CN109245712A - 太阳能组件及其分体式功率优化接线盒 - Google Patents

太阳能组件及其分体式功率优化接线盒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能组件及其分体式功率优化接线盒，包括一太阳能电池板及一接线盒，所述接线盒包含多个分体接线盒，各分体接线盒内分设一功率优化模块，所述太阳能电池板包含多个子串，所述子串分别通过一对应的分体接线盒和相邻的子串连接，各子串的电能输出端和对应分体接线盒内的功率优化模块连接，使各子串相互串接，各分体接线盒内的功率优化模块分别地对连接的子串进行最大功率追踪。藉以解决传统太阳能组件只进行组件级的功率优化，导致组件上的子串功率损失，而使太阳能组件整体无法达到最大功率优化及最大效益的问题。

Description

太阳能组件及其分体式功率优化接线盒
技术领域
本发明涉及一种太阳能组件及其分体式功率优化接线盒，尤指一种可对太阳能组件上各子串分别进行子串级最大功率追踪及提供故障旁路功能的接线盒。
背景技术
太阳能组件(太阳能电池)的功率传输效率与太阳能组件上的日照量有关，也与负载的电子特性有关。当太阳能组件上的日照情形产生变化时，提供最大功率传输效率的负载曲线亦随之改变，若负载可以配合功率传输效率最高的负载曲线调整，则系统会有最佳的效率，而功率传输效率最高的负载特性称为最大功率点(maximum po wer point)，所谓的最大功率点追踪亦即设法找到最大功率点，并使负载特性维持在这个功率点，这个过程可以称为功率优化。
现有的太阳能组件具有进行功率优化的功能，而现有市场上使用的太阳能功率优化器有基于太阳能组件级的功率优化和一体式子串优化，所谓组件级功率优化是指针对整个太阳能组件进行功率优化，但每一个太阳能组件是由三个子串串接而成，每一个子串上可能受枝叶、建筑物等不规则遮掩而造成日照情况不一，在此状况下，仅针对整个太阳能组件进行组件级功率优化，将导致组件上子串的功率损失。换言之，已知的组件级功率优化器无法使太阳能组件达到最大功率优化及最大效益。
所谓一体式子串优化是指将优化模块做成一体式，用以对太阳能组件的子串各自进行优化，但在此情况下，一体式模块的尺寸较大，且模块的安装会遮挡住太阳能组件的部分电池，造成被遮挡部分发电率较低。换言之，已知的一体式子串优化模块虽可针对组件中的子串进行优化，但因自身的尺寸较大，造成的遮挡会造成组件发电效率降低，无法使太阳能组件达到最大功率优化及最大效益。
发明内容
因此本发明主要目的在提供一种太阳能组件及其分体式功率优化接线盒，其利用分体式接线盒对太阳能组件上各子串分别地进行最大功率追踪，以解决传统功率优化器只进行组件级的功率优化，导致组件上的子串功率损失，进而无法达成最大功率优化及最大效益的问题。
为达成上述目的采用的技术手段在使一太阳能组件的分体式功率优化接线盒包括多个分体接线盒，各分体接线盒分别在一盒本体内设有一功率优化模块，所述功率优化模块包含：
一组光伏连接端口，用以连接一太阳能组件上的一子串的电能输出端；
一组电源输出端口，包含一正电源输出端及一负电源输出端；
一单芯片处理器，分别与所述光伏连接端口、电源输出端口连接，用以对连接子串进行一最大功率追踪运算；
一旁路开关，设于所述电源输出端口的正、负电源输出端之间；
上述各分体接线盒是设在太阳能组件上，其内设的功率优化模块通过上述构造分别和太阳能组件上对应的子串连接，分别地对子串进行最大功率追踪，以达成最大功率优化及获致最大效益的目的；而各分体接线盒内的功率优化模块上分设有旁路开关，当特定子串故障，可利用旁路开关将其与同一太阳能组件上的其他子串隔开，确保太阳能组件其他子串的正常运作。且分体接线盒尺寸小，结构设计精巧，不仅不会对组件产生遮挡，且能最大限度的对太阳能组件进行最大功率优化及实现最大效益。
附图说明
图1为本发明太阳能组件一较佳实施例的平面图。
图2为本发明太阳能电池板的局部放大平面图。
图3为本发明太阳能组件的应用示意图。
图4为本发明功率优化接线盒一较佳实施例的立体图。
图5为本发明其中一分体接线盒的分解图。
图6为本发明其中一分体接线盒的剖视图。
图7为本发明另一分体接线盒的分解图。
图8为本发明功率优化模块的电路图。
图9为本发明功率优化模块内设单芯片处理器的方框图。
具体实施方式
以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
本发明主要提出一太阳能组件及一设在所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，进一步而言，所述太阳能组件主要是在一太阳能电池板上设有一接线盒，所述接线盒包含多个分体接线盒。
关于本发明提出太阳能组件的一较佳实施例，请参看图1所示，主要是在一太阳能电池板100上设有多个分体接线盒10A、10B、10C，所述分体接线盒10A、10B、10C的数量视太阳能电池板100上所设的子串数量而定，本实施例中，所述太阳能电池板100上设有三个子串PV1、PV2、PV3，因此其上设有三个分体接线盒10A、10B、10C。
请参看图2所示，所述太阳能电池板100的每一子串PV1、PV2、PV3分别设有一组电能输出端101、102、103，其中所述子串PV1的电能输出端101包含正、负端点PV1+、PV1-，所述子串PV2的电能输出端102包含正、负端点PV2+、PV2-，所述子串PV3的电能输出端103包含正、负端点PV3+、PV3-。各组电能输出端101、102、103将通过各个分体接线盒10A、10B、10C相互串接，而各个分体接线盒10A、10B、10C将分别对其连接的子串PV1、PV2、PV3分别地进行功率优化。
请参看图3所示，所述分体接线盒10A、10B、10C除了用以串接同一太阳能电池板100上的各个子串PV1、PV2、PV3外，也通过电缆1010、1020、1030与相邻的太阳能电池板100A、100B串接。
请参看图4所示，所述分体接线盒10A、10B、10C彼此并不直接连接，而是通过分别与太阳能电池板100上所设各子串PV1、PV2、PV3的电能输出端连接，以间接地构成一串接回路。所述分体接线盒10A、10B、10C的大体构造相同，仅细部稍有差异，位于串接回路两端的分体接线盒10A、10C构造相同，仅安装时的方向不同，其基于连接及固定电缆1010、1020的需要而有对应的定位结构，详细构造容后详述。
有关串接回路两端的分体接线盒10A、10C，以下将以串接回路一端的分体接线盒10C为例说明其详细构造，请参看图5所示，所述分体接线盒10C包含一盒本体，盒本体内设有一功率优化模块，在本实施例中，所述功率优化模块建制在一电路板20上。
所述盒本体11主要是在一矩形底部的四周以直角方向延伸以形成周壁，而在周壁与底部间形成空间，供所述电路板20容置其间。为使电路板20上的功率优化模块和盒本体11外的子串电连接，所述盒本体11的底部形成有多个穿孔111、112，所述电路板20上也形成多个导通孔201、202，其相对应于所述盒本体11上的穿孔111、112，供如铜带的电连接元件穿过，且分别与电路板20及子串连接。所述盒本体11底部的一端及对应的周壁分别形成有一安装槽113及一线孔114，所述线孔114供电缆1020穿入盒本体11内，与电路板20电连接，所述形成有线孔114的周壁内侧形成有一定位部115，所述定位部115是由周壁内侧以平行所述盒本体11底部方向延伸，而与安装槽113相对，所述安装槽113对应结合一定位盖116，所述定位盖116、定位部115的相对内侧壁形状与穿过线孔114的电缆1020匹配，以便将所述电缆1020夹掣其间(请参看图6所示)，避免电缆1020轻易脱离盒本体11。
在本实施例中，所述盒本体11于开口处设有一盒盖12，以将所述盒本体11内部空间封闭，为提高分体接线盒10C的耐候性，所述盒本体11开口处与盒盖12间设有一防水垫圈13。
至于位在串接回路中间的分体接线盒10B，其详细构造请参看图7所示，由于分体接线盒10B位在串接回路中间的而无须连接电缆，因此省略了固定电缆的相关构造，主要构造则与其他两分体接线盒10A、10C大致相同。所述分体接线盒10B仍包括一盒本体11B、一建制有功率优化模块的电路板20B、一盒盖12B；其中：
所述盒本体11B主要是在一矩形底部的四周以直角方向延伸以形成周壁，而在周壁与底部间形成空间，供所述电路板20容置其间，所述周壁于底部的相对方向上形成开口，并在开口处设有所述盒盖12B，所述盒本体11B开口处与盒盖12B间设有一防水垫圈13B。
所述盒本体11B的底部形成有多个穿孔111B、112B，所述电路板20B上也形成多个导通孔201B、202B，所述导通孔201B、202B分别对应于所述盒本体11B上的穿孔111B、112B，以供如铜带的电连接元件穿过，利用所述铜带分别连接电路板20B及对应的子串。
关于各分体接线盒10A、10B、10C内设功率优化模块的电路构造，请参看图8所示，其包括一组光伏连接端口21、一组电源输出端口22、一单芯片处理器23及一旁路开关24；其中
所述光伏连接端口21是用以连接太阳能电池板上的一子串的电能输出端；以分体接线盒10A及其对应连接的子串PV1为例，所述光伏连接端口21是和所述子串PV1电能输出端101的正、负端点PV1+、PV1-连接，意即光伏连接端口21将作为一电能输入端，接收子串PV1送出的电能。同理，在分体接线盒10B连接子串PV2的场合，所述光伏连接端口21是和子串PV2电能输出端102的正、负端点PV2+、PV2-连接，而在分体接线盒10C连接子串PV3的情况下，所述光伏连接端口21是和子串PV3电能输出端103的正、负端点PV3+、PV3-连接。
所述组电源输出端口22包含一正电源输出端及一负电源输出端，供与其他分体接线盒的功率优化模块串接之用，所述正、负电源输出端之间设有所述旁路开关24，以便在所连接子串故障时，将所述旁路开关24短路，使所连接子串与串接回路隔开。
所述单芯片处理器23分别与所述光伏连接端口21、电源输出端口22连接，用以对连接子串进行最大功率追踪(MPPT)运算。
所述单芯片处理器23的主要构成如图9所示，包括：一最大功率追踪(MPPT)控制单元231、一电压感测单元232、一电流感测单元233、一脉宽调变电路234、一降压变换器235及一稳压单元236；其中
所述最大功率追踪控制单元231分别和所述电压感测单元232、电流感测单元233连接，所述电压感测单元232的输入端通过所述光伏连接端口21(图中未示)和所述子串PV(图中未示)电能输出端的正端点PV+连接，以检测子串PV的输出电压；又所述电流感测单元233和所述降压变换器235的输出端SW连接，以取得所述子串PV的输出平均电流，所述最大功率追踪控制单元231即根据所述电压感测单元232、电流感测单元233取得子串的输出电压、输出平均电流进行运算，并通过所述脉宽调变电路234调整对所述降压变换器235的控制信号，而对所述子串PV执行最大功率追踪。
所述稳压单元236通过所述光伏连接端口21(图中未示)和所述子串PV(图中未示)电能输出端的正端点PV+连接，以取得子串PV输出的电能并转换为稳定的直流电源，以供应工作电源给上述各单元。
在本实施例中，所述脉宽调变电路234包括一比较器2341、一PWM逻辑单元2342、一参考电压单元2343、一斜波产生器2344及一振荡器OSC；其中，所述参考电压单元2343根据最大功率追踪控制单元231的运算结果产生一参考电压，所述比较器2341根据斜波产生器2344产生的信号和上述参考电压比较，并根据比较结果通过所述PWM逻辑单元2342调整输出到降压变换器235的控制信号。
在本实施例中，所述单芯片处理器23进一步包含一过温保护单元237、一使能比较器238，所述过温保护单元237具有温度感测功能，当其感测到所述单芯片处理器23的温度超过一设定值，即通过关闭所述降压变换器235，使单芯片处理器23进入保护状态。
所述使能比较器238是将一EN引脚的电平状态和一芯片内部电压AVDD(5V)进行比较，所述EN引脚的电平是通过一外置电路来设定，正常情况下，EN引脚为高电平状态，所述使能比较器238不起作用，当EN引脚被外置电路拉低到低电平时，所述使能比较器238将关断所述降压变换器235，配合旁路开关，将对应的子串旁路掉，以确保太阳能组件的整体维持正常运作。
根据上述可知，本发明的功率优化接线盒具有过热、过压、欠压、过流及故障旁路等保护功能，可以减少太阳能组件在工作寿命期间的性能下降。
根据上述实施例内容可知，本发明主要在太阳能电池板设有多个分体接线盒，并令各分体接线盒内设的功率优化模块分别和太阳能电池板上对应的子串连接，且分别地对子串进行功率优化，当各个子串因建筑物、树阴遮掩等因素而造成日照量不同时，各分体接线盒可根据各子串的不同条件分别进行最大功率追踪，藉此达成最大功率优化及获致最大效益的目的。再者，本发明的功率优化接线盒融合了太阳能接线盒的功能，由三个功能相同的电路板对三个子串进行优化，配合三个分体接线盒，能灵活在太阳能电池板上安装，不受太阳能组件形状及安装位置的限制。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述分体式功率优化接线盒包括多个分体接线盒，各分体接线盒分别在一盒本体内设有一功率优化模块，所述功率优化模块包含：
一组光伏连接端口，用以连接一太阳能组件上的一子串的电能输出端；
一组电源输出端口，包含一正电源输出端及一负电源输出端；
一单芯片处理器，分别与所述光伏连接端口、电源输出端口连接，用以对连接子串进行一最大功率追踪运算；
一旁路开关，设于所述电源输出端口的正、负电源输出端之间。
2.根据权利要求1所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述功率优化模块设在一电路板上，所述电路板上形成多个导通孔；
所述盒本体主要是在一矩形底部的四周以直角方向延伸以形成周壁，而在周壁与底部间形成空间，所述盒本体的底部形成有多个穿孔，其分别对应于所述电路板上的多个导通孔。
3.根据权利要求2所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述盒本体底部的一端及对应的周壁分别形成有一安装槽及一线孔，所述线孔供穿置一电缆，所述形成有线孔的周壁内侧形成有一定位部，所述定位部是由周壁内侧以平行所述盒本体底部方向延伸，而与安装槽相对，所述安装槽对应结合一定位盖，所述定位盖、定位部的相对内侧壁形状与穿过线孔的电缆匹配。
4.根据权利要求2所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述盒本体于开口处设有一盒盖，所述盒本体开口处与所述盒盖间设有一防水垫圈。
5.根据权利要求1至4中任一项所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述功率优化模块的单芯片处理器包括：一最大功率追踪控制单元一电压感测单元、一电流感测单元、一脉宽调变电路、一降压变换器及一稳压单元；其中
所述最大功率追踪控制单元分别和所述电压感测单元、电流感测单元连接，所述电压感测单元的输入端通过所述光伏连接端口和所述子串的电能输出端连接；
所述电流感测单元和所述降压变换器的输出端连接，由所述最大功率追踪控制单元根据所述电压感测单元、电流感测单元取得子串的输出电压、输出平均电流进行运算，并通过所述脉宽调变电路调整对所述降压变换器的控制信号。
6.根据权利要求5所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述脉宽调变电路包括一比较器、一PWM逻辑单元、一参考电压单元、一斜波产生器及一振荡器；其中，所述参考电压单元根据最大功率追踪控制单元的运算结果产生一参考电压，所述比较器根据所述斜波产生器产生的信号和上述参考电压比较，并根据比较结果通过所述PWM逻辑单元调整输出到降压变换器的控制信号。
7.根据权利要求5所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述单芯片处理器进一步包含一过温保护单元，用以感测到所述单芯片处理器的温度超过一设定值，通过关闭所述降压变换器，使所述单芯片处理器进入保护状态。
8.根据权利要求5所述太阳能组件的分体式功率优化接线盒，其特征在于，所述稳压单元通过所述光伏连接端口和所述子串的电能输出端连接，以取得子串输出的电能并转换为稳定的直流工作电源。
9.一种太阳能组件，主要是在一太阳能电池板上设有多个分体接线盒，其特征在于，所述太阳能电池板上设有数个子串，每一子串上分别设有一组电能输出端；
所述分体接线盒是如权利要求1至7中任一项所述的分体接线盒，各分体接线盒通过分别与太阳能电池板上所设各子串的电能输出端连接，以间接地构成一串接回路；
藉此，利用各分体接线盒分别对相连接的子串分别地进行功率优化。
10.根据权利要求9所述的太阳能组件，其特征在于，所述太阳能电池板上设有三个子串，并设有三个分体接线盒。
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