräsentativen Werten der gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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6 zeigt eine beispielhafte Ansicht, welche Kriterium-Variablen zum Auswählen eines optimalen Modus des Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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7 zeigt eine Ansicht, welche eine Schalterverbindung in einem Subarray-Typ-Modus des Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, 8 zeigt eine Ansicht, welche eine Schalterverbindung in einem Strang-Typ-Modus des Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und 9 zeigt eine Ansicht, welche eine Schalterverbindung in einem Parallel-Typ-Modus des Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Bester Modus
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Ein Photovoltaiksystem weist auf:
eine Strang-Einheit 100, welche eine Mehrzahl von Strängen aufweist, wobei jeder der Stränge eine Mehrzahl von Solarmodulen 110 aufweist;
eine erste Schalteinheit 200, welche einen oder mehr Schalter 210a~210n aufweist, die jeden der Stränge in Abhängigkeit von An/Aus-Signalen eines Modus-Umschaltung-Controllers elektrisch verbinden oder trennen;
eine zweite Schalteinheit 300, welche einen oder mehr Schalter 310a~310n aufweist, die jeweils von den Strängen bereitgestellte elektrische Leistung zu oder von einer Mehrzahl von Invertern (mit anderen Worten Wechselrichtern) zuführen oder blockieren in Abhängigkeit von den An/Aus-Signalen des Modus-Umschaltung-Controllers;
eine Inverter-Einheit 700, welche die Mehrzahl von Invertern aufweist, welche die von den Strängen bereitgestellte elektrische Leistung in Wechselstrom konvertieren, und den Wechselstrom einem elektrischen Leistungssystem oder einem elektrischen Verbraucher zuführen; und
den Modus-Umschaltung-Controller 500 zum Berechnen eines Standardabweichung-Werts und eines Mittelwert von elektrischen Leistungswerten der Stränge, welche mittels Überwachens eines Amperemeters und eines Voltmeters, die an jedem der Stränge der Strang-Einheit bereitgestellt sind, gewonnen werden, um den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert als repräsentative Werte der gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen zu kennzeichnen (mit anderen Worten zuzuweisen), und zum Vergleichen der repräsentativen Werte mit sowohl einem Standardabweichung-Schwellenwert der Leistungswerte der Stränge als auch einem Mittel-Schwellenwert der Leistungswerte der Stränge zum Schalten in irgendeinen Modus aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus, um einen optimalen Modus davon auszuwählen basierend auf den gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen, und zum Bereitstellen von An/Aus-Signalen an den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit, zum Schalten in den optimalen Modus.
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Modus der Erfindung
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Nachstehend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen.
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Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf nur die Ausführungsformen, welche hierin ausgeführt werden, beschränkt verstanden werden, sondern sollte verstanden werden als Modifikationen, Äquivalente oder Alternativen abdeckend, welche unter die Ideen und den technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
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2 zeigt eine Ansicht, welche einen Modus-variablen Betrieb eines Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie in 2 gezeigt ist, schaltet das Photovoltaiksystem in einen optimalen Modus mittels Steuerns einer Mehrzahl von Invertern basierend auf einer Änderung der elektrischen Leistungserzeugungsmenge, welche von einer Umweltveränderung verursacht wird.
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Eine Modus-Umschaltung-Prozesseinheit des Photovoltaiksystems steuert die Mehrzahl von Inverter, wodurch die elektrische Leistungserzeugungseffizienz vergrößert wird, was die Lebenszeit der Inverter verlängert und Systemfehler sofort behandelt.
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Wie in 7 bis 9 gezeigt, gibt es zum Beispiel verschiedene Bedingungen, wie etwa sonniges Wetter, wolkiges/regnerisches Wetter, ein partiell abgeschattetes Solarmodul, Solarmodul/Inverter-Fehler, usw. In dem Fall des sonnigen Wetters wird ein Strang-Typ-Modus durchgeführt mittels individuellen Steuerns der Inverter zum Konfigurieren eines maximal-Abgabe-Strangs. In dem Fall des wolkigen/regnerischen Wetters wird ein Parallel-Typ-Modus durchgeführt mittels Steuerns einiger der Inverter zum Konfigurieren eines niedrig-Abgabe-Strangs. In dem Fall des teilweise abgeschatteten Solarmoduls wird ein Subarray-Typ-Modus durchgeführt mittels Steuerns der unterteilten Inverter zum teilweisen Konfigurieren eines niedrig-Abgabe-Strangs. In dem Fall der Solarmodul/Inverter-Fehler werden ein Strang und ein Inverter, welche Fehler aufweisen, blockiert.
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Das Photovoltaiksystem schaltet in einen optimalen Modus in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen wie vorangehend beschrieben ist, so das eine maximale Invertereffizienz für jede Bedingung erreicht wird, wodurch eine Systembetriebseffizienz vergrößert wird.
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3 zeigt eine Konfigurationsansicht, welche das Photovoltaiksystem gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie in 3 gezeigt, weist das Photovoltaiksystem eine Strang-Einheit 100, welche eine Mehrzahl von Strängen aufweist, eine erste Schalteinheit 200, eine zweite Schalteinheit 300, einen Modus-Umschaltung-Controller 500 und eine Inverter-Einheit 700, welche eine Mehrzahl von Invertern aufweist, auf.
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Die Strang-Einheit 100 weist die Mehrzahl von Strängen 1~n auf und jeder der Stränge weist eine Mehrzahl von Solarmodulen 110 auf. Die Mehrzahl von Strängen ist jeweils mit der Mehrzahl von Invertern der Inverter-Einheit verbunden.
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Zum Beispiel ist ein erster Strang mit einem ersten Inverter verbunden und ein zweiter Strang ist mit einem zweiten Inverter verbunden.
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Hierbei werden gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste und zweite Schalteinheit mittels An/Aus-Signalen des Modus-Umschaltung-Controllers gesteuert.
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Die erste Schalteinheit 200 weist einen oder mehr Schalter 210a~210n auf, welche jeden der Stränge in Abhängigkeit von An/Aus-Signalen des Modus-Umschaltung-Controllers elektrisch (miteinander) verbinden oder (voneinander) trennen.
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Das bedeutet, ein Schalter der ersten Schalteinheit verbindet einen Strang mit einem anderen Strang, oder trennt einen Strang von einem anderen Strang. Wie in 3 veranschaulicht, sind die Mehrzahl von Strängen parallel zueinander verbunden.
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Die zweite Schalteinheit 300 weist einen oder mehr Schalter 310a~310n auf, welche jeweils elektrische Leistung, welche von den Strängen bereitgestellt wird, zu oder von der Mehrzahl von Invertern zuführen oder blockieren in Abhängigkeit von den An/Aus-Signalen des Modus-Umschaltung-Controllers.
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Das bedeutet, die zweite Schalteinheit wird zwischen der Strang-Einheit und der Inverter-Einheit bereitgestellt. Die zweite Schalteinheit führt der Inverter-Einheit elektrische Leistung, welche von der Strang-Einheit bereitgestellt wird, zu, oder blockiert die elektrische Leistung, welche von der Strang-Einheit bereitgestellt wird, von der Inverter-Einheit. Wie in 3 veranschaulicht ist, sind die Strang-Einheit und die Inverter-Einheit miteinander in Reihe verschaltet.
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Die Inverter-Einheit 700 weist die Mehrzahl von Inverter auf, welche die elektrische Leistung, welche von den Strängen bereitgestellt wird, in Wechselstrom konvertiert, und den Wechselstrom einem elektrischen Leistungssystem oder einem elektrischen Verbraucher zuführt.
