(57)【要約】本発明は、中圧電力網４１に電力供給するために光起電力システムを動作させるための方法に関し、このうち、光起電力システムは、複数の光起電力モジュール１１を備える光起電力発生器１０と、少なくとも１つのインバータ２１と、少なくとも１つの中圧変圧器３１とを備え、中圧変圧器３１は、一次側においてインバータ２１の低圧ＡＣ出力部２４に直接的に接続され、インバータ２１は、ＤＣ入力部２２を介して光起電力発生器１０に接続され、またインバータ２１は、インバータ２１の設計に応じ、低圧ＡＣ出力部２４からＤＣ入力部２２へのリバース電流を許容する。  本方法は、光起電力モジュール１１による供給に向けた電力の生成が不十分である場合に、インバータ２１が、ＡＣ側において、中圧変圧器３１を介して中圧電力網４１に接続されたままとなり、また、インバータ２１が、ＤＣ側において、光起電力発生器１０に接続されたままとなることを特徴とする。  さらに本発明は、光起電力発生器１０を備えるとともに本方法を実施するように設計された光起電力システムに関し、この光起電力発生器１０の内部では、多数の光起電力モジュール１１が直列に接続されているため、直列に接続された光起電力モジュール１１の順方向電圧は、リバース電流によりＤＣ入力部２２に設定される電圧より大きくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中圧電力網４１に電力供給するために光起電力システムを動作させるための方法であって、前記光起電力システムが、複数の光起電力モジュール１１を備える光起電力発生器１０と、少なくとも１つのインバータ２１と、少なくとも１つの中圧変圧器３１とを備え、
前記中圧変圧器３１が、一次側において前記インバータ２１の低圧ＡＣ出力部２４に直接的に接続され、
前記インバータ２１が、ＤＣ入力部２２を介して前記光起電力発生器１０に接続され、
前記インバータ２１が、前記インバータ２１の設計に応じ、前記低圧ＡＣ出力部２４から前記ＤＣ入力部２２へのリバース電流を許容する方法において、
前記光起電力モジュール１１による供給に向けた電力の生成が不十分である場合に、
前記インバータ２１が、ＡＣ側において、前記中圧変圧器３１を介して前記中圧電力網４１に接続されたままとなり、
前記インバータ２１が、ＤＣ側において、前記光起電力発生器１０に接続されたままとなることを特徴とする
方法。
【請求項２】
電力供給網の供給パラメータに対するプリセット要件が満たされない場合に、前記光起電力システムが、前記中圧変圧器３１と前記中圧電力網４１との間に配置された結合用接触器４２によって、前記中圧変圧器３１の二次側において前記中圧電力網４１から切り離される
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電力網の供給パラメータが、前記中圧電力網４１における電圧の振幅、および／または、電圧の周波数、および／または、供給される無効電力に関係している
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の光起電力モジュール１１を備える光起電力発生器１０と、少なくとも１つのインバータ２１と、少なくとも１つの中圧変圧器３１とを備える光起電力システムであって、
前記中圧変圧器３１が、一次側において前記インバータ２１の低圧ＡＣ出力部２４に直接的に接続され、
前記インバータ２１が、ＤＣ入力部２２を介して前記光起電力発生器１０に接続され、
前記インバータ２１が、前記インバータ２１の設計に応じ、前記低圧ＡＣ出力部２４から前記ＤＣ入力部２２へのリバース電流を許容する、光起電力システムにおいて、
多数の光起電力モジュール１１が前記光起電力発生器１０の内部において直列に接続されているため、前記直列に接続された光起電力モジュール１１の順方向電圧が、前記リバース電流により前記ＤＣ入力部２２に設定される電圧より大きく、
前記光起電力システムが、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法を実施するように設計されていることを特徴とする
光起電力システム。
【請求項５】
前記中圧変圧器３１と、前記インバータ２１における前記低圧ＡＣ出力部２４との間の接続部分に、スイッチ用素子、特に、操作によって、または自動的に閉じ得るスイッチ用素子が設けられていない
請求項４に記載の光起電力システム。
【請求項６】
前記光起電力発生器１０と、前記インバータ２１における前記ＤＣ入力部２２との間の接続部分に、スイッチ用素子、特に、操作によって、または自動的に開閉し得るスイッチ用素子が設けられていない
請求項４または５に記載の光起電力システム。
【請求項７】
前記インバータ２１におけるインバータブリッジが、スイッチングトランジスタ、特に、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴを有する
請求項４から６のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項８】
前記インバータ２１における前記インバータブリッジが、前記インバータブリッジにおけるスイッチング抵抗器と背中合わせに並列に配置されたフリーホイールダイオードを有する
請求項７に記載の光起電力システム。
【請求項９】
前記中圧変圧器３１と前記中圧電力網４１との間の接続部分に、結合用接触器４２が配置されている
請求項４から８に記載の光起電力システム。
【請求項１０】
少なくとも２つの中圧変圧器３１が設けられ、前記少なくとも２つの中圧変圧器３１が、電力供給中のエネルギーの流れの方向における前記結合用接触器４２の上流にある二次側において互いに接続され、それにより、前記結合用接触器４２が、スイッチ動作の際に、前記少なくとも２つの中圧変圧器３１を前記中圧電力網４１から共に切断するか、または前記少なくとも２つの中圧変圧器３１を前記中圧電力網４１に接続する
請求項９に記載の光起電力システム。
【請求項１１】
前記光起電力システムによって生成された電流における、電力網の供給パラメータをチェックするための監視用デバイス４３が設けられ、前記監視用デバイスが、前記結合用接触器４２に接続されているとともに前記結合用接触器４２と相互に作用する
請求項４から１０のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項１２】
前記中圧変圧器３１ごとに二次側にヒューズ素子３２が設けられている
請求項４から１１のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項１３】
前記中圧変圧器３１ごとに前記二次側に負荷遮断スイッチ３３が設けられている
請求項４から１２のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項１４】
前記負荷遮断スイッチ３３が、好ましくは手動の巻き上げによる、スプリング動作の断路器である
請求項１３に記載の光起電力システム。
【請求項１５】
前記結合用接触器４２が、好ましくは２００００回のスイッチング動作を上まわる、多数のスイッチング動作用に設計されている
請求項４から１４のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのインバータ２１が、好ましくは３００ｋＷを上まわる、１００ｋＷを上まわる電力用に設計されている
請求項４から１５のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項１７】
前記インバータ３１のＤＣ入力部２２におけるＤＣリンクにプリセット電圧を印加するためのプリチャージ用デバイス２８が設けられている
請求項４から１６のいずれか一項に記載の光起電力システム。
【請求項１８】
前記中圧電力網４１から前記光起電力システムを切断している間に前記プリチャージ用デバイス２８に電力を供給するためのバッファバッテリ２７が設けられている
請求項１７に記載の光起電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光起電力モジュールを備える光起電力発生器と、少なくとも１つのインバータと、中圧電力網に電力を供給するための少なくとも１つの中圧変圧器とを備える光起電力システムを動作させるための方法に関する。  
さらに本発明は、この方法を実施するために設計された光起電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特にソーラーパークである、比較的大型の光起電力システムの場合には、生成された電力を、たとえば２０ｋＶ（キロボルト）の電力網である中圧電力網に直接的に供給することが一般に行われている。  
このようなソーラーパークは、通常は多数の光起電力モジュールを有しており、そのうちの複数の光起電力モジュールは、それぞれの場合においていわゆるストリングを形成するために直列に接続されている。  
複数のストリングは、それらの複数のストリングによって生成された電力を、複数であり得るインバータの１つに直流の形で供給するためにしばしば相互接続されている。  
設けられたインバータは、出力側において、中圧変圧器の一次回路に接続されている。  
この場合、中圧変圧器は、インバータごとに設けられていてもよく、または、別々の一次巻線を有し得る１つの中圧変圧器に対して複数のインバータが接続されていてもよい。  
生成された電力は、中圧変圧器の二次側の出力部を介し、可能であれば結合用接触器を介して、中圧電力網に供給される。
【０００３】
非特許文献１の記事には、このような中圧変圧器にインバータが直接的に接続された光起電力システムが開示されている。  
この場合には、サイリスタが設けられたインバータブリッジを有するインバータが用いられている。  
このインバータは他励式であり、言い換えれば、サイリスタ用の転流電圧とも呼ばれるスイッチング電圧を電力供給網から引き出している。
【０００４】
