CN102770970A - 用于管理和控制光伏板的系统 - Google Patents

用于管理和控制光伏板的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102770970A
CN102770970A CN2011800059565A CN201180005956A CN102770970A CN 102770970 A CN102770970 A CN 102770970A CN 2011800059565 A CN2011800059565 A CN 2011800059565A CN 201180005956 A CN201180005956 A CN 201180005956A CN 102770970 A CN102770970 A CN 102770970A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
terminal
panel
current
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800059565A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102770970B (zh
Inventor
A·波什盖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CN102770970A publication Critical patent/CN102770970A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102770970B publication Critical patent/CN102770970B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02016—Circuit arrangements of general character for the devices
    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02021—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

本申请涉及用于对光伏板进行本地控制的模块，包括：第一和第二端子(B1、B2)，其用于通过单个导线(13)与相应模块串行连接；第一端子(A1)，其用于连接光伏板，所述第一端子被连接到用于串行连接的第一端子(B1)；开关(S)，其连接在用于串行连接的第二端子(B2)和用于连接面板的第二端子(A2)之间；二极管(D0)，其连接在用于串行连接的第一和第二端子(B1、B2)之间；变流器(70)，其用于以连接面板的第一和第二端子(A1、A2)之间的面板产生的电压为基础，来对模块进行供电；传感器(R3)，其用于测量单个导线(13)内流动的电流；以及闭合装置(60、62)，其用于当单个导线内流动的电流超过阈值时，闭合开关。

