特許 6042883 湿気状態の監視付きのインバータ、およびインバータを動作させるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6042883

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】湿気状態の監視付きのインバータ、およびインバータを動作させるための方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   H02M7/48 E

【請求項の数】28

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-515204(P2014-515204)

(86)(22)【出願日】2012年6月15日

(65)【公表番号】特表2014-517676(P2014-517676A)

(43)【公表日】2014年7月17日

(86)【国際出願番号】EP2012061443

(87)【国際公開番号】WO2012172048

(87)【国際公開日】20121220

【審査請求日】2015年6月12日

(31)【優先権主張番号】102011106632.6

(32)【優先日】2011年6月17日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】504109698

【氏名又は名称】エスエムエー ソーラー テクノロジー アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100067747

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 良昭

(74)【代理人】

【識別番号】100121603

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 元昭

(74)【代理人】

【識別番号】100141656

【弁理士】

【氏名又は名称】大田 英司

(74)【代理人】

【識別番号】100182888

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 弘

(72)【発明者】

【氏名】アンドレ ラルフ

【審査官】 北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第０１９９３１９５（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２０００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６０７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２５１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９５１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６８９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６９５６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータ（１０）であって、
前記インバータ（１０）におけるハウジング（２０）の内部の湿気センサ（１１０）と、
前記湿気センサ（１１０）から湿気の値を受信するために前記湿気センサ（１１０）に接続された、前記インバータ（１０）を制御するための制御ユニット（１２０）と、
前記制御ユニット（１２０）に接続された加熱素子（１３０）とを備えるインバータ（１０）において、
前記インバータ（１０）が、ＤＣ電圧発生器（３０）からの電力をコンバータユニット（１６０）によって変換して前記電力を電力網（１５０）に供給するように設けられており、
前記制御ユニット（１２０）が、前記湿気に対する限界値が超えられた場合、前記コンバータユニット（１６０）の入力部における電圧がアーク回避電圧の値を下まわるとともに電力が前記加熱素子（１３０）に供給されるように、前記湿気の値に応じて前記インバータ（１０）を制御するように設計されていることを特徴とする
インバータ（１０）。

【請求項2】

前記湿気に対する限界値が超えられた場合、前記制御ユニット（１２０）が、前記ＤＣ電圧発生器（３０）の電圧が前記アーク回避電圧を下まわるように前記コンバータユニット（１６０）を介して前記インバータ（１０）を制御する
請求項１に記載のインバータ（１０）。

【請求項3】

前記湿気に対する限界値が超えられた場合、前記制御ユニット（１２０）が、前記コンバータユニット（１６０）の入力部から前記ＤＣ電圧発生器（３０）が切り離されるように前記インバータ（１０）を制御する
請求項１に記載のインバータ（１０）。

【請求項4】

前記加熱素子（１３０）が抵抗加熱素子である
請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項5】

前記抵抗加熱素子が、回路基板（３００）における導電経路を備える
請求項４に記載のインバータ（１０）。

【請求項6】

前記加熱素子（１３０）が、前記コンバータユニット（１６０）における半導体スイッチを備える
請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項7】

ファン（１４０）をさらに備え、前記ファン（１４０）の気流の中に前記加熱素子（１３０）が配置されている
請求項１から６のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項8】

前記湿気センサ（１１０）が複数のセンサを備え、前記複数のセンサのうちの１つが前記ＤＣ電圧発生器（３０）の接続導体の近傍に配置され、前記複数のセンサのうちのさらなる１つのセンサが、前記ハウジング（２０）において湿気が集まる領域の近傍に配置されている
請求項１から７のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項9】

前記電力が、前記ＤＣ電圧発生器（３０）から少なくとも部分的に前記加熱素子（１３０）に供給される
請求項１から８のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項10】

前記電力が、前記電力網（１５０）から少なくとも部分的に前記加熱素子（１３０）に供給される
請求項１から９のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項11】

前記制御ユニット（１２０）によってドライブされ、前記湿気に対する限界値が超えられている間は前記インバータ（１０）を前記電力網（１５０）から切り離すＡＣスイッチ（２１０）をさらに備える
請求項１から１０のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項12】

前記アーク回避電圧が８０Ｖ未満である
請求項１から１１のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項13】

保護ユニット（２２０）と、
前記保護ユニット（２２０）に接続され、危険な状況の発生に関して前記ハウジング内部を監視するように働く少なくとも１つのセーフティセンサ（２３０、２４０、２５０）とをさらに備え、
前記保護ユニット（２２０）が、前記危険な状況が生じた場合に前記インバータ（１０）を前記ＤＣ電圧発生器（３０）と前記電力網（１５０）から切り離すように設計されている
請求項１から１２のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項14】

