CN101599633A - 用于保护光电系统的电路 - Google Patents

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CN101599633A CNA2009101419488A CN200910141948A CN101599633A CN 101599633 A CN101599633 A CN 101599633A CN A2009101419488 A CNA2009101419488 A CN A2009101419488A CN 200910141948 A CN200910141948 A CN 200910141948A CN 101599633 A CN101599633 A CN 101599633A
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Abstract

本发明涉及用于保护光电系统的电路。本发明的目的是提供一种在光电发电机(G1－Gp)被连接为其极性反向的情况下用于电气保护光电设备的结构，因此它包括保护单元，其包括两个连接点(1，2)，在其上连接光电发电机(G1－Gp)，在极性反向的情况下负责减少光电发电机(G1－Gp)的电压的至少一个设备(D)，该设备并联连接在上述两个连接点之间，串联连接至上述元件的光电发电机(G1－Gp)的至少一个断开和/或保护元件(M)，使得上述断开和/或保护元件上的负荷最小。

Description

用于保护光电系统的电路
技术领域
本发明的目的是提供一种用于在一部分光电区域发生反接的情况下电气保护光电设备的结构，其中反接被理解为在所述部分光电区域中的极性反向。
本发明的应用领域是致力于电气和/或电子设备设计的工业，其中该电气和/或电子设备设计用于直流电气系统，并且更具体地用于光电太阳能产生区域的连接。
背景技术
现在，光电系统在我们的社会中得到广泛的认可，因为目前它们被越来越频繁地使用。一般，它们是通过一组光电板，调节由光电板产生的能量以用于随后使用的电子变换器，以及在任何电气装置中固有的一系列保护和导管而形成的设备。
光电模块或光电板是将光的电磁能转换为电能的电气设备。这种设备根据落在其上的辐射和在其端子之间设置的电压而产生直流电。如图1所示，光电模块的V-I(电压-亮度)关系特性遵循一条曲线，其中可以突出三个特性点：
-Voc-mod ule：当流经其的电流为零时，由光电模块产生的开路电压。
-Isc-mod ule：当其端子之间的电压为零时，由光电模块产生的短路电流。
-Vmpp-mod ule和Impp-mod ule：光电模块产生最大功率的电压和电流点。
-Pmpp-mod ule：由下列公式得到的光电模块产生的最大功率：
Pmpp-mod ule＝Vmpp-mod ule·Impp-mod ule
为了增加由光电设备产生的功率，可以通过使光电模块彼此串联或并联连接而将它们关联。
一个或多个光电模块的串联连接通过增加系统的电压并且保持相同的电流而增加系统的功率。这种至少一个光电板的串联关联称为一系列或一串。因此，如果将n个板串联关联，由该关联产生的V-I曲线将具有下列特性点：
Voc-string＝n·Voc-mod ule
Isc-string＝Isc-mod ule
Pmpp-string＝n·Vmpp-mod ule·Impp-mod ule
其中：
-Voc-string：当流经其的电流为零时，由该串产生的开路电压。
-Isc-string：当其端子之间的电压为零时，由该串产生的短路电流。
-Pmpp-string：由该串产生的最大功率。
用于增加功率的另一个可替换方案是并联连接；在这种情况下，系统的电压保持不变并且电流增加。将一个或多个串并联连接称为光电发电机(generator)。如果并联连接m个串(n个模块的串)，所形成的发电机的V-I曲线具有下列特性点：
Voc-generator＝n·Voc-mod ule
Isc-generator＝m·Isc-mod ule
Pmpp-generator＝n·m·Vmpp-mod ule ·Impp-mod ule
其中：
-Voc-generator：当流经其的电流为零时，由发电机产生的开路电压。
-Isc-generator：当其端子之间的电压为零时，由发电机产生的短路电流。
-Pmpp-generator：由发电机产生的最大功率。
通过并联关联上述段落中描述的多个光电发电机，以及它们的命令、监控和保护设备(M11，...，Mpm)，而获得设备的光电区域(图2)。
通常与每个光电发电机串联中包括断开和/或保护元件(M1-Mp)。
断开元件(开关、断路器等等)允许关断发电机的电流，并且对于设备的处理和维修操作非常有用。保护设备(磁热断路器、熔丝等等)用于保护发电机免受可能使设备损坏的冲击电流。如果在构成设备的不同光电发电机(G1-Gp)的并联连接期间，它们中的一个发电机通过将其正极连接至另一个发电机的负极并且将其负极连接至另一发电机的正极而使其极性反向，则产生反向电流(图3)。在这种情况下，断开和/或保护设备(M1-Mp)承受双倍的发电机电压。由于通常针对发电机的电压和电流定制它们的尺寸，这个负荷甚至可能摧毁断开和/或保护设备，并且引起严重的人身伤害和物资损失。
在目前的现有技术中，存在不同的可替换方案以解决该问题。