Description

用于管理和控制光伏板的系统
技术领域
本申请涉及光伏板群组的管理。
背景技术
传统的光伏板(photovoltaic panel)包括若干个并联/串联的光伏电池，并且在标称光照条件下，传统的光伏板在其端子处产生大约40伏的直流电压。在最小的设备中，将大约10个面板进行串联以产生大约400伏的直流电压，这个直流电压可以通过换流器(inverter)而获得了良好的输出以将所产生的能量传输给网络。
面板的串联连接的一个益处在于，连接器技术简化为每个面板两个连接端子，加上一个接地端子，这样便于安装。因此，面板装备有标准化的接线盒(包括必要的端子)。
虽然如此，串行连接会具有许多问题。
一串串行面板所产生的电流是由最弱环节(即：产生电流最弱的面板)来确定的。这个面板可能是位于阴影中的面板。在这样的情况下，有必要建立一个路径以使得该面板短路，从而使得在正常条件下工作的面板可以产生它们的标称电流。为此，在电流的方向上(通常是相对于面板所产生的电压而言，二极管的阻断方向)，面板装备有连接在面板的端子之间的所谓“旁路”二极管。当面板不再产生任何电压时，该串的电流穿过其旁路二极管。
然而，当面板的一部分位于阴影中时，其所产生的电压低于其标称电压，但足以避免激活旁路二极管。
为了更加智能地对这种情况进行管理，如专利US7602080中所述的，为每个光伏板配备控制模块，该控制模块由面板进行供电。
图1示意性地示出了与面板12相关联的本地控制模块(LCU)10，如上述专利中所描述的。LCU控制模块通过两个连接端子A1和A2连接到面板12，端子A1连接到面板的“+”端，并且端子A2连接到面板的“-”端。模块包括两个端子B1和B2，以便通过单个导线13将模块串联到相应的模块。旁路二极管D1的阴极连接到端子B1，并且旁路二极管的阳极连接到端子B2。因此，导线13中的串行电流的方向是从端子B2朝向端子B1。由电路14控制的开关S连接在端子A1和端子B1之间。电容器C1连接在端子A1和A2之间。
控制电路14由在端子A1和端子A2之间的面板12供电。控制电路14通过COM链接与换流器处的共享中央控制单元进行通信。为了避免增加面板之间的连接数量，这个链接可以通过串行链接导线上的载波电流或者通过无线通信来实现。
这种管理系统的目的是为了在切换模式中，对与受到低光照的面板相关联的模块进行控制，以使能量传递最优化。
如所示出的，LCU控制模块是由相关联的面板12来供电的。如果面板的电力生产不足，那么该模块不再工作。在这种情况下，该模块不能与中央控制单元进行通信，特别是，不能指示出面板的永久性的或临时性的不工作状态。
前面提到的专利中所描述的系统使用了模块和中央控制单元之间的复杂通信装置。每个模块必须通过载波电流或无线通信的方式来并入微控制器和调制解调器。对于只希望整合某些基本功能的底层设备而言，这些装置过于昂贵。
在装配期间，光伏板群组有触电的风险。事实上，受光照的面板(甚至是未连接的受光照面板)也开始产生电。由于面板是串行连接的，所安装的面板的末端端子之间的电势差会增加，当连接最后的面板时，电势差达到了约400V。
在现有的群组中，很难对串行链接导线中意外中断的位置进行定位。事实上，串行导线的中断消除了其中的电流。面板的所有单元在同一时间内消除电流，使得模块(即便是智能模块)不能在其层次上确定中断已经发生，以便指示该事实。
发明内容
因此，期望能够对光伏板的本地控制模块进行供电，即便是在面板不产生电力的情况下，而不使用除了面板的串行链接导线之外的链接。
为此，提供了一种用于对光伏板进行本地控制的模块，包括：用于通过单个导线将其与相应的模块串行连接的第一和第二端子，以及用于从单个导线内流动的电流向模块供应电力的装置。
用于一组这种类型模块的中央控制单元的一个实施例包括：用于测量单个导线内流动的电流的传感器，以及用于在经测量的电流低于阈值时将电流注入单个导线以对模块进行充足供电的装置。
还期望模块具有最小的智能等级，特别是，对限制触电风险的安全设备进行控制，而不提供复杂的通信装置。
为此，提供一种用于对光伏板进行本地控制的模块，包括：第一端子和第二端子，所述第一端子和第二端子用于通过单个导线将所述模块与相应的模块串行连接；第一端子，其用于连接所述光伏板，所述第一端子被连接到用于进行串行连接的所述第一端子；开关，其连接在用于进行串行连接的所述第二端子和用于连接所述面板的第二端子之间；二极管，其连接在用于串行连接的所述第一端子和第二端子之间；以及变流器，其以连接面板的第一和第二端子之间的所述面板所产生的电压为基础，向模块提供电力；传感器，其用于测量流过所述单个导线的电流；以及用于当所述单个导线内流动的电流超过阈值时闭合所述开关的装置。
用于一组这种类型的模块的中央控制单元的一个实施例包括：确定装置，其用于确定该组模块的通电；以及注入装置，其用于在确定了通电时，将高于阈值的电流注入到单个导线中，从而导致闭合与供应电力的面板相关联的模块的开关。
最后，期望能够以简单的方式定位出面板的串行链接导线的中断位置。
为此，提供了一种用于对光伏板进行本地控制的模块，包括：第一和第二端子，用于通过单个导线将模块与相应的模块串行连接；二极管元件，其在光伏板不产生电力时，允许电流在用于串行连接的第一和第二端子之间流动；接地端子；以及稳定电流源，其连接在接地端子和单个导线之间。
用于一组这种类型的模块的中央控制单元的一个实施例包括：第一和第二输入端子，其用于连接到单个导线的端部，输入端子中的一个端子接地；传感器，其用于测量在单个导线内流动的电流的传感器；以及定位装置，其用于从所测量的电流来定位出中断所在的模块。
中央控制单元可以使用包括下列步骤的方法：通过单个导线内的电流下降到低于或等于模块的稳定电流源的电流总和的残余值这样一个事实来检测中断；以及通过将电流的残余值除以稳定电流源的值来确定中断所处的模块的阶层。
附图说明
根据下文对具体实施例的描述，其他优点和特征将变得更加清楚，这些具体实施例是作为非限制性实例而提供的并且使用附图示出的，其中，
