CN104412179B - 具有改进功能的电汇流箱 - Google Patents

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Abstract

一种汇流箱，其能够监测光伏系统的能量输出，并且具有改进的故障检修能力，能够独立地核实公共事业费，以及一种机构，其用于减少能量输出的不正确读数和由于噪声和干扰引起的消耗。

Description

具有改进功能的电汇流箱
本申请要求2012年2月15日提交的美国临时专利申请No.61/633716的优先权。
技术领域
本发明总体涉及在光伏系统和连接到公用电网的其他替代性能量系统中使用的汇流箱。更具体地，本发明是一种汇流箱，其能够监测光伏系统(或其他替代性能量系统)的能量输出，其具有改进的故障检修功能，能够独立地核实公用事业费，以及一种机构，其用于减少能量输出的不正确读数、以及来自所连接电路(包括通过公用电网连接的其他PV系统)上的其他能量监测装置和家用电器的噪声和干扰而引起的消耗。
背景技术
随着石油和其他传统能量源的价格的持续增长，光伏(PV)系统和其他替代性能量系统变得越来越受欢迎。然而，替代性能量系统是昂贵的，并且具有操作问题，即对于安装者和消费者存在一些耗时的问题。例如，使用能量监测装置来监测PV系统的性能和输出是众所周知的，然而，这些装置通常位于互联网连接附近而远离PV系统的太阳能面板的住宅或建筑物内。因此，由于来自家用电器(包括但不限于：荧光灯，LED灯，调光器，电子设备，家庭办公设备，以及浪涌抑制器)的外部噪声，这些装置通常给出不正确的读数(错误读数或错误数据)。当电子设备和电路发出干扰或妨碍其他有用或需要的信号的不期望的电信号时，产生噪声。
错误读数还可以由干扰(或串扰)产生。当一个能量监测装置错误地获得来自连接电路上另一个能量监测装置的数据(监测信号)时，产生串扰。
噪声和串扰都可以使能量监测装置给出错误读数，这导致对于安装者的更多的服务调用以及用于检修该问题的更多的时间。
目前使用的PV系统还缺乏故障检修功能以及消费者独立核实被公用设施征收的电力费用的能力。
因此，本发明的一个目的是提供一种装置，其减少或消除噪声，串扰，以及与家用电器和能量监测装置的其他类型的干扰。
本发明的另一个目的是提供这样一种装置，其具有改进的故障检修功能。
本发明的另一个目的是提供这样一种装置，其允许消费者独立地核实由公共事业公司提供的电量。
下面的专利和专利申请可以被认为与本发明的领域相关：
Solon的美国专利申请公开号US2012/0048328A1，其通过引用并入本文，公开了一种系统，用于实时监测和无线传输太阳能阵列参数，例如电流，电压和温度，同时所述系统主要封装在复合器箱(recombiner box)内。
Dunn等人的美国专利申请公开号US2010/0053867A1，其通过引用并入本文，公开了一种用于测量PV阵列中PV模块的单个组串的性能的系统和方法，包括组串汇流箱(string combiner box)，其带有用于测量组串电流对电压特性的集成能力。
Adest等人的美国专利申请公开号US2008/0147335A1，其通过引用并入本文，公开了一种用于监测分布式电源系统中单个电源的性能的监测系统和方法。监测模块联接到每个电源以监测和收集数据。所收集的数据通过电力线传输到中央分析站进行分析。
Hastings等人的美国专利申请公开号US2011/0141644A1，其通过引用并入本文，公开了一种用于直流汇流箱的直流电弧故障电路断流器。
McClintock等人的美国专利申请公开号US2006/0237058A1，其通过引用并入本文，公开了一种具有电力监测、接地故障检测和通信接口的直流汇流箱。
Browder的美国专利申请公开号US2011/0036386A1，其通过引用并入本文，公开了一种完全集成和自含(self-contained)的AC光伏太阳能面板，其具有用于电连接到公用电网的压接式连接器配件。
由Enphase能量股份有限公司出版的名称为“Troubleshooting an EnphaseMicroinverter System”的参考手册，其通过引用并入本文，公开了使用铁氧体珠使Envoy能量监测系统与干扰隔离。
发明内容
优选地，上述和其他目的通过一种装置来实现，所述装置包括：壳体；配电模块，其安装在所述壳体中，用于组合来自多个逆变器的公用设施兼容交变电流，包含来自所述逆变器的第一监测频率的监测信号的电线上承载该交变电流，以提供携带监测信号的组合交变电流；其中所述组合交变电流在公用设施接头处与来自公用电网的交变电流并联连接，以触发逆变器产生公用设施兼容交变电流；其中所述组合交变电流对公用电网和连接到公用设施接头的本地负载供电；
噪声滤波器，被调谐以阻挡与第一监测频率的干扰，所述噪声滤波器置于配电模块和公用设施接头之间；以及
电源插座盒，其具有电连接到配电模块之一的至少两个插座，其中太阳能监测装置可以插入到所述插座中的一个，而连接到互联网的内部以太网桥适配器可以插入到所述插座中的另一个，其中太阳能监测单元和内部以太网桥适配器可以被连接以用于数据传输，其中配电模块提供组合交变电流到太阳能监测装置，所述太阳能监测装置提取所述监测信号作为提取的监测信号，并且其中连接到所述太阳能监测装置的所述内部以太网桥适配器以第二监测频率将所述提取的监测信号发送到远程外部以太网桥适配器，所述远程外部以太网桥适配器连接到远程服务器；
由此噪声滤波器减少来自其他逆变器的其他监测信号的串扰、以及来自使用所述公用电网的交变电流的装置的噪声。
所述装置进一步包括家庭能量监测单元，其封装在壳体中并且连接到所述太阳能监测单元以用于数据传输，其可操作地连接到所述本地负载以提供由本地负载消耗的组合交变电流和来自公用电网的交变电流的数据，由此实现了公共事业费的独立核实。
所述装置还进一步包括交变电流浪涌保护器，其可操作地连接到配电模块。
所述装置还进一步包括断路器，其安装在壳体中用于接收包含来自多个逆变器的监测信号的公用设施兼容交变电流。电流指示器可操作地连接到断路器以指示公用设施兼容交变电流何时从多个逆变器传送到断路器。
附图说明
图1是使用本发明的PV系统的示意图。
图2是本发明的当前第一优选实施例的内部的前面正视图；以及
图3是本发明的当前第二优选实施例的内部的前面正视图。
具体实施方式
参照图1，示出了PV系统的示意图。在住宅或建筑物的屋顶上的一个或多个太阳能面板(太阳能光伏模块)4收集阳光作为直流电(DC)。逆变器5(通常称为微型逆变器)可操作地连接到太阳能面板4，将DC转换为交变电流(AC)。逆变器5以“组串”连接在一起。它们产生的AC是由家庭和商业使用的电源形式。
然后逆变器5以第一监测频率通过电线6将AC和监测信号(关于逆变器5的性能和输出的数据，包括但不限于整个PV系统能量产出，逆变器AC电压，逆变器AC电流，以及面板DC电压)从逆变器5传输到本发明7。
通过电力线(例如电线6)传输信号是众所周知的。电力线通信系统通过输送电力的相同的电线传输调制的载波信号而工作。
优选地，由逆变器5产生的AC符合公用设施的所有电力要求，例如电压，波形，以及频率(公用设施兼容)，并且包括由逆变器5传输的监测信号。
优选地，只有当逆变器5并联连接到由公用电网10提供的AC时，逆变器5才产生和发送AC。如果逆变器5没有感测到来自公用电网10的AC，那么它们关闭并且不产生公用设施兼容AC。
在利用逆变器将DC转换为AC之后，所述AC和监测信号沿着一个或多个电线6传输到本发明7，本发明7将来自逆变器5的每个组串的公用设施兼容AC组合以产生组合AC。此后，来自本发明7的组合AC对公用电表9和公用电网10供电。其还提供电力到家庭配电面板8(本地负载)。公用电表9、公用电网10和本地负载8连接在公用设施接头处(未示出)。
参照图2，示出了本发明的当前第一优选实施例，其包括汇流箱7，优选地，所述汇流箱7是可上锁，防风雨，抗腐蚀的，并且具有用于通过所述箱进行通风的上部和下部通风口15，19。所述箱的内部具有外壳安装孔23和用于将电子部件安装到所述箱内的安装板21。然而所述箱组件可以通过使其固定地保持在其中的任何方式放置在所述箱中。
优选地，所述箱具有断路器18，其通过电线6从多个逆变器5(组串)接收公用设施兼容AC。断路器18保护PV系统以免其过载(过电流)，短路和其他电气故障，这些故障可以导致产生过多的热，火灾和其他危害。优选地，对于PV系统中逆变器5的每一组串存在一个断路器18。优选地，每个断路器18还具有与其可操作地连接的电流指示器20(如LED灯)。优选地，每个电流指示器20打开以确认其连接的断路器18正在接收来自所连接的逆变器5的组串的公用设施兼容AC。当PV系统没有产生足够的电力时，电流指示器20协助安装者确定哪个逆变器组串出现故障。
配电模块17将公用设施兼容AC(从断路器18传送或直接从逆变器5传送)组合为组合AC。然后组合AC传送出所述箱7，以对公用电网10和家庭配电面板(本地负载)8供电，如图1所示。
返回参考图2，噪声滤波器24(例如铁氧体环或铁氧体圈)，其抑制电路中的高频噪声，优选地位于汇流箱7中，配电模块17和公用设施接头(即，本地负载8和公用电网10的接头)之间。噪声滤波器被专门调谐以阻挡第一监测频率上的干扰，其中逆变器5使用该第一监测频率与太阳能监测装置11(例如，Enphase Envoy监测系统)进行通信。噪声滤波器24减少来自连接电路中的其他逆变器发出的其他监测信号的串扰，并且减少来自使用公用电网10提供的AC的其他家用设备的噪声。
优选地，电源插座盒13电连接到至少一个配电模块17。优选地，内部以太网桥适配器14(例如网件(Netgear)电力线墙式插座AC以太网适配器桥)以及太阳能监测装置11连接到电源插座13。太阳能监测装置11通过通用串行总线(USB)或位于以太网桥适配器14和太阳能监测装置11上的其他端口可操作地连接到内部以太网桥适配器14以用于数据传输。优选地，本发明还将太阳能监测装置11设置在所述箱7中，而不是在家里，以减少远距离的数据丢失和由家用电器的噪声引起的错误数据的问题。
配电模块17提供AC(携带第一监测频率的监测信号)到太阳能监测装置11。优选地，太阳能监测装置11从所述箱7中的电线提取监测信号(数据)，并且发送所提取的监测信号到内部以太网桥适配器14，所述内部以太网桥适配器14连接到互联网。此后，内部以太网桥适配器14以第二监测频率将所提取的监测信号发送到远程外部以太网桥适配器(未示出)(例如网件(Netgear)电力线墙式插座AC以太网适配器桥)，所述远程外部以太网桥适配器连接到互联网和远程服务器(未示出)，从而消费者可以通过网站，移动应用程序或其他类似手段访问和查看监测信号(数据)。优选地，第二监测频率明显不同于第一监测频率，从而所述箱中的噪声滤波器24不会阻挡第二监测频率的任何通信。
优选地，本发明还包括显著的外部指示灯16，其快速地确认汇流箱是否正在从公用电网接收电压使得逆变器5可以打开并且传送AC。
优选地，浪涌保护器装置12可操作地连接到包含在汇流箱7中的汇流模块，以抑制通过所述箱的任何严重的瞬态电活动。
优选地，设备地线汇流条22也位于汇流箱中，其通常是由铜、黄铜或铝制成的条、棒或空心管，以协助导电和防止所述箱的非电流承载金属部分上的点击。这些对于满足电气安全规范要求通常是必须的。
参照图3，示出了本发明的当前第二优选实施例，其与第一实施例相同，但是增加了家庭能量监测单元25(例如PowerSave有限公司的Energy Detective TED 5000，CurrentCost，或Energy Circle eMonitor)。优选地，家庭能量监测单元25通过USB或其他端口连接到太阳能监测装置11，并且监测和记录住宅或建筑物的能量消耗。或者，家庭能量监测单元25可以通过USB或其他端口直接连接到内部以太网桥适配器。优选地，家庭能量监测单元25位于所述箱7中，而不是在家里，以减少家用电器的噪声问题，并且其可操作地连接到本地负载8。
优选地，来自家庭能量监测单元25的数据与来自太阳能监测装置11的监测信号组合在一起，并且由内部以太网桥适配器14通过互联网传输到远程外部以太网桥适配器(未示出)，所述远程外部以太网桥适配器连接到互联网和远程服务器(未示出)，从而消费者可以通过网站，移动应用程序或其他类似手段访问和查看数据。
家庭能量监测单元25允许消费者通过确定PV系统产生的能量的量(其由太阳能监测装置11记录)和家庭消耗的能量的量(其由家庭能量监测单元25记录)之间的差而独立地核实公用事业费。
虽然当前的优选实施例结合PV系统(光伏系统)进行描述，但是其可以与组合多个AC电源的任何系统结合使用。
虽然结合本文描述的当前优选实施例披露了本发明，但是可以理解的是，还存在落入由权利要求限定的本发明的精神和范围内的其他实施例。因此，本发明没有任何暗示或推断的限制，除了在权利要求中具体和明确地规定。
工业实用性
当需要或期望监测PV系统(或其他替代性能量系统)的输出同时提升故障检修能力以及减少与噪声和串扰相关的耗时的问题时，可以使用本发明。

Claims (5)

1.一种汇流箱，包括：
壳体；
配电模块，其安装在所述壳体中，用于组合来自多个逆变器的公用设施兼容交变电流，包含来自所述逆变器的第一监测频率的监测信号的电线上承载所述交变电流，以提供携带所述监测信号的组合交变电流；
其中所述组合交变电流在公用设施接头处与来自公用电网的交变电流并联连接，以触发所述逆变器产生所述公用设施兼容交变电流；
其中所述组合交变电流对所述公用电网和连接到所述公用设施接头的本地负载供电；
噪声滤波器，其被调谐以阻挡与所述第一监测频率的干扰，所述噪声滤波器置于所述配电模块和所述公用设施接头之间；以及
电源插座盒，其具有电连接到所述配电模块的至少两个插座，其中可替代性能源监测装置能够插入到所述插座中的一个，而连接到互联网的内部以太网桥适配器能够插入到所述插座中的另一个，其中所述可替代性能源监测装置和所述内部以太网桥适配器可以被连接以用于数据传输，其中所述配电模块提供所述组合交变电流到所述可替代性能源监测装置，所述可替代性能源监测装置提取所述监测信号作为提取的监测信号，并且其中连接到所述可替代性能源监测装置的所述内部以太网桥适配器以第二监测频率将所述提取的监测信号发送到远程外部以太网桥适配器，所述远程外部以太网桥适配器连接到远程服务器；
由此，所述噪声滤波器减少来自其他逆变器的其他监测信号的串扰、以及来自使用所述公用电网的所述交变电流的装置的噪声。
2.根据权利要求1所述的汇流箱，进一步包括家庭能量监测单元，其封装在所述壳体中并且连接到所述可替代性能源监测装置以用于数据传输，其可操作地连接到所述本地负载以提供由所述本地负载消耗的所述组合交变电流和来自所述公用电网的所述交变电流的数据，由此实现了公共事业费的独立核实。
3.根据权利要求1或2所述的汇流箱，进一步包括交变电流浪涌保护器，其可操作地连接到所述配电模块。
4.根据权利要求1或2所述的汇流箱，进一步包括断路器，其安装在所述壳体中用于接收包含来自所述多个逆变器的所述监测信号的所述公用设施兼容交变电流。
5.根据权利要求4所述的汇流箱，进一步包括电流指示器，其可操作地连接到所述断路器以指示所述公用设施兼容交变电流何时从所述多个逆变器传送到所述断路器。
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