CN113541602B - 光伏组件、光伏系统和光伏测试方法 - Google Patents

光伏组件、光伏系统和光伏测试方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种光伏组件和光伏测试方法，涉及光伏领域，用于防止对光伏组件中的主功率回路进行非法旁路。光伏组件包括光伏电池和光伏测试电路，光伏测试电路包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口、主功率回路、控制电路以及至少一个开关管，第一输入端口与主功率回路的输入端电连接，还与光伏电池的电压输出端电连接，输出端口与主功率回路的输出端电连接；控制电路用于：从第二输入端口获取第一控制信号，第一控制信号指示对光伏电池进行测试；并根据第一控制信号控制至少一个开关管将第一输入端口与输出端口电连接；控制电路还用于：获取第二控制信号，第二控制信号指示禁止对光伏电池进行测试；并根据第二控制信号禁用第二输入端口。

Description

光伏组件、光伏系统和光伏测试方法
技术领域
本申请涉及光伏领域，尤其涉及一种光伏组件、光伏系统和光伏测试方法。
背景技术
太阳能作为清洁可再生能源应用越来越广泛，目前出现了一种光伏组件，将光伏电池与主功率回路不可拆除地安装在一起。在光伏组件出厂前，需要对光伏电池进行测试，主功率回路的存在会对测试结果产生比较大的影响，例如影响I-V曲线。
现有技术中，可以通过机械方式将主功率回路旁路，使光伏电池输出的电流不流经主功率回路。示例性的如图1所示，可以将图1中的金属旁路装置10与主功率回路20并联，如果将金属插针11插入开孔12底部与第一金属13和第二金属14接触，则可以将第一金属13和第二金属14短路，从而将主功率回路20旁路掉，光伏电池30输出的电流将流经金属旁路装置10。但是在上述光伏组件被盗后，盗窃者非常容易通过机械方式将主功率回路旁路掉，从而使光伏电池被非法使用。
发明内容
本申请实施例提供一种光伏组件、光伏系统和光伏测试方法，用于防止对光伏组件中的主功率回路进行非法旁路。
为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供了一种光伏组件，包括光伏电池和光伏测试电路，光伏测试电路包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口、主功率回路、控制电路以及至少一个开关管，第一输入端口与主功率回路的输入端、控制电路的第一输入端电连接，第一输入端口还与光伏电池的电压输出端电连接，控制电路的输出端与主功率回路的控制端电连接；控制电路的第二输入端与第二输入端口电连接；输出端口与主功率回路的输出端电连接；至少一个开关管为主功率回路中的开关管，或者，至少一个开关管与主功率回路并联在第一输入端口和输出端口之间。控制电路用于：从第二输入端口获取第一控制信号，第一控制信号用于指示对光伏电池进行测试；并根据第一控制信号控制至少一个开关管将第一输入端口与输出端口电连接。控制电路还用于：获取第二控制信号，第二控制信号用于指示禁止对光伏电池进行测试；并根据第二控制信号禁用第二输入端口。
本申请实施例提供的光伏组件，在出厂测试时，通过一个输入端口获取第一控制信号，使光伏组件进入测试模式，并通过开关管将光伏电池的输出端与光伏组件的输出端直连(旁路了光伏组件的主功率回路)。在出厂后，通过获取第二控制信号禁用上述第二输入端口，即使再向该第二输入端口输入第一控制信号，光伏组件也不会再进入测试模式。避免了由于采用机械开关使得容易对光伏组件中的主功率回路进行非法旁路。
在一种可能的实施方式中，至少一个开关管与主功率回路并联在第一输入端口和输出端口之间时，至少一个开关管导通后形成的通路与主功率回路并联在第一输入端口和输出端口之间。即至少一个开关管可以为专用于将第一输入端口与输出端口电连接的开关管。
在一种可能的实施方式中，至少一个开关管为主功率回路中的开关管时，至少一个开关管导通后形成第一输入端口和输出端口之间的直通通路。利用了主功率回路中的开关管，不用增加专用的开关管，节省成本和体积。
在一种可能的实施方式中，控制电路用于根据第二控制信号禁用第二输入端口，包括：控制电路停止从第二输入端口获取信号。
在一种可能的实施方式中，主功率回路包括电压电流变换电路，控制电路还用于从第一输入端口获取供电电压，供电电压用于为控制电路的工作进行供电；控制电路还用于生成脉宽调制信号，脉宽调制信号用于控制电压电流变换电路，对从第一输入端口输入的电压电流进行变换并从输出端口输出。
在一种可能的实施方式中，电压电流变换电路包括降压BUCK电路，或者，升压BOOST电路，或者，降压升压BUCK-BOOST电路。
第二方面，提供了一种光伏系统，包括如第一方面所述的光伏组件、电源监控设备以及储能电池，电源监控设备用于监控光伏组件的工作状态，并根据工作状态调度光伏组件或储能电池进行供电。
第三方面，提供了一种光伏测试方法，应用于如第一方面所述的光伏组件或者如第二方面所述的光伏系统，该方法包括：控制电路从第二输入端口获取第一控制信号，第一控制信号用于指示对光伏电池进行测试；并根据第一控制信号控制至少一个开关管将光伏测试电路的第一输入端口与输出端口电连接；控制电路获取第二控制信号，第二控制信号用于指示禁止对光伏电池进行测试；并根据第二控制信号禁用第二输入端口。
在一种可能的实施方式中，主功率回路包括电压电流变换电路，该方法还包括：控制电路从第一输入端口获取供电电压，供电电压用于为控制电路的工作进行供电；控制电路生成脉宽调制信号，脉宽调制信号用于控制电压电流变换电路，对从第一输入端口输入的电压电流进行变换并从输出端口输出。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于机械方式的光伏组件的结构示意图；
图2A为本申请实施例提供的一种光伏系统的架构示意图；
图2B为本申请实施例提供的一种基于非机械方式的光伏组件的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种四开关管BUCK-BOOST电路的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种BUCK-BOOST电路正常工作时四个开关管的导通时序示意图；
图5为本申请实施例提供的一种BUCK-BOOST电路的电流流向的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种控制电路的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种基于非机械方式的光伏组件的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种BUCK-BOOST电路的电流流向的示意图。
具体实施方式
如前文所述的，通过机械方式将光伏组件中的主功率回路旁路，无法防止光伏组件被盗后，对光伏组件中的主功率回路进行非法旁路。本申请实施例中，未采用机械方式对光伏组件中的主功率回路旁路，而通过控制电路来控制对主功率回路旁路，以及，主功率回路的正常工作，从而防止对光伏组件中的主功率回路进行非法旁路。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“电连接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“电连接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。
如图2A所示，本申请实施例提供了一种光伏(photovoltaic，PV)系统，包括电源监控设备40、光伏组件50和储能电池60。
电源监控设备40用于监控光伏组件50的工作状态，并根据工作状态调度光伏组件50或储能电池60进行供电。
示例性的，电源监控设备40监控光伏组件50的工作状态，例如监控其输出的直流电的电压、电流，在光照强度满足光伏组件50的正常工作的条件时，调度光伏组件50进行供电，当电能有节余时还可以调度光伏组件50向储能电池60充电；在光照强度不满足光伏组件的正常工作时，调度储能电池60进行供电。
如图2B所示，本申请实施例提供了一种光伏组件，包括：光伏电池21和光伏测试电路22。其中，光伏测试电路22包括：第一输入端口221、第二输入端口222、输出端口223、主功率回路224、控制电路225以及至少一个开关管(图中未示出)。
第一输入端口221与主功率回路224的输入端B、控制电路225的第一输入端G电连接，第一输入端口221还与光伏电池21的电压输出端A电连接。
控制电路225的输出端E与主功率回路224的控制端D电连接。控制电路225的第二输入端F与第二输入端口222电连接。
输出端口223与主功率回路224的输出端C电连接，还用于与用电设备或测试设备电连接。也就是说，在出厂前对光伏电池21进行测试(例如I-V测试)时，光伏组件处于出厂默认状态，输出端口223与测试设备电连接。在被安装在户外后，整个光伏组件进行正常工作时，光伏组件处于正常工作状态，输出端口223与用电设备电连接。
光伏电池21也可以称为太阳能电池、太阳能芯片、太阳能电池板、光电池等，本申请不作限定。
主功率回路224也可以称为电力电子电路，可以包括电压电流变换电路(例如，降压(BUCK)电路、升压(BOOST)电路、降压升压(BUCK-BOOST)电路等)、逆变电路、起类似功能的集成电路(integrated circuit，IC)芯片，或者，这些电路或芯片的组合等，本申请不作限定。光伏电池21与主功率回路224可以不可拆除地安装在一起。
下面示例性的描述一种主功率回路224的结构和工作原理，但本申请并不意在限定于此。
示例性的，如图3所示，为一种四开关管BUCK-BOOST电路的示意图，包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一电容C1、第二电容C2、电感L1。
第一电容C1的第一端与第一开关管Q1的第一端电连接，并且可以通过输入端B与第一输入端口221电连接。第四开关管Q4的第一端与第二电容C2的第一端电连接，并且可以通过输出端C与输出端口223电连接。第一电容C1的第二端、第二开关管Q2的第二端、第三开关管Q3的第二端与第二电容C2的第二端电连接，并且接地。第一开关管Q1的第二端、第二开关管Q2的第一端与电感L1的第一端电连接。第四开关管Q4的第二端、第三开关管Q3的第一端与电感L1的第二端电连接。第一开关管Q1至第四开关管Q4的控制端(例如MOS管的栅极)可以分别通过控制端D1-D4与控制电路225的输出端E(不限于一个输出端E，例如每个输出端E对应一个控制端D)电连接。
输入电压VIN(本申请中可以为光伏电池21的电压输出端A输出的电压)经过该四开关管BUCK-BOOST电路的变换后得到输出电压VOUT(本申请中可以为通过输出端口223输出的电压，用于向用电设备供电)。
如图4所示，为该BUCK-BOOST电路正常工作时四个开关管的导通时序示意图。第一开关管Q1和第三开关管Q3同时导通，电感L1储能，电流流向如图5中A所示。第二开关管Q2和第四开关管Q4同时导通，电感L1释能，电流流向如图5中B所示。控制电路225可以通过输出端E(也就是通过主功率回路224的控制端D)向这两组开关管的控制端(例如MOS管的栅极)输出脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号，来控制这两组开关管交替导通，其中，第一开关管Q1和第三开关管Q3的导通时间为D，第二开关管Q2和第四开关管Q4的导通时间为1-D，则有VOUT＝VIN*D/(1-D)，D/(1-D)即为电压转换比。
需要说明的是，如果第四开关管Q4保持导通，第三开关管Q3保持关断，则BUCK-BOOST电路变为BUCK电路。如果第一开关管Q1保持导通，第二开关管Q2保持关断，则BUCK-BOOST电路变为BOOST电路。具体工作过程不再详细描述。
下面示例性的描述一种控制电路225的结构和工作原理，但本申请并不意在限定于此。
示例性的，如图6所示，为一种控制电路的示意图，包括：BUCK芯片61、至少一个二极管D1-D5、至少一个BOOST电路(例如BOOST电路1-BOOST电路3)、变压器T。
BUCK芯片61可以具有两个输入端，分别通过二极管(D1、D2)与第一输入端G和第二输入端F电连接。BUCK芯片61也可以通过一个输入端，分别通过二极管(D1、D2)与第一输入端G和第二输入端F电连接，第一输入端G和第二输入端F输入的电压值不同，从而BUCK芯片61可以区分是从第一输入端G还是从第二输入端F接收信号。
BUCK芯片61可以通过一个输出端与变压器T的原级线圈电连接，变压器T的次级线圈以及原级线圈的输出端可以通过二极管与至少一个BOOST电路的输入端电连接，至少一个BOOST电路的输出端(例如E1-E3)作为控制电路225的输出端E，其输出的电压可以用于驱动主功率回路224中的开关管。
下面对该光伏组件的光伏测试方法进行描述：
在出厂前对光伏电池21进行测试时，为了快速进行测试，控制电路225默认未启动核心控制功能(例如，PWM)，此时可以通过第二输入端口222向控制电路225输入第一控制信号，第一控制信号用于指示对光伏电池21进行测试。控制电路225从第二输入端口222获取第一控制信号后，根据第一控制信号控制至少一个开关管将第一输入端口221与输出端口223电连接。此时，相当于将主功率回路224中的工作电路(例如上述电压电流变换电路)旁路，将光伏电池21的输出端A与测试设备电连接。从而屏蔽了工作电路对光伏电池21的输出结果的影响。
在一种可能的实施方式中，所述至少一个开关管可以为专用于将第一输入端口221与输出端口223电连接的开关管，如图7所示，光伏测试电路22还包括至少一个开关管71，控制电路225的输出端H与所述至少一个开关管71的控制端(例如MOS管的栅极)电连接，所述至少一个开关管71导通后形成的通路与主功率回路224并联在第一输入端口221和输出端口223之间，当控制电路225根据第一控制信号控制上述至少一个开关管导通时，将第一输入端口221与输出端口223电连接。
在另一种可能的实施方式中，至少一个开关管可以为主功率回路中的开关管，至少一个开关管导通后形成第一输入端口221和输出端口223之间的直通通路。示例性，对于图3所示的电压电流变换电路来说，上述至少一个开关管可以包括第一开关管Q1和第四开关管Q4。如图8所示，控制电路225可以根据第一控制信号控制第一开关管Q1和第四开关管Q4保持导通，以将第一输入端口221与输出端口223电连接。即利用了主功率回路中的开关管，不用增加专用的开关管，节省成本和体积。
本申请涉及的开关管可以为金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)场效应管、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)等微电子机械系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)形式的开关器件，而非机械式开关。这样在光伏组件被盗时，才无法通过外部手段来旁路主功率回路。
在完成出厂前对光伏电池21的测试后，或者在安装在户外对光伏组件进行调试时，可以通过上位机或其他控制器以有线或无线方式向控制电路225发送第二控制信号，第二控制信号用于指示禁止对光伏电池21进行测试。控制电路225在获取第二控制信号后，根据第二控制信号禁用第二输入端口222，即控制电路225停止从第二输入端口222获取信号，从而禁止第一控制信号生效，因此出厂后即使再向第二输入端口222输入第一控制信号，光伏组件也不会再进入测试模式。也就是说，此时再通过第二输入端口222向控制电路225输入第一控制信号，控制电路225也不会根据第一控制信号控制主功率回路224将第一输入端口221与输出端口223电连接。
需要说明的是，控制电路225可以集成M-BUS、蓝牙、485或其他无线通信芯片，实现与上位机或其他控制器通信连接，例如，控制电路225通过M-BUS与上位机或其他控制器建立有线连接，通过M-BUS从上位机或其他控制器获取第二控制信号；或者，控制电路225通过蓝牙与上位机或其他控制器建立无线连接，通过蓝牙从上位机或其他控制器获取第二控制信号等等。控制电路225也可以与控制器集成在一起，使得光伏组件能独立进行工作。
上位机指可以直接向光伏组件发出操控命令的计算机，还可以显示光伏组件的工作状态，上位机可以是个人计算机或专用计算机。
在被安装在户外后，整个光伏组件进行正常工作时，光伏组件处于正常工作状态，控制电路225从第一输入端口221获取供电电压(光伏电池21的电压输出端A输出的电压)，该供电电压用于为控制电路225的工作进行供电，其中，供电电压的电压值与第一控制信号的电压值可以不同，使得控制电路225可以通过同一输入端接收供电电压和第一控制信号，并根据电压值对供电电压和第一控制信号进行区分。以主功率回路224包括电压电流变换电路为例，控制电路225可以生成PWM信号，PWM信号用于控制电压电流变换电路，对从第一输入端口221输入的电压电流进行变换并从输出端口223输出。
本申请实施例提供的光伏组件和光伏测试方法，在出厂测试时，通过一个输入端口获取第一控制信号，使光伏组件进入测试模式，并通过开关管将光伏电池的输出端与光伏组件的输出端直连(旁路了光伏组件的主功率回路)。在出厂后，通过获取第二控制信号禁用上述输入端口，即使再向该输入端口输入第一控制信号，光伏组件也不会再进入测试模式。避免了由于采用机械开关使得容易对光伏组件中的主功率回路进行非法旁路。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光伏组件，其特征在于，包括光伏电池和光伏测试电路，所述光伏测试电路包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口、主功率回路、控制电路以及至少一个开关管；所述第一输入端口与所述主功率回路的输入端、所述控制电路的第一输入端电连接，所述第一输入端口还与所述光伏电池的电压输出端电连接；所述控制电路的输出端与所述主功率回路的控制端电连接；所述控制电路的第二输入端与所述第二输入端口电连接；所述输出端口与所述主功率回路的输出端电连接；所述至少一个开关管为所述主功率回路中的开关管，或者，所述至少一个开关管与所述主功率回路并联在所述第一输入端口和所述输出端口之间；
所述控制电路用于：从所述第二输入端口获取第一控制信号，所述第一控制信号用于指示对所述光伏电池进行测试；并根据所述第一控制信号控制所述至少一个开关管将所述第一输入端口与所述输出端口电连接；
所述控制电路还用于：获取第二控制信号，所述第二控制信号用于指示禁止对所述光伏电池进行测试；并根据所述第二控制信号停止从所述第二输入端口获取信号，以禁用所述第二输入端口。
2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述至少一个开关管与所述主功率回路并联在所述第一输入端口和所述输出端口之间时，所述至少一个开关管导通后形成的通路与所述主功率回路并联在所述第一输入端口和所述输出端口之间。
3.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述至少一个开关管为所述主功率回路中的开关管时，所述至少一个开关管导通后形成所述第一输入端口和所述输出端口之间的直通通路。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光伏组件，其特征在于，所述主功率回路包括电压电流变换电路，
所述控制电路还用于从所述第一输入端口获取供电电压，所述供电电压用于为所述控制电路的工作进行供电；
所述控制电路还用于生成脉宽调制信号，所述脉宽调制信号用于控制所述电压电流变换电路，对从所述第一输入端口输入的电压电流进行变换并从所述输出端口输出。
5.根据权利要求4所述的光伏组件，其特征在于，所述电压电流变换电路包括：降压BUCK电路，或者，升压BOOST电路，或者，降压升压BUCK-BOOST电路。
6.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的光伏组件、电源监控设备以及储能电池，所述电源监控设备用于监控所述光伏组件的工作状态，并根据所述工作状态调度所述光伏组件或储能电池进行供电。
7.一种光伏测试方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-5任一项所述的光伏组件或者如权利要求6所述的光伏系统，所述方法包括：
控制电路从第二输入端口获取第一控制信号，所述第一控制信号用于指示对光伏电池进行测试；并根据所述第一控制信号控制至少一个开关管将光伏测试电路的第一输入端口与输出端口电连接；
所述控制电路获取第二控制信号，所述第二控制信号用于指示禁止对所述光伏电池进行测试；并根据所述第二控制信号停止从所述第二输入端口获取信号，以禁用所述第二输入端口。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主功率回路包括电压电流变换电路，所述方法还包括：
所述控制电路从所述第一输入端口获取供电电压，所述供电电压用于为所述控制电路的工作进行供电；
所述控制电路生成脉宽调制信号，所述脉宽调制信号用于控制所述电压电流变换电路，对从所述第一输入端口输入的电压电流进行变换并从所述输出端口输出。
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