之前已经描述过的图1示出了传统系统的面板的本地控制模块，其用于管理光伏板群组；
图2示出了用于面板的本地控制模块的一个实施例，该本地控制模块可以不使用面板产生的电力来进行供电；
图3a和图3b示出了当面板正在产生电力时，图2的模块的两种工作模式；
图4a和图4b示出了当面板不产生电力时，图2的模块的两种工作模式；
图5示出了用于定位对面板进行串行连接的导线的中断的系统的一个实施例和自适应中央控制单元；
图6示出了面板的本地控制模块的一个实施例，该本地控制模块整合了简单通信装置，特别是，对一种限制触电风险的安全设备进行控制；
图7示出了图2的模块的替代方案；
图8示出了图7的模块的另一替代方案；以及
图9a和图9b示出了图8的替代方案的两种工作模式。
具体实施方式
图2示意性地示出了光伏板12的本地控制模块LCU的一个实施例，该LCU不依赖于面板产生的电力来进行供电。这个模块由流入面板的串行链接导线13中的串行电流来进行供电的。
该模块(其意图被并入标准化的接线盒箱中)包括：与图1中的模块相同的端子A1、A2、B1和B2。面板的连接端子A1连接到端子B1，以便串行连接。开关S(例如，其使用N沟道MOS晶体管形成)连接在面板的连接端子A2和端子B2之间，以便串行连接。作为对端子B1和B2之间只有一个二极管的替代，有一堆二极管Dn，这一堆二极管Dn形成二极管元件，该二极管元件的导通阈值高于一个二极管的导通阈值。这一堆二极管Dn的阴极在端子B1侧。二极管D0通过其阴极连接到端子A1，并且通过其阳极连接到端子A2。优选地，二极管D0具有较低的导通阈值，为此，二极管D0可以是肖特基二极管。
晶体管S的栅极由电路14进行控制，电路14在变流器(converter)16和端子A2供应的电势之间进行供电。变流器16的电源电压Vin取自晶体管S的端子。通过这种方式，在晶体管S关闭时，晶体管S的端子处的电源电压Vin特别低。晶体管S被选择成在导通状态下具有足够高的电阻(Rdson)，使得在晶体管S的端子处由流过该电阻的电流所产生的电压能够对变流器16进行供电。下面将示出变流器16能在模块的所有工作模式下被供电。
优选地，变流器16是切换型升压变流器。市面上存在的升压变流器在平衡状态下能够产生小于100mV的充足电源电压，比如STMicroelectronics销售的L6920电路。然而，该电路需要较高的电压来启动，下文将示出为该电路提供的较高电压。
通常，这种变流器16的最大输入电压为几伏，而电压Vin能够达到面板的电压Vp。优选地，在变流器16的输入端，提供基于晶体管和齐纳二极管(Zenerdiode)的电压限制电路17，以将变流器的输入电压保持在所要求边界内。
这里，作为与中央控制单元通信的通信装置，控制电路14整合有载波电流调制解调器，所述载波电流调制解调器连接到电流变压器18，电流变压器18在端子B2处插入串行链接导线内。因此，模块能够例如向中央控制单元发送由面板12提供的并且由电阻桥20测量的电压值，并且从晶体管S接收切换指令。
为了改善载波电流的传输，提供了连接到电容器C2，所述电容器C2连接到二极管元件Dn的端子。该电容器在载波电流的调制频率下提供了低阻抗，并且因此使得有可能对由连接在端子B1和B2之间的各种元件所引入的复杂阻抗进行短路。
图3a和3b示出了当面板12产生电力时，图2的模块的两种工作模式。晶体管S由开关来表示，并且假设电路14(未示出)永久地控制晶体管S的闭合，如图所示，这等同于由变流器16的输出来控制晶体管S。还假设面板串的端部连接到换流器，换流器闭合电流电路。
图3a示出了在充分光照下启动群组的情况。没有对模块进行供电，这是因为串行电流等于零。因此，晶体管S是打开的。面板12的端子处的电压Vp建立了能够流过其他模块(未示出)的二极管元件Dn、换流器(未示出)、和变流器16的电流。这个电流等于：
I＝[Vp-(n-1)Vn]/(ZinV+Zsmps)，
并且Vin＝Zsmps·I
其中，Vn为二极管元件Dn的导通阈值，n为面板的数量，Zinv为换流器的阻抗，Zsmps为变流器16的阻抗。换流器被配置为处理重要电力，其阻抗较低，而变流器16的阻抗相对较高。因此，实际上，变流器16的输入处的电压Vin被建立在Vp-(n-1)Vn，这足以启动变流器。晶体管S立刻闭合，导致图3b的模式。
另一方面，如果换流器没有连接到该串(例如，如果面板处于安装中)，不能建立电流，并且晶体管S保持打开。这样消除了触电的风险。
在图3b中，晶体管S因此已经闭合。这是群组的正常工作模式。电流来自之前的模块，流过晶体管S和面板12，并且到达后面的模块。通过这种方式，变流器16的输入电压Vin取自闭合的晶体管S的端子处。
如上所示，选择晶体管S在导通状态下的电阻，以使得一旦变流器16已经启动，晶体管S的端子处的电压降足以对变流器16进行供电。所期望的是，晶体管的端子处的电压降足以对变流器进行供电，但是这个电压降不会显著地影响电力产生效率。约100mV的电压降是良好的折衷。
事实上，在图3b的模式下，电压Vin被调整为足够的值。事实上，如果该电压Vin变得不足，则变流器16不再能够对晶体管S进行控制，并且晶体管S导电变差。因此，其端子处的电压Vin增加，直到电压再次足以对变流器16进行供电。
从这种工作模式中，人们可能会希望对晶体管S的开启进行控制，例如，在已经检测到异常后，断开面板。一旦开启晶体管S，则串行电流开始基本上流过二极管元件Dn，其经受了等同于元件Dn的导通阈值的反向电压降Vn。而后，变流器16的输入电压等于Vin＝Vp+Vn，在可能的工作模式中，这是最高值。
图4a和图4b示出了当面板12不产生电力时，图2的模块的两种工作模式。
图4a示出了在图3b的工作模式后达到的工作模式。面板12停止产生电力，例如，面板12处于阴影中。面板从作为发电机的工作模式运行到作为负载(串行电流流过其中)的工作模式。其端子处的电压反转达到二极管D0的导通阈值V0，二极管D0随后负责让串行电流流动。
这里，应当明白的是，优选地，元件Dn的导通阈值高于V0，以使得串行电流优选地流过二级管D0，并且因此流过晶体管S以便对变流器16进行供电，而不是流过元件Dn而不流过晶体管S。
串产生少量电力归因于面板故障，串行电流也降低。结果，晶体管S处的电压Vin降低。变流器16通过降低晶体管S导电性而再次做出反应，直到在其端子处的电压足够为变流器供电。
如果所有面板均停止产生电力(例如，在夜幕降临时)，那么串行电流变得不足以对变流器16进行供电。其阻抗变得低于晶体管S的阻抗，并且电压Vin下降到变流器的工作阈值以下。晶体管S开启，并且串行电流继续流过变流器16和二极管D0。
如果从那一刻起，希望继续对模块进行供电，中央控制单元足够注入充足的串行电流，如下文将要描述的。
在图4b中，在串行电流足以对模块进行供电，但是面板不产生电力的情况下，晶体管S打开。在黎明时分并且面板处于阴影中或面板有缺陷时启动群组的情况下，发生这种情形。模块也可以接收到打开晶体管S的命令。
串行电流分布在二极管D0(穿过变流器16)和二级管元件Dn之间。随后，电压Vin等于Vn-V0。因此，优选地，元件Dn的阈值Vn被选择成使得电压Vn-V0高于允许变流器16启动的值。
在启动情况下，模块还没有接收到打开晶体管S的命令。一旦变流器的输入电压Vin在启动时达到足够的值，则变流器闭合晶体管S。随后，就达到了图4a的工作模式。
图5示意性地示出了通过串行导线13的两个端部连接到换流器(INV)22的一串太阳能面板。在换流器之前是中央控制单元24(CCU)，中央控制单元24执行前面所述的功能。在这个实施例中，中央控制单元包括：串联在导线13上的总开关Sg和电阻Rs，总开关Sg用于断开群组，并且电阻Rs用于测量串行电流。连接辅助电流源26，以沿着与标称电流相同的方向，向导线13注入串行电流la。
控制电路28对CCU的功能进行管理。特别地，控制电路28对开关Sg和电流源26进行控制，并且通过测量电阻Rs的端子处的电压来确定串行电流。控制电路28还包括载波电流调制解调器，使得有可能通过插入导线13中的电流变压器30来与LCU模块的相应的调制解调器进行通信。
总开关Sg打开，以执行维护操作。总开关Sg的打开消除了串行电流，并且因此消除了模块的电源，模块的晶体管S打开，消除了任何触电风险。
在正常工作时，总开关闭合。当面板的光照下降时，串行电流下降。当串行电流达到最小值时，控制电路28打开辅助电流源26以继续对LCU模块进行供电。CCU将从白天时进行再充电的电池中或从电网中汲取电力。
因此，LCU模块被日夜供电，并且可以在任何时候通过载波电流与CCU进行通信。
如果单个导线13被切断，例如从下往上看，第二个模块和第三个模块之间所示出的，串行电流被取消，并且模块不再被供电。然而，期望知道导线的中断位于何处。因为对于所有的模块而言，串行电流同时消除，一个模块内的机载信息不能用来对中断进行定位。
图5还示出了用于对串行导线的中断进行定位的系统的实施例。每个模块10包括：稳定电流源32，稳定电流源32连接在串行导线13(例如，在模块的端子B1处)和模块的接地端子E之间。接地端子E的功能是标准化的。接地端子E用于通过由所有面板共享的导线34使面板的金属部分接地。如果制造商以那样的方式提供换流器的接地，那么这个导线还连接到中央控制单元CCU的负输入和换流器的负输入。某些换流器通过它们的正输入接地，在这种情况下，源32的电流方向是相反的。
每个源32被提供用来使稳定观测电流lw从接地端子E向模块的端子B1流动。通过这种方式，从每个源32开始的电流lw随着导线13中的串行电流沿顺时针方向流动(如虚线所示)，通过中央控制单元CCU，直到导线13的接地连接。在那里，电流lw经过接地导线34返回到各自的源32。
当导线13断开时，例如，从下往上看，在第二模块和第三模块之间，处于中断处下方的模块的电流源32不再使其电流lw流动。相反，处于中断上方的模块的源32(如图所示)仍使它们的电流流动。因此，到达CCU观测电流lw的总和表示模块的中断所处的阶层。
更为具体地，在串行导线13中断期间，串行电流被消除。控制CCU检测到这点，并且打开辅助电流源26。意图对模块进行供电的辅助电流la具有高于观测电流的总和的标称值。这是因为，在这种情况下，只有观测电流能够流过辅助源26，它们施加它们的值(在这个实例中，为3个Iw)。控制电路28将剩余电流除以观测电流值lw，并且因此发现中断所处的模块的阶层(从上往下数，第三个)。剩余电流至多等于n个Iw(其中，n为模块的数量)，其对应于中断发生在第一个模块和换流器之间的情形。如果中断发生在最后一个模块和换流器之间，那么剩余电流为0。
这种中断定位系统与所使用的模块类型无关。其可以包括具有非智能特征的模块。优选地，电流源32为双极型，使得电流源32不需要模块处的电源。双极型电流源从存在于其两个端子之间的电压中汲取电力供应，只要电压是充足的。
当对所有的面板进行供电，并且没有中断时，源32的端子处的电压接近于换流器的输入电压，并在几个Vn阈值内。然而，电源32是反极化的，并且因此是不活动的。
当存在中断时，辅助电流源26反转换流器上的输入电压，然后源32被极化并且变成活动的。在其端子处具有最低电压的源32是第一模块的电压，其电压为Va-(n-1)Vn，其中，Va为辅助电流源26的端子处的电压。优选地，辅助源26的电源电压被选择成使得第一模块的源32在其端子处具有足够的电压。
在基本设备中，为了降低成本，可以省略某些功能，特别是通过载波电流的通信功能。然而，期望保留安全功能，特别是消除触电风险的那些功能。已经示出了在没有与控制单元进行任何通信的情况下，图2中的模块类型确保了一旦电流不再流过晶体管S就自动打开晶体管S。换句话说，一旦串行电流中断，那么无论是通过位于换流器处的总开关还是通过移除面板，所有模块的晶体管S将面板从串行导线断开，由此消除触电的风险。
