CN107888125A - 光伏电站用监控器及光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光伏电站用监控器，用于监控光伏系统，所述光伏系统包括组件集合，所述组件集合包括至少两个相互串联的光伏组件，所述监控器具有连接所述光伏组件的接入端及向外传输光伏组件电流的引出端，所述接入端的数量大于引出端的数量。本发明的光伏电站用监控器采用接入端数量大于引出端，能够同时监控由至少两个光伏组件组成的组件集合，使得一个监控器能够针对多个光伏组件使用，降低了监控器的数量，有效控制了成本。
Description
技术领域
本发明涉及光伏系统监控技术领域，尤其涉及一种光伏电站用监控器及光伏系统。
背景技术
随着太阳能光伏技术的快速发展，屋顶光伏电站市场呈爆发式增长。现有的光伏电站经常会存在某些光伏组件被遮挡或朝向等问题，造成光伏电站内出现各光伏组件输出电能不一致现象。
现有技术中，为了对光伏组件输出情况进行监控，一般会对光伏电站配置监控器，利用监控器(尤其是外挂式单输入监控器)来实时监控光伏组件的工作状态并在出现异常时，快速关断光伏电站，使得屋顶光伏系统既安全又便于维护。其中，目前市场上常用的监控器的接入端的数量为一个，一个监控器只能接一个光伏组件的两根正负电极引出线，一次只能监控一个光伏组件，使其性价比很低，在光伏电站内光伏组件数量较多时，则需要大量的此类监控器，造成用户投入较大。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种光伏电站用监控器及光伏系统，其可解决现有技术中的监控器性价比低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏电站用监控器，用于监控光伏系统，所述光伏系统包括组件集合，所述组件集合包括至少两个相互串联的光伏组件，所述监控器具有连接所述光伏组件的接入端及向外传输光伏组件电流的引出端，所述接入端的数量大于引出端的数量。
更进一步的，所述接入端的数量大于等于2，每一接入端包括正极端和负极端，且一一对应接入所述组件集合内的每个光伏组件的两个引出线。
更进一步的，每相邻的两个所述接入端串联。
更进一步的，所述引出端与接入端之间连接有与所述接入端数量相同的电压采样单元，所述电压采样单元用于采集所述组件集合内各光伏组件的输出电压。
更进一步的，每个所述电压采样单元单独并联在组件集合内的单个光伏组件两端。
更进一步的，各个电压采样单元的一端共同接入所述组件集合的一端，各个电压采样单元的另一端分别接入各光伏组件的正极端。
更进一步的，还包括：
开关单元，串联于所述组件集合的供电线路上；
控制单元，电性连接所述开关单元以及电压采样单元，并将所述电压采样单元采样到各光伏组件的输出电压作为控制导通和断开所述开关单元的依据之一。
更进一步的，还包括：位于所述组件集合的供电线路上的电流采样单元，所述电流采样单元与所述控制单元电性连接，所述控制单元将所述电流采样单元采集的电流作为控制导通和断开所述开关单元的依据之一。
更进一步的，还包括：连接所述控制单元的温度传感单元，其用于采集所述光伏组件的温度，所述控制单元将采集到的温度作为控制导通和断开所述开关单元的依据之一。
更进一步的，还包括：连接所述控制器的无线传输单元，所述无线传输单元用于将所述电压采样单元、电流采样单元以及温度传感单元所采集到的数据传送至数据采集装置。
更进一步的，所述无线传输单元包括Zigbee单元、配合所述Zigbee单元的外置天线、连接所述Zigbee单元与外置天线的发射功率放大单元，所述控制单元将所述Zigbee单元接收到的指令作为导通和断开所述开关单元的依据之一。
更进一步的，还包括：设于所述控制单元与开关单元之间的驱动单元。
更进一步的，还包括：与所述组件集合并联设置的电源单元，所述电源单元分别连接所述控制单元与驱动单元，以将所述组件集合的输出电压调整为可供所述控制单元与驱动单元的工作电压。
更进一步的，所述电源单元输出至所述控制单元的工作电压为3.3伏，所述电源单元输出至所述驱动单元的工作电压为12伏。
更进一步的，所述电源单元采用反激拓扑结构。
更进一步的，还包括输出旁路二极管，其与所述组件集合并联。
本发明还提供了一种光伏系统，包括组件集合，所述组件集合包括至少两个相互串联的光伏组件，其采用至少一个所述的光伏电站用监控器以及与所述光伏电站用监控器配合的数据采集装置。
与现有技术相比，本发明的光伏电站用监控器采用接入端数量大于引出端，能够同时监控由至少两个光伏组件组成的组件集合，使得一个监控器能够针对多个光伏组件使用，降低了监控器的数量，有效控制了成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供一种光伏电站用监控器的电路示意图；
图2为本发明实施例一提供一种光伏电站用监控器的另一电路示意图；
图3为本发明实施例二提供的光伏电站用监控器的电路示意图；
图4为本发明实施例二提供的光伏电站用监控器的另一电路示意图；
图5为本发明实施例三提供的光伏系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例一提供了一种光伏电站用监控器100，其应用于光伏系统且可用于监控光伏系统中的组件集合的工作状态，组件集合可以包括至少两个光伏组件，在实施例一中，组件集合内可以包括2个光伏组件，例如是第一光伏组件201及第二光伏组件202，上述第一光伏组件201与第二光伏组件202经由监控器100的内部实现串联。
光伏电站用监控器100(双输入监控器)包括监控器具有连接第一光伏组件201及第二光伏组件202的接入端及向外传输光伏组件电流的引出端，接入端的数量为2个，引出端的数量为1个。每一接入端包括正极端和负极端，且分别对应于第一光伏组件201、第二光伏组件202的两个引出线。每相邻的两个接入端串联。
所述监控器100还包括开关单元6、电压采样单元、电流采样单元7以及控制单元1。其中，开关单元6串联于组件集合的供电线路上；电压采样单元与组件集合并联设置，用于采集组件集合内各光伏组件的输出电压(采样方法参后述)；控制单元1，电性连接开关单元以及电压采样单元，所述控制单元1将电压采样单元所采样到的各光伏组件的输出电压、电流采集单元采集到的各光伏组件的输出电流作为控制所述开关单元导通和断开的依据之一。所述光伏电站用监控器100还能够同时监控由两个光伏组件组成的组件集合，使得一个光伏电站用监控器100能够针对2个光伏组件使用，降低了监控器的数量，有效控制了成本。
所述开关单元6也可以串联在第一光伏组件201与第二光伏组件202的供电线路上，其用于开通、关断第一光伏组件201与第二光伏组件202的供电线路。开关单元6可以采用MOSFET，其受控于控制单元1。其中，控制单元1根据采样到第一光伏组件201与第二光伏组件202的输出电压，或下述电流采样单元7采集到的电流，以及控制单元内部的采样温度和无线Zigbee传输单元接收到的后台命令来导通和断开开关单元6。
所述电压采样单元可以包括：连接在第一光伏组件201两端的第一电压采样单元3、连接在第一光伏组件201及第二光伏组件202两端的第二电压采样单元4。电压采样单元采用电阻分压法或差分采样方式均可。
如图1所示，两个光伏组件的电压采用如下方法得到：
第一光伏组件201电压＝第一电压采样单元3采样电压。
第二光伏组件202电压＝第二电压采样单元4采样电压-第一电压采样单元3采样电压。
或者也可以如图2所示，此时，
第一光伏组件201电压＝第一电压采样单元3采样电压。
第二光伏组件202电压＝第二电压采样单元4采样电压。
所述电流采样单元7与第一光伏组件201连接，用于采集流过第一光伏组件201及第二光伏组件202的电流。所述控制单元1获取电流采样单元7的数据。所述控制单元1将采样到的第一光伏组件201与第二光伏组件202的电流作为控制导通和断开所述开关单元6的依据之一。其中，所述两个光伏组件的电流采用如下方法得到：
第一光伏组件201电流＝第二光伏组件202电流＝电流采样单元7采集电流。
所述控制单元1包括微控制单元(Micro ControllerUnit，MCU)、运算放大器、A/D采样单元、温度传感单元、无线传输单元。
所述微控制单元MCU是整个监控器的控制和调度中心。
所述电流采样单元7经控制单元1中的运算放大器将信号放大，然后再将处理结果送入控制单元1中的A/D采样单元。第一电压采样单元3、第二电压采样单元4经控制单元1中的A/D采样单元处理后就得到了采样所需电压，并分别经MCU单元处理后得到的结果就是采样电流和采样电压。
所述温度传感单元(图中未示出)用于采集组件集合的温度，其连接控制单元1。其中，控制单元1获取温度传感单元的数据。控制单元1根据采样到的温度来导通和断开开关单元6。
所述无线传输单元(图中未示出)包括Zigbee单元和外置天线9，用于将电压采样单元、电流采样单元以及温度传感单元所采集到的数据传送至数据采集装置(Gateway)。无线传输单元与控制单元1中的MCU通信连接。
所述光伏电站用监控器100还包括驱动单元5、电源单元2、输出旁路二极管8。
所述驱动单元5设于控制单元1与开关单元6之间。所述控制单元1通过所述驱动单元5来控制所述开关单元6的导通和断开。电源单元2分别连接控制单元1与驱动单元5，以将组件集合的输出电压调整为可供控制单元1与驱动单元5的工作电压。所述电源单元2并联在第一光伏组件201及第二光伏组件202的两端，且所述电源单元2采用反激拓扑结构，其输出电压的一路为3.3V且用于给控制单元1供电，另一路为12V的驱动电源单元且用于给驱动单元5供电。
所述输出旁路二极管8并联在第一光伏组件201及第二光伏组件202的两端，用于当光伏电站用监控器失效后，供所述光伏系统的电流流过，从而不影响系统正常发电。
如图3、4所示，本发明实施例二的一种光伏电站用监控器300用于监控光伏系统中的组件集合，组件集合包括至少四个光伏组件，在实施例二中，组件集合内可以包括四个光伏组件，不仅包括实施例一中的第一光伏组件201、第二光伏组件202，还包括第三光伏组件203、第四光伏组件204。
相较于上述实施例一，本发明实施例二提供了另一种光伏电站用监控器300(四输入监控器)，包括：具有分别连接第一光伏组件201、第二光伏组件202、第三光伏组件203、第四光伏组件204的接入端及向外传输光伏组件电流的引出端，接入端的数量为4个，引出端的数量为1个。每一接入端包括正极端和负极端，且分别对应于第一光伏组件201、第二光伏组件202、第三光伏组件203、第四光伏组件204的两个引出线。每相邻的两个接入端串联。
本实施例所述光伏电站用监控器300还包括：开关单元6、电压采样单元、电流采样单元7以及控制单元1。其中，开关单元6串联于组件集合的供电线路上；电压采样单元与组件集合并联设置，用于采集组件集合内各光伏组件的输出电压；控制单元1，电性连接开关单元以及电压采样单元，所述控制单元1将电压采样单元所采样到的各光伏组件的输出电压、电流采集单元7采集到的各光伏组件的输出电流作为控制所述开关单元导通和断开的依据之一。所述光伏电站用监控器300能够同时监控由四个光伏组件组成的组件集合，使得一个光伏电站用监控器300能够针对4个光伏组件使用，降低了监控器的数量，有效控制了成本。
所述电压采样单元可以包括：连接在第一光伏组件201两端的第一电压采样单元3、连接在第一光伏组件201及第二光伏组件202两端的第二电压采样单元，连接在第一光伏组件201及第三光伏组件203两端的第三电压采样单元10、连接在第一光伏组件201及第四光伏组件204两端的第四电压采样单元11。所述各个光伏组件的电压通过如下方法得到：
第一光伏组件201电压＝第一电压采样单元3采样电压；
第二光伏组件202电压＝第二电压采样单元4采样电压-第一电压采样单元3采样电压；
第三光伏组件203电压＝第三电压采样单元10采样电压-第二电压采样单元4采样电压；
第四光伏组件204电压＝第四电压采样单元11采样电压-第三电压采样单元10采样电压。
同样的，也可以参照实施例一中的差分采样方式，分别将第一电压采样单元3并联在第一光伏组件201两端采集其电压，第二电压采样单元4并联在第二光伏组件202两端采集其电压，第三电压采样单元10并联在第三光伏组件203两端采集其电压，第四电压采样单元11并联在第四光伏组件204两端采集其电压。
所述电流采样单元7与第一光伏组件201连接，电流采样单元7采集的光伏组件的电流即为流过第一光伏组件201、第二光伏组件202、第三光伏组件203、第四光伏组件204的电流。其中，控制单元1获取电流采样单元7的数据。采样到的第一光伏组件201、第二光伏组件202、第三光伏组件203、第四光伏组件204的电流，将作为所述控制单元1控制所述开关单元导通和断开的依据之一。所述各个光伏组件的电流通过如下方法得到：
第一光伏组件201电流＝第二光伏组件202电流＝第三光伏组件203电流＝第四光伏组件204电流＝采样单元7采集电流。
所述控制单元1包括微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)、运算放大器、A/D采样单元、温度传感单元、无线传输单元。
所述微控制单元MCU是整个监控器的控制和调度中心。
所述电流采样单元7经控制单元1中的运算放大器将信号放大，然后再将处理结果送入控制单元1中的A/D采样单元。第一电压采样单元3、第二电压采样单元4、第三电压采样单元10、第四电压采样单元11经控制单元1中的A/D采样单元处理后就得到了采样所需电压。分别经MCU单元处理后得到的结果就是采样电流和采样电压。
所述温度传感单元(图中未示出)用于采集组件集合的温度，其连接控制单元1。其中，控制单元1获取温度传感单元的数据。所述温度传感单元所采样到的温度，将作为所述控制单元1控制所述开关单元6导通和断开的依据之一。
所述无线传输单元(图中未示出)包括Zigbee单元和外置天线9，用于将电压采样单元、电流采样单元以及温度传感单元所采集到的数据传送至数据采集装置(Gateway)。所述无线传输单元与控制单元1中的MCU通信连接。
所述光伏电站用监控器300还包括驱动单元5、电源单元2、输出旁路二极管8、射频功率放大器(PA)12。
所述驱动单元5设于控制单元1与开关单元6之间。
所述电源单元2分别连接控制单元1与驱动单元5，以将组件集合的输出电压调整为可供控制单元1与驱动单元5的工作电压。电源单元2并联在第一光伏组件201、第二光伏组件202、第三光伏组件203及第四光伏组件204的两端。电源单元2采用反激拓扑结构，其输出电压的一路为3.3V且用于给控制单元1供电，另一路为12V的驱动电源单元且用于给驱动单元5供电。
所述输出旁路二极管8(即输出旁路二极管D)并联在第一光伏组件201及第四光伏组件204的两端，用于当光伏电站用监控器300失效后，供所述光伏系统的电流流过，从而不影响系统正常发电。
所述射频功率放大器(PA)12设于外置天线9与控制单元1之间，其作用为放大无线发射功率，这样就可以通过外置天线将无线信号发射到更远更大的范围。
如图5所示，本发明实施例三还提供了一种光伏系统，包括：
组件集合，其包括12个光伏组件，分为三组组件集合21、22、23，每组组件集合都包含四个组件。
采用三个实施例二中的四输入监控器301、302、303，分别电连接三组组件集合21、22、23。
数据采集装置41和服务器44之间通过无线Wi-Fi或以太网与服务器44进行通信，数据采集装置41与四输入光伏电站用监控器301、302、303之间采样无线Zigbee通信连接。其中，四输入光伏电站用监控器301、302、303将采样到的每个光伏组件数据经过无线Zigbee传输给数据采集装置41，数据采集装置41再将数据以无线Wi-Fi或以太网方式发送给服务器44。
因特网43与数据采集装置41之间还包括路由器42，以及与组件集合21、22、23的供电线路连接的供电系统45，该供电系统45包括逆变器和电网，逆变器将高压直流转换为交流电，最后将交流电并入电网。
上述双输入/四输入监控器相对于现有技术中的外挂式单输入监控器的优势详见下表1：
表1
本发明的光伏电站用监控器采用接入端数量大于引出端，能够同时监控由至少两个光伏组件组成的组件集合，使得一个监控器能够针对多个光伏组件使用，降低了监控器的数量，有效控制了成本。采用组件级实时监控，方便系统维护，便于及早发现故障组件，减少发电量损失。并且，可以满足NEC2014(690.12)要求，具有快速关断功能，便于灭火和安装维护。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求保护的范围。
Claims (17)
1.一种光伏电站用监控器，用于监控光伏系统，所述光伏系统包括组件集合，所述组件集合包括至少两个相互串联的光伏组件，所述监控器具有连接所述光伏组件的接入端及向外传输光伏组件电流的引出端，其特征在于：所述接入端的数量大于引出端的数量。
2.如权利要求1所述的光伏电站用监控器，其特征在于：所述接入端的数量大于等于2，每一接入端包括正极端和负极端，且一一对应接入所述组件集合内的每个光伏组件的两个引出线。
3.如权利要求1所述的光伏电站用监控器，其特征在于：每相邻的两个所述接入端串联。
4.如权利要求1所述的光伏电站用监控器，其特征在于：所述引出端与接入端之间连接有与所述接入端数量相同的电压采样单元，所述电压采样单元用于采集所述组件集合内各光伏组件的输出电压。
5.如权利要求4所述的光伏电站用监控器，其特征在于：每个所述电压采样单元单独并联在组件集合内的单个光伏组件两端。
6.如权利要求4所述的光伏电站用监控器，其特征在于：各个电压采样单元的一端共同接入所述组件集合的一端，各个电压采样单元的另一端分别接入各光伏组件的正极端。
7.如权利要求4所述的光伏电站用监控器，其特征在于，还包括：
开关单元，串联于所述组件集合的供电线路上；
控制单元，电性连接所述开关单元以及电压采样单元，用于根据所述电压采样单元所采样到各光伏组件的输出电压来导通和断开所述开关单元。
8.如权利要求7所述的光伏电站用监控器，其特征在于，还包括：位于所述组件集合的供电线路上的电流采样单元，所述电流采样单元与所述控制单元电性连接，所述控制单元根据采集的电流来导通和断开所述开关单元。
9.如权利要求8所述的光伏电站用监控器，其特征在于，还包括：连接所述控制单元的温度传感单元，其用于采集所述控制单元的温度，所述控制单元根据采集的温度来导通和断开所述开关单元。
10.如权利要求9所述的光伏电站用监控器，其特征在于，还包括：连接所述控制器的无线传输模块，所述无线传输模块用于将所述电压采样单元、电流采样单元以及温度传感单元所采集到的数据传送至数据采集装置。
11.如权利要求10所述的光伏电站用监控器，其特征在于：所述无线传输模块包括Zigbee单元、配合所述Zigbee单元的外置天线、连接所述Zigbee单元与外置天线的发射功率放大单元，所述控制单元根据所述Zigbee单元接收到的指令来导通和断开所述开关单元。
12.如权利要求7所述的光伏电站用监控器，其特征在于，还包括：设于所述控制单元与开关单元之间的驱动单元，所述控制单元通过所述驱动单元来控制所述开关单元的导通和断开。
13.如权利要求12所述的光伏电站用监控器，其特征在于，还包括：与所述组件集合并联设置的电源单元，所述电源单元分别连接所述控制单元与驱动单元，以将所述组件集合的输出电压调整为可供所述控制单元与驱动单元的工作电压。
14.如权利要求13所述的光伏电站用监控器，其特征在于：所述电源单元输出至所述控制单元的工作电压为3.3伏，所述电源单元输出至所述驱动单元的工作电压为12伏。
15.如权利要求13所述的光伏电站用监控器，其特征在于：所述电源单元采用反激拓扑结构。
16.如权利要求1所述的光伏电站用监控器，其特征在于：还包括输出旁路二极管，其与所述组件集合并联。
17.一种光伏系统，包括组件集合，所述组件集合包括至少两个相互串联的光伏组件，其特征在于，其采用至少一个如权利要求1至16中任一项所述的光伏电站用监控器以及与所述光伏电站用监控器配合的数据采集装置。
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2016
- 2016-09-30 CN CN201610872276.8A patent/CN107888125A/zh active Pending
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