CN104167980A - 具有智能关断功能的光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有智能关断功能的光伏系统，它包括至少一个组件串，组件串分别接入至逆变器的输入端，逆变器的输出端接入并网点与电网连接，组件串为多个光伏组件串联而成的串联电路，还包括总控制电路和关断电路；总控制电路具有一核心控制电路和一通信电路，通信电路与核心控制电路相连接；关断电路与光伏组件一一对应，并且其具有一旁路导通元件、一驱动开关和一工作信号通信电路，驱动开关连接在相应的光伏组件接入串联电路的连接线路中，工作信号通信电路与通信电路相互配合。本发明能够在发生故障或人为切断等情况下不工作时，自动断开每个光伏组件的连接，从而减少组件串的电压，保证系统中无高压点，降低触电风险，提高其安全性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有智能关断功能的光伏系统。
背景技术
目前，太阳能行业作为一种低碳可再生能源，正在世界范围内蓬勃发展，各国安装量逐年增长。光伏系统在安装后具有25年的使用寿命。光伏系统可以安装在地面、屋顶等场合。目前国内外正在大力发展分布式能源，分布式光伏系统作为一种新型环保、可持续的能源被普遍接受，通常可以安装在建筑屋顶上。但是光伏系统发电作为一种带电设备，设备及电路中始终有电流存在。当建筑发生火灾时，由于电流的存在，消防人员无法及时喷水救火，只能静待系统烧毁殆尽才能扑救。否则会给消防人员人身安全带来危害，曾有德国消防员牺牲的案例发生。与此同时，对系统进行智能的监控、控制接入和断开等智能化操作也是目前行业发展的一个方向和趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有智能关断功能的光伏系统，它能够在发生故障或人为切断等情况下不工作时，自动断开每个光伏组件的连接，从而减少组件串的电压，保证系统中无高压点，降低触电风险，提高其安全性和实用性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有智能关断功能的光伏系统，它包括至少一个组件串，组件串分别接入至逆变器的输入端，逆变器的输出端接入并网点与电网连接，组件串为多个光伏组件串联而成的串联电路，还包括总控制电路和关断电路；其中，所述的总控制电路，其具有一核心控制电路和一通信电路，通信电路与核心控制电路相连接；所述的关断电路，其与光伏组件一一对应，并且其具有一旁路导通元件、一驱动开关和一工作信号通信电路，驱动开关连接在相应的光伏组件接入串联电路的连接线路中，旁路导通元件的首、尾端并接在组件串的正极接线端和负极接线端上，工作信号通信电路与通信电路相互配合以便工作信号传输；当核心控制电路发出工作信号，并通过通信电路传送至工作信号通信电路时，所述的关断电路接收到工作信号，并驱动驱动开关导通使相应的光伏组件接入串联电路；当关断电路未能接收到工作信号时，所述的关断电路驱动驱动开关断开使相应的光伏组件脱离出串联电路，并且同时该关断电路中的旁路导通元件与其余的光伏组件串联成串联电路。
进一步为了使发生火灾、水灾、电网断电等情况下，总控制电路自动无电或因火灾故障无法工作时无工作信号发出，该具有智能关断功能的光伏系统还包括AC/DC电源转换模块，该AC/DC电源转换模块的电源输入端与电网连接，AC/DC电源转换模块的电源输出端与总控制电路相连接。
进一步为了对相对应的子电池串起保护作用，所述的光伏组件由多个子电池串连接而成，所述的关断电路还具有与子电池串一一对应的保护二极管，保护二极管连接在相应的子电池串的连接电路中。
进一步，所述的关断电路还具有关断控制电路和驱动开关驱动电路，所述的工作信号通信电路与关断控制电路相连接，关断控制电路的信号输出端与驱动开关驱动电路的信号输入端相连接，驱动开关驱动电路的信号输出端与驱动开关相连接。
进一步为了直接从相对应的光伏组件上取电为关断电路提供电源，所述的关断电路还具有直流电源电路，直流电源电路的正极接线端与相对应的光伏组件的正极接线端相连接，直流电源电路的负极接线端与相对应的光伏组件的负极接线端相连接，直流电源电路的电源输出端与关断控制电路的电源输入端相连接。
进一步为了使其具有紧急关断功能，总控制电路还具有手动紧急断开元件，手动紧急断开元件与核心控制电路相连接以便操作手动紧急断开元件使核心控制电路停止工作。
进一步为了具有人工选择其接入电网或脱离电网的功能，总控制电路还具有人工自主选择器件，人工自主选择器件与通信电路相连接以便操作人工自主选择器件使通信电路持续发送或停止发送工作信号。
进一步为了显示光伏组件的工作性能如电流值、电压值、功率值等参数，总控制电路还具有信号显示模块。
进一步，工作信号通信电路和通信电路通过有线网络或无线网络相信号连接。
进一步，旁路导通元件为旁路二极管。
采用了上述技术方案后，本光伏系统能在总控制电路不工作时，自动断开每个光伏组件，减少组件串的电压，确保系统中无高压点，降低触电风险；还可以通过手动紧急断开元件人为手动断开每个光伏组件，如在组件拆卸、系统检修时可以通过信号控制或机械式控制两种手段断开系统接线；还可以设置与火灾报警系统相连的通讯断开，接收火灾报警信号后，自动控制断开每个光伏组件，这些功能有利于提高系统的安全性和实用性。
附图说明
图1为本发明的具有智能关断功能的光伏系统的原理框图；
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种具有智能关断功能的光伏系统，它包括至少一个组件串，组件串分别接入至逆变器1的输入端，逆变器1的输出端接入并网点与电网连接，组件串为多个光伏组件2串联而成的串联电路，还包括总控制电路和关断电路；其中，
总控制电路，其具有一核心控制电路3和一通信电路4，通信电路4与核心控制电路3相连接；
关断电路，其与光伏组件2一一对应，并且其具有一旁路导通元件5、一驱动开关6和一工作信号通信电路7，驱动开关6连接在相应的光伏组件2接入串联电路的连接线路中，旁路导通元件5的首、尾端并接在光伏组件2的正极接线端和负极接线端上，工作信号通信电路7与通信电路4相互配合以便工作信号传输；当核心控制电路3发出工作信号，并通过通信电路4传送至工作信号通信电路7时，所述的关断电路接收到工作信号，并驱动驱动开关6导通使相应的光伏组件2接入串联电路；当关断电路未能接收到工作信号时，关断电路驱动驱动开关6断开使相应的光伏组件2脱离出串联电路，并且同时该关断电路中的旁路导通元件5与其余的光伏组件2串联成串联电路。
如图1所示，该具有智能关断功能的光伏系统还包括AC/DC电源转换模块8，该AC/DC电源转换模块8的电源输入端与电网连接，AC/DC电源转换模块8的电源输出端与总控制电路相连接。
如图1所示，光伏组件2由多个子电池串连接而成，所述的关断电路还具有与子电池串一一对应的保护二极管9，保护二极管9连接在相应的子电池串的连接电路中。
如图1所示，关断电路还具有关断控制电路10和驱动开关驱动电路11，工作信号通信电路7与关断控制电路10相连接，关断控制电路10的信号输出端与驱动开关驱动电路11的信号输入端相连接，驱动开关驱动电路11的信号输出端与驱动开关6相连接。
如图1所示，关断电路还具有直流电源电路12，直流电源电路12的正极接线端与相对应的光伏组件2的正极接线端相连接，直流电源电路12的负极接线端与相对应的光伏组件2的负极接线端相连接，直流电源电路12的电源输出端与关断控制电路10的电源输入端相连接。
如图1所示，总控制电路还具有手动紧急断开元件13，手动紧急断开元件13与核心控制电路3相连接以便操作手动紧急断开元件13使核心控制电路3停止工作。
如图1所示，总控制电路还具有人工自主选择器件14，人工自主选择器件14与通信电路4相连接以便操作人工自主选择器件14使通信电路4持续发送或停止发送工作信号。
如图1所示，总控制电路还具有信号显示模块15。
工作信号通信电路7和通信电路4通过有线网络或无线网络相信号连接。
如图1所示，旁路导通元件5为旁路二极管。
本发明的工作原理如下：
光伏组件通过关断电路后有正、负极输出端，这与常规组件一样，与常规组件不同的地方是增加了关断电路，该电路及装置可以设计在组件的接线盒中，从电网侧引出交流电并接入AC/DC电源转换模块8转换为总控制电路可用的直流电总控制电路可以设计为一个控制盒独立的放置于室内或其它地方，总控制电路工作时可以持续的向关断电路发送工作信号，并可以设置手动紧急断开元件13使其具有手动紧急关断模式，或者可以设置人工自主选择器件14使其具有自主控制等模式进行工作信号的控制与关断。
系统电路连接完成后，控制过程如下：AC/DC电源转换模块8从电网侧取电并转化为总控制电路可用的直流电，总控制电路工作，并由通信电路4通过无线方式或有线方式向外发出工作信号，系统中的每块光伏组件2通过对应的关断电路控制光伏组件2接入与断开，关断电路中的工作信号通信电路7持续接收到总控制电路发出的工作信号，通讯讯号反馈给关断电路中关断控制电路10中，控制驱动开关驱动电路11闭合驱动开关6使光伏组件2正常工作；一旦工作信号通信电路7接收不到总控制电路发出的信号(如总控制电路发生故障、或人为手段使总控制电路停止发出信号)，关断电路中的关断控制电路10促使驱动开关驱动电路11使驱动开关6打开，光伏组件2断开，脱离系统。
总控制电路中可以设置接收来自远程电脑、手机及其它可行的设备发出的信号，也可以与建筑火灾、水灾等报警信号接通，便于智能化的控制。
总控制电路中的通信电路4和关断电路中的工作信号通信电路7对于信号的发出和接收均是双向的，除了上述工作模式外，关断电路中的工作信号通信电路7能够将对应光伏组件2的工作性能如电流值、电压值、功率值等参数发送给总控制电路的通信电路4，并通过总控制电路中的信号显示模块15实时显示，系统主人或专业人员可以实时观察每块光伏组件2的工作状态，由此决定对组件的关断控制等。
关断电路中设计有两处二极管，其中一处三个二极管为保护二极管，它对应于每块光伏组件2中的单个子电池串，对每个光伏组件2的三个电池串起热斑保护作用，另外一处的二极管为旁路二极管，一方面当相对应的光伏组件2脱离时，串联起整个串联电路，另一方面的作用是当每块光伏组件2发生故障时，关断电路中的旁路二极管可以使光伏组件2旁路，避免整个系统组件串的断开，保证其它正常组件能够继续正常工作，增加系统运行的可靠性。
同样的系统中的其它光伏组件2也是同样的工作模式，由此可以实现每块组件的智能关断和闭合。
本发明的关断电路采用信号接收开关常闭模式，即关断电路中的工作信号通信电路7持续扫描并接收工作信号，只要工作信号持续存在，光伏组件2接入系统的驱动开关6便处于闭合状态，光伏组件2发电产生效益，一旦工作信号消失，关断电路中中的驱动开关6是接入开关断开，该光伏组件2被排除在系统外，起到自动关断的功能。
另外，若发生火灾、水灾、电网断电等情况下，总控制电路无电或因火灾故障无法工作时，无信号发出，关断电路便控制光伏组件2断开。
核心控制电路3和关断控制电路10均可以采用市场上售卖的单片机或集成控制电路实现。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有智能关断功能的光伏系统，它包括至少一个组件串，组件串分别接入至逆变器(1)的输入端，逆变器(1)的输出端接入并网点与电网连接，组件串为多个光伏组件(2)串联而成的串联电路，其特征在于：还包括总控制电路和关断电路；其中，
所述的总控制电路，其具有一核心控制电路(3)和一通信电路(4)，通信电路(4)与核心控制电路(3)相连接；
所述的关断电路，其与光伏组件(2)一一对应，并且其具有一旁路导通元件(5)、一驱动开关(6)和一工作信号通信电路(7)，驱动开关(6)连接在相应的光伏组件(2)接入串联电路的连接线路中，旁路导通元件(5)的首、尾端并接在光伏组件(2)的正极接线端和负极接线端上，工作信号通信电路(7)与通信电路(4)相互配合以便工作信号传输；当核心控制电路(3)发出工作信号，并通过通信电路(4)传送至工作信号通信电路(7)时，所述的关断电路接收到工作信号，并驱动驱动开关(6)导通使相应的光伏组件(2)接入串联电路；当关断电路未能接收到工作信号时，所述的关断电路驱动驱动开关(6)断开使相应的光伏组件(2)脱离出串联电路，并且同时该关断电路中的旁路导通元件(5)与其余的光伏组件(2)串联成串联电路。
2.根据权利要求1所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：还包括AC/DC电源转换模块(8)，该AC/DC电源转换模块(8)的电源输入端与电网连接，AC/DC电源转换模块(8)的电源输出端与总控制电路相连接。
3.根据权利要求1或2所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的光伏组件(2)由多个子电池串连接而成，所述的关断电路还具有与子电池串一一对应的保护二极管(9)，保护二极管(9)连接在相应的子电池串的连接电路中。
4.根据权利要求1或2所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的关断电路还具有关断控制电路(10)和驱动开关驱动电路(11)，所述的工作信号通信电路(7)与关断控制电路(10)相连接，关断控制电路(10)的信号输出端与驱动开关驱动电路(11)的信号输入端相连接，驱动开关驱动电路(11)的信号输出端与驱动开关(6)相连接。
5.根据权利要求4所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的关断电路还具有直流电源电路(12)，直流电源电路(12)的正极接线端与相对应的光伏组件(2)的正极接线端相连接，直流电源电路(12)的负极接线端与相对应的光伏组件(2)的负极接线端相连接，直流电源电路(12)的电源输出端与关断控制电路(10)的电源输入端相连接。
6.根据权利要求1或2所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的总控制电路还具有手动紧急断开元件(13)，手动紧急断开元件(13)与核心控制电路(3)相连接以便操作手动紧急断开元件(13)使核心控制电路(3)停止工作。
7.根据权利要求1或2所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的总控制电路还具有人工自主选择器件(14)，人工自主选择器件(14)与通信电路(4)相连接以便操作人工自主选择器件(14)使通信电路(4)持续发送或停止发送工作信号。
8.根据权利要求1或2所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的总控制电路还具有信号显示模块(15)。
9.根据权利要求1所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的工作信号通信电路(7)和通信电路(4)通过有线网络或无线网络相信号连接。
10.根据权利要求1所述的具有智能关断功能的光伏系统，其特征在于：所述的旁路导通元件(5)为旁路二极管。
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