[发明专利]用于光伏设备的保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光伏设备的保护装置，其具有用于与光伏发电机连接的至少一个输入端以及用于输出由光伏发电机提供的电功率的至少一个输出端。本发明还涉及一种具有保护装置的光伏模块和一种用于光伏设备的保护装置的操作方法。

背景技术

光伏设备(在下文中缩写为PV设备)用于将太阳光转换为电能。通常为此将多个光伏模块(在下文中缩写为PV模块)互相电联接为一个光伏发电机，其中每个光伏模块都构成多个光伏电池的一个互联部。光伏发电机(PV发电机)与经常远程装配的逆变器连接，该逆变器用于将由PV发电机提供的直流电转换为交流电，该交流电适于向公共或私人(单独运行)的供电网中供电。

PV模块在此大多串联连接，使得在PV发电机与逆变器之间的直流线路被范围显著高于100V的电压加载。这个数量级的电压出于效率的原因是有意义的，尤其是以便尽可能小地保持功率中的欧姆损耗，而不必选择过大的线路横截面。然而，在光射入到PV模块时，在受损情况下(例如在火灾情况)或在安装作业和维护作业的情况下，由于高电压而存在威胁生命的电击的危险。在没有另外的保护措施的情况下，在直接接触或例如通过消防用水间接接触时，威胁生命的危险可以仅仅当禁止通过PV模块产生电流时消除、例如通过遮暗PV模块消除。但这在大型PV设备中或者在火灾情况下很难实现。

PV设备的另一问题在于由于高的直流电压与从PV模块流到逆变器的高的直流电流相结合而引起的形成电弧的危险。电弧可以例如在维护作业(断开电流流经的线路)时在螺纹连接件或插接连接件处的接触退化的情况下、在不良焊点或不良螺纹连接处的接触退化的情况下或者在线路绝缘受损的情况下产生。消除所产生的电弧通常仅可以通过剧烈地减小流过电弧的电流来实现。

为了避免在PV设备运行时在火灾情况下或在维护作业的情况下出现危险的电压，已知的是，空间上在PV模块附近、例如在PV模块的接线盒中设置开关机构(例如接触器或半导体开关)，其在由逆变器或其他控制中心经由中心线路进行开关时无电压地开关在PV模块与逆变器之间的连接线路。这可以通过由开关机构中断连接线路实现或者通过对PV模块进行短路实现，例如在2005年五月出版的杂志Photon第75-77页所公开的那样。在PV发电机与逆变器之间的连接线路也可以如在文献DE 10 2005 018 173 A1中公开的那样通过单独的在PV发电机上设置的开关机构无电压地开关。

为了将控制信号传输到开关机构，在此附加地应用敷设的控制线路，然而这特别是在大型PV设备中伴随着提高的安装费用。作为备选方案，由文献DE 10 2006 060 815 A1已知的是，将控制信号作为高频信号借助于变换器施加到用于功率传输的直流线路上并且经由该直流线路进行传输。开关机构为此该目的设有控制单元，其解码高频传输的控制信号并且控制开关过程。而且该方案是耗费的，这是因为为了施加控制信号，由于在直流线路上的高电流而需要材料强化的变换器。

发明内容

因此本发明的任务在于提供一种用于PV设备的保护装置，其在简化的结构下可靠地且安全地防止从PV发电机通到逆变器的直流电压线路在危险情况下不被高电压加载。另一任务在于，提供一种用于该保护装置的操作方法以及一种PV模块，借助于该PV模块可以构造安全的PV设备。

按照本发明的第一方面，按照开始所述的前序的保护装置具有用于经由所述至少一个输出端输送的信号的检测装置，并且该保护装置用于：假如所输送的信号不满足预定的标准，那么在所述至少一个输出端上提供大小受限的低电压，假如所输送的信号满足预定的标准，那么经由一个开关机构将所述至少一个输出端与所述至少一个输入端低阻地连接。

该保护装置(其优选在空间上尽可能近地设置在PV发电机上并且以其输入端与PV发电机连接而以其输出端与如果必要远程定位的逆变器连接)首先仅以不危险的低电压加载输出端。通过这种方式由保护装置传送在PV发电机上存在照射的信息。只有当逆变器(或另一远离发电机的装置)对此作出反应并且中断一个预定的信号时，保护装置才经由开关机构将输出端与其输入端低阻地连接并且因此以PV发电机的满电压加载通到逆变器的直流连接线路，或者换句话说，将PV发电机接通到直流线路上，由此那么可以将PV发电机的全部功率传输到逆变器。在逆变器切断时例如在危险情况下，例如由于预定的信号被取消而不满足预定的标准。保护装置的输入端和输出端通过开关机构彼此断开，并且输出端又仅仅被不危险的低电压加载。