太阳能逆变器.pdf

在此提供一种太阳能逆变器，该太阳能逆变器具有并排提供在一个机箱内的一个冷却模块、一个DC模块、一个逆变器模块以及一个AC模块。该DC模块包括从该机箱的一个第一侧可接近的一个输入端以及在该机箱的一个第二侧上的一个断开开关，其中该输入端被配置成连接到一个DC太阳能电源上。该AC模块包括从该机箱的该第一侧可接近的一个输出端以及提供在该机箱的该第二侧上的一个断开开关。该冷却模块被配置成将一种液体冷却剂泵送到该太阳能逆变器周围，以便冷却该DC模块、该逆变器模块和/或该AC模块的元件。

权利要求书1.  一种太阳能逆变器，该太阳能逆变器包括一个机箱、一个冷却模块、一个DC模块、一个逆变器模块以及一个AC模块，其中：该冷却模块、该DC模块、该逆变器模块以及该AC模块并排提供在该机箱内；该DC模块包括一个输入端、一个断开开关以及一个输出端，其中该DC模块的该输入端被配置成连接到一个DC太阳能电源上，并且其中该DC模块的该断开开关提供在该机箱的外部上并且被提供用于使该DC模块的该输入端和该输出端电断开；该逆变器模块包括耦接至该DC模块的该输出端的一个输入端以及一个输出端，其中该逆变器模块被配置成将该逆变器模块的该输入端处的DC电转换成该逆变器模块的该输出端处的AC电；该AC模块包括耦接至该逆变器模块的该输出端的一个输入端、一个输出端以及一个断开开关，其中该AC模块的该断开开关提供在该机箱的该外部上并且被提供与该DC模块的该断开开关在该机箱的同一侧上，并且其中该AC模块的该断开开关被提供用于使该逆变器模块的该输出端与该AC模块的该输出端电断开；并且该冷却模块被配置成将一种流体冷却剂泵送到该太阳能逆变器周围，以便冷却该DC模块、该逆变器模块和/或该AC模块的一个或多个元件。2.  如权利要求1所述的太阳能逆变器，其中该逆变器模块与该DC模块和该AC模块水平并排定位。3.  如权利要求1或权利要求2所述的太阳能逆变器，其中该冷却模块与该DC模块水平并排定位。4.  如权利要求1或权利要求2所述的太阳能逆变器，其中该冷却模块与该AC模块水平并排定位。5.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该DC模块的该输入端和该AC模块的该输出端定位在该机箱内。6.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该DC模块的该输入端和该AC模块的该输出端可从该机箱的一个第一侧接近，其中该机箱的该第一侧与其上提供有该DC模块和该AC模块的这些断开开关的那一侧相反。7.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该冷却模块、该DC模块、该逆变器模块以及该AC模块中的一个或多个被配置成是在被包含在所述机箱中之前而被组装的。8.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该冷却模块、该DC模块、该逆变器模块以及该AC模块是封装在该机箱中的。9.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该DC模块进一步包括一个DC接触器，该DC接触器被配置成使该DC太阳能电源与该DC模块的该输出端选择性地电连接。10.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，该太阳能逆变器进一步包括将多个DC太阳能电源耦接到该DC模块上的多个熔丝。11.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该AC模块进一步包括一个AC接触器，该AC接触器被配置成使该逆变器模块的该输出端与该AC模块的该输出端选择性地电连接。12.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该冷却模块包括一个流体储器、一个泵、一个换热器、一个入口以及一个出口，其中该泵用于将该流体冷却剂从该储器引导至该冷却模块的该出口，该流体冷却剂自该出口处用于在该流体冷却剂返回到该冷却模块的该入口之前冷却该太阳能逆变器的元件，并且其中该冷却模块的该入口处接收的流体冷却剂被引导至该换热器，以便将从该太阳能逆变器吸取的至少一些热量从该流体冷却剂中去除。13.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中该流体冷却剂是一种液体冷却剂，并且其中在穿过有待冷却的该一个或多个元件之后，该液体冷却剂被引导至一个换热器，在该换热器中将该液体冷却剂用空气冷却。14.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，该太阳能逆变器进一步包括用于朝向该太阳能逆变器的一个或多个发热部件引导该液体冷却剂，以便将热量从这些发热部件中去除的装置。15.  如以上任何权利要求所述的太阳能逆变器，其中在该液体冷却剂与该DC模块、该逆变器模块和/或该AC模块的该一个或多个元件中的至少一些之间的热交换是在微通道换热器中进行的。

说明书太阳能逆变器
发明领域
本发明涉及一种用于将源自一个或多个光伏电池或阵列的直流电转换成交流电，例如以用于提供给电网的逆变器电路。
发明背景
太阳能逆变器是众所周知的。标准元件是：一个DC(输入)模块、一个逆变器模块以及一个AC(输出)模块。该DC模块包括向逆变器提供直流(DC)输入的多个光伏电池。该逆变器模块使用通常为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的多个电子开关来将DC输入转换成交流(AC)输出。对于向电网提供电力的逆变器而言，该AC模块提供处于适用于电网的形式的AC输出。
逆变器模块发热并且通常需要一个冷却机构。对于低功率太阳能逆变器而言，在逆变器模块的发热元件周围提供冷却气流是足够的。高功率太阳能逆变器需要更为复杂的冷却。一种已知解决方案是液体冷却。
液体冷却型太阳能逆变器向太阳能逆变器的一个液体入口提供一种冷却液体。该冷却液体被引导到逆变器的热产生部件周围，并且该液体被加热，从而从逆变器电路吸取热量。太阳能逆变器的一个液体出口用于将经过加热的液体从太阳能逆变器中去除。典型地，提供给太阳能逆变器的冷却液体是用于许多目的的一种大型冷却系统的一部分。对于高功率太阳能逆变器而言，这种机构不足以去除所产生的热量。此外，将这种太阳能逆变器整合到一种现场冷却系统中是一项技术性任务并且 使得这类太阳能逆变器的安装和维护相当昂贵。
高功率太阳能逆变器的安装和维护富有挑战性。需要提供一种使得高功率太阳能逆变器能够以成本有效方式运输、安装和维护的综合解决方案。
太阳能逆变器尤其是高功率太阳能逆变器经常位于潜在有害的环境中。许多现有技术太阳能逆变器无法在有害的户外环境中操作。
本发明力图解决上文概括的至少一些问题。
发明概述
本发明提供一种太阳能逆变器，该太阳能逆变器包括一个机箱、一个冷却模块、一个DC模块、一个逆变器模块以及一个AC模块，其中：该冷却模块、该DC模块、该逆变器模块以及该AC模块并排提供在该机箱内；该DC模块包括一个输入端、一个断开开关以及一个输出端，其中该DC模块的该输入端被配置成连接到一个DC太阳能电源上，并且其中该DC模块的该断开开关提供在该机箱的外部上并且被提供用于使该DC模块的该输入端和该输出端电断开；该逆变器模块包括耦接至该DC模块的该输出端的一个输入端以及一个输出端，其中该逆变器模块被配置成将该逆变器模块的该输入端处的DC电转换成该逆变器模块的该输出端处的AC电；该AC模块包括耦接至该逆变器模块的该输出端的一个输入端、一个输出端以及一个断开开关，其中该AC模块的该断开开关提供在该机箱的外部上并且被提供与该DC模块的该断开开关在该机箱的同一侧上，并且其中该AC模块的该断开开关被提供用于使该逆变器模块的该输出端与该AC模块的该输出端电断开；并且该冷却模块被配置成将一种流体冷却剂泵送到该太阳能逆变器周围，以便冷却该DC模块、该逆变器模块和/或该AC模块的一个或多个元件。
