JP5903439B2 - 中電圧送電網へ電力を供給するための太陽光発電設備の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の太陽電池モジュールと、少なくとも１つのインバータと、中電圧送電網へ電力を供給するための少なくとも１つの中電圧変圧器とを有する太陽光発電設備を運転するための方法に関する。本発明はまた、この方法を実行するように設計される太陽光発電設備にも関する。

比較的大規模な太陽光発電設備、具体的にはソーラーパークとも呼ばれる野外プラントの場合、生産される電力は概して、例えば２０キロボルト（ｋＶ）送電網である中電圧送電網へ直接供給される。このような野外プラントは、概して複数の太陽電池モジュールを有し、そのうちの複数個は直列に接続されて所謂ストリングを形成する。複数のストリングは、複数のストリングによって生産される電力を装備される恐らくは複数のインバータのうちの１つへ直流形式で供給するために、互いに接続される場合が多い。インバータの出力側は、中電圧変圧器の一次巻線へ接続される。この場合、インバータ毎に１つの中電圧変圧器が設けられることもあれば、複数のインバータが１つの中電圧変圧器へ、恐らくは別々の一次巻線によって接続されることもある。生産される電力は、変圧器の二段側の１つまたは複数の出力により、中電圧送電網へ、恐らくはカップリングコンタクタによって供給される。

インバータが中電圧変圧器へ直に接続されるこのタイプの太陽光発電設備は、論文「Ｅｎｅｌ’ｓ ３−ＭＷ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ」Ｃ．Ｃｏｒｖｉ、他著、第１０回欧州太陽光発電国際会議、１９９１年、において知られている。この場合のインバータは、サイリスタによって嵌合されるインバータブリッジを有するものが使用される。インバータは送電網によって整流され、換言すれば、インバータは、スイッチング電圧、並びにサイリスタのための整流電圧を送電網から引き出す。

その比較的低い効率に起因して、サイリスタで嵌合されるインバータブリッジを備える最新式のインバータは、未だ稀にしか使用されない。インバータブリッジでは、インバータをパルス幅変調によって作動できるようにするために、スイッチングトランジスタを用いることの方が一般的である。この場合、使用されるトランジスタは、概してＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）またはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。逆バイアス方向の高電圧から保護するために、これらのトランジスタは通常、反平行方向に接続されかつトランジスタが逆方向にバイアスをかけると順方向にバイアスされ、既にトランジスタに頻繁に搭載されている場合が多いダイオードによって保護される。フリーホイーリングダイオードとも称されるこれらのダイオードは、送電網接続部からインバータのＤＣ（直流）電圧中間回路まで全波整流器を形成する。インバータの送電網側にＡＣ（交流）電圧が存在するが、太陽電池モジュールは十分な電圧を生産していない場合、電力がＡＣ電圧送電網から消費されている状態で、フリーホイーリングダイオードにより、太陽電池モジュールを介して逆の電流の流れが発生する。

このような逆の電流の流れを防止するために、各インバータをＡＣ低電圧コンタクタによって中電圧変圧器へ接続することが知られている。ＡＣ低電圧コンタクタは、入射する太陽放射線がない場合に、またはこれが不十分である場合に送電網からインバータを切断するために使用され、これにより、電力が送電網から消費されている状態での太陽電池モジュールを介しての逆方向への電流の流れが防止される。

さらに、ＡＣ低電圧コンタクタは、要求される送電網パラメータ（電圧、周波数、無効電力供給、他）に異常が生じれば、またはインバータが故障すれば、過電流または短絡が発生した場合に個々のインバータを中電圧変圧器から選択的に切り離すために用いられる。しかしながら、ＡＣ低電圧コンタクタに関連するあらゆるインバータや、送電網給電パラメータに適合させるための監視デバイスを取り付けることは、複雑かつ高コストである。

さらに、例えば、Ｃｏｌｌｉｅｒ、Ｋｅｙ共著の論文「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆａｕｌｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｌａｒｇｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｎｖｅｒｔｅｒ」ＩＥＥＥ太陽光発電専門家会議議事録、１９８８年、に記述されているように、故障を防止するために中電圧変圧器と送電網との間に位置決めされるＡＣコンタクタを用いることも知られている。この文献によれば、ＡＣコンタクタは、故障が生じた場合に、ＤＣコネクタがインバータから太陽電池モジュールをデカップルした後に作動される。