前記セーフティセンサ（２３０、２４０、２５０）が、煙検出器、電気アーク検出器、温度センサ、光学式検出器、または、赤外線検出器を備える
請求項１３に記載のインバータ（１０）。

【請求項15】

プラスチックハウジングを有する
請求項１３または１４に記載のインバータ（１０）。

【請求項16】

前記ハウジングのプラスチックが難燃性材料を含む
請求項１５に記載のインバータ（１０）。

【請求項17】

前記湿気が前記限界値を超える持続時間を検出するように設計されている
請求項１から１６のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項18】

前記ＤＣ電圧発生器（３０）が太陽光発電器を備える
請求項１から１７のいずれか一項に記載のインバータ（１０）。

【請求項19】

ＤＣ電圧発生器（３０）によって生成された電力を電力網（１５０）に供給するように設けられたインバータ（１０）を動作させるための方法において、
前記インバータ（１０）のハウジング（２０）の内部における湿気の値を求めるステップと、
前記湿気の値に対する限界値が超えられた場合に、コンバータユニット（１６０）の入力部における電圧をアーク回避電圧の値より低い値に設定するステップであって、前記ＤＣ電圧発生器（３０）によって生成された電力、および／または、前記電力網（１５０）から引き出された電力が、前記ハウジング（２０）の中で少なくとも大部分が熱に変換されるステップと、
前記限界値が下まわられた場合に、前記ＤＣ電圧発生器の電圧をＭＰＰ電圧に設定するステップとを特徴とする
方法。

【請求項20】

前記限界値が超えられた場合、前記インバータ（１０）が前記電力網（１５０）から切り離され、それによって、前記ハウジング（２０）の中で熱に変えられる電力が前記ＤＣ電圧発生器（３０）から前記インバータ（１０）に排他的に伝えられる
請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記限界値が超えられた場合、前記インバータ（１０）が前記ＤＣ電圧発生器（３０）から切り離され、それによって、前記ハウジング（２０）の中で熱に変えられる電力が前記電力網（１５０）から排他的に引き出される
請求項１９に記載の方法。

【請求項22】

熱への変換が、前記インバータ（１０）におけるコンバータユニット（１６０）のスイッチをドライブするステップを含む
請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項23】

前記アーク回避電圧の値が、前記湿気の値に応じて求められる
請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項24】

前記限界値が下まわられるまでの持続時間が求められる
請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項25】

始動動作の一部として実行される
請求項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項26】

前記限界値が下まわられるまで前記湿気の値が繰り返し求められる
請求項１９から２５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項27】

危険な状況の発生に関して前記インバータ（１０）のハウジング内部を監視するステップと、
前記危険な状況が生じた場合に前記インバータ（１０）を前記電力網（１５０）と前記ＤＣ電圧発生器（３０）から切り離すステップとをさらに含む
請求項１９から２６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項28】

前記監視するステップが、
煙検出と、
電気アーク検出と、
光学式アーク検出と、
前記インバータ（１０）における部品の過剰な加熱の選択的検出との監視方法のうちの少なくとも１つを含む
請求項２７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＤＣ電圧発生器、とりわけ太陽光発電設備（ＰＶ設備）からの電力を変換して電力網に供給するためのインバータと、そのようなインバータを動作させるための方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電を利用した電力の生成がますます重要になっている。
この種類の多数の分散型発電設備がしばらくの間に世界的に設置されてきており、これらの設備の本質的な特徴として、標準的な供給電力も同時に増えている。
供給電力が高い場合には特に、インバータに接続される、いわゆるストリングを形成するために多数のＰＶモジュールを直列に相互接続するのが一般的である。
したがって、動作中にはインバータの入力ラインに高いＤＣ電圧がかかっている。
電圧を伝える導体どうしの間には、インバータの損傷または破壊につながることになる、インバータハウジング内部のアークの形成を防ぐために十分な絶縁距離が設けられている。
それでもインバータではアークが時々生じ、このことは、極端な場合には、ただインバータの破壊につながることがあるだけでなく、ハウジング内部へのアークの影響が制限されたままとならなければ結果として火災につながる恐れもある。
したがって、硬質の金属ハウジング（板金ハウジングまたはダイカストハウジング）が安全性の理由により一般に用いられている。
これらのハウジングは、ハウジング内部への燃焼アークの影響を一定の期間にわたって制限することができるが、同時に、製造コストにおける高い割合を占めている。

