CN105515523B - 一种光伏发电效率管理智能优化器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种光伏发电效率管理智能优化器，其包括盒体、控制电路板、盒盖以及电缆线，所述控制电路板设置在盒体内，控制电路板上包括MPPT控制模块、组件断开/重复连接开关控制模块、太阳电池组件汇流条连接区以及电缆线连接区。太阳电池组件汇流条是直接与所述汇流条连接区焊接连接，相邻汇流条连接区之间设置有作为旁路元件的MOS管。本发明的光伏发电效率管理智能优化器，通过对每个光伏组件进行MPPT控制实现发电效率进的优化，提高了系统的发电量；在无需外部通讯的情况下自动实现光伏组件的断开连接/重新连接并保持光伏组件串智能管理系统的完整性；集成了光伏接线盒旁路功能并采用MOSFET作为旁路元件，可靠性更高、温升低且损耗更小。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别涉及一种光伏发电效率管理职能优化器。
背景技术
随着全球气候变化以及环境污染问题的日益严峻，绿色可再生能源产业最近十年来得到了快速发展。太阳能是一种可再生资源，利用光生伏特效应进行发电的太阳电池技术备受世人关注。太阳电池是由能产生光伏效应的材料，如硅、砷化镓、铟硒铜等材料制成，可以将光能转化成电能。目前，由多片太阳电池组合而成的光伏组件被大量使用用于建设各种光伏发电系统，或用于作为建筑物幕墙来建成节能环保型建筑。
光伏发电系统是由多个电池组件组成的电池组件串并联而形成的组件阵列，每个电池组件中都包括串联的多个电池片。在一个光伏系统中，各个太阳电池组件的参数并不完全相同，受到的太阳辐射条件也会不同，比如，组件表面的不同程度的脏污、各种原因造成的局部阴影、组件朝向等，这些会造成光伏系统中各个太阳电池组件的实际发电量不相同，也即，并联的各个太阳电池组件串的实际输出功率与理论上的最大输出功率是有差异的。光伏系统的实际发电量与系统效率有很直接的关系，理论上，光伏系统的发电效率一般在80％左右，而根据实际的统计数据，即使在光照辐射条件较好的西部地区，光伏系统的平均系统效率仅为74％。
为了解决这个问题，目前应用最广泛的是在光伏发电系统中使用最大功率点跟踪(MPPT)电路。通常的MPPT控制电路和逆变器一体安装在逆变器机箱内，通过MPPT控制电路对整个光伏系统的输出功率进行调整或者针对系统中的每个电池组件串连接一个MPPT控制电路来对每个电池组件串的输出功率进行调整；在前一种方式中，只要各个组件串的输出之间存在差异，组串之间就会互相影响，输出电压就会被限制在一个较低的数值上(木桶效应)，造成能量的损失，组串的差异越大，这种能量损失就越大；另外，严重的组串之间的差异性会造成局部热斑，影响系统的整体可靠性；而在后一种方式中，MPPT控制电路也仅能针每一个组件串进行最大输出功率调整，无法真正优化每一个组件的输出功率。
另外，在实际使用中，每一个光伏组件都需要使用光伏组件接线盒将光伏组件产生的电能引出与外部的负载或与其他的光伏组件连接形成组件串。因此，光伏组件接线盒是光伏组件构建各种发电系统的关键部件。在接线盒中一般要使用保护组件的肖特基旁路二极管，二极管是个发热器件，损耗大，可靠性不是特别好，影响接线盒的使用寿命。
另外，在现有的光伏系统中，还要着重考虑系统的安全性，避免由于光伏系统中个别的组件出现问题引起火灾，目前一般是在光伏发电系统的汇流箱中设置监控系统，当发生火灾时将整个光伏发电系统的输出关闭避免损失扩大，如此，整个发电系统都会停止工作；对关伏系统进行维护时同样如此，必须将整个系统停止工作进行维护。如此又会造成系统的浪费。
发明内容
针对目前光伏发电系统使用中的问题，本发明提出一种光伏发电效率管理职能优化器，其可以针对每个太阳电池组件设置一个MPPT控制电路，并将其与接线盒设计为一体，通过对每个组件的发电功率的优化来为达到提升整个光伏系统的发电效率；另外，其可以在电池组件串中的某一个组件发生问题时自动将其从组件串中隔离。
为达到本发明的目的，本发明的一种光伏发电效率管理智能优化器包括盒体、控制电路板、盒盖以及电缆线，所述控制电路板设置在盒体内，控制电路板上包括MPPT控制模块、太阳电池组件汇流条连接区以及电缆线连接区。
