CN103441525A - 一种本质安全型光伏接地系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种本质安全型光伏接地系统，其包括多块光伏电池板和多个隔离变换器；所述隔离变换器包括一MPPT控制器、一DC/AC转换器、一变压器和一整流器；每一块光伏电池板的输出端与对应的一个DC/AC转换器的输入端连接；所述DC/AC转换器的输出端连接在变压器的原边，DC/AC转换器用于将光伏电池板输出的直流电压转换为交流电压；所述整流器的输入端连接在变压器的副边，其输出端与一直流母线连接；所述MPPT控制器，用于根据最大功率点跟踪算法控制所述DC/AC转换器；每一块光伏电池板的输出端的其中一个电极端接地。本发明在节省系统成本的同时，还能最大限度的实现安全接地的效果。

Description

一种本质安全型光伏接地系统
 
技术领域
本发明涉及光伏发电技术。
 
背景技术
光伏发电系统中，接地安全变成一个影响成本和影响系统结构，甚至影响到初级制造工艺的因素。
在北美的光伏系统中，特别是屋顶光伏发电系统中，要求光伏电池必须有一端是接地的，如图1和图2所示，A端或B端接地。也就是说，在图1和图2的代表性系统中，A端或B端选择一个接地点就能满足安全标准。但是，由此带来了三个问题需要解决：（1）逆变器必须是隔离的；（2）光伏电池板的绝缘必须是按照系统的最高电压（例如：110V AC、220V AC、400V AC）标准来制造；（3）在光伏电池板防护玻璃破损以后，触电的危险性仍然存在，特别是在火灾时，没有办法消除光伏电池板上的高电压（只要有光，就有电力产生）。这三个问题的解决，都必然导致到系统成本的增加。
 
发明内容
本发明的目的在于提出一种本质安全型光伏接地系统，其能解决目前的系统在解决安全性问题上会导致系统成本增加的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种本质安全型光伏接地系统，其包括多块光伏电池板和多个隔离变换器；所述隔离变换器包括一MPPT控制器、一DC/AC转换器、一变压器和一整流器；每一块光伏电池板的输出端与对应的一个DC/AC转换器的输入端连接；所述DC/AC转换器的输出端连接在变压器的原边，DC/AC转换器用于将光伏电池板输出的直流电压转换为交流电压；所述整流器的输入端连接在变压器的副边，其输出端与一直流母线连接；所述MPPT控制器，用于根据最大功率点跟踪算法控制所述DC/AC转换器；每一块光伏电池板的输出端的其中一个电极端接地。
可选的，所述DC/AC转换器为半桥电路、或者是全桥电路，或者是谐振变换器，或者是过零开关型变换器，或者是其他软开关变换器。
可选的，所述变压器为高频变压器。
可选的，每一块光伏电池板输出的直流电压为12-60V。
可选的，整流器输出的直流电压为150-800V。
每一块光伏电池板可以自由接地，互相之间不影响。比如正极接地、负极接地。
每块光伏电池板是电气上独立的，光伏电池板之间没有直接的影响，所以一个光伏系统中，可以同时使用不同规格、不同型号、不同参数的光伏电池板。也就是说，多块光伏电池板之间的型号可以相同的，也可以相异的。
多块光伏电池板中允许具有损坏的光伏电池板，也不会影响到其他光伏电池板工作。
多块光伏电池板中允许具有被异物遮挡的光伏电池板，也不会影响到其他光伏电池板工作。
光伏电池板的电极端的对地电压以及光伏电池板的外壳的对地电压均小于或等于该光伏电池板的开路电压。
本发明具有如下有益效果：
高压的直流母线与每块光伏电池板都是电气隔离的，每一块光伏电池板与对应的一个隔离变换器连接，每一块光伏电池板都可以接地（正电极端或负电极端），光伏电池板上的任何一点都是电气安全的，每块光伏电池板独立工作，多块光伏电池板之间不会相互影响。直流母线上使用的逆变器无需采用隔离结构。每块光伏电池板上对地的最大电压小于或等于该光伏电池板的开路电压。光伏电池板的防护玻璃损坏后，不会有超过光伏板开路电压的危险电压产生。
 
附图说明
图1为现有技术的一种光伏系统的结构示意图；
图2为现有技术的另一种光伏系统的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例的本质安全型光伏接地系统的结构示意图；
图4为本发明较佳实施例的本质安全型光伏接地系统的隔离变换器的结构示意图。
 
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
如图3和图4所示，一种本质安全型光伏接地系统，其包括多块光伏电池板和多个隔离变换器。所述隔离变换器包括一MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）控制器、一DC/AC转换器、一变压器和一整流器；每一块光伏电池板的输出端与对应的一个DC/AC转换器的输入端连接；所述DC/AC转换器的输出端连接在变压器的原边，DC/AC转换器用于将光伏电池板输出的直流电压转换为交流电压；所述整流器的输入端连接在变压器的副边，其输出端与一直流母线连接，整流器用于将变压器输出的交流电压转换为直流电压；所述MPPT控制器，用于根据最大功率点跟踪算法控制所述DC/AC转换器；每一块光伏电池板的输出端的其中一个电极端接地，也就是说，光伏电池板的正电极端或负电极端接地。本实施例的每一块光伏电池板输出的直流电压为12-60V。
本实施例的DC/AC转换器可采用半桥电路、全桥电路、谐振式电路、零电压式开关电路或、零电流式开关电路或者其他软开关变换电路等实现。
本实施例的变压器为高频变压器，如频率为10kHz-1000kHz。
本实施例的整理器可采用单个快速二极管、半桥式电路或全桥式电路等实现。整流器输出的直流电压为150-800V。
本实施例的变压器提供隔离、绝缘和升压，把光伏电池板与电网隔离开来，无需使用boost升压电路，直流母线上的逆变器也不必设计有隔离结构。每一块光伏电池板都可以接地，每一块光伏电池板对应使用一个隔离变换器，光伏电池板的电压在本身的电压范围内，不会超过光伏电池板的最大开路电压，所以光伏电池板上的任何点的电压都是最低的，实现最大限度的安全。
本实施例在节省了系统成本的同时，还能最大限度的实现安全接地的效果。
如图3所示，总的来说，本实施例的每一块光伏电池板可以自由接地，互相之间不会影响。比如正极接地，或者是负极接地。每块光伏电池板是电气上独立的，光伏电池板之间没有直接的影响。所以一个本实施例的光伏系统中可以使用不同规格、不同型号、不同参数的光伏电池板。在一个本实施例的光伏系统中，不同特性的光伏电池板可以自由组合使用，新旧不同的光伏电池板可以混合使用。比如24VDC的光伏电池板可以和48VDC 的光伏电池板同时使用。任何一个光伏电池板故障，不会影响到其他光伏电池板的工作。任何一块光伏电池板和高电压直流母线是电气隔离的。任何一块光伏电池板和高电压的交流电网是电气隔离的，在实际的应用系统中，光伏电池板的电极端子、光伏电池板的外壳对地电压都不会超过该光伏电池板的开路电压。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种本质安全型光伏接地系统，其特征在于，包括多块光伏电池板和多个隔离变换器；所述隔离变换器包括一MPPT控制器、一DC/AC转换器、一变压器和一整流器；每一块光伏电池板的输出端与对应的一个DC/AC转换器的输入端连接；所述DC/AC转换器的输出端连接在变压器的原边，DC/AC转换器用于将光伏电池板输出的直流电压转换为交流电压；所述整流器的输入端连接在变压器的副边，其输出端与一直流母线连接；所述MPPT控制器，用于根据最大功率点跟踪算法控制所述DC/AC转换器；每一块光伏电池板的输出端的其中一个电极端接地。
2.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，所述DC/AC转换器为半桥电路、全桥电路、谐振变换器、过零开关型变换器、软开关变换器中的一种。
3.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，所述变压器为高频变压器。
4.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，每一块光伏电池板输出的直流电压为12-60V。
5.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，整流器输出的直流电压为150-800V。
6.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征是，每一块光伏板可以自由接地。
7.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，多块光伏电池板之间的型号可以是不同的。
8.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，多块光伏电池板中允许有损坏的光伏电池板。
9.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，多块光伏电池板中允许有被异物遮挡的光伏电池板。
10.如权利要求1所述的本质安全型光伏接地系统，其特征在于，光伏电池板的电极端的对地电压以及光伏电池板的外壳的对地电压均小于或等于该光伏电池板的开路电压。
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