【0003】

十分な湿気がインバータの内部にたまり、それによって、面に沿って電圧を伝える部品どうしの間に絶縁距離をブリッジし得る沿面経路（ｃｒｅｅｐａｇｅ ｐａｔｈ）が生じ得ることによって、アークが引き起こされることが多い。
電圧がかかっている場合、上記の沿面経路にそって沿面電流（ｃｒｅｅｐａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）が流れ、この電流は強まってアークを形成するか、または腐食の原因となる場合がある。
この腐食は、接触抵抗の増加のために、デバイスの故障、または火災につながる接触加熱（ｃｏｎｔａｃｔ ｈｅａｔｉｎｇ）などの派生的な問題をもたらす恐れがある。
経験的に、インバータの場合には一般的であるＩＰ６５の保護等級などの、外部の影響に対する高い保護等級によって内部が保護されたハウジングの場合でも、時間が経つにつれて内部に湿気がたまり得ることが示されている。
このことは、温度の変動に起因するハウジング内部の空気の容積変化を補償する均圧素子（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｑｕａｌｉｚｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）により、周囲の環境と空気を交換することによってたびたび引き起こされる。
この均圧素子によって、湿った周囲の空気がハウジングの中に入る場合があり、それにより水が直接入らない場合でも時間が経つにつれて比較的大量の湿気がハウジング内部にたまる。

【0004】

特許文献１では、コンピュータなどの電子デバイスに向けた開閉キャビネット（ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ ｃａｂｉｎｅｔ）が開示されており、温度および空気湿度などの、この開閉キャビネットにおける気候状態の値が監視され、またアクティブに影響を及ぼされている。
しかしこの技術教示は、ハウジング内部に向けた空調の可能性が制限されたインバータに対しては限られた程度に適用され得るにすぎない。
同時に、（火災、アーク、および過熱などの）危険状態が検出された場合にＰＶ発生器がインバータから電気的に切り離され、および／または、ＰＶ発生器が短絡される機器および方法を説明する様々な文献も存在する。
この場合には例として、特許文献２への参照を行う。
これらのソリューションについて不利な点は、損傷の発生後にしか措置が開始されないことである。

【0005】

さらに特許文献３では、風力発電設備の制御ユニットが開示されており、この風力発電設備には、過熱または腐食から制御ユニットを保護するために温度センサと湿気センサが備えられている。
さらに特許文献４の文献では、予熱デバイスが備えられた風力発電設備が開示されており、この風力発電設備は、自身が始動する前に、温度に重大な影響を受ける部品を動作温度まで予熱している。
どちらの場合も、設備は温度および／または湿気の値が所望の範囲にない間はエネルギーを生成していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２００４／０４０７２４号

【特許文献2】ドイツ特許第１０ ２００６ ０６０８１５号

【特許文献3】ドイツ特許第１０２００９０１３３１１号

【特許文献4】ドイツ特許第１０２００７０５４２１５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

インバータハウジングに入った湿気の有害な影響を回避または制限するためには、沿面電流に関係する上記の損傷プロセス、または他の不要なプロセスを防ぐことが望ましい。
同時にインバータを、特に、電圧を伝える導体どうしの間の不十分な電気絶縁をデバイス内部の湿気が引き起こす状態である、供給が同じであるか減少している初期状態から、インバータが正常に動作し得るデバイス状態、すなわち特に、ＤＣ電圧発生器の最大電力出力（最大電力点−ＭＰＰ）に対して標準的な発生器電圧を用いるデバイス状態に、可能な限り速やかに移すことが望ましい。

【0008】

本目的は、独立請求項の特徴を備えるインバータと、インバータを動作させるための方法とによって達成される。
有利な実施形態は、それぞれの従属請求項に記載されている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

ＤＣ電圧発生器、とりわけＰＶ発生器からの電力を、コンバータユニットによって、インバータに接続された電力網に電力を供給するための、電力網に準拠したＡＣ電圧に変換する本発明によるインバータは、インバータのハウジング内部の湿気センサを備える。
制御ユニットは、湿気センサから湿気の値を受信するために湿気センサに接続されている。
上記の湿気センサは、湿気の値、すなわち、ハウジングの中にある湿気の量を示す値、特に空気湿度または結露した液体の量を示す値を求め、その値をたとえば信号として、インバータを制御するための制御ユニットに伝えるように設計されている。
制御ユニットは、湿気の量が限界値を超える場合には特に、コンバータユニットの入力部における電圧がアーク回避電圧の値を下まわる値に保たれるように、求められた湿気の値に応じてコンバータを制御する。
同時に制御ユニットは、その制御ユニットに接続された加熱素子に電力が確実に供給されるようにしている。

【0010】

加熱素子に供給される電力は、ハウジングから、または、少なくとも電圧を伝える導体どうしの間の絶縁領域から湿気を取り除くために、インバータハウジングの内部を加熱するように働く。
このため加熱素子は、抵抗性のワイヤ、または、回路基板の上の導電経路、もしくは、特に多層回路基板の場合には回路基板の中の導電経路などの抵抗加熱素子として具現化されていることが好ましい。
この場合加熱素子は、絶縁領域が急速に加熱され、それによって、そこに結露した湿気が効果的に取り除かれ得るように配置されていることが好ましい。
湿気の除去は、ファンを備えるインバータを用いることによって向上する場合があり、ファンの気流の中に加熱素子が配置されるか、または加熱素子が生成した熱をデバイスの中に効果的に分散させることができるようにファンが配置される。

