[发明专利]用于管理由光伏电池所产生的电能的系统

说明书

技术领域

本发明落入可再生能源的有效使用的范围内，其中太阳辐射通过光伏器件的帮助而被变换成电能或热能，并且本发明涉及用于管理光伏电池所产生的电能的系统的布局，该布局包括使能对所获取的能量的控制、使用和存储的互相互连的电子部件。

背景技术

已知使用光伏电池所产生的能量的系统的整个范围。例如，在文献US4873480A、FR2485827A1、US4649334A中描述了不同的系统，这些系统在受到互相互连的电子部件的帮助时，被使能对电能的控制、以及从光伏板进入配电系统的电力输出到被设计用于存储能量的电器或设备的传输。还已知自主能量系统，在仅使用从光伏板获取的能量时，剩余能量最终被存储在蓄能器或其它能量储存器中。控制电能的最常用解决方案的其中之一是将逆变器安装到系统中。逆变器将DC电流转换成AC电流并且使能系统进入电力系统的重要连接，最终能量在电器中被消耗，类似于将电器连接到配电系统。已知为增加效率而使用监测最大负载点MPPT(最大功率点跟踪)的逆变器。在所有产生的能量都被消耗并且进入未被供应任何负载的外部配电系统，或者所获取的负载被供应到电力系统中并且与自身消耗结合时，配备有这些逆变器的系统能够在不连接到电力系统的情况下以操作模式工作。这些系统的缺点是由于能量变换而在逆变器上产生损失的事实。

根据文献CZ20110582A3，已知光伏发电机负载到电阻负载的有效转换的方法以及用于执行该方法的设备，其中光伏发电机的输出负载被存储到电容器中并且该负载还经由DC/DC转换器的切换而被转换成电阻负载。由脉冲宽度调制PWM来完成DC/DC转换器的切换，由依赖于光伏发电机的输出端上的AC电压的高度的算法来控制脉冲宽度调制，而负载的瞬时值被连续确定。该解决方案的缺点是该系统在电容器基本上永久连接到电源并且然后DC/DC转换器通过PWM调节的帮助而连接到电阻负载时的布置。从干涉的观点看这是非常不利的，其中在负载上存在分别由负载的频率PWM和电容器上的电压值给出的接近矩形轮廓(course)的电压和电流。由板上的输入电压和电阻负载推出PWM的设定。如果涉及电阻值的改变，则所用的算法相当不准确。此外，除了对电阻负载中的热量的变换之外，经该方式处理的能量实际上不可用。最后但是同样重要的是，涉及电容器的对生命周期有负面影响的高电压应力。该系统的另一个缺点是缺少使经该方式获取的能量能够被进一步使用的任何调节电路。

水是用于存储所产生的能量的非常适合的介质。例如，在家庭中，使用基于水容器和使水加温的加热单元的原则的电加热器来准备供应热水。在文献CZ25157U1、CZ22505U1、CZ22504U1、US7429719B1、FR2604322A1中，描述了使用由光伏板所产生的电能来进行水加热的设备。这些解决方案的缺点是没有监测最大功率点MPPT的事实，随之关于电器的电阻没有被调整到电源的电阻并且能量系统不能有效地使用所获取的负载这一事实产生重大损失。在文献US5293447中描述了对最大负载进行监测的系统，这是通过在两个值之间切换电阻负载来完成的，但是在仅使用从光伏板获取的能量时，该设备不允许在所谓的自主模式中运行。

本发明的目的是引入用于管理由光伏电池所产生的电能的新系统，在没有由于从DC到AC的变换而导致能量损失时，该新系统可以(尤其在DC模式下)使能所获取的能量的有效使用。该系统被调整用于监测最大负载点MPPT，它配备有被设计为使用剩余能量并且用电子部件获得的设备，这些电子部件在需要的情况下为DC到AC的变换服务。该系统同样能够被上级控制系统控制并且有可能在自主能量模式下控制该系统。

发明内容

在很大程度上，用本发明来实现所设定的目标，本发明为用于管理由光伏电池所产生的电能的系统，该系统包括互相互连的能量消耗控制单元、控制单元和加热单元，用温度测量单元和被调整为用于液体的加热的至少一个加热元件来获得该加热单元，其中本发明的本质是如下事实：能量消耗控制单元包括DC控制单元和AC控制单元，并且部分地直接和/或通过AC电压的次级电源而连接到AC电源，并且部分地与发射直流电流的光伏单元连接，即通过DC电压的主电源和/或通过串联连接的电流和电压的输出测量单元、DC/DC转换器以及电流和电压的输入测量单元来连接，而此外，控制单元不仅通过DC电压的以电流方式分离的次级电源而连接到光伏单元，而且还通过AC电压的以电流方式分离的主电源而连接到AC电源。