然而，可以期望更为彻底的安全功能，即仅在明确的命令下才重新连接面板。通过使用图2模块类型，可以通过使用本地控制电路14来实现这种功能，本地控制电路14等待具体命令来闭合晶体管S。这种命令将通过载波电流从控制单元到达电路。
图6示出了本地控制模块的实施例，本地控制模块使得在没有复杂通信装置的情况下实现这种功能成为可能。关于图2，二极管元件Dn由单个二极管D1(优选地，为肖特基二极管)所取代。二极管D0被移除。用于对模块的电路进行供电的变流器(这里表示为16’)，从面板12的端子(即端子A1和A2上)获得其输入电压。换句话说，此处，模块仅在面板12正在产生电力时被供电。由于期望对模块进行供电(即便模块处于弱光照下，并且产生较低电压)，优选地，变流器16优选为升压型。因此，优选地，在变流器的输入端提供电压限制器17，以便面板正在产生其标称电压时调整变流器的输入电压。
晶体管S由比较器60控制，比较器60将电阻R2的端子处的电压与参考电压Vref进行比较，并且在电阻R2的端子处的电压超过参考电压Vref时，闭合晶体管S。跨导放大器62将指示导线13中的串行电流的电流注入到电阻R2。放大器62对电压进行测量，这个电压表示放置在端子A1和B1之间的导线13中的电阻R3的端子处的串行电流。
在齐纳二极管Dz的端子处对放大器62进行供电，齐纳二极管Dz的阴极连接到端子B1，并且阳极通过电阻R4连接到端子A2。
通过这种配置，一旦面板12产生电力，则变流器16’对模块的电路进行供电。然而，晶体管S保持打开。对链上的所有模块而言，情况同样。因此，面板保持与串行导线13断开，即便是整个设备已经开启。
为了启动设备，中央控制单元CCU(图5)将辅助电流注入串行导线13。这个电流流过模块的二极管D1和电阻R3。这个电流被选择成足以切换比较器60。晶体管S通过将面板连接到串行导线而闭合。在每个模块中，电流流过晶体管S、面板12和电阻R3。流过电阻R3的电流甚至比辅助电流还要高，晶体管保持闭合。
一旦面板12不再产生电力，则不再对相应的模块进行供电，并且其晶体管S打开。随后，串行电流流过二极管D1。一旦面板再次开始产生电力，则模块被供电。电阻R3中的电流是充足的，比较器60立刻闭合晶体管R3。
为了产生面板的新的安全断开，总开关Sg打开(图5)。随后的开关闭合使设备开启，但是不会导致晶体管S的闭合，为此，需要再次将电流注入串行导线。
相对于图2而言，这个实施例的一个优点在于，由模块引入的寄生电压降可以被最小化。事实上，晶体管S可以被选择为在导通状态下具有尽可能低的电阻。齐纳型的二极管D1具有非常低的导通阈值。
图7示出了图2的模块的替代方案。与图2相比，模块包括在端子A1和A2之间被供电的第二变流器70，其对变流器16进行供电，特别是在图3b的工作模式下。
图3b的模式对应于产生电力的面板的正常模式。这是期望尽可能长的模式。这也是期望使用模块的最多功能的模式。然而，这也是对图2的模块供电最少(从闭合的晶体管S的端子处的电压降进行供电)的模式。由微控制器执行的所期望的功能，可能需要比变流器16从接近100mV的电压开始供应的电流更多的电流。
补充的变流器70使得从面板对模块进行供电成为可能，并且因此在面板产生电力的模式下取代变流器16。在面板不产生电力的模式下，变流器16以前述方式对模块进行供电。优选地，变流器70是降压电压变流器。
图8示出了图7的模块的替代方案。相对于图7，两个变流器16和70被单个升压型变流器80所取代。变流器80的正输入通过二极管D2连接到端子A1，并且通过二极管D3连接到端子B2。这些二极管经连接以便向变流器80提供出现在端子A1和B2上的最大电压。
二极管D0被二极管D0’所取代，二级管D0’的阴极仍然连接到端子A1，但是二极管D0’的阳极不再连接到端子A2。二极管D0’的阳极连接到变流器80的负端子。二极管D4通过其阴极连接到端子A2，并且通过其阳极连接到变流器80的负端子。
变流器80为升压型，以在几伏的最大输入电压下工作。然而，取决于工作模式，这个输入电压可以通过二极管D2或D3来产生面板的电压，该面板的电压可能与变流器的工作范围不兼容。优选地，如针对图2所示出的，在变流器的输入端提供电压限制电路17，电压限制电路17在变流器由面板供电时将输入电压带回到可接受的值。
优选地，二极管D0’和D2-D4是具有较低导通阈值的二极管，例如，肖特基二极管。
从下文将会看出的，与图2和图7相比而言，在面板不产生电力的模式下，这个替代方案使得变流器80在更好的条件下工作。
图9a示出了在面板12产生电力的工作模式下的图8的模块。面板的部分电流流过二极管D2、变流器80、二极管D4并且返回到面板中。不考虑晶体管S的状态，晶体管S中不流过向变流器进行供电的电流。如果晶体管打开，则串行电流流过二极管元件Dn。如果晶体管闭合，则串行电流流过晶体管和面板。
因此，变流器由Vin＝Vp-2V0的电压来进行供电。
图9b示出了在面板12不产生电力的工作模式下图8的模块。部分串行电流流过二极管元件Dn，二极管元件Dn在其端子处具有反向阈值电压Vn。该电压Vn向变流器80供电：串行电流的第二部分流过二极管D3、变流器80、和二极管D0’。晶体管S不管打开还是闭合都不影响对变流器80进行供电的电流。
因此，变流器是由电压Vin＝Vn-2V0来进行供电。作为由模块的电路所消耗的电流的函数，二极管元件Dn的阈值电压Vn被选择成使得变流器能够供应所需要的电力。
图7或图8模块类型即便是在与串行导线13断开的情况下，仍然能够被供电，只要其面板受到光照。结果是，一旦模块断开，则晶体管S的打开不是自动的。如果希望限制图7和图8的模块中的触电风险，有可能提供与图6相同的机制。
根据使用通过载波电流来进行通信的替代方案，模块和控制单元24被配置为实现“看门狗”流程。控制单元定期发送验证信号。每次接收到验证信号时，模块重启定时器。如果不再接收到验证信号，因为模块已经从变流器13断开，那么计时器失效并且模块命令晶体管S打开。一旦模块再次接收到验证信号，其控制晶体管S的闭合。