【0011】

ハウジングまたは絶縁領域からの湿気の除去は、好ましくはＤＣ電圧発生器の接続導体の近傍、または、電圧を伝える他の導体の近傍（たとえば、インバータにおける中間直流リンクの近傍）に配置された１つまたは複数の湿気センサを利用して監視される。
さらに、ハウジングにおいて湿気が集まる領域の近傍、すなわち、一般に結露水がたまる領域、または、操作によって加熱されるインバータの場合には後の時点においてのみ結露水が蒸発する領域の近傍に湿気センサを配置することも可能である。
この領域は、たとえばインバータハウジングにおける最も深い箇所でもよく、または、ファンの気流が届かないか、もしくは不十分にしか届かないハウジング内の位置でもよい。

【0012】

湿気における、特にアーク形成に関係する損傷の影響は、湿気の除去と平行して、コンバータユニットの入力部における電圧を特定の電圧値より低く保つことによって低減する。
この場合、上記の電圧値は、依然としてアーク回避電圧である許容可能な最大の値を下まわる電圧のみがハウジング内で生じるように選択される。
この場合、アーク回避電圧の値という用語は、電圧の値を意味するように考えられており、この電圧の値は、インバータのハウジングの中の湿気の量を考慮すれば、インバータ内部における電圧を伝える導体どうしの間の電流を防止することが確実に可能となる程度に低い。
このうち、上記の防止される電流は、電圧を伝える導体からアークが生じるか、または、電圧を伝える導体の接触部においては特に、接触部における接触抵抗が長い期間に大幅に増し、その接触抵抗がインバータの電力損失もしくは故障の原因となるように、電圧を伝える導体に腐食プロセスが損傷を及ぼすほど高い。
この場合、アーク回避電圧の値は、湿気の量と、インバータに用いられている絶縁距離および材料との両方に依存する。
一般に、インバータにおけるアーク形成の可能性は、８０Ｖ未満の電圧では十分に低いと想定される。
対応する距離の決定と材料の選択とを考慮すれば、１２０Ｖまたは２００Ｖなどのより高い値が、アーク回避として十分と考えられる場合もある。
ＤＣ電圧発生器に対してより高い電圧が許容され得る場合には、加熱素子に対して利用可能な電力が大幅に増えることは当業者には明白である。
それにより、湿気に対する限界値が下まわられるまでに必要な持続時間、すなわち、インバータが除湿されるまでに必要な持続時間を大幅に短縮することが可能である。

【0013】

インバータにおける有利な一構成では、湿気に対する限界値が超えられた場合、制御ユニットは、ＤＣ電圧発生器の電圧がアーク回避電圧を下まわるように、コンバータユニットを介してインバータを制御する。
この構成における有利な方法では、発生器電圧、およびそれによるコンバータユニットの入力部における電圧は、コンバータユニット自体を介してアーク回避電圧の値より低く保たれる。
コンバータユニットは、（昇圧コンバータなどの）ＤＣ／ＤＣコンバータである相互接続部分と、ＤＣ／ＡＣコンバータとを全体として備えることも可能である。
この場合には、ＤＣ電圧発生器の電圧と、ＤＣ／ＡＣコンバータの入力部における電圧との両方がアーク回避電圧の値より低く保たれることは言うまでもない。
このことは、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させないようにすることと、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作した状態でＤＣ電圧発生器の相応に低くなった電圧値を選択することとの両方によって行われてもよい。
インバータにおけるコンバータユニットは、たとえばＤＣ電圧発生器をＭＰＰで動作させることができるよう、ＤＣ電圧発生器の電圧を設定するように大抵は既に設計されている。
本願に関しては、アーク回避電圧の値を超えないようにするためにこの設定の可能性が利用されており、このうちＤＣ電圧発生器によってここで提供される電力は同時に利用されてもよい。
利用は供給の形で行われ得る。
好ましい一実施形態では、加熱素子に供給される電力は、利用の目的に向けてＤＣ電圧発生器から少なくとも部分的に引き出されてもよい。

【0014】

加熱素子に供給される電力がすべてＤＣ電圧発生器から生じる場合には、インバータを電力網から切り替え可能に切り離すための、接触器などのＡＣスイッチを設け、上記のスイッチは、湿気に対する限界値が超えられている間はインバータが電力網から切り離されたままであるとともに、湿気に対する限界値が下まわられている場合にのみインバータが電力網に接続されるように、制御ユニットに接続されていることが有利である。

【0015】

インバータにおけるさらに有利な構成では、湿気に対する限界値が超えられた場合、制御ユニットは、コンバータユニットの入力部からＤＣ電圧発生器が切り離されるようにインバータを制御する。
この方法でも、アーク回避電圧の値が超えられないようにすることができる。

【0016】

インバータにおけるさらに有利な構成では、加熱素子に供給される電力は、電力網から少なくとも部分的に引き出される。
このため制御ユニットは、湿気に対する限界値が超えられた場合には、ＤＣ電圧発生器がインバータから切り離されるか、または切り離されたままであるとともに、予熱用電力が電力網から排他的に加熱素子に供給されるように設計されていてもよい。
しかし、加熱素子に供給される電力の提供は、ＤＣ電圧発生器と電力網から引き出されるようになされてもよい。
電力網から排他的または付加的に引き出される加熱用電力は、インバータを除湿するための持続時間をさらに短縮することができるが、これは予熱と、それによるインバータの除湿とに向けて利用可能な電力が最適に選択され得るためである。

【0017】

さらに有利な構成では、インバータは、危険な状況の発生に関してハウジング内部を監視するための少なくとも１つのセーフティセンサに接続された保護ユニットをさらに備えることができる。
この場合、保護ユニットは、危険な状況が発生した場合にはインバータをＤＣ電圧発生器と電力網から切り離し、それによってインバータ内部へのいかなる電力の流れも防ぐように設計されている。

【0018】

この関係では、危険な状況という用語は、インバータを通って流れる電力が、制御されない状態で熱に変換されるあらゆる状況を意味するように考えられていることが言及されるべきである。
したがって、本願の意味する危険な状況は、特にアークなどの状況、または、電力スイッチ、コンデンサ、もしくはインダクタなどのインバータにおける部品の熱的過負荷などの状況を包含する。
対応するセーフティセンサは、煙検出器、アークによって生成される高い周波数の発振を検出する電気アーク検出器、または、光学式検出器もしくは赤外線式検出器を含み得る。
光学式センサまたは赤外光式センサは、たとえば空間的に分解する検出を可能にし得る。
個々のセンサ、さらにサーモ素子、サーモダイオードなどの従来の他の温度センサを、特に危険にさらされているインバータ部品に割り当てることも同様に可能である。
あるいは、インバータにおける領域または個々の部品を選択的に監視することも、空間的に分解する光学式検出器または赤外光式検出器を用いることによって実現することができ、その結果、危険な状況の検出の信頼性が増し、同時に誤った警報の確率が低減する可能性がある。

【0019】

上記の危険な状況が発生した時に、保護ユニットと、割り当てられたセーフティセンサとを利用してインバータを効果的に保護する場合、インバータにおいてコストのかかる金属ハウジングを、プラスチック、とりわけ、難燃性の特性を有するプラスチックからなる、よりコスト効果の高いハウジングと取り替えることが可能である。
このことは、インバータを通じたＤＣ電圧発生器または電力網からの電力の熱への制御されない変換の発生を、周囲へのエネルギーの放出に関係する安全要件が単に金属ハウジングによって対処され得るという程度まで排除する。

【0020】

ＤＣ電圧発生器によって生成された電力を電力網に供給するためにインバータを動作させるための本発明による方法は、湿気センサなどによってインバータハウジング内部の湿気の値を求めるステップを含む。
湿気の値に対する限界値が超えられた場合、ＤＣ電圧発生器の発生器電圧は、発生器電圧と、（昇圧コンバータなどの）ＤＣ／ＤＣコンバータによって発生器電圧から変換される可能性のある電圧との両方がアーク回避電圧の値より低く保たれるように設定される。
この場合、ＤＣ電圧発生器によって生成された電力、および／または、電力網から引き出された電力は、ハウジング内部における熱に少なくとも大部分が変換される。
発生器電圧がＭＰＰ電圧に設定されるのは、求められた湿気の値が湿気に対する限界値より低下した場合のみである。
この場合インバータは、ＤＣ電圧発生器を、最大電力の放出の状態で動作させ、生成された電力を電力網に供給することができる。

【0021】

これらの方法ステップは、朝の日の出時などにインバータの始動動作の一部として実行されることが好ましいが、これはたとえば操作上まだウォームアップしていないインバータにおいて結露形成の可能性があるために、この場合には絶縁距離が不十分である可能性が特に高いためである。

【0022】

インバータが発生器に低いＤＣ電圧を設定している持続時間を短縮するためには、限界値が下まわられるまで湿気の値を求めるプロセスを繰り返して、または継続して実行することが有利である。
同じ理由により、ＤＣ電圧発生器からインバータに伝えられるすべての電力をハウジング内の熱に変換することも有利であり、そのためには、独立した加熱素子、または、電力を変換するためにどのみちインバータに組み込まれている部品である他の加熱素子が用いられてもよい。
後者の場合にはコンバータユニットが好適であり、たとえばコンバータユニットは、コンバータユニットに組み込まれたスイッチを好適にドライブすることによって瞬間的なパルス化電流を可能にする。
上記のスイッチにおける極めて短いドライブの場合、スイッチは部分的にのみ導電性となり、相当な電力の部分が、スイッチにおける高いドライブ周波数のスイッチング損失として、通常の動作中には望ましくない熱に変わる。

