CN111669119A - 一种光伏组件关断方法及关断系统 - Google Patents

Abstract

一种光伏组件关断方法，包括以下步骤：将通讯采集装置与光伏逆变器连接，将本地处理器与光伏组件连接，在光伏组件的输出端串联组件关断开关并使组件关断开关处于闭合状态；通过监测端向通讯采集装置发送组串关断指令，通讯采集装置控制光伏逆变器关断自身的电流开关；通过通讯采集装置向本地处理器发送组件关断指令，本地处理器控制组件关断开关断开。本发明实施例利用了光伏逆变器的部分功能完成光伏组串的回路断开，使得在后续的光伏组件断开过程中，可以不再面临大电流的冲击，因此可以选用小型的开关即可完成关断。相对于串联大电流开关的方式，具备成本低、寿命长、体积小等优势。

Description

一种光伏组件关断方法及关断系统

技术领域

本发明属于光伏发电领域，具体涉及一种光伏组件关断方法及关断系统。

背景技术

随着光伏发电技术的发展和成熟，目前光伏发电已经成为了新能源领域中重要的组成部分之一。

但是，在存在光伏组件的发电系统中，需要检修或者遇到火灾等情况时，需要实现光伏组件这一级别的直流高压关断，如果不能实现，将会给设备、检修人员或者消防人员等造成伤害。

因此很多国家都有强制关断光伏组件的国家标准。例如：

美国：防火协会修改的国家电气规范(2014NECARTICLE690DRAFT)中规定：“住宅用光伏发电系统中，在紧急情况发生时，光伏系统交流并网断开后，直流端电压最大不能超过80伏”；

德国：率先执行VDE防火安全标准，明确规定在光伏发电系统中逆变器与组件之间需要增加一个直流电切断装置。此外，德国保险公司也有明确规定，对于消防员在灭火过程中由于光伏电站带电造成的人身伤害不予赔付；

意大利：消防员在建筑物带电的情况下，是不可以进行灭火工作的；

澳大利亚：根据OVER11-1:2013规范，在组件附件必须有断路装置。

由上述可知实现光伏组件级别的直流高压关断的重要性，但是目前在光伏发电领域针对光伏组件关断的方法却比较单一。目前解决光伏组串关断方法是：在高电压、大电流的情况下直接关断出现故障的光伏组件。因为关断时，与光伏组件串联的组件关断开关同样存在高电压、大电流的情况，所以组件关断开关需要选用能够承受高电压、大电流的开关，而此类开关普遍存在体积大、成本高、寿命短的缺点。因为上述问题存在，导致要实现光伏组件级别的关断时，必然面临成本高、寿命短等问题，因此目前在国内难以商业化应用，致使我国光伏行业至今存在安全生产隐患。

专业术语：光伏组件：将太阳能转换成直流电的发电装置，也叫太阳能电池板。光伏组串：在光伏发电系统中，由几块甚至几十块光伏组件串联而成的电路单元。直流高压：由几块甚至几十块光伏组件串联而成的光伏发电系统中，存在500V-1500V的直流高电压。光伏逆变器：将光伏组件发出的直流电转换成交流输出的设备。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种光伏组件关断方法，所述光伏组件关断方法的步骤简单，解决了光伏组件级别直流高压关断难以商业化的问题。本发明还出了一种光伏组件关断系统。

根据本发明第一方面实施例的光伏组件关断方法，包括以下步骤：将通讯采集装置与光伏逆变器连接，将本地处理器与光伏组件连接，在所述光伏组件的输出端串联组件关断开关并使所述组件关断开关处于闭合状态；通过监测端向所述通讯采集装置发送组串关断指令，所述通讯采集装置控制所述光伏逆变器关断自身的电流开关；通过所述通讯采集装置向所述本地处理器发送组件关断指令，所述本地处理器控制所述组件关断开关断开。