Claims (3)

1.一种用于对光伏板进行本地控制的模块，包括：
第一端子和第二端子(B1、B2)，所述第一端子和第二端子(B1、B2)用于通过单个导线(13)将所述模块串行连接到相应的模块；
第一端子(A1)，其用于连接所述光伏板，所述第一端子(A1)被连接到用于对所述模块进行串行连接的所述第一端子(B1)；
开关(S)，其连接在用于对所述模块进行串行连接的所述第二端子(B2)和用于连接所述面板的第二端子(A2)之间；
二极管(D0)，其连接在用于串行连接的所述第一端子和第二端子(B1、B2)之间；以及
变流器(70)，其用于从由连接所述面板的所述第一端子和第二端子(A1、A2)之间的所述面板传递的电压，来向所述模块进行供电，其特征在于，所述模块包括：
传感器(R3)，其用于测量流过所述单个导线(13)的电流；以及
闭合装置(60、62)，其用于在所述单个导线内流动的所述电流超过阈值时，闭合所述开关。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，在没有电力供应时，所述开关(S)被断开，使得当所述光伏板对所述模块进行供电的电压不足时，所述开关断开并且保持断开。
3.一种用于对根据权利要求1所述的一组模块进行控制的中央控制单元，所述一组模块通过单个导线(13)串行连接，其特征在于，所述中央控制单元包括：
确定装置(28)，其用于确定所述一组模块的通电；以及
注入装置(26)，其用于在确定了所述通电时，将高于所述阈值的电流注入到所述单个导线中，从而导致闭合与供应电力的面板相关联的所述模块的所述开关(S)。 
CN201180005956.5A 2010-01-12 2011-01-10 用于管理和控制光伏板的系统 Active CN102770970B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1000108A FR2955209B1 (fr) 2010-01-12 2010-01-12 Systeme de gestion et de commande de panneaux photovoltaiques
FR1000108 2010-01-12
PCT/FR2011/000011 WO2011086295A2 (fr) 2010-01-12 2011-01-10 Système de gestion et de commande de panneaux photovoltaïques