【0023】

インバータを監視および診断するためには、限界値が下まわられるまでの持続時間、または本発明による方法を実行する際にインバータが湿気に対する限界値を少なくとも一時的に超える頻度を検出することと、それを評価用に利用可能にすることとが有用である。
このように、特に影響を及ぼされたインバータを特定するとともに、湿気の浸入に伴う問題を排除することができるサービスエンジニアに適宜通知することが可能である。

【0024】

動作方法における有利な展開の１つでは、限界値が超えられた場合、インバータはＤＣ電圧発生器から切り離され、ハウジング内で熱に変換される電力は電力網から排他的に引き出される。
したがって、湿気の値に対する限界値が超えられた場合、インバータは湿気の値が限界値より低下するまで電力網から引き出された電力によって加熱される。
それ以降にのみ、ＤＣ電圧発生器がインバータに接続されるとともに、発生器電圧は、電力網に供給するために発生器における最大電力の放出（ＭＰＰ電圧）が行われる電圧に設定される。

【0025】

本発明による動作方法に関しては、インバータのハウジング内部は、危険な状況の発生について付加的に適宜監視されてもよく、またそのような状況が発生した場合には電力網とＤＣ電圧発生器からインバータが切り離されてもよい。
このような危険な状況は、煙検出器によって監視され得る、インバータ内における煙の発生であってもよい。
光学式アーク検出器もしくは電気式アーク検出器によるアーク発生の監視、または、赤外線感知検出器もしくは温度センサによるインバータにおける部品の過剰な加熱の検出も同様に可能である。
この場合、光学式検出器または赤外線感知検出器は、ハウジングが開かれたことを外部光の入射によって把握し、電力網とＤＣ電圧発生器からの切り離しによってインバータを直ちに保護することもでき、それによってインバータを開いた人の生命の危険が回避されるか、または少なくとも大幅に低減されるというさらなる利点を有する。
この場合、インバータは、音響信号または電気信号などのさらなる警告信号を発することができる。

【0026】

以下では図面を参照して本発明を例示するが、これらは限定ではなく説明の方法として解釈されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明によるインバータにおける部品の概略図である。

【図2】追加の部品によって増加した、本発明によるさらなるインバータにおける部品の概略図である。

【図3】インバータの回路基板の一部としての加熱素子における、本発明による実施形態の図である。

【図4】本発明による動作方法のためのフローチャートである。

【図5】太陽光エネルギーの発電設備を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、エネルギーの伝送に向けて接続ラインＤＣ＋、ＤＣ−を介してＤＣ電圧発生器３０に接続された、本発明によるインバータ１０を示す。
インバータ１０におけるハウジング２０の内部にはコンバータユニット１６０が配置されており、そのコンバータユニットはＤＣ電圧発生器３０の電力を電力網に準拠したＡＣ電圧に変換し、そのＡＣ電圧を接続された電力網１５０に接続ラインＡＣを介して伝える。
さらに、ハウジング２０の内部には湿気センサ１１０が収容されており、湿気の値に相当する測定信号を制御ユニット１２０に伝える。
この制御ユニット１２０は、インバータ１０、特にコンバータ１６０を制御するように設計されているとともに加熱素子１３０に接続されており、それによって、加熱素子１３０に伝えられる電力は制御ユニット１２０によって制御され得る。
さらに制御ユニット１２０は、加熱素子１３０によって生成された熱をハウジング２０の内部に分散させることができるファン１４０をドライブするように適宜設計されていてもよい。

【0029】

湿気センサ１１０は従来の湿気センサであり、たとえば、湿気によって導電率が変化するセンサであるか、または、湿気に依存する誘電率を有する誘電体を含むセンサである。
同様に、従来知られている他の湿気センサも考えられる。

【0030】

制御ユニット１２０は電力を引き出すことができ、その電力をたとえばコンバータユニット１６０から加熱素子１３０に送る。
この場合コンバータユニット１６０は、特に昇圧コンバータであるＤＣ／ＤＣコンバータ、中間直流リンク（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｎｋ）、およびコンバータブリッジ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｂｒｉｄｇｅ）を備えており、それによりコンバータユニットはＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するタスクと、ＤＣ電圧発生器３０の発生器電圧を制御するタスクとの両方を実行することができる。