Ｃ．Ｃｏｒｖｉ、他著「Ｅｎｅｌ’ｓ ３−ＭＷ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ」第１０回欧州太陽光発電国際会議、１９９１年 Ｃｏｌｌｉｅｒ、Ｋｅｙ共著「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｆａｕｌｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ ｌａｒｇｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｎｖｅｒｔｅｒ」ＩＥＥＥ太陽光発電専門家会議議事録、１９８８年

本発明は、電力を中電圧送電網へ供給するための当初言及したタイプの太陽光発電設備を運転するための方法、および太陽電池モジュールが送電網から切断され、かつ逆電流防止がさほど複雑でない方法で提供される対応する太陽光発電設備に関する。

この目的は、独立請求項に記載されている個々の特徴を有する方法、および太陽光発電設備によって達成される。本方法および太陽光発電設備のさらなる改良、および効果的な展開は、個々の従属請求項に規定されている。

電力を中電圧送電網へ供給するための太陽光発電設備を運転する本方法において、太陽光発電設備は、複数の太陽電池モジュールと、少なくとも１つのインバータと、少なくとも１つの中電圧変圧器とを有する。この場合、中電圧変圧器の一方側はインバータのＡＣ低電圧出力へ直に接続され、かつ太陽電池モジュールとインバータのＤＣ入力との間に少なくとも１つのＤＣスイッチング部材が配置される。本方法は、太陽光発電設備において太陽電池モジュールにより生産された電力が送電網へ給電するうえで不十分である場合、太陽電池モジュールはインバータのＤＣ電圧側から切断され、一方でインバータのＡＣ電圧側は対照的に中電圧変圧器によって中電圧送電網へ接続されたままであることにおいて区別化される。

中電圧変圧器をインバータへ直に連結することにより、一方側においてインバータと中電圧変圧器との間に高コストのＡＣ低電圧コンタクタを設ける必要性が回避される。太陽電池モジュールが十分な供給用電力を生産することができない場合でも、太陽電池モジュールを介する逆の電流の流れはＤＣスイッチング部材を用いて防止される。

本方法の一実施例では、予め決められた送電網給電パラメータが満たされない場合、太陽光発電設備は、中電圧変圧器と中電圧送電網との間に配置されるカップリングコンタクタによって中電圧変圧器の他方側の中電圧送電網から切断される。

この改良において、一方側のＡＣ低電圧コンタクタのタスクは、ＤＣスイッチング部材および中電圧カップリングコンタクタにより合同して実行される。即ち、送電網パラメータが満たされない場合、ＤＣスイッチング部材は太陽電池モジュールを介する逆の電流の流れを防止するために使用され、かつカップリングコンタクタは中電圧送電網からの切断に使用される。先行技術による設備に比較すると、インバータ毎のＡＣ低電圧コンタクタを省くことが可能であって、代わりに全てのインバータに共通のカップリングコンタクタが１つあればよいことから、結果的にこれは、特に設備が比較的大規模で複数のインバータを有する場合に有利である。

以下の本明細書では、例示的な一実施形態を使用し、かつ３つの図面によって本発明をさらに詳しく説明する。
中電圧送電網へ接続するための太陽光発電設備を示す説明図。 太陽光発電設備の運転方法の例示的な一実施形態を示すフローチャート。 太陽光発電設備の運転方法の他の実施形態例を示すフローチャート。

図１に示されている太陽光発電設備は、太陽光発電機１０、インバータ装置２０、中電圧コンポーネント３０および送電網への連結用セクション４０の４つのセクションに略分割される。

送電網への連結用セクション４０は、太陽光発電設備に一度包含される。他のセクション１０、２０、３０は各々、図１の例では３つである複数の独立した分岐を有し、これらは各々同一の設計である。図１において、個々の分岐ａ、ｂ、ｃのコンポーネントは、コンポーネントの個々の参照記号へ付着される接尾辞ａ、ｂ、ｃによって互いから区別される。以下の明細書本文の場合がそうであるように接尾辞のない参照記号が使用される場合、これは、対応する全てのコンポーネント全体、またはそれ以上詳細に明記されない１つのコンポーネントの何れかに関連し、後者の場合、分岐のうちの１つとの関連性はない。この実施例における太陽光発電設備内の分岐数３は純粋に例示であり、限定的なものではない。本発明は、所望される任意数の分岐を有する太陽光発電設備に使用されることが可能である。