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Hierbei berechnet der Modus-Umschaltung-Controller 500, welcher eine wichtige Komponente ist, einen Standardabweichung-Wert und einen Mittelwert von elektrischen Leistungswerten der Stränge, welche mittels Überwachens eines Amperemeters und eines Voltmeters gewonnen werden, die an jedem der Stränge der Strang-Einheit bereitgestellt sind. Der Modus-Umschaltung-Controller kennzeichnet den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert als repräsentative Werte und vergleicht die repräsentativen Werte mit sowohl einem Standardabweichung-Schwellenwert der Leistungswerte der Stränge als auch einem Mittel-Schwellenwert der Leistungswerte der Stränge zum Schalten in irgendeinen Modus aus einem Strang-Typ-Modus, einem Parallel-Typ-Modus und einem Subarray-Typ-Modus.
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Danach wählt der Modus-Umschaltung-Controller einen optimalen Modus davon aus basierend auf den gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen, und stellt den Schaltern sowohl der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit jeweils An/Aus-Signale bereit zum Schalten in den optimalen Modus.
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Beispielsweise werden, wenn der Subarray-Typ-Modus während eines regnerischen/stürmischen Wetters durchgeführt wird und das Wetter aufklärt, die erste und zweite Schalteinheit angesteuert mittels Bereitstellens der An/Aus-Signale an den jeweiligen Schaltern der Schalteinheiten, wodurch in den Strang-Typ-Modus geschaltet wird.
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4 zeigt ein Blockdiagramm, welches einen Modus-Umschaltung-Controller des Photovoltaiksystems gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie in 4 veranschaulicht ist, weist der Modus-Umschaltung-Controller 500 eine Überwachungseinheit 510, eine Datenbank-Einheit 520, eine gegenwärtige-Bedingung-Ermitteln-Einheit 530 und eine Modus-Umschaltung-Prozesseinheit 540 auf.
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Die Überwachungseinheit 510 berechnet den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert der Leistungswerte der Stränge, welche mittels Überwachens des Amperemeters und des Voltmeters gewonnen werden, die an jedem der Stränge der Strang-Einheit bereitgestellt sind. Die Überwachungseinheit kennzeichnet den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert als die repräsentativen Werte der gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen, und speichert die repräsentativen Werte in der Datenbank-Einheit.
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5 zeigt eine Ansicht, welche eine Modus-Klassifikation in Abhängigkeit von repräsentativen Werte der gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 5 gibt Modus A den Strang-Typ-Modus für eine Strang-Typ-Bedingung (normale Strang-Abgabe, sonniges Wetter) an. Modus B gibt den Parallel-Typ-Modus für eine parallel-Typ-Bedingung (normale Strang-Abgabe, wolkiges Wetter) an. Modus C gibt den Subarray-Typ-Modus für eine Subarray-Typ-Bedingung (abnormale Strang-Abgabe, partiell abgeschattetes Solarmodul oder Strang-Fehler) an.
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Die Modus-Umschaltung-Prozesseinheit ermittelt Wetterbedingungen und Systemfehler basierend auf einem Muster an Werten (Strang-Abgabe-Werten oder eines Sensorwerts eines Umweltsensors), welche mittels Überwachens gegenwärtiger photovoltaischer Leistungserzeugung-Bedingungen gewonnen werden. Die gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen werden gemäß den drei Modi klassifiziert, um in einen optimalen Modus für jede Bedingung zu schalten.
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Hierbei ist, wenn die Standardabweichung-Wert größer ist als der oder gleich ist zu dem Standardabweichung-Schwellenwert, Modus C der optimale Modus. Wenn der Standardabweichung-Wert kleiner ist als der Standardabweichung-Schwellenwert, wird der Mittelwert verglichen mit dem Mittel-Schwellenwert. Wenn der Mittelwert größer ist als der oder gleich ist zu dem Mittel-Schwellenwert, ist Modus A der optimale Modus. Wenn der Mittelwert kleiner ist als der Mittel-Schwellenwert, ist Modus B der optimale Modus.
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Die Datenbank-Einheit 520 speichert den Standardabweichung-Schwellenwert, den Mittel-Schwellenwert, die externen Umgebungsinformationen, den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert zum Schalten in irgendeinen Modus aus dem Strang-Typ-Modus, dem Parallel-Typ-Modus und dem Subarray-Typ-Modus.