第一种可替换方案是在机械电气连接元件(连接器)的使用中，在两个端子之间设置单一方式的连接。一旦通过焊接、压接或拧入而将电缆连接至其连接器，将只存在一种可能的连接。
然而，在设备本身频繁地执行电缆和连接器之间的结合，可能引起电缆与其对应连接器的错误连接。
另一种可替换方案在于针对使发电机电压加倍来定制断开和/或保护系统的尺寸。这是有效的解决方式，但是也更加昂贵、沉重和庞大。
来自现有技术的第三种选择包括通过为每个发电机提供串联连接的二极管而防止反接的发电机的电流流动，其中针对两倍的发电机的开路电压定制该二极管的尺寸(图4)。然而，在正常操作中，由于二极管的导通固有的电压降而使该二极管引起电损耗，从而导致系统性能下降。
发明内容
为了实现目的并且防止在之前的部分中指出的不方便之处，本发明提供一种在光电区域内部的光电发电机发生反接的情况下用于电气保护光电设备的新的结构，其中反接被理解为光电区域的光电发电机的极性反向。
该提出的结构将至少包括保护单元，在其上连接光电发电机。该保护单元将包括：
-两个连接点，在其上连接光电发电机。
-在反接的情况下负责减少发电机的电压的至少一个设备。该设备并联连接在上述两个连接点之间。
-串联连接至上述元件的光电发电机的至少一个断开和/或保护元件。
上述单元可以根据两种操作模式操作：
-正常操作模式：当光电发电机适当地连接时。在这种情况下，降压设备不运行，并且保持系统的电压。
-反向操作模式：当至少一个光电发电机被反接时。在这种情况下，降压设备通过使其电压衰减并且减少断开和/或保护设备承受的电压而作用在所述发电机上。
本发明的优点是：
-减少对于过大尺寸的断开和/或保护设备的需要。针对发电机的电压和由降压设备限制的电压的总和，必须定制这些设备的尺寸。
-该结构专有地在其反向操作模式中启动，这表示关于永久导致电损耗的串联连接的二极管，有了改进。
本发明提供了：
-用于保护光电系统的电路，包括至少两个并联关联的保护单元，在其上连接它们各自的光电发电机。
-负责减少发电机的电压的设备，包括二极管或类似元件。
-断开和/或保护元件是熔丝等等。
为了更容易理解本说明书，并且作为其整体的一部分，附上一些附图，其中描述了本发明的目的，以及在之前已经描述的现有技术的一些结构，其具有示例性的和非限制性的特性。
附图说明
图1描述了光电模块及其串联和并联连接的传统的电压-亮度(V-I)曲线。
图2描述了具有命令、监控和保护元件的光电区域的典型连接布置图。
图3描述了发电机的不适当连接的布局图以及系统的主要等级(magnitude)的显示。
图4描述了根据现有技术的可替换方案用于免除具有串联连接的二极管的不适当连接的布局图。
图5描述了根据本发明的两个优选实施方式的保护单元(图5a-图5b)。
图6描述了通过根据本发明提出的结构，发电机的不适当连接的布局图，并且描述了在本发明中发生的系统的主要等级。
具体实施方式
下面给出本发明的实例的描述，提及的参考标记来自附图。
提出的结构包括至少两个并联关联的保护单元，在其上连接它们各自的光电发电机。保护单元(图5a)包括：
-两个连接点(1和2)，在其上连接每个光电发电机(G1-Gp)。对于正常模式下的操作，发电机(G1-Gp)的正极将连接在连接点1上，并且发电机的负极连接至连接点2上。
-并联连接在上述两个连接点(1和2)之间并且在反接的情况下负责减少发电机(G1-Gp)的电压的至少一个设备(D)。
-串联连接至上述元件的光电发电机的至少一个断开和/或保护元件(M)。
在反接的情况下负责减少发电机的电压的设备(D)可以是二极管类型，并且其阳极连接至连接点2而其阴极连接至连接点1。
断开和/或保护元件(M)可以是熔丝、磁热或相似类型，并且在经历冲击电流的情况下必须打开与单元对应的电路。
这些并联关联的单元通过将尺寸设计为对应于它们的额定电压和电流的设备而允许它们各自的光电发电机(G1-Gp)以确保其保护的方式被连接。
在光电发电机适当连接至其中一个单元的情况下，所述单元的操作模式将是正常的。二极管(D)承受发电机的电压并且被锁定(零电流)。
在光电发电机反向连接至其中一个单元的情况下，二极管将把反接的板带到V-I曲线的短路附近的点(二极管饱和直流和短路电流-Isc-)，图6。
二极管作为降压元件的使用实现了取消反接发电机的端子处的电压。这使得能够针对发电机的电压定制断开和/或保护设备(M1-Mp)的尺寸。
另一个优选实施方式(图5b)包括与上述装置相同的元件，只是将保护系统(M)集成在保护单元的正极中，这与上述实施方式是等效的。

Claims (4)

1、一种用于保护光电系统的电气系统，其被提供用于在发电机被连接为其极性反向的情况下防止所述光电系统的损坏；其特征在于它包括保护单元，其包括：
-两个连接点(1，2)，在其上连接光电发电机(G1-Gp)，
-在极性反向的情况下负责减少光电发电机(G1-Gp)的电压的至少一个设备(D)，该设备并联连接在上述两个连接点之间，
-串联连接至上述元件的光电发电机(G1-Gp)的至少一个断开和/或保护元件(M)。
2、根据权利要求1所述的电路，其特征在于它包括至少两个并联关联的保护单元，在其上连接它们各自的光电发电机。
3、根据权利要求1和2所述的电路，其特征在于负责减少光电发电机(G1-Gp)的电压的设备(D)是二极管类型。
4、根据权利要求1和2所述的电路，其特征在于断开和/或保护元件(M)是熔丝类型。
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