该AC模块和该DC模块的这些断开开关提供到该机箱的外部， 从而提供用于使该太阳能逆变器的部件电断开的机构，这些机构在操作员无需进入该机箱内部的情况下完全受操作员控制。这提供了使用的便利性并且还有助于安全和防护。
在本发明的一种形式中，该逆变器模块与该DC模块和该AC模块水平并排定位。
该冷却模块可以与该DC模块水平并排定位。可替代地，该冷却模块可以与该AC模块水平并排定位。
该DC模块的该输入端和该AC模块的该输出端可以定位在该机箱内。DC连杆可以被提供来将该DC模块的该输入端连接到一个或多个太阳能电池上。这些DC连杆可以延伸穿过该机箱中的一个孔。类似地，AC连杆可以被提供来将该AC模块的该输出端连接到电网上。这些AC连杆可以延伸穿过该机箱中的一个孔。
在本发明的许多形式中，该DC模块的该输入端和该AC模块的该输出端可从该机箱的一个第一侧接近，其中该机箱的该第一侧与其上提供有该DC模块和该AC模块的这些断开开关的那一侧相反。
该冷却模块、该DC模块、该逆变器模块以及该AC模块中的一个或多个可以被配置成是在被包含在所述机箱中之前而被组装的。
在本发明的许多形式中，该冷却模块、该DC模块、该逆变器模块以及该AC模块封闭在该机箱内。特别是在有害的环境中，提供一个封闭的(或至少部分封闭的)机箱可以提供安全和防护，并且还可以提高性能。可以提供门以允许进入(通常为限制性进入)该机箱的内部。
该DC模块可以包括一个DC接触器，该DC接触器被配置成使该DC太阳能电源与该DC模块的该输出端选择性地电连接。该DC接触器可以受该太阳能逆变器的一个控制电路控制。因此，可以提供两个单独的机构，用于使该DC输入与该DC太阳能电源电连接和电断开，其中一个机构(该DC模块的该断开开关)受一个操作员控制，并且另一个机构 (该DC接触器)受该太阳能逆变器的一个控制电路控制。
可以提供多个熔丝，用于使多个DC太阳能电源选择性地耦接到该DC模块上。
该AC模块可以包括一个AC接触器，该AC接触器被配置成使该逆变器模块的该输出端与该AC模块的该输出端选择性地电连接。该AC接触器可以受该太阳能逆变器的一个控制电路控制。因此，可以提供两个单独的机构，用于使该逆变器模块的该输出端与该AC模块的该输出端电连接和电断开，其中一个机构(该AC模块的该断开开关)受一个操作员控制，并且另一个机构(该DC接触器)受该太阳能逆变器的一个控制电路控制。
该冷却模块可以包括一个流体储器、一个泵、一个换热器、一个入口以及一个出口，其中该泵用于将该流体冷却剂从该储器引导至该冷却模块的该出口，该流体冷却剂自该出口处用于在该流体冷却剂返回到该冷却模块的该入口之前冷却该太阳能逆变器的元件，并且其中该冷却模块的该入口处接收的流体冷却剂被引导至该换热器，以便将从该太阳能逆变器吸取的至少一些热量从该流体冷却剂中去除。
该流体冷却剂常常是一种液体冷却剂。该液体冷却剂可以用空气冷却。例如，在穿过有待冷却的一个或多个元件之后，该液体冷却剂可以被引导至一个换热器，在该换热器中将该液体冷却剂用空气冷却。
在本发明的一些形式中，提供了一种用于朝向太阳能逆变器的一个或多个发热部件引导液体冷却剂以便将热量从这些发热部件中去除的装置。这是将热量从有待冷却的物体中去除的一种特别有效的机构。
在本发明的一些形式中，在该液体冷却剂与该DC模块、该逆变器模块和/或该AC模块的一个或多个元件中的至少一些之间的热交换是在微通道换热器中进行的。
附图简要说明
现将参考以下示意图更详细地描述本发明，在附图中：
图1是根据本发明的一个方面的太阳能逆变器的高度示意性平面图；
图2是根据本发明的一个方面的太阳能逆变器的高度示意性电路图；
图3示出根据本发明的一个方面的示例性太阳能逆变器；
图4示出根据本发明的一个方面的示例性太阳能逆变器；
图5示出本发明中可以使用的一种系统，该系统展示了一种冷却方法；
图6示出本发明中可以使用的一种系统，该系统展示了一种可替代的冷却方法；并且
图7示出图6中所示的冷却方法的示例性实施方式。
发明的详细说明
图1是根据本发明的一个方面的通常由参考数字1标注的太阳能逆变器的高度示意性平面图。
太阳能逆变器1包括一个机箱2、一个冷却模块4、一个DC模块6、一个逆变器模块8以及一个AC模块10。DC模块6具有耦接至逆变器模块8的一个输入端的一个输出端。逆变器模块8具有耦接到AC模块10的一个输入端的一个输出端。冷却模块4、DC模块6、逆变器模块8以及AC模块并排提供在机箱2内。
DC模块6包括一个DC输入连接器12和一个DC断开开关14。DC输入连接器12通常安装在机箱2内并且被提供用于连接到多个光伏电池或阵列上。DC断开开关14安装在该机箱的外部上，该DC断开开关允 许逆变器1的操作员操作一个物理开关，从而使DC模块6与逆变器8断开。
类似地，该AC模块包括一个AC断开开关16和一个AC输出连接器18。AC输出连接器18通常安装在机箱2内并且被提供用于连接到一个电网上。AC断开开关16安装在该机箱的外部上，该AC断开开关允许逆变器1的操作员操作一个物理开关，从而使产生的AC输出与电网断开。如图1中所示，AC断开开关16与DC断开开关14安装在机箱2的同一侧上。
图2是太阳能逆变器1的通常由参考数字20标注的高度示意性电路图。电路图20包括DC模块6、逆变器模块8以及AC模块10。如上所述，DC模块6具有耦接至逆变器模块8的该输入端的一个输出端，并且逆变器模块8具有耦接至AC模块10的该输入端的一个输出端。
如图2中所示，DC模块6包括DC输入连接器12、DC断开开关14、一个DC接触器22以及一个过滤器24。DC输入连接器12被配置成连接到多个光伏电池或阵列上。DC输入连接器12可以包括多个熔丝(例如，针对每个光伏输入而提供给逆变器1的一个熔丝)。该DC输入连接器采用多个DC输入并且向DC断开开关14提供单个DC输入。
DC断开开关14和DC接触器22提供用于使来自光伏电池/阵列的DC输入与逆变器模块8的输入端连接或断开的两种不同的机构。如上所述，DC断开开关14是提供在机箱2的外部上的一个物理开关。DC断开开关14因此提供一种机构，该机构完全受操作员控制，以用于可靠地使DC输入与逆变器模块8断开，而不需进入机箱2的内部。DC接触器22受逆变器1的一个控制电路(未示出)控制。DC接触器22通常是所具有的一个磁线圈在接通时发生接触的一种继电器。
逆变器模块8包括一个DC/AC模块26和一个过滤器28。DC/AC模块26转换从光伏电池/阵列获得的一个DC输入，并且提供一个AC输出，该AC输出最终将作为一个输出提供给例如一个电网。该DC/AC模块 以本领域熟知的方式包括多个电开关(例如，IGBT)。过滤器28可以采用许多形式并且通常包括一个或多个电容器和电感器，并且用于例如过滤开关噪声。技术人员将想出许多适合的过滤器配置。
AC模块10包括一个AC连接器30、AC断开开关16以及AC输出连接器18。以与DC模块6类似的方式，AC模块8提供用于使逆变器模块8的输出端与AC输出连接器18连接或断开的两种机构(AC接触器30和AC断开开关16)。AC断开开关16是提供在机箱2的外部上的一个物理开关，该物理开关提供一种机构，该机构完全受操作员控制，以用于可靠地使该逆变器模块的该输出端与该AC输出连接器断开，而不需进入机箱2的内部。AC接触器30受逆变器1的一个控制电路(未示出)控制，并且通常是所具有的一个磁线圈在接通时发生接触的一种继电器。
在逆变器1的正常使用中，DC断开开关14和AC断开开关16都将是闭合的。DC输入是否连接到逆变器模块8的输入端上因此取决于DC接触器22的状态，该接触器受逆变器1的该控制电路控制。类似地，逆变器模块8的输出端是否连接到AC输出上受AC接触器30控制。当操作员想要确保逆变器1是隔离的(例如出于维护目的)时，DC断开开关14和AC断开开关16可以都是断开的。
图3是根据本发明的一个方面的示例性逆变器1的后部的图像。逆变器1示出为不具有门板，这样使得该逆变器的内部是可见的。门通常是针对安全和防护而提供的并且可以被锁定以防止未授权人员进入该机箱的内部。门还可以被提供来提高性能，尤其是在有害环境中，诸如灰尘或潮湿环境。
如上所述，逆变器1包括一个机箱2，该机箱在其中安装有一个冷却模块4、一个DC模块6、一个逆变器模块8以及一个AC模块10。
冷却模块4包括其中存储液体冷却剂(例如，水)的一个储槽(或储器)40、用于将该液体冷却剂泵送到逆变器1周围的一个泵42以 及一个风扇44。该风扇用于使空气移动通过冷却模块4以便将热量从该液体冷却剂中去除。该冷却模块因此提供在该机箱内并且例如出于维护目的是易于接近的。沿该逆变器的其他模块提供该冷却模块也简化了运输和组装。
DC模块6包括一起形成DC输入连接器22的多个连接器46。连接器46各自包括可以用于将一个光伏电池或阵列与逆变器模块8隔开的一个熔丝。连接器46经由穿过机箱2底部中的一个间隙的杆48连接到光伏电池或阵列上。
AC模块8包括一起形成AC输出连接器18的多个AC连接器50。连接器50经由穿过逆变器1底部中的一个间隙的杆52连接到电网上。
图4是根据本发明的一个方面的示例性逆变器1的前部的图像。与图3中所示的该逆变器不同，图4中所示的逆变器1包括门板，这样使得该逆变器的内部是不可见的。逆变器1包括机箱2，该机箱中安装有冷却模块4、DC模块6、逆变器模块8以及AC模块10。冷却模块4位于图1中所示的逆变器1的左手侧(该冷却模块的风扇44是可见的)。
图4示出连接到一个变压器60上的逆变器1。变压器60可以被提供来将AC模块10的输出端连接到电网上。
图4中还可见的是DC断开开关14和AC断开开关16。这些断开开关提供在外部门上，这样使得在逆变器1的使用过程中，操作员可以使DC模块与逆变器模块的输入端断开和/或可以使AC模块与逆变器模块的输出端断开。因此，如上所述，不需要进入机箱2的内部以便操作开关14和16。
在本发明的一种形式中，冷却模块4、DC模块6、逆变器模块8以及AC模块10中的一个或多个被配置成在将模块插入到该机箱中之前完全地或几乎完全地组装。这简化了用户站点处逆奕器1的安装。这种模块化方法还允许将冷却模块、DC模块、逆变器模块以及AC模块中的一个或多个分开输送至机箱2。这简化了逆变器1的运输和输送。另外，在机 箱上提供门在逆变器的使用过程中提供了安全和防护，而且针对维护或检查还提供了对每个模块的易于接近。
如上所述，冷却模块4可以提供用于将热量从逆变器1的发热部件中去除的液体冷却剂。冷却模块4可以采用许多不同的形式。
图5是可以在逆变器1中实施的通常由参考数字70标注的一种系统，该系统展示了一种冷却方法。系统50包括一个有待冷却的物体72以及一个冷却通道74。冷却通道74具有一个入口76和一个出口78。冷却液体从入口76穿过冷却通道74至出口78。冷却液体通过该有待冷却的物体72加热，从而将热量从该有待冷却的物体中去除。在逆变器1中，来自冷却模块4的液体可以在一个冷却通道中被泵送到该逆变器周围，其中该冷却通道经过逆变器1的发热部件(诸如逆变器模块的开关)。
图6是可以在逆变器1中实施的通常由参考数字80标注的一种系统，该系统展示了一种可替代的冷却方法。系统80包括一个有待冷却的物体82以及一个冷却通道84。冷却通道84具有一个入口86和一个出口88。冷却液体在入口86处进入该冷却通道并且在出口88处离开该冷却通道。在该冷却通道内部，如由箭头89所指示，朝向该有待冷却的物体引导该冷却液体。朝向该有待冷却的物体引导冷却液体可以使用图7中所示的冷却机构90来实现。
图7中所示的冷却机构90包括一个有待冷却的示例性表面92以及由多个单元94组成的一个冷却通道。如图7中所示，冷却液体被近使离开单元94的顶部并且与表面92相接触。液体之后离开单元94的外部周围的模块。
因此，在逆变器1中，来自冷却模块4的液体可以在一个冷却通道中被引导到逆变器周围，其中该冷却通道被配置成将冷却液体引导成与逆变器的发热部件相接触。
图7中所示的示例性实施方式当然是直接液体冷却系统80的许多可能的实施方式中的一种。技术人员将想出可以根据本发明的原理使用 的许多替代方案。
上文所述的本发明的实施例仅通过举例提供。技术人员将想出可以在不脱离本发明的范围的情况下作出的许多修改、改变以及替代。本发明的权利要求书旨在涵盖属于本发明的精神和范围内的所有这类修改、改变以及替代。