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Hierbei ermittelt die gegenwärtige-Bedingung-Ermitteln-Einheit 530 die normale Strang-Abgabe oder die abnormale Strang-Abgabe mittels Vergleichens des Standardabweichung-Schwellenwerts mit dem Standardabweichung-Wert, welche aus der Datenbank-Einheit extrahiert werden. Wenn die abnormale Strang-Abgabe ermittelt wird, wird der Subarray-Typ-Modus (Modus C) ausgewählt.
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Wenn die normale Strang-Abgabe ermittelt wird, wird der Mittel-Schwellenwert mit dem Mittelwert verglichen, welche aus der Datenbank-Einheit extrahiert werden. Wenn der Mittelwert größer ist als der oder gleich ist zu dem Mittel-Schwellenwert, wird Strang-Typ-Modus ausgewählt. Wenn der Mittelwert kleiner ist als der Mittel-Schwellenwert, wird der Parallel-Typ-Modus ausgewählt. Danach stellt die gegenwärtige-Bedingung-Ermitteln-Einheit der Modus-Umschaltung-Prozesseinheit Informationen über den ausgewählten Modus bereit.
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Zuletzt, wenn der ausgewählte Modus der Subarray-Typ-Modus ist, stellt die Modus-Umschaltung-Prozesseinheit 540 den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit die An/Aus-Signale bereit. Die Modus-Umschaltung-Prozesseinheit unterteilt die Stränge in eine obere Gruppe und eine untere Gruppe in Abhängigkeit von Strangleistung-Bedingungen, und betreibt individuell die obere Gruppe und die untere Gruppe in dem Strang-Typ-Modus oder in dem Parallel-Typ-Modus.
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In der Zwischenzeit, wenn der ausgewählte Modus der Strang-Typ-Modus ist, stellt die Modus-Umschaltung-Prozesseinheit den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit die An/Aus-Signale bereit, um den Invertern zu ermöglichen, individuell eine Maximal-Leistungspunkt-Suche-Steuerung (MPPT-Steuerung) durchzuführen. Wenn der ausgewählte Modus der Parallel-Typ-Modus ist, stellt die Modus-Umschaltung-Prozesseinheit den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit die An/Aus-Signale bereit, um die Inverter in einer ansteigenden Nutzungsfolge in Abhängigkeit von Strangleistung-Bedingungen zu betreiben.
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Nachstehend werden Funktionen der vorangehend beschriebenen Komponenten detailliert offenbart.
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Die Überwachungseinheit 510 weist zumindest eines von einem repräsentativ-Wert-Kennzeichnungsmodul 511 und einem externe-Umgebungsinformationen-Verarbeitungsmodul 512 (externe-Umgebungsinformationen-Prozessmodul 512) auf.
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Das repräsentativ-Wert-Kennzeichnungsmodul 511 berechnet in Echtzeit den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert der Leistungswerte der Stränge, welche mittels Überwachens des Amperemeters und des Voltmeters, die an jedem der Stränge der Strang-Einheit bereitgestellt sind, gewonnen werden. Das repräsentativ-Wert-Kennzeichnungsmodul kennzeichnet den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert als die repräsentativen Werte.
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Zum Beispiel wird der Standardabweichung-Wert als ein erster repräsentativer Wert gekennzeichnet, und der Mittelwert wird als ein zweiter repräsentativer Wert gekennzeichnet. Wie in 5 veranschaulicht ist, wird ein optimaler Modus basierend auf den gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen ausgewählt unter Verwendung von den zwei repräsentativen Werten.
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Das externe-Umgebungsinformationen-Verarbeitungsmodul 512 erhält (z.B. ruf ab) einen Sensorwert, welcher mittels eines externen Umgebungssensors gemessen wird zum Speichern des Sensorwerts in der Datenbank-Einheit.
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Zusätzlich weist die Datenbank-Einheit 520 zumindest eines von einem Standardabweichung-Schwellenwert-Herleitungsmodul 521, einem Mittel-Schwellenwert-Herleitungsmodul 522 und einem Datenbank-Modul 523 auf.
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Das Standardabweichung-Schwellenwert-Herleitungsmodul 521 leitet den Standardabweichung-Schwellenwert basierend auf jeweiligen Leistungskonvertierung-Effizienzinformationen des Strang-Typ-Modus, des Parallel-Typ-Modus und des Subarray-Typ-Modus in Abhängigkeit von dem Standardabweichung-Wert her, um die normale Strang-Abgabe oder die abnormale Strang-Abgabe zu ermitteln.
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Das Mittel-Schwellenwert-Herleitungsmodul 522 leitet den Mittel-Schwellenwert mittels Ermittelns von Pegeln der Strang-Abgabe-Werte basierend auf jeweiligen Leistungskonvertierung-Effizienzinformationen des Strang-Typ-Modus und des Parallel-Typ-Modus in Abhängigkeit von dem Mittelwert ab.
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Hierbei speichert ein Datenbank-Modul 523 den Standardabweichung-Schwellenwert, welcher mittels des Standardabweichung-Schwellenwert-Herleitungsmoduls hergeleitet wird, den Mittel-Schwellenwert, welcher mittels des Mittel-Schwellenwert-Herleitungsmoduls hergeleitet wird, die externen Umgebungsinformationen, den Standardabweichung-Wert und den Mittelwert.
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Wie in 6 veranschaulicht ist, ist der Standardabweichung-Schwellenwert ein Kriterium zum Ermitteln der normalen Strang-Abgabe oder der abnormalen Strang-Abgabe. Der Mittel-Schwellenwert ist ein Kriterium zum Ermitteln des Pegels der Strang-Abgabe-Werte (mit anderen Worten Strang-Leistungsabgabe-Werte).
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Daher leitet das Standardabweichung-Schwellenwert-Herleitungsmodul den Standardabweichung-Schwellenwert her basierend auf jeweiligen Leistungskonvertierung-Effizienzinformationen der Modi (Modus A, Modus B, Modus C) in Abhängigkeit von dem Standardabweichung-Wert, um die normale Strang-Abgabe oder die abnormale Strang-Abgabe zu ermitteln. Das Standardabweichung-Schwellenwert-Herleitungsmodul speichert Standardabweichung-Schwellenwert Modul im Voraus in dem Datenbank-Modul.
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Zusätzlich leitet das Mittel-Schwellenwert-Herleitungsmodul den Mittel-Schwellenwert mittels Ermittelns von Pegeln der Strang-Abgabe-Werte her basierend auf jeweiligen Leistungskonvertierung-Effizienzinformationen der Modi (Modus A, Modus B) in Abhängigkeit von dem Mittelwert. Das Mittel-Schwellenwert-Herleitungsmodul speichert den Mittel-Schwellenwert im Voraus in dem Datenbank-Modul.
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Zusätzlich weist die gegenwärtige-Bedingung-Ermitteln-Einheit 530 ein Standardabweichung-Wert-Vergleichen-Ermitteln-Modul 531, ein Mittelwert-Vergleichen-Ermitteln-Modul 532 und ein ausgewählter-Modus-Information-Bereitstellen-Modul 533 auf.
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Das Standardabweichung-Wert-Vergleichen-Ermitteln-Modul 531 ermittelt die normale Strang-Abgabe oder die abnormale Strang-Abgabe mittels Vergleichens des Standardabweichung-Schwellenwerts mit dem Standardabweichung-Wert, welche aus der Datenbank-Einheit extrahiert werden. Wenn die abnormale Strang-Abgabe ermittelt wird, wird der Subarray-Typ-Modus (Modus C) ausgewählt.
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Zusätzlich, wenn das Standardabweichung-Wert-Vergleichen-Ermitteln-Modul die normale Strang-Abgabe ermittelt, vergleicht das Mittelwert-Vergleichen-Ermitteln-Modul 532 den Mittel-Schwellenwert mit dem Mittelwert, welche aus der Datenbank-Einheit extrahiert werden. Wenn der Mittelwert größer ist als oder gleich ist zu dem Mittel-Schwellenwert, wird der Strang-Typ-Modus (Modus A) ausgewählt. Wenn der Mittelwert kleiner ist als der Mittel-Schwellenwert, wird der Parallel-Typ-Modus (Modus B) ausgewählt.
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Hierbei erhält das ausgewählter-Modus-Information-Bereitstellen-Modul 533 Informationen über den Modus, welcher ausgewählt ist, mittels eines Moduls von sowohl dem Standardabweichung-Wert-Vergleichen-Ermitteln-Modul als auch dem Mittelwert-Vergleichen-Ermitteln-Modul. Das ausgewählter-Modus-Information-Bereitstellen-Modul stellt der Modus-Umschaltung-Prozesseinheit die Informationen bereit, wodurch zu dem ausgewählten Modus geschaltet wird.
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Zusammenfassend wird ein optimaler Modus ausgewählt mittels Vergleichens der repräsentativen Werte, welche mittels des Überwachens berechnet werden, mit den Schwellenwerten zum Schalten in irgendeinen Modus aus dem Strang-Typ-Modus, dem Parallel-Typ-Modus und dem Subarray-Typ-Modus.
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Insbesondere wird zuerst der Standardabweichung-Wert mit dem Standardabweichung-Schwellenwert verglichen zum Ermitteln der normalen Strang-Abgabe oder der abnormale Strang-Abgabe. Wenn die abnormale Strang-Abgabe ermittelt wird, wird Modus C ausgewählt. Zweitens wird, wenn die normale Strang-Abgabe ermittelt wird, der Mittelwert mit dem Mittel-Schwellenwert verglichen zum Ermitteln von Pegeln der Strang-Abgabe-Werte, wodurch Modus A oder Modus B ausgewählt wird.
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Wenn der Modus A betrieben wird, ist die Strang-Abgabe normal und das Wetter ist sonnig. Wenn im Modus B betrieben wird, ist die Strang-Abgabe normal und das Wetter ist wolkig. Wenn im Modus C betrieben wird, ist die Strang-Abgabe abnormal und das Solarmodul teilweise abgeschattet oder ein Strang weist ein Fehler auf.
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Zusätzlich weist die Modus-Umschaltung-Prozesseinheit 540 ein Subarray-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul 541, ein Strang-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul 542 und ein Parallel-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul 543 auf.
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Das bedeutet, wie in 7 veranschaulicht, wenn der ausgewählte Modus der Subarray-Typ-Modus ist (Modus C), stellt das Subarray-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul 541 den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit die An/Aus-Signale bereit. Das Subarray-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul unterteilt die Stränge in die obere Gruppe und die untere Gruppe in Abhängigkeit von den Strangleistung-Bedingungen, und betreibt individuell die obere Gruppe und die untere Gruppe in dem Strang-Typ-Modus oder in dem Parallel-Typ-Modus.
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Zum Beispiel ist eine obere Gruppe, welche Stränge #1 und #2 aufweist, mit einem Inverter #1 verbunden. Zu diesem Zweck werden An-Signale sowohl einem Schalter 10 als auch einem Schalter A bereitgestellt, und ein Aus-Signal wird einem Schalter B bereitgestellt. Daher wird die obere Gruppe in dem Parallel-Typ-Modus betrieben.
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Zusätzlich wird ein Aus-Signal einem Schalter 20 bereitgestellt, so dass die obere Gruppe und eine untere Gruppe individuell (mit anderen Worten einzeln) betrieben werden.
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Zusätzlich sind Stränge 3# bis #6 der unteren Gruppe individuell (mit anderen Worten einzeln) mit Inverter #3 bis #6 verbunden. Zu diesem Zweck werden den Schaltern 30, 40 und 50 Aus-Signale bereitgestellt, und den Schaltern C, D, E und F werden An-Signale bereitgestellt. Daher wird die untere Gruppe in dem Strang-Typ-Modus betrieben.
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Inzwischen stellt, wenn der ausgewählte Modus der Strang-Typ-Modus ist (Modus A), das Strang-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul 542 die An/Aus-Signale den jeweiligen Schaltern sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit bereit, wie in 8 veranschaulicht ist. Das Strang-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul ermöglicht den Invertern eine Maximal-Leistungspunkt-Suche-Steuerung (MPPT-Steuerung) individuell durchzuführen.
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Zum Beispiel werden den Schaltern 10, 20, 30, 40 und 50 Aus-Signale bereitgestellt, und den Schalter A, B, C, D, E und F werden An-Signale bereitgestellt. Jeder der Inverter kann eine Maximal-Leistungspunkt-Suche-Steuerung (MPPT-Steuerung) durchführen mittels Betreibens eines Schaltkreises, welcher die Schalter und die Inverter in dem Strang-Typ-Modus aufweist.
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Zwischenzeitlich, wenn der ausgewählte Modus der Parallel-Typ-Modus (Modus B) ist, stellt das Parallel-Typ-Modus-Schalten-Verarbeitungsmodul 543 die An/Aus-Signale den Schalter sowohl von der ersten Schalteinheit als auch der zweiten Schalteinheit bereit, um die Inverter in einer ansteigenden Nutzungsfolge zu betreiben, wie in 9 veranschaulicht.
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Zum Beispiel werden An-Signale sowohl den Schaltern 10, 20, 30, 40 und 50 als auch den Schaltern A, B, C, und D bereitgestellt. Aus-Signalen werden den Schaltern E und F bereitgestellt.
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Die Anzahl der Stränge und der Inverter, welche in 7 bis 9 veranschaulicht sind, sind nur Beispiele der vorliegenden Erfindung. Es kann verstanden werden, dass die Anzahl variieren kann gemäß den aktuellen Bedingungen.
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Mit der vorangehend beschriebenen Konfiguration ist in dem Fall des sonnigen Wetters der die Strang-Typ-Modus am effizientesten. In dem Fall des wolkigen/regnerischen Wetters ist der Parallel-Typ-Modus am effizientesten. In dem Fall des teilweise abgeschatteten Solarmoduls oder des Systemfehlers ist der Subarray-Typ-Modus am effizientesten. Daher schaltet das Photovoltaiksystem zu einem optimalen Modus unter den Modi basierend auf den gegenwärtigen Bedingungen.
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Als Resultat ist es möglich eine optimale Inverter-Konversationseffizienz zu erreichen in Abhängigkeit von Wetterbedingungen und Systemfehlern mittels Betreibens in den Modi basierend auf den gegenwärtigen photovoltaischen Leistungserzeugung-Bedingungen.
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Insbesondere werden die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit gesteuert basierend auf Wetterbedingungen zum Schalten in irgendeinen Modus aus dem Strang-Typ-Modus, dem Parallel-Typ-Modus und dem Subarray-Typ-Modus, wodurch eine Inverter-Konversationseffizienz vergrößert wird.
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Zusätzlich kann das Photovoltaiksystem elektrische Leistung generieren, selbst wenn einer der Inverter ausfällt. Das Photovoltaiksystem kann die Inverter selektiv betreiben in Abhängigkeit von einer kumulativen elektrischen Leistungsmenge, um einen unnötigen Betrieb der Inverter zu begrenzen, wodurch die Lebensdauer der Inverter vergrößert wird.
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Während das Photovoltaiksystem im Speziellen unter Bezugnahme auf die beispielhafte Ausführungsform davon veranschaulicht und beschrieben wurde, kann es von denen, mit gewöhnlichen technischen Fähigkeiten, verstanden werden, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Details davon gemacht werden können, ohne von dem Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie von den folgenden Ansprüchen definiert ist.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist industriell anwendbar in dem industriellen Feld eines Photovoltaiksystems.