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102770970A true CN102770970A (zh) 2012-11-07
CN102770970B CN102770970B (zh) 2015-03-04

Family

ID=42211821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180005956.5A Active CN102770970B (zh) 2010-01-12 2011-01-10 用于管理和控制光伏板的系统

Country Status (17)

Country Link
US (1) US9306082B2 (zh)
EP (1) EP2524397B1 (zh)
JP (1) JP5638625B2 (zh)
KR (1) KR20120126079A (zh)
CN (1) CN102770970B (zh)
AU (1) AU2011206464B2 (zh)
BR (1) BR112012017044A2 (zh)
CA (1) CA2786845A1 (zh)
DK (1) DK2524397T5 (zh)
ES (1) ES2443740T3 (zh)
FR (1) FR2955209B1 (zh)
IL (1) IL220766A (zh)
MX (1) MX2012008154A (zh)
PL (1) PL2524397T3 (zh)
PT (1) PT2524397E (zh)
SI (1) SI2524397T1 (zh)
WO (1) WO2011086295A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106559047A (zh) * 2014-09-30 2017-04-05 天工方案公司 肖特基增强的偏置电路

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI451658B (zh) * 2011-11-16 2014-09-01 Genesys Logic Inc 接線盒、電力系統及其控制方法
TW201349731A (zh) * 2012-05-30 2013-12-01 Delta Electronics Inc 具有發電模組之太陽能發電系統及其輸出電能控制方法
CN102707697B (zh) * 2012-06-12 2014-07-09 国电南瑞南京控制系统有限公司 光伏电站的控制方法
US9697961B2 (en) 2013-03-15 2017-07-04 Solantro Semiconductor Corp. Photovoltaic bypass switching
US9524832B2 (en) 2013-03-15 2016-12-20 Solantro Semiconductor Corp Intelligent safety disconnect switching
US9780234B2 (en) 2013-06-14 2017-10-03 Solantro Semiconductor Corp. Photovoltaic bypass and output switching
WO2015183840A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 Sunpower Corporation Photovoltaic system protection
KR101630449B1 (ko) * 2015-07-07 2016-06-14 주식회사 대은계전 자기센서를 이용한 지능형 태양광발전 모니터링 시스템
US10505492B2 (en) * 2016-02-12 2019-12-10 Solarcity Corporation Building integrated photovoltaic roofing assemblies and associated systems and methods
CN105720913A (zh) * 2016-05-03 2016-06-29 闪耀魅力有限公司 太阳能光伏组件用安全断开接线盒及电站系统
JP6061260B1 (ja) * 2016-06-15 2017-01-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 太陽光発電システムの感電防止回路
MA40639B1 (fr) 2017-06-12 2019-10-31 Univ Ibn Tofail Procédé d'auto-mutualisation d’énergie électrique renouvelable dans les micro-grilles isolées
KR102431446B1 (ko) 2020-09-04 2022-08-10 동명대학교산학협력단 고장패널을 검출하기 위한 태양광 발전장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080321A1 (fr) * 2000-04-18 2001-10-25 Centre National De La Recherche Scientifique Dispositif anti-points chauds pour module photovoltaique et module photovoltaique equipe d'un tel dispositif
WO2006125664A1 (de) * 2005-05-24 2006-11-30 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Schutzschalteinrichtung für ein solarmodul
US20090161394A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd . Electronic device and power supply unit thereof
US7602080B1 (en) * 2008-11-26 2009-10-13 Tigo Energy, Inc. Systems and methods to balance solar panels in a multi-panel system
EP2141746A2 (en) * 2008-07-01 2010-01-06 STMicroelectronics S.r.l. By-pass diode structure for strings of series connected cells of a photovoltaic panel