优选的，所述的控制电路板还包括组件断开/重复连接开关控制模块。
再优选的，所述的组件断开/重复连接开关控制模块包括两个功率场效应晶体管，在连接状态，两个晶体管共同起作用作为同步降压转换器的高侧和低侧开关；在非工作状态，一个晶体管打开，将光伏面板从面板组串中断开，另一晶体管闭合，以非常低的压降通过此低导通电阻晶体管绕过光伏面板。
再优选的，太阳电池组件汇流条是直接或间接与所述控制电路板上的汇流条连接区焊接连接。
再优选的，所述的相邻汇流条连接区之间设置有作为旁路元件的MOS管元件或肖特基二极管。
再优选的，所述盒踢内还包括铜板电极，太阳电池组件汇流条是与所述的铜板电极连接，所述的铜板电极与所述的汇流条连接区连接；所述的相邻铜板电极之间或相邻汇流条连接区之间设置有作为旁路元件的肖特基二极管或MOS管元件。
再优选的，所述电缆线与电路板上的电缆线连接区是通过焊接、压接或螺丝锁固的方式进行连接。
再优选的，所述的控制电路板上设置有组件监控模块连接端口。
再优选的，所述的盒体与盒盖之间设置有密封圈。
再优选的，所述电缆线通过连接后罩与盒体上的螺纹固定，后罩内设置有堵头和内爪。
再优选的，所述盒体内设置有用于控制电路板定位的卡合结构。
再优选的，所述的盒体内设有透气结构，其内设置有透气堵头和透气膜。
本发明的所述光伏发电效率管理智能优化器，通过对每个光伏组件进行MPPT控制实现发电效率进的优化，提高了系统的发电量；在无需外部通讯的情况下自动实现光伏组件的断开连接/重新连接并保持光伏组件串智能管理系统的完整性；集成了光伏接线盒旁路功能并采用MOSFET作为旁路元件，可靠性更高、温升低且损耗更小。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：
图1所示为本发明的一实施例的光伏发电效率管理智能优化器的组成结构爆炸示意图；
图2所示为本发明的一实施例的光伏发电效率管理智能优化器的控制电路板的布局结构示意图；
图3所示为本发明的一实施例的光伏发电效率管理智能优化器的控制电路板的电路功能模块示意图；
图4所示为本发明的一实施例的光伏发电效率管理智能优化器的盒体与控制电路板的组装结构示意图；
图5所示为图4中的透气结构的组成结构示意图。
具体实施方式
本发明的结构特征、工作原理及优点结合附图详述如下。
如图1及图2所示的本发明的一种光伏发电效率管理智能优化器的结构示意图，其包括盒体20、控制电路板30、盒盖10以及电缆线40，所述控制电路板30设置在盒体内，其上包括MPPT控制模块34、太阳电池组件汇流条连接区32以及电缆线连接区36。
如图3所示的本发明的光伏发电效率管理智能优化器的电路组成模块示意图，其包括驱动晶体管及进行MPPT控制管理的芯片及组件断开/重复连接开关控制模块，所述的组件断开/重复连接开关控制模块包括两个功率场效应晶体管(power MOSFET)Q1和Q2，其根据优化器的工作状态来提供双重功能。在连接状态，此时电力转换正在进行且MPPT控制模块正在运行，两个晶体管共同起作用作为同步降压转换器的高侧和低侧开关；在非工作状态，如某个组件发生问题时，晶体管Q1打开，将光伏组件从组件串中断开，而晶体管Q2闭合，以非常低的压降通过此低导通电阻晶体管绕过此光伏组件。
在另一优选的实施方式中，如图3所示，所述的控制电路板上还设置有组件监控模块连接端口，可以供用户连接额外的监控模块，可以监控每块组件的电流，电压，温度，再通过有线载波技术传输到后台终端，便于电站业主对电站进行管理。
在如图1的一优选的光伏发电效率管理智能优化器中，太阳电池组件汇流条是直接与所述汇流条连接区32焊接连接，此时，在所述的相邻汇流条连接区之间设置有旁路元件，其可以是肖特基二极管或者优选的使用低功耗金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)作为旁路元件。
应当理解的是，在另一实施方式中，所述优化器的盒体内还可包括铜板电极(未图示)，太阳电池组件汇流条是与所述的铜板电极连接，所述的铜板电极再与所述的汇流条连接区连接。在这种太阳电池组件汇流条与汇流条连接区的间接连接结构中，可以在相邻铜板电极之间或者在相邻的汇流条连接区之间设置作为旁路元件的肖特基二极管或MOS管321。
在具体的实施方式中，所述电缆线与控制电路板上的电缆线连接区是通过焊接、压接或螺丝锁固(如图1所示的一优选实施例，电缆线40是通过焊接在电缆线连接区的螺丝固定端子341与电缆线连接区实现电连接)的方式进行电连接。电缆线连接后罩244与盒体上的螺纹241固定，后罩内设置有堵头242和内爪243，如此，可以保证电缆线连接的密封性；在所述的盒体与盒盖之间设置有密封圈12保证整个优化器的密封性能。通过这些设置，可以使优化器的防水等级(IP等级)达到IP67的户外防水等级，可靠性高。
在另一优选的实施方式中，为了帮助优化器内的热量散出，提高产品的寿命，所述的盒体内设有透气结构22(参见图4及图5)，其内设置有透气堵头221和透气膜222，所述的透气膜仅允许盒体内的热气向外散出，而优化器外部的水气不能透过此透气膜进入盒体内。
接着参照图4，所述盒体内设置有用于控制电路板定位的卡合结构201、202、203及204，如此，控制电路板的安装相当简单且维修时也便于拆装。
本发明的光伏发电效率管理智能优化器，通过对每个光伏组件进行MPPT控制实现发电效率进的优化，可以将系统的发电量提高5％～25％，对由于错配、阴影、脏污、温度梯度、老化等原因引起的发电损耗进行补偿；避免了维护、紧急状况(如火灾)或孤岛情形下在安装、光伏组串断开连接的过程中光伏组串产生高压，在无需外部通讯的情况下自动实现光伏组件的断开连接/重新连接并保持光伏组串智能管理系统的完整性；内置式的智能光伏组件监控，集成了传统光伏组件接线盒旁路功能并采用低功耗的MOS管(金属-氧化物半导体场效应晶体管)作为旁路元件，可靠性更高、温升低且损耗更小。
本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。
Claims (8)
1.一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，所述优化器包括盒体、控制电路板、盒盖以及电缆线，所述控制电路板设置在盒体内，控制电路板上包括MPPT控制模块、太阳电池组件汇流条连接区以及电缆线连接区；所述的控制电路板还包括组件断开/重复连接开关控制模块，所述的组件断开/重复连接开关控制模块包括两个功率场效应晶体管，在连接状态，两个晶体管共同起作用作为同步降压转换器的高侧和低侧开关；在非工作状态，一个晶体管打开，将光伏面板从面板组串中断开，另一晶体管闭合，以非常低的压降通过此低导通电阻晶体管绕过光伏面板。
2.如权利要求1所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，太阳电池组件汇流条是直接或间接与所述控制电路板上的汇流条连接区焊接连接。
3.如权利要求2所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，相邻的所述汇流条连接区之间设置有作为旁路元件的MOS管元件或肖特基二极管。
4.如权利要求1所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，所述盒体内还包括铜板电极，太阳电池组件汇流条是与所述的铜板电极连接，所述的铜板电极与所述控制电路板上的汇流条连接区连接；相邻的所述铜板电极之间或相邻的所述汇流条连接区之间设置有作为旁路元件的肖特基二极管或MOS管元件。
5.如权利要求1所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，所述电缆线与电路板上的电缆线连接区是通过焊接、压接或螺丝锁固的方式进行连接。
6.如权利要求1所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，所述的控制电路板上设置有组件监控模块连接端口。
7.如权利要求1所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，所述的盒体与盒盖之间设置有密封圈。
8.如权利要求1所述的一种光伏发电效率管理智能优化器，其特征在于，所述盒体内设置有用于控制电路板定位的卡合结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |