CN112787912A

CN112787912A - 光伏发电系统用通信网关

Info

Publication number: CN112787912A
Application number: CN202110064744.XA
Authority: CN
Inventors: 张凯
Original assignee: Shanghai Sedo Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Sedo Energy Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2021-05-11

Abstract

本发明提供了一种光伏发电系统用通信网关，所述通信网关包括：盒体，所述盒体为塑料外壳；印刷电路板，所述印刷电路板具有光伏组件的智能优化模块；所述网关电源从光伏发电系统任意位置光伏组件输出端取电。本发明所述光伏发电系统用通信网关使用塑料代替传统材料，节省物料成本。采用灌封胶填充的全密封设计代替中空设计，可以降低爬电距离、电气间隙等的技术标准，同时地，提高了抗震和耐温的性能，适应更加恶劣的工作环境。在光伏组件取电时已经与光伏发电系统电路连接，光伏通信网关与光伏智能设备间的通信方式将不再局限于无线通信，可以使用电力载波通信或仪表总线等通信方式。

Description

光伏发电系统用通信网关

技术领域

本发明涉及一种基于物联网无线通信技术的光伏发电系统用通信网关。

背景技术

光伏发电产业规模在持续增长，应用范围不断扩大。该产业在全球能源体系中占据越来越重要的地位已是全球共识。虽然受国际政策和国内政策影响较明显，但新增装机容量依然强劲增长。随着更多的电站在山坡、湖泊、荒地及屋顶建成，投资人对光伏组件在这些多场景中安全高效的运行、可靠的异常反馈、便捷的维护保养提出了更高的要求。正是在这些需求的推动下，智能优化系统在光伏电站中开始慢慢普及，该系统中使用光伏用智能接线盒代替常规光伏接线盒或在光伏组件外部添加智能设备到光伏发电系统中。该系统能有效优化光伏组件的发电状态，检测发电数据的同时将数据通过通信网关传送到云端服务器。供后续的数据展示及异常排查使用。

所述通信网关是光伏电站监控等功能实现的关键设备，其与光伏组件上的智能设备实时通信，收集智能设备传送的数据。此外，通信网关也会接受来自服务器的系统配置命令，并下发到所辖的光伏组件上的智能设备。数据的上传以及系统命令的接受都是通过通信网关内物联网通信模块完成，该模块的数据处理效率将影响光伏电站的智能优化水平。

目前光伏市场普遍使用的是类似中国专利申请号为201820787562.9的实用新型专利公开的一种无线通信网关设备，该设备由空腔盒体、PCBA板、网络数据接口、通信天线、固定脚等组成。其特点是PCBA板通过固定螺丝固定到通信网关盒体内部并通过网络数据接口与盒体外部的通信天线电连接。其优点是PCBA在盒体内部可以有效防止物理损伤。外置的通信天线保障了较好的通信能力，能够满足家庭及商业场景下无线通信的使用。

但该实用新型专利若使用到光伏发电系统中尚有较大不足。首先，该技术方案因需要在盒体上预留外置天线使用的接口，故其较难有足够的防护等级以满足在严酷的室外环境下工作。另外，该技术方案并没有详细讲述设备取电的问题。一般光伏发电系统中，通信网关从汇流箱处额外配置电源或单独光伏组件额外供电，取电方式的局限也限制了该设备被广泛应用。最后，盒体内部为中空设计，电子元器件通过空气将热量传导到盒体，散热效果不佳。

因此，传统光伏通信网关的取电方式受限，需要增加额外装置满足供电需求，增加系统成本。内部是中空设计，电子元器件通过空气将热量传导到盒体，散热效果不佳。多采用散热效果好但对通信信号有屏蔽效果的材质如金属，需要在盒体外部添加通信天线以增强与通信基站的通信能力，增加成本。在盒体上供安装通信天线用的接口无法做到有效的防护，影响整个设备的防护等级。内部多采用物理SIM卡传输数据，通信网关盒体设计时需要预留SIM卡的安装与更换用的接口，同样影响了整个盒体的防护等级。通信模块功能单一，不能根据项目地通信环境的变化进行有效的适应调整，且往往为了满足落后地区的通信条件而选择滞后的通信方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏发电系统用通信网关，可以避免外壳对通信模块信号的屏蔽也增加通信网关绝缘能力，保护内部电子元器件的同时有助于电子元器件散热。同时地，通信网关的防护等级，满足户外使用条件，也满足与光伏组件一致的爬电距离、电气间隙等的要求，保证在光伏发电系统任意电势位置取电都不存在漏电风险。