サイリスタが設けられたインバータブリッジを備える最近のインバータは、比較的低い効率のために現在ではまれにしか用いられていない。  
より一般的になっているのは、パルス幅変調を用いてインバータを動作させることができるように、インバータブリッジにおいてスイッチングトランジスタを用いることである。  
この場合、通常はトランジスタとしてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、または、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）が用いられている。  
これらのトランジスタは、非導通方向における高電圧からの保護のために、トランジスタの非導通方向において導通するとともにトランジスタにすでに内蔵されていることも多い、逆並列ダイオードによって一般に保護されている。  
フリーホイールダイオードとも呼ばれるこれらのダイオードは、電力網の接続部からインバータのＤＣリンクまでにわたる全波整流器を構成する。  
インバータの所で電力網の側にＡＣ電圧がかかっていても、光起電力モジュールによって供給される電圧が不十分であると、ＡＣ電圧の電力網から電力が引き出されて、フリーホイールダイオードを介して光起電力モジュールを通るリターン電流の流れが作られる。
【０００５】
インバータの設計に起因するこのようなリバース電流を防ぐために、インバータを、それぞれの場合において低圧ＡＣ接触器を介して中圧変圧器に接続することが知られている。
【０００６】
低圧ＡＣ接触器は、日射がない場合や、日射が不十分である場合に、インバータを電力網から切断することにより、電力網からの電力の引き出しによって光起電力モジュールを通って流れるリターン電流を防ぐために用いられる。  
さらに低圧ＡＣ接触器は、過電流もしくは短絡の際や、要求される電力網のパラメータ（電圧、周波数、供給される無効電力など）が侵害された際、または、インバータの故障の際に、各インバータを中圧変圧器から選択的に切り離すために用いられてもよい。  
しかし、対応する低圧ＡＣ接触器と、電力網の供給パラメータを維持するための監視用デバイスとが各インバータに設けられることが必要になり、このことはコスト高となる。
【０００７】
さらに、中圧変圧器とエネルギー供給網との間に、ＡＣ側の保護素子として働くＡＣ切断用素子が配置されることが知られている。  
たとえば、非特許文献２の記事にはこのような光起電力システムが記載されており、ここでは、様々な故障が生じた場合に、ＤＣスイッチ用素子がインバータを光起電力モジュールから切断するとすぐに、ＡＣ切断用素子が作動している。
【０００８】
非特許文献３の記事にも光起電力システムが記載されており、ここでは、光起電力モジュールとインバータとの間にＤＣスイッチ用素子が配置され、中圧変圧器とエネルギー供給網との間にＡＣ切断用素子が配置されている。  
極めて低い日射強度の際などの、インバータの切断動作の際には、ＤＣスイッチ用素子とＡＣ切断用素子との両方の開放が行われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「Ｅｎｅｌ’ｓ  ３−ＭＷ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔａｔｉｏｎ  Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  Ｄｅｓｉｇｎ」、１０ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｂｙ  Ｃ．  Ｃｏｒｖｉ  ｅｔ  ａｌ．
【非特許文献２】「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｆａｕｌｔ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ａ  Ｌａｒｇｅ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｌａｎｔ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ」、  Ｄ．Ｅ．  Ｃｏｌｌｉｅｒ  ａｎｄ  Ｔ．Ｓ．  Ｋｅｙ、  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒｅｃｏｒｄ、１９８８
【非特許文献３】「Ａｄｖａｎｃｅｄ，  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，  Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ５００−ｋＷ  ＰＶ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ」、  Ｒ．  Ｗｅｓｔ、  Ｆｉｎａｌ  Ｓｕｂｃｏｎｔｒａｃｔ  Ｒｅｐｏｒｔ  ＮＲＥＬ／ＳＲ−５２０−４３８３９、２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、電力網からの光起電力モジュールの切断と、リバース電流からの保護とが比較的簡単な方法で実現される、中圧電力網に電力を供給するための、冒頭で述べられたタイプの光起電力システムを動作させるための方法と、それに対応する光起電力システムとを提供することにある。
【００１１】
本目的は、独立請求項の特徴を有する方法と、独立請求項の特徴を有する光起電力システムとによって達成される。  
本方法、および本光起電力システムにおけるさらなる構成と、有利な展開とは、それぞれの従属請求項に明記されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
中圧電力網に電力供給するために光起電力システムを動作させるための方法において、光起電力システムは、複数の光起電力モジュールを備える光起電力発生器と、少なくとも１つのインバータと、少なくとも１つの中圧変圧器とを備える。  
この場合、中圧変圧器は、一次側においてインバータの低圧ＡＣ出力部に直接的に接続され、インバータは、ＤＣ入力部を介して光起電力発生器に接続され、このうち、インバータは、インバータの設計に応じ、低圧ＡＣ出力部からＤＣ入力部へのリバース電流を許容する。  
本方法は、光起電力システムにおける光起電力モジュールによる供給に向けた電力の生成が不十分である場合に、インバータが、ＡＣ側において、中圧変圧器を介して中圧電力網に接続されたままとなり、またインバータが、ＤＣ側において、光起電力発生器に接続されたままとなることを特徴とする。
【００１３】
中圧変圧器がインバータに直接的に接続されているため、インバータと中圧変圧器との間の、コスト高となる一次側の低圧ＡＣ接触器は必要にならない。  
また、ＤＣ側においてインバータが光起電力発生器に接続されたままとなるため、ＤＣ電圧のスイッチ用素子を不要にするか、または、高い数のスイッチング用に設計される必要のないスイッチ用素子を使用することが可能になる。  
本発明による方法は、ＡＣ側とＤＣ側の切断部分が、従来のプラクティスとは反対に、省略され得るという知見に基づいている。  
これは、一般に直列に接続される複数の光起電力モジュールの順方向電圧が、最近の光起電力システムにおいて、リバース電流によってＤＣ入力部に設定される電圧より大きいためである。
【００１４】
本方法における好ましい構成では、光起電力システムは、プリセットされた電力網のパラメータが満たされない場合、中圧変圧器と中圧電力網との間に配置された結合用接触器によって、中圧変圧器の二次側において中圧電力網から切り離される。
【００１５】
特に、複数のインバータを備える比較的大型のシステムの場合には、インバータごとの低圧ＡＣ接触器を省くことができるために有利であるが、すべてのインバータに向けた共通の結合用接触器だけは必要となる。
【００１６】
本発明による光起電力システムは、複数の光起電力モジュールを備える光起電力発生器と、少なくとも１つのインバータと、少なくとも１つの中圧変圧器とを有する。  
この場合、中圧変圧器は、一次側においてインバータの低圧ＡＣ出力部に直接的に接続され、インバータは、ＤＣ入力部を介して光起電力発生器に接続されている。  
またインバータは、インバータの設計に応じ、低圧ＡＣ出力部からＤＣ入力部へのリバース電流を許容する。  
この光起電力システムは、多数の光起電力モジュールが光起電力発生器の内部において直列に接続されているため、直列に接続された光起電力モジュールの順方向電圧が、リバース電流によりＤＣ入力部に設定される電圧より大きいことを特徴とし、また、この光起電力システムが、上記の方法を実施するように設計されていることを特徴とする。  
もたらされる利点は、本方法における利点と一致する。
【００１７】
以下では、例示的実施形態を参照し、３枚の図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】中圧電力網に接続するための光起電力システムの図である。
【図２】光起電力システムを動作させるための方法における例示的実施形態のフローチャートである。
【図３】光起電力システムを動作させるための方法におけるさらなる例示的実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示されている光起電力システムは、４つの部分、すなわち、光起電力発生器１０と、インバータ装置２０と、中圧コンポーネント３０と、電力網の接続部４０とに概略的に分かれている。
【００２０】
電力網の接続部４０は、光起電力システムに単一的に含まれている。  
残りの部分１０、２０、３０はそれぞれ、図１では例として３つである、独立したブランチを有しており、これらのブランチは、それぞれ同一の設計を有する。  
図１では、個々のブランチａ、ｂ、ｃのコンポーネントは、コンポーネントの各参照記号につけられた添字ａ、ｂ、ｃによって互いと区別されている。  
以下では、このような添字のない参照記号が用いられている場合、その参照記号は、該当するすべてのコンポーネントに関するものであるか、または、より詳細には示されていないコンポーネントに関するものであり、これらのブランチのうちのどれかへの割り当てについては重要でない。  
光起電力システムにおける３つのブランチの数は、この場合には単に例によるものであり、限定的なものではない。  
本発明は、任意の所望の数のブランチを有する光起電力システムに用いられてもよい。
【００２１】
光起電力発生器１０は、多数の光起電力モジュール１１を有し、そのうちの複数の光起電力モジュールは、それぞれの場合においてサブ発生器を構成するために相互接続され得る。  
このため、複数の光起電力モジュール１１は、たとえばストリングを構成するように直列に接続されている。  
可能な場合には並列に接続された１つまたは複数のストリングがサブ発生器を形成してもよい。  
それぞれの場合において、このような多数の光起電力モジュール１１が各サブ発生器において直列に接続されているため、直列に接続された光起電力モジュール１１の順方向電圧は、電力網の接続部４０からの、生じ得るリバース電流により、中圧コンポーネント３０とインバータ装置２０とにわたって設定される電圧より大きくなる。
【００２２】
この図では、サブ発生器につき１つだけの光起電力モジュール１１が記号で示されている。  
各サブ発生器には、いわゆる相ヒューズ（ｐｈａｓｅ  ｆｕｓｅ）などのＤＣ（直流）ヒューズ素子１２が割り当てられている。ヒューズ素子１２としては、過電流と短絡との両方の際に切れる、ゆっくり溶け得るリンク（ｓｌｏｗ  ｆｕｓｉｂｌｅ  ｌｉｎｋ）が用いられてもよい。
【００２３】
ブランチａ、ｂ、またはｃにおけるすべてのサブ発生器は、ブランチの出力部１３ａ、１３ｂ、１３ｃにおいて、互いに対して並列に接続されている。  
図１は、ブランチにつき３つのサブ発生器を例として示している。  
この数も限定的なものではない。  
一般には、この図の省略符号で示されているように、ブランチあたりにはるかに大きい数のサブ発生器が設けられる。  
ストリングを構成するための個々の光起電力モジュール１１に向けて述べられた回路も、また、サブ発生器を構成するためのストリングの並列接続も、単に例によるものである。  
光起電力モジュール１１における直列回路、および／または、並列回路の他の組み合わせも考えられる。  
これらの組み合わせにより、生成された光起電力モジュール１１の電力が、それぞれの場合において、ブランチごとに出力部１３の所で組み合わさる。
【００２４】
さらに、各サブ発生器、または、相互接続されたサブ発生器のグループに割り当てられた、接触器などのスイッチ用素子が設けられてもよい。  
このスイッチ用素子は、危険のある際、またはメンテナンス目的の際、または故障の際に、個々のサブ発生器、またはすべてのサブ発生器を、対応する出力部１３から切断するために用いられてもよい。  
しかし、たとえば不十分な日射により、光起電力発生器をインバータから定期的に切断する場合には、このようなスイッチ用素子は用いられないと考えられる。  
また、このようなスイッチ用素子は、高い数のスイッチングサイクルに向けて設計されている必要はない。
【００２５】
各ブランチａ、ｂ、ｃは、インバータ装置２０の内部では、光起電力発生器１０の各出力部１３ａ、１３ｂ、１３ｃに接続されたＤＣ入力部２２をもつインバータ２１を有する。  
インバータの入力回路は、ＤＣリンクとも呼ばれる。  
これに応じて、ＤＣ入力部２２にかかっている電圧は、ＤＣリンク電圧Ｕｚとも呼ばれる。  
このＤＣリンク電圧Ｕｚは、通常、光起電力発生器１０の各部分が、約５００Ｖ〜１０００Ｖにおける（現行の）動作条件のもとで最大の電力を出力する最適動作点におけるものである。  
ＤＣリンクは、インバータ２１によるパルス状の負荷を受ける。  
ＤＣリンク電圧Ｕｚを平滑化するとともに最適動作点を維持するために、ＤＣリンクキャパシタンスを提供するＤＣリンクキャパシタ２３が設けられている。  
図１は、ＤＣリンクキャパシタ２３を分けて示しているが、ＤＣリンクキャパシタ２３は、しばしばインバータに内蔵されている。
【００２６】
さらに、インバータ装置２０の内部の各ブランチにおいては、補助変圧器２５、補助コンポーネント２６、バッファバッテリ２７、および、プリチャージ用デバイス２８が設けられている。  
補助変圧器２５は、補助コンポーネント２６に電力を供給するために用いられる。  
補助コンポーネントには、通常は直流が供給される。  
これに対応する整流器と調整回路とは、説明を簡単にするために図示されていない。  
図では、補助コンポーネント２６としてファンが例示されている。  
さらなる補助コンポーネントは、監視用デバイスと、各インバータ２１を制御するとともにデータを収集し、長距離のデータ送信を行うデバイスとである。  
さらに、補助変圧器２５によって降圧された電圧は、バッファバッテリ２７のチャージ用に用いられるか、または、そのチャージを保持するために用いられる。  
バッファバッテリ２７とプリチャージ用デバイス２８の機能は、以下でさらに詳しく説明する。
【００２７】
各インバータ２１は、中圧電力網４１に電力供給するために中圧変圧器３１の一次側に直接的に接続された、一般に三相で接続されているＡＣ出力部２４を有する。  
この場合、「直接的に」は、特に、インバータ２１と中圧変圧器３１との間に、作動し得るスイッチ用素子、または自動的に閉じ得るスイッチ用素子が設けられていないことを意味する。  
一方で、ヒューズ、断路器、または、自動的に切断し得るものの再度スイッチオンすることができない別の保護素子をもつ、間に挿入された接続部分は、本願の範囲においては「直接的に」という用語に含まれるように考えられている。  
したがって、本願による光起電力システムの場合には、インバータからの中圧変圧器の定期的な非手動の切断と、インバータへの中圧変圧器の再接続とに適したスイッチ用素子は、インバータと中圧変圧器との間の一次側（すなわち、低圧側）に設けられていない。  
一方では、故障に応じて開くか、もしくは、メンテナンス目的などの場合に手動で開くとともに再度手動で閉じ得る切断用素子、保護素子、またはヒューズ素子は設けられていてもよい。
【００２８】
インバータ２１は、逆並列のフリーホイールダイオードによって極めて高いオフ電圧から保護された、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタを備えるインバータブリッジを有する。  
これらのフリーホイールダイオードは、出力部２４の所にかかっているＡＣ電圧に対する全波整流器を構成する。  
これらのインバータ２１は、さらに自励式であり、スイッチとして用いられるトランジスタのスイッチオフとスイッチオンとによって転流が行われる。
【００２９】
図示されている例では、インバータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃごとに精密な中圧変圧器３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられている。  
しかし、２つ以上のインバータが、複数の一次巻線が設けられていてもよい１つの中圧変圧器につながっていることも考えられる。
【００３０】
中圧変圧器３１の電力は、１ＭＶＡ（メガボルトアンペア）から１．５ＭＶＡの範囲であることが好ましい。  
これは、５００Ｖ〜１０００Ｖである上記のＤＣリンク電圧の場合に、許容可能なライン断面で、Ｉ２Ｒ損失が極端に高くない状態で依然として送られ得るＤＣリンクの電流に相当する。  
同時に、述べられた電力の範囲では、それぞれが専用のインバータ２１と中圧変圧器３１とを有するとともに、極めて大規模となることで設計が非経済的となる並列ブランチの数によらずにソーラーパークを構築することが可能になる。
【００３１】
ヒューズ素子３２と負荷遮断スイッチ３３は、それぞれの中圧変圧器３１に割り当てられ、それぞれの中圧変圧器３１の二次巻線と直列に接続されている。
【００３２】
ヒューズ素子３２としては、たとえば、過電流と短絡との両方の際にゆっくり溶け得るリンクが用いられてもよい。  
図示されている例のように、それぞれの中圧変圧器に精密な１つのインバータが割り当てられている場合には、ヒューズ素子３２は、中圧変圧器とインバータとの両方を過電流から保護する。
【００３３】
負荷遮断スイッチ３３としては、手動の巻き上げ（ｍａｎｕａｌ  ｗｉｎｄｕｐ）と、電磁的な遮断とによるスプリング動作の断路器が用いられる。  
この場合、この遮断機構は、各インバータ２１の故障監視用デバイスに接続されており、それにより、この負荷遮断スイッチ３３は、故障の際に、対応するブランチを中圧電力網４１から自動的かつ選択的に切断する。  
負荷遮断スイッチ３３は、当然ながら、メンテナンス作業などの必要な場合には、手動で切断されてもよい。  
この場合には、手動の巻き上げによるスプリング動作の断路器で十分であり、コスト面でもモータ動作の巻き上げより好ましい。  
これは特に、負荷遮断スイッチ３３が、以下でさらに詳しく説明されるように、光起電力システムの正常動作中には作動しないためである。
【００３４】
ヒューズ素子３２と負荷遮断スイッチ３３とによって個々に保護された二次回路は、生成された電力を中圧電力網４１に供給するため、結合用接触器４２を介して中圧電力網４１に共に接続されている。  
この結合用接触器４２は、電圧の振幅、位相角、無効電力、周波数などのパラメータに対して中圧電力網４１用に規定された許容限度が維持されているかどうかをチェックする監視用デバイス４３によって作動する。  
これらのパラメータのうちの１つが、規定された許容範囲を逸脱すると、結合用接触器４２によって光起電力システムが中圧電力網４１から切断される。
【００３５】
以下では、図２および図３のフローチャートを参照して、光起電力システムを動作させるための方法を説明する。  
本方法は、たとえば、図１に示されている例示的実施形態による光起電力システムと共に実施されてもよい。  
用いられている参照記号は、図１に関係するものである。
【００３６】
まずステップＳ１（図２）では、光起電力システムが正常動作モードで動作している。  
この場合、光起電力発生器１０の領域における光起電力モジュール１１は、十分な日射によって、中圧電力網４１に供給するのに十分な電気エネルギーを生成している。
【００３７】
この正常動作モードでは、インバータ２１は、電気エネルギーをＤＣからＡＣに変換するためにクロック供給されている。  
ＤＣリンクは、最適動作点の電圧で動作している。  
一般には、最適動作点を設定および追跡するための手段（ＭＰＰトラッキング、すなわち最大電力点トラッキング）が各インバータ２１に設けられている。  
ＤＣリンクキャパシタ２３は、ＤＣリンクの電圧Ｕｚに応じてチャージされる。  
さらに、光起電力システムの個々のブランチａ、ｂ、ｃにおける負荷遮断スイッチ３３と、共通の結合用接触器４２とは両方とも閉じており、それにより、すべてのインバータ２１が、それぞれに対応する中圧変圧器３１を介して中圧電力網４１に電力供給している。
【００３８】
各インバータ２１のＡＣ出力部２４では、補助変圧器２５によって電力が引き出され、この電力が、補助コンポーネント２６への供給に用いられる。  
補助変圧器２５によって供給される電圧は、バッファバッテリ２７を充電するか、または、その充電を保持するためにも用いられる。  
プリチャージ用デバイス２８は、正常動作中には作動しない。
【００３９】
夜間や、まったく日が当たらない場合などに、光起電力モジュール１１によって生成された電力が中圧電力網４１に電力供給するのにもはや十分でなくなると（ステップＳ２）、次のステップＳ３において、様々なブランチａ、ｂ、ｃにおける光起電力モジュール１１は、各インバータ２１に接続されたままとなる。  
負荷遮断スイッチ３３と結合用接触器４２とは閉じたままとなり、すべてのインバータ２１は、それぞれのＡＣ出力部２４の所で、中圧変圧器３１を介して間接的に中圧電力網４１に結合する。  
この場合には、インバータ２１はクロック供給されない。
【００４０】
この場合、補助コンポーネント２６は、中圧電圧網４１により補助変圧器２５を介してエネルギー供給される。  
ＤＣリンク電圧Ｕｚは、ＤＣリンクキャパシタ２３のＤＣリンクキャパシタンスにより、初めのうちは維持されている。  
ＤＣリンクの動作電圧は、インバータ２１のＡＣ出力部２４の所にかかっているＡＣ電圧のピーク電圧より一般に大きいため、このＤＣリンク電圧Ｕｚは、時定数により数分の範囲で、このＡＣ電圧のピーク値まで低下する。  
図１に関係して上記で述べられたように、それぞれのサブ発生器において直列に接続された光起電力モジュール１１の数は、直列に接続された光起電力モジュール１１の順方向電圧が、ＡＣ電圧に対するこのピーク値より大きくなるように選択されている。  
光起電力モジュール１１は、ＡＣ側でもＤＣ側でも切断が行われないにもかかわらず、ダメージを受けることはない。
【００４１】
日射が元に戻り（ステップＳ４）、光起電力モジュール１１によって電力が再び供給されると、ステップＳ５においてインバータ２１のクロック供給が始まり、そのクロック供給によって、各ＤＣリンクにおける所望のＤＣ電圧の設定値が設定される。  
したがって、光起電力システムは再び正常動作モードとなる。
【００４２】
図３には、光起電力システムを動作させるための方法の発展が示されている。  
正常動作中には、ステップＳ１１において、中圧電力網４１への生成電流の供給点における、関係する電力網のパラメータが、たとえば、電圧、周波数、または、供給される無効電流などに関する、電力網のオペレータによるプリセット値に対応しているかどうかが、監視用デバイス４３によって監視される。
【００４３】
ステップＳ１２において、これらのパラメータのうちの１つまたは複数が、規定された許容範囲を逸脱すると、ステップＳ１３において、監視用デバイス４３が、結合用接触器４２を開放する。  
結合用接触器４２が開くと、ＤＣリンク電圧は、光起電力モジュール１１の無負荷電圧の方向に上昇する。  
その時には、光起電力モジュール１１の無負荷電圧としてのこのような高い電圧が、少なくとも一時的にインバータに印加されてもよいということを確実なものとしておく必要がある。
【００４４】
電力網の供給パラメータが再び許容範囲に入ったことが監視用デバイス４３によって確認されると（ステップＳ１４）、ステップＳ１５において、プリセットされた最小電圧ＵｍｉｎをＤＣリンク電圧Ｕｚがそれぞれ上まわっているかどうかを確認するためのチェックがまず行われる。  
この最小電圧Ｕｍｉｎは、たとえば、動作中のＤＣリンク電圧の３０％から７０％までの範囲内であってもよい。  
結合用接触器４２が開いていた中断時間が短く、たとえばそれが１分未満であれば、ＤＣリンク電圧は、ＤＣリンクキャパシタ２３のキャパシタンスにより、最小電圧Ｕｍｉｎを未だ下まわっていない。
【００４５】
ステップＳ１５において、それぞれのＤＣリンク電圧Ｕｚが最小電圧Ｕｍｉｎを上まわっており、また、そのことによって中断時間が過剰に長くなかったことが確認されると、ステップＳ１６において、中圧変圧器３１とインバータ２１とを介するＤＣリンクキャパシタ２３への高いリバース電流の危険性のない状態で、結合用接触器４２が再びスイッチオンする。  
結合用接触器４２が再びスイッチオンすると、インバータ２１は、次のステップＳ１７において、ＤＣリンク電圧を所望の設定値にするために再びクロック供給される。
【００４６】
しかし、結合用接触器４２の開放時間が極めて長く続き、またＤＣリンクの電圧Ｕｚが最小電圧Ｕｍｉｎを下まわると、結合用接触器４２が再び直接的にスイッチオンした際に過電流が排除されない可能性がある。  
この場合には、ステップＳ１８において、ＤＣリンクキャパシタ２３が、各バッファバッテリ２７から、そのＤＣリンクキャパシタ２３に対応したプリチャージ用デバイス２８を介して、最小電圧Ｕｍｉｎ以上であるプリセットされた設定値まで、まずプリチャージされる。  
プリチャージされた場合にのみ、本方法はステップＳ１６およびＳ１７に続き、ステップＳ１６およびＳ１７では、上記で説明されたように、結合用接触器４２が閉じるとともにインバータ２１のクロック供給が復帰する。  
プリチャージ用デバイスは、昇圧コンバータなどによって実現されてもよい。  
また、ＤＣリンクとバッファバッテリ２７との間の直流の絶縁が、プリチャージ用デバイスの中で行われてもよい。
【００４７】
ＤＣリンクのプリチャージは、図１に示されている設計の代替形態として、中央にあるバッファバッテリから行うことができる。  
それに応じてこの場合には、補助コンポーネント２６への供給も、中央にあるバッファバッテリから行われてもよい。  
上記のバッファバッテリは、このようなバッファバッテリが中央にある場合の電流の分配におけるＩ２Ｒ損失を最小にするために、たとえば１１０Ｖである比較的高い電圧を有していてもよい。  
一方、局所的なバッファバッテリ２７の場合には、２４Ｖなどの比較的低い電圧が好ましい。  
また、中央にあるプリチャージ用デバイスが必要に応じて設けられ、そのデバイスが、対応するＤＣリンクに適宜スイッチオンしてもよい。
【００４８】
メンテナンス作業の場合、または、インバータ２１もしくは中圧変圧器３１のうちの１つを交換する必要性のある場合には、光起電力システムにおいて該当するブランチが、割り当てられている負荷遮断スイッチ３３によって切り離される。  
上記で説明されたように、電磁的に遮断する負荷遮断スイッチ３３の場合、この切断は、各インバータ２１の故障監視用デバイスによって行われてもよい。  
負荷遮断スイッチ３３の作動は、負荷遮断スイッチ３３の性質によりまれであるため、手動の巻き上げによるスプリング動作の断路器が負荷遮断スイッチ３３として用いられてもよい。
【００４９】
このようにして負荷遮断スイッチ３３によって切り離された光起電力システムにおけるブランチの新たな起動は、上記で説明されたように、結合用接触器４２による光起電力システムの再接続と同様に行われる。  
すなわち、切断された負荷遮断スイッチ３３が再びスイッチオンする前に、ＤＣリンクキャパシタ２３がプリチャージ用デバイス２８によってチャージされる。
【００５０】
電力網における許容できない供給パラメータの発生はまれではないため、結合用接触器４２は、回数の多いスイッチングサイクルに向けて設計されていることが好ましく、とりわけ、２００００回を上まわる多くのスイッチングサイクルが故障なく実行されるように設計されていることが特に好ましい。  
結合用接触器４２は、当然ながら、メンテナンスのために光起電力システムを電力網から完全に切り離す目的などの、上記で説明された目的以外の目的に向けて用いられてもよい。  
本願による結合用接触器４２は、定期的に切り換えられる能力に関して、本発明による方法の範囲において意図された用途から離れた公知のシステムの断路器とは異なる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  光起電力発生器
１１  光起電力モジュール
１２  ＤＣヒューズ素子
２０  インバータ装置
２１  インバータ
２２  ＤＣ入力部
２３  ＤＣリンクキャパシタ
２４  ＡＣ出力部
２５  補助変圧器
２６  補助コンポーネント
２７  バッファバッテリ
２８  プリチャージ用デバイス
３０  中圧コンポーネント
３１  中圧変圧器
３２  ヒューズ素子
３３  負荷遮断スイッチ
４０  電力網の接続コンポーネント
４１  中圧電力網
４２  結合用接触器
４３  監視用デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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