【0031】

本明細書による図１のコンバータユニット１６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣコンバータの相互接続部分を備えているが、このコンバータユニット１６０にはＤＣ／ＤＣコンバータが備えられていなくてもよい。
上記の電力が、ＤＣ電圧発生器３０、または、接続された電力網１５０から直接引き出されることも同様に可能である。

【0032】

特定の一実施形態では、加熱素子１３０はコンバータユニット１６０におけるスイッチ、または他の部品によって形成されている。
この場合、コンバータユニット１６０をドライブすることによって所望量の熱が生成されるように制御ユニット１２０を設計することが有利である。

【0033】

図２は、図１で既に示された部品に加えて保護ユニット２２０をさらに備える、本発明によるインバータを示す。
この保護ユニット２２０は、危険な状況が生じた際に、たとえばＤＣ接触器であるＤＣスイッチ２００によるＤＣ電圧発生器３０への接続、および／または、たとえばＡＣ接触器もしくはラインブレーカであるＡＣスイッチ２１０による電力網１５０への接続を制御することによってインバータを確実に安全状態に移すように設計されているため、危険な状況が生じると、インバータハウジング２０の内部へのエネルギーの供給は防止される。
スイッチ２００、２１０の構成は、インバータハウジング２０の外部と内部の両方において実現されてもよい。
このため保護ユニット２２０は、絶縁用信号を伝えるために制御ユニット１２０に接続されており、制御ユニット１２０は絶縁用信号が存在する場合には、ＤＣスイッチ２００またはＡＣスイッチ２１０におけるそれぞれのドライブを行う。
当然ながら、保護ユニット２２０がスイッチ２００、２１０を直接ドライブすることも同様に可能である。

【0034】

このような状況の発生は、インバータハウジング２０の内部に収容されて保護ユニット２２０に接続されたいくつかのセンサによって監視される。
このようなセンサには、煙検出器２３０、光学式検出器２４０、または赤外線検出器２５０が含まれてもよい。
危険な状況に割り当てられた状態をこれらのセーフティセンサの１つが検出すると、保護ユニット２２０または制御ユニット１２０は、ＤＣ電圧発生器３０または電力網１５０への電気接続を即座に切り離す。

【0035】

インバータにおける除湿制御用の部品と、インバータの内部で危険な状況を確実に検出するための部品との組み合わせによって、火災を誘発する状況が発生するリスクを、インバータのハウジングをプラスチックで作ることが可能となる程度まで低減することができる。
ハウジングの材料として難燃性プラスチックが用いられる場合には上記のリスクをさらに低減することが可能である。
このようにして、インバータの製造における相当なコストの低減が可能となる。

【0036】

図３は、加熱素子１３０の一実施形態として、抵抗加熱素子３２０の特定の構成を示す。
この加熱素子３２０は、回路基板３００の一部として導体経路によって形成されており、第１に所望の抵抗値を可能とし、第２にたとえば電圧を伝える２つの導体３１０の間の絶縁距離からなる、湿気によって特に悪影響を及ぼされる回路基板領域における均一な加熱を可能とするように蛇行して延びている。
電圧を伝える２つの導体３１０は、ＤＣ電圧発生器３０への接続ラインＤＣ＋、ＤＣ−にそれぞれ接続されていてもよく、それにより発生器電圧は、絶縁距離の両端で全体として降下する。
多層回路基板の場合、加熱素子３２０である導体経路は、回路基板の中を通っていてもよく、それにより電圧を伝える導体３１０と加熱素子３２０との間のあらゆる動作環境における確実な絶縁が保証される。
また、電圧を伝える導体３１０どうしの間の絶縁距離の中に加熱素子３２０を配置する必要はなく、絶縁領域における効果的な加熱、すなわち効果的な除湿のみが確実なものとなるように考えられていることは言うまでもない。

【0037】

図４は、インバータ１０を動作させるための、本発明による方法に向けたフローチャートを示す。
第１の方法ステップ４００では、たとえば発生器電圧Ｕ_ｇｅｎを、インバータを始動させるための所定の最小電圧Ｕ_ｍｉｎと比較することによって、インバータの動作が開始可能であるかどうかがチェックされる。最小値Ｕ_ｍｉｎが超えられている場合、第２のステップ４１０において、インバータのハウジング内部における湿気の測定が実行される。
第３の方法ステップ４２０では、測定された湿気の値ρ_ＩＮが、インバータの動作に対する非クリティカルな限界値ρ_ｔｈを下まわっているかどうかが比較される。
そうでない場合には、非クリティカルな限界値ρ_ｔｈを下まわるインバータ内部の湿気の値ρ_ＩＮが湿気の測定によって判定されるまで、第４の方法ステップ４３０においてインバータ内部が加熱される。
湿気の値ρ_ＩＮが限界値ρ_ｔｈを下まわる場合には、本方法は第５の方法ステップ４４０に分岐し、第５の方法ステップ４４０では、インバータにおける正常な始動動作が開始または継続される。