为解决以上技术问题，本发明通信网关使用贴片式SIM卡(即eSIM)代替传统的插入式SIM卡，该eSIM卡可以从远程直接变更该SIM卡的相关配置，无需插拔再更换实体SIM卡。所以，通信网关壳体省略更换SIM卡用的接口。除此之外，使用光伏接线盒的塑料(如聚苯醚Polyphenylene Oxide,PPO)代替光伏通信网关传统的外壳材质,除避免外壳对通信模块信号的屏蔽外也增加通信网关绝缘能力。通信网关壳体无需再添加通信天线用接口。另外，网关内部使用导热系数高的绝缘灌封胶完全填充，保护内部电子元器件的同时有助于电子元器件散热。以上两个措施有效地将本发明通信网关的防护等级提升到光伏组件的水平，满足户外使用条件。另外，外壳设计时满足与光伏组件一致的爬电距离、电气间隙等的要求，保证了在光伏发电系统任意电势位置取电都不存在漏电风险。保证该通信网关可以直接从光伏电站中任意位置光伏组件取电。

除了解决以上技术问题外，本发明创新措施如下：

本发明通信网关精选低功耗电子元器件，保证工作电流远远小于光伏组件电流分档的标准(为防止光伏组件工作时电流失陪而造成的功率损失，光伏组件出厂时会将电流相近的光伏组件归为同一电流档位，标准为100mA)，将通信网关取电对光伏组件功率的影响降到最低，避免电流失陪造成的功率损失。

本发明通信网关采用PCBA电路内部从光伏组件输出端取电的电路设计，而不是外部连接的取电线路。光伏组件输出端连接通信网关输入端，通信网关输出端连接负载即可，节省部分光伏连接器和光伏线缆的使用。

本发明通信网关PCBA电路中通信模块采用可拆卸设计，对于需要提供不同网络通信方式的国家或地区安装不同的通信模块，保障在不同的通信环境下以最优的方式传输数据。

本发明通信网关内嵌了光伏组件发电量的智能优化模块，该模块具备发电数据监控、快速关断、最大功率点追踪等功能，对于给通信网关提供电力的光伏组件无需再添加额外的智能设备，简化安装流程，节省系统成本。

本发明通信网关为了优化灌封胶的灌胶效果，增加了通气孔并增加了注胶孔的长度并在注胶孔位置增加了溢胶槽。

本发明所述光伏发电系统用通信网关采取以上措施其他有益效果在于：使用光伏接线盒通用的塑料代替传统材料，节省物料成本。采用灌封胶填充的全密封设计代替中空设计，可以降低爬电距离、电气间隙等的技术标准，通信网关的整体尺寸将进一步缩小，节省物料成本，同时提高了抗震和耐温的性能，适应更加恶劣的工作环境。在光伏组件取电时已经与光伏发电系统电路连接，与光伏组件智能优化设备的通信方式将不再局限于无线通信，可以使用电力载波通信或仪表总线等通信方式。因为使用贴片式SIM卡代替常规SIM卡，可以远程变更配置，必要时将通信模块锁定，提高安全性。本发明通信网关可以选用带定位功能的通信模块，实时确定通信网关的位置，提高安全性能。本发明通信网关内嵌智能优化模块避免了因光伏组件遮挡等因素导致功率过低无法供电的问题。其工作原理是当光伏组件因遮挡等因素导致光伏组件上的旁路开关开启，光伏组件电压下降小于10V时，智能模块会将组件输出关闭，使其处于开路状态。此时处于并联状态的通信网关则重新具有足够的电压工作。

优选的，所述盒体具备与光伏组件同等级的耐压能力和防护等级。

优选的，所述盒体内具有印刷电路板；

印刷电路板上的通信网关主功能模块与输入端并联，直接从光伏组件取电；

印刷电路板除具有通信网关主功能模块外，同时具备光伏智能优化模块；

通信模块在印刷电路板上可插拔，针对不同的通信环境选择不同的通信模块。

优选的，所述盒体上具有注胶孔、通气孔以及溢胶槽用于优化灌胶效果，具体实施方法如下：

注胶孔延伸到印刷电路板的另一侧；

当从注胶孔注入灌封胶时，灌封胶将从底部慢慢上溢到印刷电路板；

将印刷电路板完全包裹后，通过通气孔溢出。

优选的，所述通信网关配备固定槽，使用螺丝将通信网关固定到光伏发电系统支架或光伏组件边框上。

优选的，所述通信网关与光伏组件上的光伏接线盒通过光伏连接器和光伏线缆电连接。

优选的，所述通信网关使用贴片式SIM卡代替常规物理SIM卡。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例通信网关的结构示意图；

图2是本发明实施例所述通信网关的剖视图；

图3是本发明实施例所述通信网关的应用示意图；

图4是本发明实施例所述通信网关的电路示意图；

图5是本发明实施例所述通信网关的连接器套件结构示意图；

图6是本发明实施例二所述通信网关可开盖方案结构示意图。

附图标记说明：

1、通信网关；

2、固定槽；

3、注胶孔；

4、溢胶槽；

5、通气孔；

6、光伏连接器；

7、印刷电路板；

8、光伏组件用智能设备；

9、光伏组件；

10、光伏接线盒；

11、光伏线缆；

12、输入端；

13、通信网关主模块；

14、可替换通信模块；

15、输出端；

16、光伏组件用智能模块；

17、密封圈；

18、螺母。

19、盒盖；

20、密封胶条；

21、盒体；

22、卡扣。

具体实施方式

实施例一、

如图1所示，本发明通信网关1配备固定槽2，方便使用螺丝将通信网关到光伏发电系统支架或光伏组件边框上；注胶孔3、溢胶槽4和通气孔5的设计有助于灌封胶将通信网关1内部完全填充；通信网关1盒体上同样配备与光伏组件匹配的光伏连接器6，方便通信网关与光伏组件或其他电器件的连接。

如图2所示，注胶孔3延伸到PCBA板7的另一侧，当从注胶孔3注入灌封胶时，灌封胶将从底部慢慢上溢到PCBA板7，将PCBA板7完全包裹后，通过通气孔5溢出。该过程中，盒体内部的空气也将通过通气孔5排出，保证盒体内部无空气残留。溢胶槽4的作用是防止注胶过程中灌封胶四溢，影响注胶效果。

如图3所示，本发明通信网关1应用于光伏发电智能优化系统中，负责将光伏智能优化设备6采集到的光伏组件7的发电信息上传到云端服务器，并将服务器指令下发到光伏智能优化设备6。本发明通信网关1与光伏组件7上的光伏接线盒8通过光伏连接器9和光伏线缆10电连接。

如图4所示，本发明通信网关主模块13采用与输入端12并联设计，可直接从光伏组件取电但不影响其他光伏组件的正常输出。通信模块14采用插拔设计，针对不同的通信环境选择不同的通信模块14。用于光伏组件优化的智能模块16也被添加到通信网关1的电路中，且与通信网关主模块13的功能互不影响。

如图5所示，光伏连接器套件9是通过密封圈17和螺母18与通信网关1盒体固定并达到密封效果，本方案为光伏接线盒中成熟的密封方案，防护等级满足室外使用要求。

实施例二、

若项目地无法满足eSIM使用条件，必须使用物理SIM卡的情况下，可将本发明通信网关设计为中空且可开盖设计。

如图6所示，本发明通信网关1的盒盖19与盒体21之间可以通过密封胶条20密封，且在盒体21上添加卡扣22用以固定盒盖19及加强密封效果。添加或替换SIM卡可通过打开卡扣22和盒盖19完成。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims

1.一种光伏发电系统用通信网关，

所述通信网关应用于光伏发电智能系统中；

所述通信网关将光伏智能设备采集到的光伏组件的发电信息上传到云端服务器；

所述通信网关将服务器指令下发到光伏智能设备；

其特征在于，所述通信网关包括：

盒体，所述盒体为塑料外壳；

印刷电路板，所述印刷电路板具有光伏组件的智能优化模块；

所述网关电源从光伏发电系统任意位置光伏组件输出端取电。

2.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

所述通信网关印刷电路板具有：

通信网关主模块；

所述光伏组件的智能优化模块，用于对光伏组件智能优化；

通信模块可插拔，针对不同的通信环境选择不同的通信模块。

3.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

当光伏组件电压下降小于阈值时，智能优化模块将光伏组件输出关闭，使其处于开路状态；此时处于并联状态的通信网关重新具有足够的电压工作。

4.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

所述盒体具备与光伏组件同等级的耐压能力和防护等级；

所述盒体内部采用绝缘灌封胶填充；

所述盒体上具有注胶孔、溢胶槽、通气孔，用以提升灌胶效果；

注胶孔延伸到印刷电路板的另一侧；

将印刷电路板完全包裹后，通过通气孔溢出。

5.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

通信网关额定工作电流小于光伏组件电流分档时的标准；

通信网关主模块与输入端并联。

6.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

所述通信网关在光伏组件取电时与光伏发电系统电路连接；

与光伏组件智能优化设备的通信方式包括：无线通信，电力载波通信或仪表总线通信方式。

7.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

所述通信网关数据的传输到云端服务器通过WIFI、GPRS、4G、5G的通信方式。

8.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

所述通信网关配备固定槽，使用螺丝将通信网关固定到光伏发电系统支架或光伏组件边框上。

9.如权利要求1所述的光伏发电系统用通信网关，其特征在于，

所述通信网关使用贴片式SIM卡。