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090207543A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-20 Independent Power Systems, Inc. System and method for fault detection and hazard prevention in photovoltaic source and output circuits
WO2009136358A1 (en) * 2008-05-05 2009-11-12 Solaredge Technologies Ltd. Direct current power combiner
US9077206B2 (en) * 2008-05-14 2015-07-07 National Semiconductor Corporation Method and system for activating and deactivating an energy generating system
US8279644B2 (en) * 2008-05-14 2012-10-02 National Semiconductor Corporation Method and system for providing maximum power point tracking in an energy generating system
EP2311163A4 (en) * 2008-07-01 2013-08-21 Satcon Technology Corp PHOTOVOLTAIC CONTINUOUS / CONTINUOUS MICROCONVERTER
US8093872B2 (en) * 2008-07-03 2012-01-10 University Of Delaware Method for Maximum Power Point Tracking of photovoltaic cells by power converters and power combiners
WO2011035326A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-24 Renewable Energy Solution Systems, Inc. Solar power distribution system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080321A1 (fr) * 2000-04-18 2001-10-25 Centre National De La Recherche Scientifique Dispositif anti-points chauds pour module photovoltaique et module photovoltaique equipe d'un tel dispositif
WO2006125664A1 (de) * 2005-05-24 2006-11-30 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Schutzschalteinrichtung für ein solarmodul
US20090161394A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-25 Hong Fu Jin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd . Electronic device and power supply unit thereof
EP2141746A2 (en) * 2008-07-01 2010-01-06 STMicroelectronics S.r.l. By-pass diode structure for strings of series connected cells of a photovoltaic panel
US7602080B1 (en) * 2008-11-26 2009-10-13 Tigo Energy, Inc. Systems and methods to balance solar panels in a multi-panel system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106559047A (zh) * 2014-09-30 2017-04-05 天工方案公司 肖特基增强的偏置电路
CN106559047B (zh) * 2014-09-30 2022-02-25 天工方案公司 肖特基增强的偏置电路

Also Published As

Publication number Publication date
US9306082B2 (en) 2016-04-05
DK2524397T3 (da) 2014-01-06
JP2013517619A (ja) 2013-05-16
CA2786845A1 (fr) 2011-07-21
MX2012008154A (es) 2012-11-12
PL2524397T3 (pl) 2014-05-30
IL220766A (en) 2016-05-31
WO2011086295A2 (fr) 2011-07-21
BR112012017044A2 (pt) 2016-04-05
EP2524397B1 (fr) 2013-12-11
WO2011086295A3 (fr) 2011-09-09
SI2524397T1 (sl) 2014-04-30
AU2011206464A1 (en) 2012-08-30
IL220766A0 (en) 2012-08-30
ES2443740T3 (es) 2014-02-20
KR20120126079A (ko) 2012-11-20
EP2524397A2 (fr) 2012-11-21
WO2011086295A8 (fr) 2012-08-16
FR2955209A1 (fr) 2011-07-15
DK2524397T5 (en) 2014-03-24
CN102770970B (zh) 2015-03-04
US20120306289A1 (en) 2012-12-06
FR2955209B1 (fr) 2015-06-05
JP5638625B2 (ja) 2014-12-10
PT2524397E (pt) 2014-03-06
AU2011206464B2 (en) 2015-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102770970B (zh) 用于管理和控制光伏板的系统
CN102742140B (zh) 带有多馈机载供电装置的功率逆变器
CN105074935A (zh) 安全的光伏设备
US20210351741A1 (en) Safety Switch for Photovoltaic Systems
CN102832636B (zh) 分布式光伏系统的安全控制系统
EP3553912A1 (en) Current bypass for distributed power harvesting systems using dc power sources
CN103782413A (zh) 包括串行或并行设置的电池单元的块结构电池
CN101771294B (zh) 集合驱动控制电路及其控制方法
CN102918746B (zh) 用于对光生伏打设备中的子模块的电流产生进行控制的方法和设备
CN105324922A (zh) 带有至少两个直流输入端的逆变器，带有逆变器的光伏设备和控制逆变器的方法
CN110429702A (zh) 电源输出装置及电源输出方法
CN103944420B (zh) 电源供应系统及其控制方法
CN210092949U (zh) 一种应用于输电线路故障指示器的供电装置
EP3796504B1 (en) Electrical system and method of operating such a system
CN111435796B (zh) 用于光伏系统的安全开关
CN115459237A (zh) 一种光伏系统及控制方法
CN113690939A (zh) 一种光储一体机及其控制方法
CN209693092U (zh) 一种led直管灯照明系统
KR100879719B1 (ko) 전압레벨에 따른 축전지 충전회로
CN108736550A (zh) 一种用于电池采样集成芯片的唤醒电路
CN113541251B (zh) 一种主从式户用电池管理系统及启动方法
CN203660567U (zh) 光伏系统及用于光伏系统的逆变器
CN221669541U (zh) 一种脱扣可靠的断路器智能控制器
CN105720912A (zh) 一种新型太阳能光伏组件接线盒
CN115603659A (zh) 光伏发电系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant