CN109391228A - 一种智能式光伏直流汇流箱 - Google Patents

一种智能式光伏直流汇流箱 Download PDF

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高雷
马利民
胡贤奎
王义军
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    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30Electrical components
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本发明公开了一种智能式光伏直流汇流箱,包括汇流箱箱体、安装在汇流箱箱体内的智能控制检测模块、正极保险丝、负极保险丝、分流器、防反二极管、正极母排、负极母排和断路器;所述智能控制检测模块包括MCU、计量芯片、DC‑DC降压电路和RS485通讯芯片。用户使用PC电脑通过RS485串口通讯模组接入智能控制检测模块中的RS485通讯输出端,实时监控各光伏组串的支路电压、电流、功率、电量的参数,同时MCU记录计量芯片的电量脉冲,从而记录电路发电量。本发明的技术方案能够实现汇流功能,并能够通过通信端口实时读取各光伏组串支路的电压、电流、功率、电量,并能实时检测箱体内温度,避免了了光伏组串中支路损坏率,提高了光伏组串的发电总量。

Description

一种智能式光伏直流汇流箱
技术领域
本发明涉及光伏发电设备领域,尤其涉及一种智能式光伏直流汇流箱。
背景技术
现有直流汇流箱主要包括普通和智能汇流箱两种,汇流箱的核心作用就是把多条电路流汇成一路输出,如何通过485通信监控每一支路电流的大小是汇流箱核心所在,如果其中一条支路出现电流过小或者没有电流说明支路光伏串存在故障,可能连接电线断掉,插头失效,保险丝损坏,光伏串中其中一组光伏板损坏等原因,必然会导致发电量减少,大大浪费了电量。当发生支路光伏串故障或光伏板效率老化发电量下降历害时如何快速定位哪一路光伏串然而传统的直流汇流箱必须通过人工一路一路地分析判断,而现有具备支路电流大小检测功能的智能汇流箱,主要采用霍耳电流传感器,输出精度不高,也没有直流电量累积输出功能,所以本发明设计一种智能式光伏直流汇流箱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能式光伏直流汇流箱,该直流汇流箱能够实现汇流功能,并能够通过通信端口实时读取各光伏组串支路的电压、电流、功率、电量,并能实时检测箱体内温度,避免了了光伏组串中支路损坏率,提高了光伏组串的发电总量。
为达到上述目的,本发明技术方案是:一种智能式光伏直流汇流箱,包括与光伏组串支路连接的汇流箱箱体,其特征在于:所述智能式光伏直流汇流箱还包括安装在汇流箱箱体内的智能控制检测模块、正极保险丝、负极保险丝、分流器、防反二极管、正极母排、负极母排和断路器;
所述汇流箱箱体外接光伏组串支路有多条,每条光伏组串支路的正极均通过正极保险丝与正极母排连接,每条光伏组串支路的负极依次通过负极保险丝、防反二极管、分流器和智能控制检测模块后与负极母排连接;所述多条光伏组串的支路电压输入后,其正、负极分别通过正极保险丝和负极保险丝线,分别输出到相对应的正极母排和负极母排实现汇流,并经过断路器输出;所述断路器安装在汇流箱箱体内正极母排和负极母排的右端;
所述智能控制检测模块包括MCU、计量芯片、DC-DC降压电路和RS485通讯芯片;所述计量芯片有多个,其数量与光伏组串的支路数量相对应,每个计量芯片包括二路电流通道和一路电压通道,每路电流通道检测一路分流器电压信号;所述DC-DC降压电路的输入端与正极母排和负极母排的汇流输出端连接,电压经DC-DC降压电路后,输出端分别与MCU和RS485通讯芯片的供电线路连接,为MCU和RS485通讯芯片提供直流电源;所述MCU的SPI通信IO端口分别与多个计量芯片的分别连接,实现MCU与计量芯片之间读写寄存器数据通信,计量芯片电流输入通道与分流器连接;所述计量芯片包括电流寄存器、电压寄存器和功率寄存器,分流器有电流流过时,分流器上产生电压,电压接入计量芯片电流通道输入端,MCU读取计量芯片中电流寄存器、电压寄存器、功率寄存器的值,用户通过RS485通讯芯片读取各光伏支路实时电压、电流和功率值,同时MCU记录计量芯片的电量脉冲,从而记录电路发电量;所述RS485通讯芯片的信号输入端与MCU连接,其输入输出端外接计算机。
所述智能控制检测模块设置有报警传感器和温度检测传感器;所述报警传感器用于实时监测各条光伏支路的故障,并及时通过RS485通讯芯片自动上传后台软件报警;所述温度传感器用于实时监测汇流箱箱体内发热部件的温度。
所述正极母排的左端安装有防雷器,所述防雷器与正极母排和负极母排连接。
所述汇流箱箱体的面板上安装有呼吸阀,呼吸阀用于保持汇流箱箱体内外气体压力平衡。
所述防反二极管的下方还安装有散热块,便于防反二极管散热;所述散热块安装在汇流箱箱体的背面的面板上。
所述分流器为锰铜分流器,其阻抗为0.25mΩ~2mΩ。
所述计量芯片是双通道计量芯片,其型号为RN8209C,包括二路电流通道和一路电压通道,每路电流通道检测一路分流器电压信号。
在上述技术方案中,本发明有以下有益效果:第一,本发明在多条光伏组串支支路,其正、负极均通过保险丝与对应的正极母排和负极母排连接,能够实现汇流;第二,本发明设置有智能控制检测模块和报警传感器,能够实时各光伏支路实时电压、电流和功率值,如果某一光伏支路有故障,能够实现快速定位,并可以通过后台软件及时报警,方便快捷,提高了工作效率;第三,本发明设有温度检测传感器、呼吸阀和防雷器,可以实时监测汇流箱箱体内部发热部件引起箱内温升而造成箱体内气压增大,并能通过呼吸阀的打开和关闭,保持了汇流箱箱体内外气体压力平衡,保证了设备的质量,防止了部件由于温度升高而造成损坏,保证了设备的安全性和稳定性;第四,箱体内各部件布局合理,节省了空间。
附图说明
图1是本发明一种智能式光伏直流汇流箱的外观示意图;
图2是图1的右视图;
图3是本发明一种智能式光伏直流汇流箱内部结构示意图;
图4是本发明一种智能式光伏直流汇流箱的原理结构框图;
图5是本发明一种智能式光伏直流汇流箱的智能控制检测模块中计量芯片的内部框图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明中的技术方案进行清晰、完整地阐述,所述的实施例仅为本发明的一部分,基于本发明中的发明要点,本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他发明创造,都属于本发明保护的范围。
如图1—图5所示,本实施例的一种智能式光伏直流汇流箱包括与光伏组串支路连接的汇流箱箱体1、安装在汇流箱箱体1内的智能控制检测模块2、正极保险丝3、负极保险丝4、分流器5、防反二极管6、正极母排7、负极母排8、断路器9、防雷器10和呼吸阀11。
本实施例的汇流箱箱体1外接光伏组串有16条支路,每条光伏组串支路的正极均通过正极保险丝3与正极母排7连接,每条光伏组串支路的负极依次通过负极保险丝4、防反二极管6、分流器5和智能控制检测模块2后与负极母排8连接。本实施例的16条光伏组串的支路电压输入后,其正、负极分别通过正极保险丝3和负极保险丝线4,分别输出到相对应的正极母排7和负极母排8实现汇流,并正极母排7和负极母排8的输出端与断路器9连接,汇流的电压经过断路器9输出。本实施例的断路器9安装在汇流箱箱体1内正极母排7和负极母排8的右端。本实施例的正极母排7的左端安装有防雷器10,防雷器10与正极母排7和负极母排8连接。本实施例的汇流箱箱体1的面板上安装有呼吸阀11,呼吸阀11用于保持汇流箱箱体1内外气体压力平衡,但箱内温升过高压力大于箱外,呼吸阀打开呼出气体,反之呼入气体。
本实施例的防反二极管6的下方还安装有散热块12,便于防反二极管6散热;所述散热块12安装在汇流箱箱体1的背面的面板上。
本实施例的分流器5为锰铜分流器,其阻抗为0.25mΩ~2mΩ。
本实施例的智能控制检测模块2包括MCU、计量芯片、DC-DC降压电路和RS485通讯芯片。本实施例的计量芯片有8个,每个计量芯片包括二路电流通道和一路电压通道,每路电流通道检测一路锰铜分流器电压信号,本实施例的一只计量芯片可以同时检测二路光伏组串支路的锰铜分流器电压信号。本实施例的DC-DC降压电路的输入端与正极母排7和负极母排8的汇流输出端连接,电压经DC-DC降压电路后,输出端分别与MCU和RS485通讯芯片连接,为MCU单元线路提供5.7V直流电源,为RS485通讯单元线路提供5V直流电源。本实施例的MCU通过SPI通信分别与多个计量芯片连接,计量芯片电流通道与分流器5连接,其中正极母排7与第一路计量芯片的电压通道相连接。本实施例的计量芯片包括电流寄存器、电压寄存器和功率寄存器,分流器5有电流流过时,分流器5上产生电压,电压接入计量芯片输入端,MCU读取计量芯片中电流寄存器、电压寄存器、功率寄存器的值,用户通过RS485通讯芯片读取各光伏支路实时电压、电流和功率值,同时MCU记录计量芯片的电量脉冲,从而记录电路发电量;所述RS485通讯芯片与MCU通过UART通信连接,其输入输出端外接计算机。本实施例的智能控制检测模块2设置有报警传感器和温度检测传感器;所述报警传感器用于实时监测各条光伏支路的故障,并及时报警;所述温度传感器用于实时监测汇流箱箱体1内发热部件的温度。
本实施例的计量芯片是双通道计量芯片,其型号为RN8209C。
本实施例扣,一共16路光伏组串支路电压输入,通过正、负极保险丝分别输出到正、负极母排实现汇流,并经过断路器输出,其中每一路输入电压通过防反二极管相互隔离, 并流过分流器。智能控制检测模块通过正、负母排输出电压经DC-DC降压电路转换成DC5V、DC5.7V二路电源给智能控制检测模块控制单元和通讯单元分别供电,从而达到隔离的目的。
本实施例中,以第一条光伏组串的支路为例进行说明。第一条光伏组串的支路输出电压、电流由光伏组串的正极经过正极保险丝3、分流器5、正极母排7、负载(接在断路器的输出端)、负极母排8、防反二极管6、负极保险丝4到第一条光伏组串的负极,随着光照的增强,输出电流会不断增强,当有电流流过分流器5时会在分流器5上形成电势差,把分流器5的二端形成的电压信号送入智能控制检测模块2的计量芯片A通道。同理第二条光伏串输出电压,输出电流由光伏组串的正极经过正极保险丝3、分流器5、正极母排7、负载(接在断路器的输出端)、负极母排8、防反二极管6、负极保险丝4到第二条光伏组串的负极,随着光照的增强,输出电流会不断增强,当有电流流过分流器5时会在分流器上形成电势差,把分流器5的二端形成的电压信号送入智能控制检测模块2的计量芯片B通道。依次类推,本实施例一共可以同时接入16路光伏组串。图4中DC-DC单元是智能控制检测模块2的供电单元,DC-DC单元通过接入正、负极母排的正负极二端(电压范围DC100-1000V)把高压转换成二路相互隔离的低压DC5V,一路DC5V给RS485通讯单元供电。在光伏组串正常输出状态下,计量芯片可以实时测出(3HZ刷新频率)各条光伏组串中支路的电流,电量脉冲输出,以有正、负极母排输出电压,MCU通过SPI通信可以仿问每路计量芯片的电压,电流寄存器值(误差精度可达1%以内),通过计数电量脉冲个数实现电量累积,计算出一天支路的直流发电量。用户使用PC电脑通过RS485串口通讯模组接入智能控制检测模块2中的RS485通讯输出端,实时监控电压、电流、功率、电量的参数。另外MCU本身带温度传感器功能,可以实时监测到汇流箱箱体内的温度,PC端通过上位机软件抄读上述各参数,可以做到及时发现其中某一支路发生故障快速定位,对箱体内发热过大,温度过高快速处理,记录当天的直流电量,提供给逆变器端做逆变器转换效率评估。
以上所述,仅是本发明的实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效方法的变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能式光伏直流汇流箱,包括与光伏组串支路连接的汇流箱箱体(1),其特征在于:所述智能式光伏直流汇流箱还包括安装在汇流箱箱体(1)内的智能控制检测模块(2)、正极保险丝(3)、负极保险丝(4)、分流器(5)、防反二极管(6)、正极母排(7)、负极母排(8)和断路器(9);
所述汇流箱箱体(1)外接光伏组串支路有多条,每条光伏组串支路的正极均通过正极保险丝(3)与正极母排(7)连接,每条光伏组串支路的负极依次通过负极保险丝(4)、防反二极管(6)、分流器(5)和智能控制检测模块(2)后与负极母排(8)连接;所述多条光伏组串的支路电压输入后,其正、负极分别通过正极保险丝(3)和负极保险丝线(4),分别输出到相对应的正极母排(7)和负极母排(8)实现汇流,并经过断路器(9)输出;所述断路器(9)安装在汇流箱箱体(1)内正极母排(7)和负极母排(8)的右端;
所述智能控制检测模块(2)包括MCU、计量芯片、DC-DC降压电路和RS485通讯芯片;所述计量芯片有多个,其数量与光伏组串的支路数量相对应;所述DC-DC降压电路的输入端与正极母排(7)和负极母排(8)的汇流输出端连接,电压经DC-DC降压电路后,输出端分别与MCU和RS485通讯芯片连接,为MCU和RS485通讯芯片提供直流电源;所述MCU的信号控制端分别与多个计量芯片的分别连接,计量芯片与分流器(5)连接;所述计量芯片包括电流寄存器、电压寄存器和功率寄存器,分流器(5)有电流流过时,分流器(5)上产生电压,电压接入计量芯片输入端,MCU读取计量芯片中电流寄存器、电压寄存器、功率寄存器的值,用户通过RS485通讯芯片读取各光伏支路实时电压、电流和功率值,同时MCU记录计量芯片的电量脉冲,从而记录电路发电量;所述RS485通讯芯片的信号输入端与MCU连接,其输入输出端外接计算机。
2.根据权利要求1所述的一种智能式光伏直流汇流箱,其特征在于:所述智能控制检测模块(2)设置有报警传感器和温度检测传感器;所述报警传感器用于实时监测各条光伏支路的故障,并及时报警;所述温度传感器用于实时监测汇流箱箱体(1)内发热部件的温度。
3.根据权利要求1所述的一种智能式光伏直流汇流箱,其特征在于:所述正极母排(7)的左端安装有防雷器(10),所述防雷器(10)与正极母排(7)和负极母排(8)连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能式光伏直流汇流箱,其特征在于:所述汇流箱箱体(1)的面板上安装有呼吸阀(11),呼吸阀(11)用于保持汇流箱箱体(1)内外气体压力平衡。
5.根据权利要求1所述的一种智能式光伏直流汇流箱,其特征在于:所述防反二极管(6)的下方还安装有散热块(12),便于防反二极管(6)散热;所述散热块(12)安装在汇流箱箱体(1)的背面的面板上。
6.根据权利要求1或2所述的一种智能式光伏直流汇流箱,其特征在于:所述分流器(5)为锰铜分流器,其阻抗为0.25mΩ~2mΩ。
7.根据权利要求2所述的一种智能式光伏直流汇流箱,其特征在于:所述计量芯片是双通道计量芯片,其型号为RN8209C,包括二路电流通道和一路电压通道,每路电流通道检测一路分流器电压信号。
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