根据本发明实施例的光伏组件关断方法，至少具有如下技术效果：通过通讯采集装置与光伏逆变器之间的通讯可以实现让光伏逆变器关断自身的大电流开关，从而可以实现对整个光伏组串的关断，本发明实施例巧妙的利用了光伏逆变器自身的特性无需额外新增大电流开关；同时，将光伏逆变器自身的大电流开关关断后，光伏组串无法形成回路，此时各个光伏组件在断开时无需再面对大电流，此时组件关断开关可以选择体积小、成本低、寿命长的开关。相对于传统的直接在光伏组件输出端串联大电流开关的方式，硬件成本得到了降低，使用寿命得到了增长，组件关断开关体积得到了极大的降低，可以在真正意义上实现产业化、商业化。

根据本发明的一些实施例，所述组件关断开关通过常闭触点与所述光伏组件的输出端串联。

根据本发明的一些实施例，上述光伏组件关断方法还包括以下步骤：通过与所述本地处理器连接的温度采集单元采集所述光伏组件的组件温度；所述组件温度超过预设的安全温度值或所述组件温度上升速率超过预设的温度安全上升速率，所述本地处理器发出超温预警指令至所述通讯采集装置。

根据本发明的一些实施例，所述温度采集单元直接采用所述本地处理器具有的内部温度传感器。

根据本发明的一些实施例，所述温度采集单元采用电阻式温度传感器。

根据本发明的一些实施例，所述电阻式温度传感器采用PT1000电阻。

根据本发明的一些实施例，上述光伏组件关断方法还包括以下步骤：通过与所述本地处理器连接的电压采集单元采集所述组件关断开关输出端的组件电压，所述组件电压超过预设的安全电压值，所述本地处理器发出组件关断失败指令至所述通讯采集装置。

根据本发明的一些实施例，所述本地处理器与所述通讯采集装置之间、所述通讯采集装置与所述监测端之间皆采用无线通讯方式。

根据本发明的一些实施例，所述通讯采集装置内设置有SIM卡。

根据本发明第二方面实施例的光伏组件关断系统，应用了上述所述的光伏组件关断方法，包括：组件关断开关，与光伏组件输出端串联，用于切断所述光伏组件的输出；本地处理器，与所述组件关断开关连接，用于接收组件关断指令并关断所述组件关断开关；通讯采集装置，分别与光伏逆变器、所述本地处理器连接，用于接收监测端发出的组串关断指令并控制所述光伏逆变器关断自身的电流开关，还用于发出所述组件关断指令至所述本地处理器。

根据本发明实施例的光伏组件关断系统，至少具有如下技术效果：通过通讯采集装置可以实现控制光伏逆变器关断自身的电流开关，进而实现将光伏组串回路断开，从而让光伏组件无需面临大电流的情况。在无需面临大电流情况时，组件关断开关可以选择体积小、成本低、寿命长的开关，并在本地处理器的控制下实现对光伏组串中每个光伏组件的输出关断的功能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明第一方面实施例的系统简图；

图2是本发明第一方面实施例的本地处理器的电气连接简图；

图3是本发明第一方面实施例的通讯采集装置的电气连接简图。

附图标记:

本地处理器110、组件关断开关120、温度采集单元130、电压采集单元140、本地无线发送模块150、

通讯采集装置210、中端无线接收模块220、中端无线发送模块230、

光伏组件310、光伏逆变器320、监测端330。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三、第四等等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图3描述根据本发明第一方面实施例的光伏组件关断方法。

根据本发明第一方面实施例的光伏组件关断方法，包括以下步骤：将通讯采集装置210与光伏逆变器320连接，将本地处理器110与光伏组件310连接，在光伏组件310的输出端串联组件关断开关120并使组件关断开关120处于闭合状态；通过监测端330向通讯采集装置210发送组串关断指令，通讯采集装置210控制光伏逆变器320关断自身的电流开关；通过通讯采集装置210向本地处理器110发送组件关断指令，本地处理器110控制组件关断开关120断开。

参考图1至图3，将通讯采集装置210通过串口与光伏逆变器320连接，可以实现通讯采集装置210与光伏逆变器320数据交互。在通讯采集装置210接收到监测端330发出的组串关断指令后，通讯采集装置210会通过串口控制光伏逆变器320关断自身的电流开关，从而实现整个光伏组串的回路的切断。回路切断之后，通讯采集装置210会发出组件关断指令到本地处理器110。本地处理器110在接收到组件关断指令后，会控制与自身连接的组件关断开关120进行关断。最终实现了光伏组件310级别的关断。在实际使用时，遇到检修或紧急情况时，可以人工通过监测端330向通讯采集装置210发送组串关断指令，从而进行光伏组件310的关断，确保现场人员和设备的安全。在检修或紧急情况结束之后可以再次通过监测端330向通讯采集装置210发送组串闭合指令，从而实现对光伏组件310接入光伏组串的控制。

此外需要说明，光伏组串的回路切断之后，光伏组串中的所有光伏组件310只有输出电压而不具备输出电流。此时与光伏组件310输出端串联的组件关断开关120再进行关断时，不再需要担心具有大电流的冲击，因此组件关断开关120可以选用体积较小、成本较低的开关。且小型的开关更便于控制，相应的本地处理器110也可以选用成本更低的。此外，现有的光伏发电系统中，与光伏组串串联的光伏逆变器320本身具备电流开关，这个电流开关可以承受高电压、大电流的冲击。

根据本发明实施例的光伏组件关断方法，通过通讯采集装置210与光伏逆变器320通讯可以实现让光伏逆变器320关断自身的大电流开关，从而可以实现对整个光伏组串的关断，巧妙的利用了光伏逆变器320自身的特性无需额外新增大电流开关；同时，将光伏逆变器320自身的大电流开关关断后，光伏组串无法形成回路，此时各个光伏组件310在断开时无需再面对大电流，此时组件关断开关120可以选择体积小、成本低、寿命长的开关。相对于传统的直接在光伏组件310输出端串联大电流开关的方式，硬件成本得到了降低，使用寿命得到了增长，组件关断开关120体积得到了极大的降低，可以在真正意义上实现产业化、商业化。本发明实施例为国内光伏行业推出对应安全标准提供了一定的技术基础，同时化解了国内光伏企业出口国外时被国外相应安全标准所限制，可以获得与国外高成本解决方案的竞争优势。

在本发明的一些实施例中，组件关断开关120通过常闭触点与光伏组件310的输出端串联。组件关断开关120与光伏组件310输出端的连接有两种方式，一种是组件关断开关120的常开触点与光伏组件310输出端串联，另一种是组件关断开关120的常闭触点与光伏组件310输出端串联。常开触点连接时，需要组件关断开关120的控制线圈一直保持通电的状态，通电时间过长会容易导致控制线圈加速衰老，从而使组件关断开关120的闭合出现故障，最终导致整个光伏组串的回路出现故障。而选用常闭触点，则可以有效避免这个问题，平时组件关断开关120的控制线圈处于不通电状态，在需要断开时，进行短时间通电即可，这样可以有效的提高整个组件关断开关120使用寿命。

在本发明的一些实施例中，上述的光伏组件关断方法还包括以下步骤：通过与本地处理器110连接的温度采集单元130采集光伏组件310的组件温度；组件温度超过预设的安全温度值或组件温度上升速率超过预设的温度安全上升速率，，本地处理器110发出超温预警指令至通讯采集装置210。温度采集对于光伏组件310也是一个重要的环节，温度的变化通常可以有效的反应光伏组件310的工作状态，当出现短路、过压、过流等故障时通常会伴随着温度的升高，通过温度的监测可以提前发现这些问题，此时如果及时关断出现故障的光伏组串，并断开该光伏组串所有的组件关断开关120或断开出现故障的光伏组件310所连接的组件关断开关120，则可以避免对光伏逆变器320和其他串联的光伏组件310的进一步伤害，从而减少损失。温度采集通过温度采集单元130完成，温度采集单元130直接布置在光伏组件310上即可完成对光伏组件310的温度采集。温度采集完成之后，直接传输到本地处理器110，再传输到通讯采集装置210即可。

在本发明的一些实施例中，温度采集单元130直接采用本地处理器110具有的内部温度传感器。在实际工程中，以部分具备内部温度传感器的单片机为例，大多数的内部温度传感器检测温度的精度较差，误差也较大，容易受环境影响，但是在光伏组件310的温度检测中，大多数情况下不需要对温度的精确检测，只需要监测温度变化，当光伏组件310短时间内整体温度变化较大时，即可判断出现了故障。

在本发明的一些实施例中，本地处理器110采用MSP430系列单片机。MSP430系列的单片机内部温度传感器相对检测较为准确，且成本较低廉，适合大规模的应用。

在本发明的一些实施例中，通讯采集装置210采用STM32系列单片机，该系列单片机的功能接口数量足以满足本发明实施例的需求。

在本发明的一些实施例中，温度采集单元130采用电阻式温度传感器。相对于采用本地处理器110的内部温度传感器，温度采集单元130采用电阻式温度传感器可以进一步提高温度检测的精度，可以满足部分需要较高精度温度监测的环境。同时电阻式温度传感器成本较为低廉，在应用于温度采集时只需要简单的分压电路即可实现对光伏组件310温度数据的采集。此外，使用电阻式温度传感器相对于使用本地处理器110的内部温度传感器而言，不容易受到处理器自身温度升高的干扰。

在本发明的一些实施例中，电阻式温度传感器采用PT1000电阻。PT1000电阻的精度较高，工作温度范围较大。电阻式温度传感器也可以采用PT100电阻，但是相对于PT1000电阻更容易受到线路的影响。此外，如果对精度要求不高，也可以采用其他更为廉价的电阻式温度传感器。

在本发明的一些实施例中，上述的光伏组件关断方法还包括以下步骤：通过与本地处理器110连接的电压采集单元140采集组件关断开关120输出端的组件电压，组件电压超过预设的安全电压值，本地处理器110发出组件关断失败指令至通讯采集装置210。将电压采集单元140设置在组件关断开关120的输出端位置，可以有效的判别组件关断开关120是否成功的断开。如果组件关断开关120未能成功断开，则此时电压采集单元140依然能够检测到光伏组件310的输出电压。能够有效的判断出组件关断开关120是否成功断开，可以进一步提高安全性，避免因为部分光伏组件310没有真实断开而仍然存在较高电压的情况。

在本发明的一些实施例中，电压采集单元140采用电压采样电路。电压采集的方式较多，在不考虑成本的前提下可以直接采用电压采集模块或装置采集电压。但是采用电压采样电路可以有效的控制成本，进一步提高产业化的能力。

在本发明的一些实施例中，本地处理器110与通讯采集装置210之间采用有线通讯的方式，具体采用电力载波的方式实现通讯。通过电力载波方式进行通讯可以直接利用现有的线路进行数据通讯，可以有效的减小布线、降低成本。

在本发明的一些实施例中，本地处理器110与通讯采集装置210之间、通讯采集装置210与监测端330之间皆采用无线通讯方式。无线通讯的较多，可根据使用需求和场地的大小选择WIFI、Bluetooth、ZigBee等无线传输方式进行通讯。在实际工程中，本地处理器110连接了本地无线发送模块150，通讯采集装置210连接了中端无线接收模块220，通过本地无线发送模块150、中端无线接收模块220实现了本地处理器110与通讯采集装置210之间无线通讯；通讯采集装置210还连接了中端无线发送模块230，通过中端无线发送模块230实现与监测端330的远程无线通讯。本地无线发送模块150、中端无线接收模块220、中端无线发送模块230可以根据传输距离的要求选择合适的无线通讯模块。在本发明的一些实施例中，本地无线发送模块150、中端无线接收模块220、中端无线发送模块230皆选择使用ZigBee模块进行通讯。ZigBee模块低廉、通讯距离较远，足以满足光伏发电场的需求。通过无线通讯的方式实现数据传输，可以极大的减少光伏发电场现场通讯线的数量，且因为光伏发电场本身处于与一个较为空旷的环境，因此无线通讯的干扰较少，传输距离能够得到有效的保障，进而可以使用功率较小的无线通讯模块，有效的控制无线通通讯的成本。相较于传统的有线通讯的方式，既能控制成本的上升又能减少现场的布线，提高了整个光伏发电场的安全性、稳定性。

在本发明的一些实施例中，因为通讯采集装置210与光伏组件310的距离较近，因此用于通讯采集装置210与光伏组件310之间的无线通讯模块可以采用功率较小的模块，这样可以进一步节约成本。而通讯采集装置210与监测端330的通讯因为距离较远，则可以采用功率较大的无线通讯模块。在本发明的一些实施例中，通讯采集装置210通过内置SIM卡的方式实现超远程的数据传输。

在本发明的一些实施例中，监测端330会直接采用物联网的监控平台，此时通讯采集装置210将数据无线传输到监测端330可以直接利用物联网进行传输。通过这种方式可以有效的提高无线传输的距离，并大幅节约无线通讯的成本。

根据本发明第二方面实施例的光伏组件关断系统，包括：组件关断开关120、通讯采集装置210、本地处理器110。组件关断开关120，与光伏组件310输出端串联，用于切断光伏组件310的输出；本地处理器110，与组件关断开关120连接，用于接收组件关断指令并关断组件关断开关120；通讯采集装置210，分别与光伏逆变器320、本地处理器110连接，用于接收监测端330发出的组串关断指令并控制光伏逆变器320关断自身的电流开关，还用于发出组件关断指令至本地处理器110。

参考图1至图3，光伏组串中的每个光伏组件310都连接一个或两个组件关断开关120。在需要进行光伏组串关断时，可以通过远程的监测端330发出组串关断指令至通讯采集装置210，通讯采集装置210接收到组串关断指令之后控制光伏逆变器320关断自身的大电流开关，光伏逆变器320的大电流开关关断之后，通讯采集装置210会发送组件关断指令到本地处理器110，本地处理器110控制组件关断开关120断开，最终实现光伏组件310级别的关断。

根据本发明实施例的光伏组件关断系统，通过通讯采集装置210可以实现控制光伏逆变器320关断自身的电流开关，进而实现将光伏组串回路断开，从而让光伏组件310无需面临大电流的情况。在无需面临大电流情况时，组件关断开关120可以选择体积小、成本低、寿命长的开关，并在本地处理器110的控制下实现对光伏组串中每个光伏组件310的输出关断的功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光伏组件关断方法，其特征在于，包括以下步骤：

将通讯采集装置与光伏逆变器连接，将本地处理器与光伏组件连接，在所述光伏组件的输出端串联组件关断开关并使所述组件关断开关处于闭合状态；

通过监测端向所述通讯采集装置发送组串关断指令，所述通讯采集装置控制所述光伏逆变器关断自身的电流开关；

通过所述通讯采集装置向所述本地处理器发送组件关断指令，所述本地处理器控制所述组件关断开关断开。

2.根据权利要求1所述的光伏组件关断方法，其特征在于，所述组件关断开关通过常闭触点与所述光伏组件的输出端串联。

3.根据权利要求1所述的光伏组件关断方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过与所述本地处理器连接的温度采集单元采集所述光伏组件的组件温度；所述组件温度超过预设的安全温度值或所述组件温度上升速率超过预设的温度安全上升速率，所述本地处理器发出超温预警指令至所述通讯采集装置。

4.根据权利要求3所述的光伏组件关断方法，其特征在于，所述温度采集单元直接采用所述本地处理器具有的内部温度传感器。

5.根据权利要求3所述的光伏组件关断方法，其特征在于，所述温度采集单元采用电阻式温度传感器。

6.根据权利要求5所述的光伏组件关断方法，其特征在于，所述电阻式温度传感器采用PT1000电阻。

7.根据权利要求1所述的光伏组件关断方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过与所述本地处理器连接的电压采集单元采集所述组件关断开关输出端的组件电压，所述组件电压超过预设的安全电压值，所述本地处理器发出组件关断失败指令至所述通讯采集装置。

8.根据权利要求1所述的光伏组件关断方法，其特征在于，所述本地处理器与所述通讯采集装置之间、所述通讯采集装置与所述监测端之间皆采用无线通讯方式。

9.根据权利要求1或8所述的光伏组件关断方法，其特征在于，所述通讯采集装置内设置有SIM卡。

10.一种应用权利要求1至9任一所述的光伏组件关断方法的光伏组件关断系统，其特征在于，包括：

组件关断开关，与光伏组件输出端串联，用于切断所述光伏组件的输出；

本地处理器，与所述组件关断开关连接，用于接收组件关断指令并关断所述组件关断开关；

通讯采集装置，分别与光伏逆变器、所述本地处理器连接，用于接收监测端发出的组串关断指令并控制所述光伏逆变器关断自身的电流开关，还用于发出所述组件关断指令至所述本地处理器。

Images