太陽光発電機１０は複数の太陽電池モジュール１１を有し、何れの場合も、そのうちの複数個は部分的発電機を形成するために互いに接続されてもよい。この目的に沿って、複数の太陽電池モジュール１１は、例えば直列に接続されてストリングを形成し、さらに複数のストリングは並列に接続されて部分的発電機を形成してもよい。図１には、部分的発電機毎に１つの太陽電池モジュール１１しか記号を使って示されていない。部分的発電機には各々、例えばコンタクタであるＤＣスイッチング部材１２が関連づけられる。説明を簡単にするために、本明細書では以下、直流スイッチング部材１２を例示的に直流（ＤＣ）コンタクタ１２と称する。

分岐ａ、ｂまたはｃにおける全ての部分的発電機は、ＤＣコンタクタ１２によってまとめて分岐の出力１３ａ、ｂ、ｃへ並列に接続されることが可能である。例示として、図１は、各分岐につき３つの部分的発電機を示している。この数字もまた、限定的なものではない。図中の点線が示すように、通常、各分岐には遙かに多数の部分的発電機が設けられる。先に述べた個々の太陽電池モジュール１１を相互接続してストリングを形成し、かつこれらを並列に相互接続して部分的発電機を形成することもまた、例示であるに過ぎない。各分岐の１つの出力１３における、太陽電池モジュール１１により生産される電力を結合する太陽電池モジュール１１の直列および／または並列回路のあらゆる場合の組み合わせについても、同じく他の組み合わせが実現可能である。図示されているように各部分的発電機にＤＣコンタクタ１２を取り付ける代替方法として、１つのＤＣコンタクタ１２を１つの相互接続された部分的発電機グループに関連づけることも可能である。本出願の目的に関連するＤＣコンタクタの動作に関して言えば、対応する出力１３の切換に使用されるＤＣコンタクタ１２は各グループａ、ｂ、ｃに１つ存在すれば足りると思われる。重要な要素は、部分的発電機のＤＣ側の全ての太陽電池モジュール１１をインバータ装置２０から切断する可能性が存在するという点にある。

インバータ装置２０の内部において、各分岐ａ、ｂ、ｃは、太陽光発電機１０の個々の出力１３ａ、ｂ、ｃへ接続されるＤＣ入力２２を備えるインバータ２１を有する。インバータの入力回路は、ＤＣ電圧中間回路とも称される。ＤＣ入力２２へ印加される電圧も相応して、中間回路電圧Ｕｚと称される。中間回路電圧Ｕｚは、典型的には、太陽光発電機１０の個々の部分が（現実の）瞬間動作状態における、約５００−１０００Ｖの最大電力を発する最適動作点に存在する。ＤＣ電圧中間回路は、インバータ２１によってパルスを負荷される。中間回路キャパシタンスを与える中間回路キャパシタ２３は、中間回路電圧Ｕｚを平滑化しかつ最適動作点を保持するために設けられる。中間回路キャパシタ２３は、図１では別々に示されているが、インバータに統合される場合が多い。

さらに、インバータ装置２０内には、分岐毎に補助変圧器２５、補助コンポーネント２６、緩衝蓄電池２７およびプリチャージデバイス２８も設けられる。補助変圧器２５は、補助コンポーネント２６へ電力を供給するために使用される。補助コンポーネント２６は、典型的には直流電流が供給される。説明を単純にするために、本図は対応する整流器および制御回路を示していない。例示的に、図中には、ファンが補助コンポーネント２６として示されている。さらなる補助コンポーネント２６は、監視デバイスおよび個々のインバータ２１を制御するためのデバイス、並びにデータ取得および遠隔データ送信のためのデバイスである。さらに、補助変圧器２５によって降圧される電圧は、緩衝蓄電池２７を充電する、または緩衝蓄電池２７内の電荷を保持するために使用される。緩衝蓄電池２７およびプリチャージデバイス２８の機能については、後にさらに詳しく説明する。