【0038】

動作方法における第１の変形形態では、第４の方法ステップ４３０でインバータを予熱するための電力は、ＤＣ電圧発生器３０によって生成される。
この間に、ＤＣ電圧発生器３０の電圧と、さらに、コンバータユニット１６０の中間直流リンクにおけるＤＣ電圧とは、たとえば８０Ｖ未満の値であるアーク回避電圧まで低減される。
この場合、この電圧は、制御ユニット１２０がコンバータユニット１６０を対応してドライブすることなどによって、インバータによって設定される。
同時に、上記のコンバータユニット１６０におけるスイッチを好適にドライブすることによって、ＤＣ電圧発生器によって生成された、インバータ１０を加熱するための電力の少なくとも一部がコンバータユニット１６０によっても熱に変えられ、電力の残りの部分はさらなる加熱素子に供給されてもよい。
この場合、発生器電圧に対する一定の上限値の代わりに、測定された湿気の値に応じて決定された可変値を選択することも同様に可能である。

【0039】

動作方法における第２の変形形態では、第４の方法ステップ４３０でインバータを予熱するための電力は、インバータ１０に接続された電力網１５０より生じる。
この場合、予熱段階の間はＤＣ電圧発生器３０をインバータ１０から完全に切り離し、インバータ内部における湿気の値が非クリティカルな限界値より低下した場合にのみ、ＤＣ電圧発生器３０とインバータ１０とを互いに接続することが有利である。

【0040】

インバータを動作させるための上記の方法は、たとえばアーク、くすぶっている火、もしくは、炎が露出している火などの危険な状況、またはインバータにおける部品の爆発につながる過剰な加熱などである危険な状況の発生に関して、インバータのハウジング内部を監視することによって補われてもよい。
このような状況が検出されると、危険にさらされているインバータ内部へのさらなる電力の流れを防ぎ、それによってその状況に対するあらゆるエネルギー源を取り除くために、インバータは電力網１５０とＤＣ電圧発生器３０との両方から電気的に即座に切り離される。
このような状況に関する監視は、煙検出、電気アーク検出、または、光学式検出もしくは赤外光式検出によって行われてもよい。

【0041】

図５は、太陽光発電から電気エネルギーを得るための家庭設備における概略構成を示す。
この場合、家屋５１０の屋根は、ＤＣ電圧発生器３０をＰＶモジュールの形態で保持している。
ＤＣ電圧発生器３０は、ＤＣ電圧発生器３０の近傍に取り付けられたラインブレーカ５００とＤＣ電圧発生器のリード線５３０とを介して、本発明によるインバータ１０に接続されている。
さらにインバータ１０は、電力網のリード線５２０を介して公共の電力供給網（図示せず）に接続されている。
この場合ラインブレーカ５００は、上記のインバータ１０における制御ユニットによってドライブされる。
ラインブレーカ５００とインバータ１０との空間的な分離によって、インバータ１０が不具合な場合と、家屋の火災の場合との両方においてさらなる安全性が達成されるが、これはこれらの場合にはＤＣ電圧発生器のリード線５３０が、電圧がかからないように切り替えられ、それによって家屋の人や住人を救出することがいかなる危険ともならないためである。
電圧のかかっていない状態への切り替えは、ＤＣ電圧発生器へのリード線の遮断と、ＤＣ電圧発生器の短絡との両方によって行われてもよい。

【0042】

本発明は説明された例示的な実施形態に限定されず、当業者によって様々な方法で変更され、また補われ得る。
特に、記述された特徴を、述べられた組み合わせ以外の組み合わせで実施することも可能であり、また、インバータの内部に入った湿気の有害な影響を制限または回避することを目的として、従来知られているさらなる方法または構成要素により上記の特徴を補い、それによって動作の安全性が向上したインバータに到達することも可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０ インバータ
２０ ハウジング
３０ ＤＣ電圧発生器
１１０ 湿気センサ
１２０ 制御ユニット
１３０ 加熱素子
１４０ ファン
１５０ 電力網
１６０ コンバータユニット
２００ ＤＣスイッチ
２１０ ＡＣスイッチ
２２０ 保護ユニット
２３０， ２４０， ２５０ セーフティセンサ
３００ 回路基板
３１０ 電圧を伝える導体
３２０ 加熱素子
４００， ４１０， ４２０， ４３０， ４４０ 方法ステップ
５００ ラインブレーカ
５１０ 家屋
５２０ 電力網のリード線
５３０ ＤＣ電圧発生器のリード線
ρ_ＩＮ インバータにおいて測定された湿気の値
ρ_ｔｈ 測定された湿気の値に対する限界値
Ｕ_ｇｅｎ 発生器電圧
Ｕ_ｍｉｎ 最小始動電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】