インバータ２１は各々ＡＣ出力２４を有し、ＡＣ出力２４は、中電圧送電網４１へ給電するために、通常は３相で中電圧変圧器３１の一方側へ直に接続される。この場合の、「直に」は、具体的には、インバータ２１と中電圧変圧器３１との間に自動的に作動または閉止されることが可能なスイッチング部材が設けられないことを意味する。対照的に、本出願の目的に沿って、この言い回しは、自動的な切断を提供できるが再結合は行えないヒューズ、断路器または他の何らかの保護物が介在する接続をそのまま包含することを意図している。したがって、本出願による太陽光発電設備の場合、一方側（換言すれば、低電圧側）のインバータと中電圧変圧器３１との間に、インバータ２１からの中電圧変圧器３１の定期的かつ非手動の切断に適する、かつ中電圧変圧器３１のインバータ２１への再接続に適するスイッチング部材は設けられていない。これに対して、誤作動のときに開放される、または例えば保全を目的として手動で開放され、かつ再度手動で閉止されることが可能な切断、保護またはヒューズ部材を設けてもよい。

インバータ２１は、トランジスタとしての例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴを備え、逆並列に接続されるフリーホイーリングダイオードへの給電による過剰に高い逆電圧から保護されるインバータブリッジを有することが想定される。これらのフリーホイーリングダイオードは、ＡＣ出力２４において生産されるＡＣ電圧のための全波整流器を形成する。さらに、インバータ２１は自己整流式である。これらは、スイッチとして使用されるトランジスタをオンおよびオフに切換することによって整流される。

図示されている例では、インバータ２１ａ、ｂ、ｃ毎に唯一の中電圧変圧器３１ａ、ｂ、ｃが設けられている。しかしながら、２つ以上のインバータを１つの中電圧変圧器に繋ぐことも実現可能であり、後者には複数の一次巻線が装備されてもよい。

中電圧変圧器３１の定格は、好ましくは、１から１．５メガボルト−アンペア（ＭＶＡ）までの範囲内である。これは、先に述べたようになおも５００−１０００Ｖの中間回路電圧で、妥当なライン断面により過度の抵抗損失なしに送られることが可能な中間回路内の電流に相当する。これと同時に、前記定格範囲は、各々が固有のインバータ２１および中電圧変圧器３１を有する並行する分岐の数が多くなりすぎて設計を不経済なものにすることなしに、野外設備が設計されることを可能にする。

保護部材３２およびスイッチ断路器３３は各中電圧変圧器３１に関連づけられ、かつ中電圧変圧器３１の個々の二次巻線と直列に接続される。

例として、保護部材３２には、過電流の場合と短絡の場合とのいずれの場合においても飛ぶ不活性ヒューズリンクを用いることができる。図示されている例の場合のように、関連づけられるインバータが各中電圧変圧器に１つだけであれば、保護部材３２は中電圧変圧器およびインバータの双方を過電流から保護する。

スイッチ断路器３３としては、好ましくは、手動プルインおよび電磁トリッピングを有するばねエネルギー蓄積断路器が使用される。この場合、トリッピング機構は個々のインバータ２１の故障監視デバイスへ接続されているため、故障が発生すると、スイッチ断路器３３は自動的に中電圧送電網４１から適切な分岐を選択して切断する。また当然ながら、必要であれば、例えば保全作業のために手動による切断が使用されてもよい。本実施形態では、手動プルインを有するばねエネルギー蓄積断路器で十分であり、かつ具体的には、後にさらに詳しく述べるように、太陽光発電設備の正常な運転中はスイッチ断路器３３が作動されないことから、コストを理由に動力式プルインよりも好ましい。

生産される電力を中電圧送電網４１へ供給するために、保護部材３２およびスイッチ断路器３３により個々に保護される二次回路は、１つのカップリングコンタクタ４２によってまとめて中電圧送電網４１へ接続される。カップリングコンタクタ４２は、中電圧送電網４１について規定されている電圧振幅、位相角、無効電力、周波数、他等のパラメータの許容限度が守られているかどうかをチェックする監視デバイス４３によって動作される。これらのパラメータのうちの１つでも、指定された許容範囲から外れていれば、カップリングコンタクタ４２は、中電圧送電網４１から太陽光発電設備を切断する。

以下、図２および図３のフローチャートを参照して、太陽光発電設備の運転方法について説明する。本方法は、例えば、図１に示されている太陽光発電設備の実施例に関連して実行されてもよい。使用する参照記号は、図１に関連するものである。

太陽光発電設備はまず、ステップＳ１において正規モードで運転される（図２）。この場合、入射太陽放射線が十分であることから、太陽光発電機１０のエリアにおける太陽電池モジュール１１は中電圧送電網４１へ供給するに足る電力を生産する。

正規モードにおいて、ＤＣコンタクタ１２は閉止され、インバータ２１は、電力を直流から交流へ変換するためにクロックされる。中間回路は、最適動作点電圧で動作される。個々のインバータ２１には、通常、最適動作点を調整しかつ追跡するための手段が設けられる（ＭＰＰトラッキング−最大電力点追跡）。中間回路キャパシタ２３は、中間回路内の電圧Ｕｚに相応して充電される。さらに、太陽光発電設備内の個々の分岐ａ、ｂ、ｃにおけるスイッチ断路器３３および共通カップリングコンタクタ４２の双方が閉止され、その結果、全てのインバータ２１が対応する中電圧変圧器３１を介して中電圧送電網４１へ給電する。

電力は、各インバータ２１のＡＣ出力２４で補助変圧器２５によって引き出され、補助コンポーネント２６へ給電するために使用される。補助変圧器２５により生産される電圧は、緩衝蓄電池２７を充電する、または緩衝蓄電池２７における電荷を保持するためにも使用される。プリチャージデバイス２８は、正規モードにおいて不活性である。

太陽電池モジュール１１により生産される電力が、例えば夜間または完全に日陰となって、もはや中電圧送電網４１へ給電するには足りなくなると（ステップＳ２）、太陽電池モジュール１１を介する逆の電流の流れを防止するために、後続ステップＳ３において、図示されていない制御デバイスによりＤＣコンタクタ１２ａ、ｂ、ｃが開放される。この場合、全ての太陽電池モジュール１１で日射条件が同じとは限らないことから、様々な分岐ａ、ｂ、ｃにおいて、個々の分岐ａ、ｂ、ｃのＤＣコンタクタ１２は選択的に切換されてもよい。選択的切換の可能性は、欠陥のある分岐ａ、ｂ、ｃが切断されることも可能とする。

スイッチ断路器３３およびカップリングコンタクタ４２は閉止されたままであり、その結果、関連するＤＣコンタクタ１２ａ、ｂ、ｃが開放されているものを含む全てのインバータ２１は、その個々のＡＣ出力２４により、中電圧変圧器３１を介して間接的に中電圧送電網４１へ結合される。この場合、インバータ２１はクロックされない。

この場合、補助コンポーネント２６は、補助変圧器２５によって中電圧送電網４１から給電される。中間回路キャパシタ２３の中間回路キャパシタンスに起因して、当初、中間回路電圧Ｕｚは保持される。中間回路内の動作電圧は通常、インバータ２１のＡＣ出力２４において生産されるＡＣ電圧のピーク電圧より高いことから、中間回路電圧Ｕｚは、分領域の時定数でＡＣ電圧のこのピーク値まで下がる。

日射が回復して太陽電池モジュール１１が再度発電をし始めると（ステップＳ４）、インバータ２１はステップＳ５においてクロックし、かつ個々のＤＣ電圧中間回路において所望のＤＣ電圧公称値を生産し始める。続いて、ＤＣコンタクタ１２は、ステップＳ６においてオンに切換され、太陽光発電設備は再び正規モードになる。

図３は、太陽光発電設備の運転方法の一展開を示す。正規モードの間、監視デバイス４３は、ステップＳ１１において、生産される電気が中電圧送電網４１に供給される時点の関連する送電網パラメータが送電網オペレータの例えば電圧、周波数または供給される無効電力に関する要件を満たしているかどうかを監視する。

ステップＳ１２において、これらのパラメータのうちの１つまたはそれ以上が指定された許容範囲から外れていれば、監視デバイス４３は、ステップＳ１３においてカップリングコンタクタ４２を開放する。動作点は電力が引き出されているときにのみ設定可能であることから、ＤＣコンタクタ１２も同時に開放される。したがって、カップリングコンタクタ４２が開放されるとすれば、中間回路電圧が太陽電池モジュール１１の開路電圧方向へ上がることになるが、インバータは通常、太陽電池モジュール１１の開路電圧と同じ高さの電圧を長期的に印加されるように設計されないことから、これは望ましくない。

監視デバイス４３が、送電網の給電パラメータが再び許容範囲内にあることを検出すれば（ステップＳ１４）、ステップＳ１５において、まず、中間回路電圧Ｕｚが各々予め決められた最小電圧Ｕｍｉｎより上であるかどうかを決定するチェックが実行される。例として、最小電圧Ｕｍｉｎは、運転中の中間回路電圧の３０％から７０％までの範囲内であってもよい。カップリングコンタクタ４２が開いている中断時間が、例えば１分に満たない短時間であれば、中間回路キャパシタ２３のキャパシタンスによって中間回路電圧が最小電圧Ｕｍｉｎを下回る結果になることはない。

ステップＳ１５において、個々の中間回路電圧Ｕｚが最小電圧Ｕｍｉｎより上でありかつ中断時間も必然的に長すぎなかったことが発見されれば、カップリングコンタクタ４２は、ステップＳ１６において、中電圧変圧器３１およびインバータ２１によって高い逆電流が中間回路キャパシタ２３へ流れ込む危険性なしに再接続される。カップリングコンタクタ４２が再接続された後、インバータ２１は、後続ステップＳ１７において、中間回路電圧を所望される公称値へ変更するために再びクロックされる。次には、ステップＳ１８においてＤＣコンタクタ１２が再接続される。

しかしながら、カップリングコンタクタ４２の開放時間が過度の長時間に渡って持続し、かつＤＣ電圧中間回路における電圧Ｕｚが最小電圧Ｕｍｉｎより下がれば、カップリングコンタクタ４２が即時再接続されるとしても、過電流の発生を阻むことは不可能であると思われる。この場合、中間回路キャパシタ２３は、ステップＳ１９においてまず、対応するプリチャージデバイス２８により個々の緩衝蓄電池２７から、最小電圧Ｕｍｉｎ以上である予め決められた公称値までプリチャージされる。この後初めて、本方法は、既に述べたようにカップリングコンタクタ４２が閉止され、インバータ２１がクロックされかつＤＣコンタクタ１２が閉止されるステップＳ１６からステップＳ１８までを継続する。プリチャージデバイスは、例えばステップアップコントローラの形式であってもよい。さらに、プリチャージデバイスにおいて、ＤＣ電圧中間回路と緩衝蓄電池２７との間にはガルバニック絶縁が設けられてもよい。

図１に示されている設計の代替として、中間回路は、セントラル緩衝蓄電池からプリチャージされてもよい。この場合、補助コンポーネント２６もセントラル緩衝蓄電池から相応の方法で給電される。このようなセントラル緩衝蓄電池を用いる際の電流分布における抵抗損失を最小限に抑えるために、このセントラル緩衝蓄電池は、例えば比較的高い電圧１１０Ｖを有してもよい。これに対して、ローカル緩衝蓄電池２７では、より低い電圧、例えば２４Ｖが好ましい。必要であれば、必要に応じて適切な中間回路へ接続されることが可能なセントラルプリチャージデバイスも設けられてもよい。

保全作業のため、またはインバータ２１のうちの１つ、または中電圧変圧器３１のうちの１つを交換する必要があるときは、太陽光発電設備の適切な分岐が関連のスイッチ断路器３３によって切り離される。先に述べたように、電磁的にトリップされるスイッチ断路器３３の場合、このデカップリングは、個々のインバータ２１の故障監視デバイスによって実行されることも可能である。スイッチ断路器３３の操作に至る事態が生じることは、その固有の性質上稀であることから、手動プルインの付いたばねエネルギー蓄積断路器をスイッチ断路器３３として使用することができる。

スイッチ断路器３３により、こうして切り離された太陽光発電設備の分岐は、先に述べたようなカップリングコンタクタ４２を介する太陽光発電設備の再接続と同様にして再始動される。したがって、中間回路キャパシタ２３は、切断されたスイッチ断路器３３の再接続より前にプリチャージデバイス２８を介して相応に充電される。

その結果、ＤＣスイッチング部材１２は、太陽光発電設備の運転中、先に述べた方法で規則的に切換られる。したがってこれらは、切換プロセスの基礎となる出来事（昼夜間の変化、完全な日陰）の頻発性に応じて、好ましくは、頻繁な切換サイクルで設計される。これらは、特に好ましくは、２００００を超える切換サイクルで設計される。この切換サイクル数は、２０年という太陽光発電設備の予測寿命、および切換プロセスの基礎である出来事に対する１日当たり約３切換サイクルという想定の結果である。

これまでに述べた目的に加えて、ＤＣスイッチング部材１２は、本発明による方法の範囲内で他の目的のために、例えば個々の欠陥スクリーンを切断するために、または防火用断路器として使用されることも可能である。これらの目的に沿って、事実上、太陽光発電設備が太陽電池モジュールとインバータとの間のスイッチング部材として提供されることが知られている。本出願の目的に沿って使用されるＤＣスイッチング部材１２は、その目的だけでなく、規則的に切換られる性能においてもこれらとは相違する。

許容されない送電網給電パラメータの発生もやはり稀な出来事ではないことから、同様の状況がカップリングコンタクタ４２についても言える。したがって、カップリングコンタクタ４２は、好ましくは多数の切換サイクルを実行するようにも設計され、かつ特に好ましくは、この多数の切換サイクル、具体的には２００００を上回る切換サイクルを欠陥の存在なしに実行するように設計される。また、当然ながら、カップリングコンタクタ４２は、これまでに述べたもの以外の目的で、例えば保全のために太陽光発電設備を送電網から完全に切断する目的で使用されることも可能である。この場合もやはり、本出願によるカップリングコンタクタ４２は、本発明による方法の過程でのその目的とは別に、規則的に切換されるそのケイパビリティによって既知の設備断路器とは異なる。

１０ 太陽光発電機
１１ 太陽電池モジュール
１２ 直流スイッチング部材（ＤＣコンタクタ）
２０ インバータ装置
２１ インバータ
２２ 直流（ＤＣ）入力
２３ 中間回路キャパシタ
２４ 交流（ＡＣ）出力
２５ 補助変圧器
２６ 補助コンポーネント
２７ 緩衝蓄電池
２８ プリチャージデバイス
３０ 中電圧コンポーネント
３１ 中電圧変圧器
３２ 保護部材
３３ スイッチ断路器
４０ 送電網連結コンポーネント
４１ 中電圧送電網
４２ カップリングコンタクタ
４３ 監視デバイス

Claims (17)

1. 中電圧送電網（４１）へ電力を供給するための太陽光発電設備を運転するための方法であって、
   前記太陽光発電設備は複数の太陽電池モジュール（１１）と、少なくとも１つのインバータ（２１）と、少なくとも１つの中電圧変圧器（３１）とを有し、
   前記中電圧変圧器（３１）の一方側は、前記インバータ（２１）のＡＣ低電圧出力（２４）へ直に接続され、かつ、
   前記太陽電池モジュール（１１）と前記インバータ（２１）のＤＣ入力（２２）との間に少なくとも１つのＤＣスイッチング部材（１２）が配置され、
   前記太陽光発電設備において前記太陽電池モジュール（１１）により生産される電力が前記中電圧送電網（４１）への給電に不十分である場合、前記太陽電池モジュール（１１）はインバータ（２１）のＤＣ電圧側から切断され、一方で前記インバータ（２１）のＡＣ電圧側は前記中電圧変圧器（３１）を介して前記中電圧送電網（４１）へ接続されたままであることを特徴とする
   方法。
2. 送電網給電パラメータに関する予め決められた要件が満たされない場合、前記太陽光発電設備は、前記中電圧変圧器（３１）と前記中電圧送電網（４１）との間に配置されるカップリングコンタクタ（４２）によって前記中電圧変圧器（３１）の他方側の前記中電圧送電網（４１）から切断される
   請求項１に記載の方法。
3. 前記送電網給電パラメータは、前記中電圧送電網（４１）の電圧振幅および／または周波数、および／または供給される無効電力に関連する
   請求項２に記載の方法。
4. 前記中電圧変圧器（３１）の一方側は、前記インバータ（２１）のＡＣ低電圧出力（２４）へ直に接続され、かつ、
   前記太陽電池モジュール（１１）と前記インバータ（２１）のＤＣ入力（２２）との間に少なくとも１つのＤＣスイッチング部材（１２）が配置された、複数の太陽電池モジュール（１１）と、少なくとも１つのインバータ（２１）と、少なくとも１つの中電圧変圧器（３１）とを有する太陽光発電設備であって、
   前記太陽光発電設備は、請求項１から請求項３までの任意の請求項に記載の方法を実行するように設計され、
   前記太陽電池モジュール（１１）の前記インバータ（２１）のＤＣ電圧側からの切断は前記ＤＣスイッチング部材（１２）によって実行されることを特徴とする
   太陽光発電設備。
5. 前記中電圧変圧器（３１）と前記インバータ（２１）の前記ＡＣ低電圧出力（２４）との接続部には、スイッチング部材、具体的には自動的に駆動または閉止されることが可能なスイッチング部材が設けられない
   請求項４に記載の太陽光発電設備。
6. 前記インバータ（２１）のインバータブリッジはスイッチングトランジスタとして、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴとする
   請求項４または請求項５に記載の太陽光発電設備。
7. 前記インバータ（２１）の前記インバータブリッジは、前記インバータブリッジにおいて前記スイッチングトランジスタと逆並列に配置されるフリーホイーリングダイオードを有する
   請求項６に記載の太陽光発電設備。
8. 前記中電圧変圧器（３１）と前記中電圧送電網（４１）との接続部にカップリングコンタクタ（４２）が配置される
   請求項４から請求項７までのいずれかに記載の太陽光発電設備。
9. 少なくとも２つの中電圧変圧器（３１）は他方側の給電中に電力が流れる方向における前記カップリングコンタクタ（４２）の上流へ設けられかつ互いに接続され、切換プロセスの間、前記カップリングコンタクタ（４２）は前記少なくとも２つの中電圧変圧器（３１）をまとめて前記中電圧送電網（４１）から切断し、またはこれらをまとめて後者へ接続する
   請求項８に記載の太陽光発電設備。
10. 監視デバイス（４３）は、前記太陽光発電設備によって生産される電流の送電網給電パラメータをチェックするために設けられ、前記カップリングコンタクタ（４２）へ接続され、かつこれと相互に作用する
    請求項８に記載の太陽光発電設備。
11. 前記他方側には、中電圧変圧器（３１）毎に保護部材（３２）が設けられる
    請求項９に記載の太陽光発電設備。
12. 前記他方側には、中電圧変圧器（３１）毎にスイッチ断路器（３３）が設けられる
    請求項９に記載の太陽光発電設備。
13. 前記スイッチ断路器（３３）は、手動プルインを有するばねエネルギー蓄積断路器である
    請求項１２に記載の太陽光発電設備。
14. 前記ＤＣスイッチング部材（１２）および／または前記カップリングコンタクタ（４２）は多数の切換プロセス用に、２００００回を上回る切換プロセス用に設計される
    請求項８に記載の太陽光発電設備。
15. 前記少なくとも１つのインバータ（２１）は１００ｋＷを超える電力用に、好ましくは３００ｋＷを超える電力用に設計される
    請求項４から請求項１４までのいずれかの請求項に記載の太陽光発電設備。
16. プリチャージデバイス（２８）は、前記インバータ（２１）のＤＣ入力（２２）においてＤＣ電圧中間回路へ予め決められた電圧を印加するために設けられる
    請求項４から請求項１５までのいずれかの請求項に記載の太陽光発電設備。
17. 緩衝蓄電池（２７）は、前記太陽光発電設備が前記中電圧送電網（４１）から切断されている間に前記プリチャージデバイス（２８）に給電するために設けられる
    請求項１６に記載の太陽光発電設備。
    

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