CN115579960B - 安全低电压组合式区域功率优化光伏组件及逆变发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件及逆变发电系统，采用两种版型的区域功率优化光伏组件单体，两种单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的区域发电单元，由两种单体依次间隔布置，使得同一区域相邻两个及以上的甲、乙版型的发电单元进行串联的构成串联体，不同区域的串联体接入多体微型逆变器的不同DC‑DC模块体，并且通过限制接入微型逆变器的所述两种版型的优化光伏组件单体的总数量能够确保接入所述微型逆变器的光伏发电单元的总输入电压低于等于安全电压限值，此有利于低成本构建满足各国安全规范要求的高容量低电压的逆变发电系统。

Description

安全低电压组合式区域功率优化光伏组件及逆变发电系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种安全低电压组合式区域功率优化光伏组件及逆变发电系统。

背景技术

光伏逆变器的主要作用为实现电能的转换，将光伏组件产生的直流电转化为电网传输和用户使用的交流电，是光伏系统的组成要素之一。根据技术路径不同，光伏逆变器主要包括集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器，从应用场景来看，微型逆变器通常适用于分布式发电系统，常用于户用屋顶和工商业屋顶等场景，微型逆变器最明显的优势是具有直流电压低的特点，能消除发电过程中的火灾风险。但目前微型逆变器系统成本较高，也相比较“组串式逆变器+功率优化器”系统发电效率低的劣势，同时亦无法有效规避工商业屋顶场景下，传统光伏组件版型结构竖装时组件内部由于前后排遮挡、下端积灰、双面组件背部照度等上下照度不均匀引起的组件内部失配问题，以上微型逆变器的不足限制了其在工商业屋顶场景下的更为广泛的应用。

与传统光伏组件级功率优化方案不同，双路区域功率优化组件把光伏组件的电池串分成上下(竖装)两个区域，通过分别运用MPPT功率优化电路取代传统旁路二极管，可最大程度上防止热斑效应，延长光伏组件的使用寿命。此外，双路区域功率优化组件还具备更强的环境适应性，其实采用低成本的光伏组件竖装时，可减少光伏组件表面阴影遮挡或积灰造成的功率损失，降低光伏系统的运营与维护费用；在实际应用中，该光伏组件的阵列间距更小，可大幅提高屋顶或地面的空间利用率，优化光伏发电系统的综合安装成本与效益。

专利号CN114614510A公开了一种交错互联组合式区域功率优化光伏组件及发电系统，采用两种版型的区域功率优化光伏组件单体，两种单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的区域发电单元，由两种单体依次间隔布置，使得相邻两个不同版型的同一区域上的发电单元进行串联后接入同一个功率优化器，相比较以往一个光伏发电单元单独使用一个功率优化器的方案大幅减少了光伏组件中的功率优化器的使用数量，有利于降低光伏发电系统的构建成本，且缩短了光伏组件中的连接线缆的长度，有利于降低系统的线耗。且通过差异化设置不同区域中的功率优化器中的电感的感值，有效改善了光伏组件上、下区域的功率失配问题，降低了电流纹波，提升了光电转换效率。然而，若是接入到同个功率优化器只限制相邻两个不同版型的同一区域，这种接入方式会限制接入同一功率优化器接入的光伏发电单元的容量，难以满足各国对光伏发电系统的安全低电压的安全规范下的功率优化器的高容量及成本降低需求。

若是能够结合上述的交错互联组合式区域功率优化光伏组件专利的发明创造，开发一种高容量安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件及多体微型逆变发电系统，不但可以使系统改善光伏组件上、下区域的功率失配问题，挽回在工商业屋顶场景下由于前后排遮挡、下端积灰、双面组件背部照度等上下照度不均匀引起的组件内部失配发电损失，提升系统的发电量，同时可以在满足各国规范安全电压限值条件下，安全低电压的增加接入微型逆变器的每路光伏发电单元的光伏容量，减少接入路数及DC-DC模块体数量，精简电路结构，降低成本，提升微型逆变器的转换效率。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的问题，提供了一种安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件及逆变发电系统，采用两种版型的区域功率优化光伏组件单体，两种单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的区域发电单元，由两种单体依次间隔布置，使得相邻两个及以上的不同版型的同一区域上的发电单元进行串联后接入多体微型逆变器的同一DC-DC模块体，相比较以往一个光伏组件接入一个功率优化器(MPPT追踪设备)的方案大幅减少了光伏组件中的MPPT追踪设备的使用数量，并且通过限制接入同个微型逆变器的所述甲版区域功率优化光伏组件单体与所述乙版区域功率优化光伏组件单体的数量能够确保接入所述微型逆变器的光伏发电单元的总输入电压低于等于安全电压限值，有利于降低光伏发电系统的构建成本，构建满足各国安全规范要求的高容量安全低电压的光伏发电系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，由若干个甲版区域功率优化光伏组件单体、若干个乙版区域功率优化光伏组件单体依次间隔排列并相互间连接构成，每个区域功率优化光伏组件单体包括第一光伏电池串发电单元和第二光伏电池串发电单元，每个光伏电池串发电单元包括至少一个第一电池串组和至少一个第二电池串组，若干个所述第一电池串组和若干个所述第二电池串组串联构成所述光伏电池串发电单元的输出端，所述输出端包括所述光伏电池串发电单元的正极输出端和负极输出端，且该输出端的正、负极输出端一一对应连接出线端子的输入端的正、负极端子，所述输出端沿所述区域功率优化光伏组件单体的长边的边缘布置；

所述第一光伏电池串发电单元中的第一出线端子与所述第二光伏电池串发电单元的第二出线端子设置在所述区域功率优化光伏组件单体的不同长边边缘，所述第一出线端子和所述第二出线端子呈对角线交错分布构成区域功率优化光伏组件单体的出线端组；

一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体中的出线端组中的出线端子与一个或数个所述乙版区域功率优化光伏组件单体中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子串联后构成串联体，不同区域的所述串联体分别独立连接至多体微型逆变器的对应DC-DC模块体上，构成所述安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件多体微型逆变发电系统，所述多体微型逆变器包括主控模块、通信模块、DC-AC模块和若干路所述DC-DC模块体，每一路所述DC-DC模块体连接对应一路的所述串联体，各所述DC-DC模块体的输出端并联，并接入所述DC-AC模块的输入端。

作为优选，构成所述串联体的接入同一所述多体微型逆变器的所述甲版区域功率优化光伏组件单体与所述乙版区域功率优化光伏组件单体的数量之和在两个及以上，且确保接入所述多体微型逆变器的各光伏发电单元的总输入电压低于或等于安全电压限值；所述安全电压限值为各国规范的直流安全电压限值。

作为优选，甲、乙两种版型的所述区域功率优化光伏组件单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的所述光伏电池串发电单元；两种版型的每种所述区域功率优化光伏组件单体中的所述第一光伏电池串发电单元与所述第二光伏电池串发电单元平行于所在的所述区域功率优化光伏组件单体的短边布置；所述第一光伏电池串发电单元位于所述第二光伏电池串发电单元的上方；在所述甲版区域功率优化光伏组件单体中，所述第一光伏电池串发电单元的所述第一出线端子位于所述甲版区域功率优化光伏组件单体的右侧，所述第二光伏电池串发电单元的所述第二出线端子位于所述甲版区域功率优化光伏组件单体的左侧；在所述乙版区域功率优化光伏组件单体中，所述第一光伏电池串发电单元的所述第一出线端子位于所述乙版区域功率优化光伏组件单体的左侧，所述第二光伏电池串发电单元的所述第二出线端子位于所述乙版区域功率优化光伏组件单体的右侧。

作为优选，接入同一所述多体微型逆变器的从一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体中的所述第一光伏电池串发电单元中引出的所述第一出线端子与一个或数个从所述乙版区域功率优化光伏组件单体中的所述第一光伏电池串发电单元中引出的所述第一出线端子分别位于甲、乙版型光伏组件单体的邻近的长边边缘上，且距离同一方向的短边距离一致。

作为优选，相邻排列的所述甲版区域功率优化光伏组件单体和所述乙版区域功率优化光伏组件单体若重叠后，所述甲版区域功率优化光伏组件单体中虚拟的第一连线与所述乙版区域功率优化光伏组件单体中虚拟的第二连线呈“X”型交错分布，所述第一连线由所述甲版区域功率优化光伏组件单体中以呈对角线交错分布的所述第一出线端子与所述第二出线端子为连接点相连形成，所述第二连线由所述乙版区域功率优化光伏组件单体中以呈对角线交错分布的所述第一出线端子与所述第二出线端子为连接点相连形成。

作为优选，相邻排列的一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体和一个或数个所述乙版区域功率优化光伏组件单体中位于所述第一光伏电池串发电单元的两个及以上所述第一出线端子或位于所述第二光伏电池串发电单元中的两个及以上所述第二出线端子串联后构成由不同区域的光伏组件单体构成的所述串联体后接入同一个所述多体微型逆变器中对应一路的所述DC-DC模块体。

本发明还提供了一种多体微型逆变发电系统，由若干个所述安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件连接而成，所述多体微型逆变发电系统中包括若干多体微型逆变器，所述多体微型逆变器包括主控模块、通信模块、DC-AC模块和若干路所述DC-DC模块体，每一路所述DC-DC模块体连接对应一路的所述串联体，所述DC-DC模块体用于进行DC-DC功率变换以及对所述串联体中的各光伏发电单元的MPPT跟踪，各所述DC-DC模块体的输出端并联，并接入所述DC-AC模块的输入端，

所述DC-AC模块用于把所述DC-DC模块体输入的直流电逆变成满足其输出端所接负载或电网需求的交流电的逆变功率变换；

所述主控模块用于控制各个所述DC-DC模块体进行独立的MPPT跟踪与功率变换；还用于控制所述DC-AC模块进行所述逆变功率变换，并且还用于采集所述DC-DC模块的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流信息，并处理计算各所述DC-DC模块体的所述串联体输入功率信息；

所述通信模块用于把所述主控模块采集DC-DC模块体输入功率信息、所述DC-AC模块输出功率信息上传上位机通信器或监控平台，并接收上位机通信器或监控平台的指令。

作为优选，所述多体微型逆变发电系统包括若干所述串联体，一个或数个甲版区域功率优化光伏组件单体中的出线端组中的出线端子与一个或数个乙版区域功率优化光伏组件单体中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子串联后构成由同一区域的光伏组件单体组成的所述串联体，不同区域的所述串联体分别独立连接至所述多体微型逆变器的对应DC-DC模块体上，所述DC-DC模块体内部包括滤波电感和滤波电容，其中，所述多体微型逆变器中的第二DC-DC模块体中的滤波电感的感值高于第一DC-DC模块体中的滤波电感的感值。

作为优选，当竖向部署光伏组件时，光伏组件中采用甲、乙两种版型的区域功率优化光伏组件单体，相邻甲、乙两种不同版型的同一区域上的发电单元进行串联组合后接入同一多体微型逆变器中的对应路的所述DC-DC模块体，每个所述DC-DC模块体按区域对所述多体微型逆变发电系统进行功率优化，所述区域是指第一光伏电池串发电单元所在区域或者第二光伏电池串发电单元所在区域。

本发明采用两种版型的区域功率优化光伏组件单体，两种单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的区域发电单元，由两种单体依次间隔布置，使得相邻两个及以上的不同版型的同一区域上的发电单元进行串联后接入多体微型逆变器的同一DC-DC模块体，挽回在工商业屋顶场景下，由于前后排遮挡、下端积灰、双面组件背部照度等上下照度不均匀引起的组件内部失配发电损失，提升系统的发电量；

且通过限制接入多体微型逆变器的同一DC-DC模块体的同一区域上的光伏发电单元的数量，使接入光伏发电单元总体输入电压满足各国的安全电压标准，比如美国国家电工法规NEC(National Electrical Code，简称NEC)2017要求，安装在建筑物顶或上的光伏系统必须具备快速关断，且在快速关断装置启动后30秒内，光伏阵列1英尺范围内：电压≤80V的光伏单元输出的安全电压要求，若是采用现有光伏组件，由于其由3个20片以上的子电池串，每个电池片的开路电压为0.7V，每个子电池开路电压0.7V*20＝14V；现有光伏组件的开路电压：14V*3＝42V，若是两块光伏组件串联，其开路电压42V*2＝84V>80V的NEC2017安全规范要求，因此当前一个DC-DC模块体只能接入1块光伏组件；而本专利方案的一个DC-DC模块体可以接入4个以上光伏电池串发电单元，所述微型逆变器接入光伏发电单元的功率可以为现有方案的两倍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的双路区域功率优化的光伏组件单体的整体电路结构图；

图2是甲、乙版区域功率优化光伏组件单体相邻交错排列的示意图；

图3是一个或数个甲版区域功率优化光伏组件单体中的出线端组中的出线端子与一个或数个乙版区域功率优化光伏组件单体中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子连接至同一个多体微型逆变器的示意图；

图4是各多体微型逆变器串联的连接示意图一；

图5是各多体微型逆变器串联的连接示意图二；

图6是甲、乙两种版型上区域功率优化光伏组件串联后形成的第一串联体以及下区域功率优化光伏组件串联后形成的第二串联体分别接入到同个多体微型逆变器的第一DC-DC模块体和第二DC-DC模块体中的示意图；

图7是图1中上区域a1或下区域a2接入同一个多体微型逆变器的连接示意图；

图8是设置有旁路二极管的现有光伏组件的整体电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在介绍本发明实施例提供的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件与多体微型逆变器的连接方式之前，参照图1和图7首先对现有技术中具有多路发电区域的光伏组件与功率优化器(MPPT追踪设备)的连接方式以及解决因遮挡或照度不均匀导致组件内串联的光伏电池片或光伏组件出现的失配问题的原理进行简要说明：

图1中的“a1”“a2”分别代表一路区域的光伏发电单元，a1中的第一串组和第二串组的出线端连接到同个功率优化器中，功率优化器中设有用于优化控制功率优化器输入及输出端的电参量的主控模块，该主控模块包括最大功率跟踪模块、脉冲宽度调制模块和受控端口，最大功率跟踪模块依据检测到的光伏组件单元的输出电参量，由电参量运算并控制脉冲宽度调制模块调节占空比，以使光伏发电单元在最大功率输出；受控端口实时接收外部控制器的推荐占空比，以使功率优化器在推荐输出电压的浮动范围内变换。上、下区域的两个功率优化器使得上、下区域的两个光伏发电单元均能运行在最大功率点，避免失配对光伏组件发电性能的影响。但如图7所示，现有技术中为每一路的光伏发电单元配置一个功率优化器500，一个光伏发电系统中具有庞大数量的光伏组件单体，为减少遮挡或光照角度对光伏组件发电性能的影响，一个光伏组件单体又至少被分为两路光伏发电单元，因此一个光伏发电系统中需要配置数量庞大的功率优化器，成本很高，且功率优化器之间连接的线缆过长还会导致大量的线耗。

另外，背景技术中交代，CN114614510A的已公开专利接入到同个功率优化器只限制相邻两个不同版型的同一区域，这种接入方式会限制同一功率优化器接入的光伏发电单元的容量，难以满足各国对光伏发电系统的高容量安全低电压的安全规范要求。

为了解决上述两个问题，本发明实施例提供了一种安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，如图2、图3所示，由若干个甲版区域功率优化光伏组件单体1、乙版区域功率优化光伏组件单体2依次间隔排列并相互间连接构成，每个区域功率优化光伏组件单体包括第一光伏电池串发电单元10和第二光伏电池串发电单元20，每个光伏电池串发电单元又包括至少一个第一电池串组100和至少一个第二电池串组200，若干个第一电池串组100和若干个第二电池串组200串联构成光伏电池串发电单元的输出端，该输出端包括光伏电池串发电单元的正极输出端和负极输出端，且该输出端的正、负极输出端对应连接出线端子的输入端的正、负极端子，且该输出端沿区域功率优化光伏组件单体的长边的边缘布置；

第一光伏电池串发电单元10中的第一出线端子101与第二光伏电池串发电单元20的第二出线端子201设置在区域功率优化光伏组件单体的不同长边边缘，第一出线端子101和第二出线端子201呈对角线交错分布(比如图3中用“PV1-H”表示的第一出线端子101和用“PV1-L”表示的第二出线端子201呈上右、下左的对角线分布)构成区域功率优化光伏组件单体的出线端组；

一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体1中的出线端组中的出线端子与一个或数个所述乙版区域功率优化光伏组件单体2中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子串联后构成由同一区域的光伏组件单体组成的串联体，不同区域的串联体分别独立连接至多体微型逆变器600的对应DC-DC模块体上，构成安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件多体微型逆变发电系统。

本实施例通过上述的连接方式破除了CN114614510A中提供的仅限相邻版型的区域功率优化光伏组件单体中的两个光伏电池串发电单元接入同个功率优化器，限制了同个功率优化器接入的光伏发电单元的容量的问题。例如，如图6所示，本实施例中，甲、乙两种版型上区域的PV1-H、PV2-H、PV3-H、PV4-H等4个区域功率优化光伏组件单体串联后接入所述多体微型逆变器600中的第一DC-DC模块体601中；甲、乙两种版型下区域的PV2-L、PV3-L、PV4-L、PV5-L等4个区域功率优化光伏组件单体串联后接入所述同个多体微型逆变器600的第二DC-DC模块体602中。

这里还需要说明的是，图8为设置有旁路二极管的现有光伏组件的整体电路结构示意图。图8中的光伏组件的其中一片电池片被树叶、鸟粪遮挡时，当遮挡面积超过30％时，输出电流将极大下降，两串被遮挡电池片串的旁路二极管将导通，电池片串的功率将接近零，整个光伏组件的输出功率将减少。同时被旁路的电池片串在光照下将持续产生电能，并由被遮挡的电池片发热所消耗，现有技术中若是图8的光伏组件接入微型逆变器，其可以解决上述的光伏组件被树叶、鸟粪遮挡引起的光伏组件间失配的问题，然而若是出现图8中的前后排遮挡、积灰、双面光伏组件背部横梁遮挡等光伏组件内部失配问题，现有技术即是当前的图8的光伏组件接入微型逆变器也是无法解决上述组件内部失配问题，挽回以上遮挡引起的内部失配发电损失，提升系统的发电量。

为了尽量缩短各版型区域功率优化光伏组件单体之间的出线端子与多体微型逆变器600的连接线缆以及多体微型逆变器600相互之间的连接线缆的长度，优选地，如图3所示，甲、乙两种版型的区域功率优化光伏组件单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的光伏电池串发电单元，两种版型的每种区域功率优化光伏组件单体中的第一光伏电池串发电单元10与第二光伏电池换发电单元20平行于所在的区域功率优化光伏组件单体的短边布置，第一光伏电池串发电单元10位于第二光伏电池串发电单元20的上方；在甲版区域功率优化光伏组件单体1中，第一光伏电池串发电单元10的所述第一出线端子101位于所述甲版区域功率优化光伏组件单体1的右侧，所述第二光伏电池串发电单元20的所述第二出线端子201位于所述甲版区域功率优化光伏组件单体1的左侧；在所述乙版区域功率优化光伏组件单体2中，所述第一光伏电池串发电单元10的所述第一出线端子101位于所述乙版区域功率优化光伏组件单体2的左侧，所述第二光伏电池串发电单元20的所述第二出线端子201位于所述乙版区域功率优化光伏组件单体2的右侧。

更优选地，如图3所示，接入同一多体微型逆变器600的从甲版区域功率优化光伏组件单体1中的第一光伏电池串发电单元10中引出的第一出线端子101与从乙版区域功率优化光伏组件单体2中的第一光伏电池串发电单元10中引出的第一出线端子101分别位于甲、乙版型光伏组件单体的邻近的长边边缘上，且距离同一方向的短边距离一致，这样甲、乙版型光伏组件单体的两个第一出线端子101接入同一个多体微型逆变器600的线缆长度最小。

更优选地，如图3所示，相邻排列的甲版区域功率优化光伏组件单体1和乙版区域功率优化光伏组件单体2若重叠后，甲版区域功率优化光伏组件单体1中虚拟的第一连线L1与乙版区域功率优化光伏组件单体2中虚拟的第二连线L2呈“X”型交错分布；第一连线L1由甲版区域功率优化光伏组件单体1中以呈对角线交错分布的第一出线端子101与第二出线端子201为连接点相连形成，第二连线L2由乙版区域功率优化光伏组件单体2中以呈对角线交错分布的第一出线端子101与第二出线端子201为连接点相连形成。

本实施例通过对区域功率优化光伏组件单体中的第一出线端子101和第二出线端子201呈对角线交错分布，并通过甲、乙版区域功率优化光伏组件单体重叠后第一连线L1和第二连线L2呈“X”型交错分布的方式，使得图3中所示的出线端子“PV1-H”与出线端子“PV2-H”接入同个多体微型逆变器600的连接线缆的长度最小，且使得出线端子“PV2-L”与出线端子“PV3-L”接入同个多体微型逆变器600的连接线缆的长度最小，进而使得多体微型逆变器600与多体微型逆变器600间连接的线缆长度最小。通过图3中第一连线L1和第二连线L2的“X”型交错分布方式将各个多体微型逆变器600串联起来得到图4所示的各多体微型逆变器600串联连接示意图。本实施例中，各多体微型逆变器600还可通过图5所示的连接方式相互连接。另外需要强调的是，图3中的第一连线L1和第二连线L2是虚拟的，实际并不存在的，仅是为了示意“PV1-H”、“PV1-L”与“PV2-H”、“PV2-L”在相邻的甲版区域功率优化光伏组件单体和乙版区域功率优化光伏组件单体在重叠后设置在“X”字形的4个端点。

一个或数个甲版区域功率优化光伏组件单体1中的出线端组中的出线端子与一个或数个乙版区域功率优化光伏组件单体2中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子串联后构成由同一区域的光伏组件单体组成的串联体，不同区域的串联体分别独立连接至多体微型逆变器600的对应DC-DC模块体上，DC-DC模块体内部包括滤波电感和滤波电容，其中，如图6所示，多体微型逆变器600中的第二DC-DC模块体602中的滤波电感的感值高于第一DC-DC模块体601中的滤波电感的感值。

光伏组件是倾斜安装的，由于重力原因，灰尘、树叶等更容易沉积在图1所示的a2区域(即下区域)，且光照角度问题，下区域更容易被遮挡，因积灰或光照角度等原因遮挡住光伏组件表面会导致被遮挡部分的光伏电池片串发生功率下降，也就是说，光伏组件的下区域通常先发生功率下降。为了解决下区域的功率下降而引起的上、下区域的功率失配问题，通常的做法是对下区域的功率优化电路进行降压升流，调低BUCK电路的占空比，同时维持上区域的BUCK型的功率优化电路的占空比不变，或调高占空比。但我们研究发现，还可通过差异化设置上、下区域的功率优化电路中的电感的感值来改善上、下区域功率失配的问题。经反复实验对比，我们发现，当上区域的功率优化电路中的第一电感(图6中的第二DC-DC模块体602中的电感)的感值大于下区域的功率优化电路中的第二电感(图6中的第一DC-DC模块体601中的电感)的感值时，改善了上、下区域的功率失配问题。更优选地，当第二电感的感值为第一电感的感值的2倍及以上时，上、下区域的功率失配改善最为明显。

作为优选，如图6所示，本实施例提供的多体微型逆变器600包括若干路DC-DC模块体、主控模块、通信模块和DC-AC模块，每一路DC-DC模块体连接对应一路的串联体，DC-DC模块体用于进行DC-DC功率变换以及对串联体中的各光伏发电单元的MPPT跟踪，各DC-DC模块体的输出端并联，并接入DC-AC模块的输入端；

DC-AC模块用于把DC-DC模块体输入的直流电逆变成满足其输出端所接负载或电网需求的交流电的逆变功率变换；

主控模块用于控制各个DC-DC模块体进行独立的MPPT跟踪与功率变换；还用于控制DC-AC模块进行逆变功率变换，并且还用于采集DC-DC模块的输入，输出电压、电流信息，并处理计算各DC-DC模块体的串联体输入功率信息，以及采集DC-AC模块的输出功率信息；

通信模块用于把主控模块采集的DC-DC模块输入功率信息、DC-AC模块输出功率信息上传上位机通信器或监控平台，并接收上位机通信器或监控平台的指令。

本发明还提供了一种多体微型逆变光伏发电系统，由若干个安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件连接而成，当如图3所示竖向部署上述的光伏组件时，光伏组件中采用甲、乙两种版型的区域功率优化光伏组件单体，相邻甲、乙两种不同版型的同一区域上的发电单元进行串联组合后接入同一多体微型逆变器600中的对应路的DC-DC模块体，每个DC-DC模块体按区域对多体微型逆变发电系统进行功率优化，区域是指第一光伏电池串发电单元10所在区域或者第二光伏电池串发电单元20所在区域。

另外，为了满足各国对光伏发电系统的高容量安全低电压的安全规范要求，在本实施例中，限定了接入同一多体微型逆变器600的甲版区域功率优化光伏组件单体1与乙版区域功率优化光伏组件单体2的数量能够确保接入多体微型逆变器600的各光伏发电单元的总输入电压低于或等于安全电压限值；安全电压限值为各国规范的直流安全电压限值。

综上，本发明采用两种版型的区域功率优化光伏组件单体，两种单体中的电池片串均按区域等分为相同数量的区域发电单元，由两种版型组件单体依次间隔设置，使得相邻两个以上，包括两个不同版型的同一区域上的光伏发电单元进行串联后接入同一个多体微型逆变器600，相比较以往一个光伏发电单元单独使用一个功率优化器(MPPT追踪设备)的方案大幅减少了光伏组件中的MPPT追踪设备的使用数量，通过限制接入同一多体微型逆变器600的所述甲版区域功率优化光伏组件单体与所述乙版区域功率优化光伏组件单体的数量能够确保接入所述多体微型逆变器600的光伏发电单元的总输入电压低于等于安全电压限值，此方案有利于降低光伏发电系统的构建成本，构建满足各国安全规范要求的高容量安全低电压的光伏发电系统。

以美国国家电工法规(National Electrical Code，简称NEC)要求为例，NEC2017规范要求安装在建筑物顶或上的光伏系统必须具备快速关断，且在快速关断装置启动后30秒内，光伏阵列1英尺范围内：电压≤80V的光伏单元输出的安全电压要求。以210-40-410区域功率优化光伏组件为例，该型光伏组件总体功率410Wp，具有80片半切的210型太阳电池片，分上下两个区域发电单元，每个发电单元功率205Wp；太阳电池单体开路电压约0.7V，由于采用20片电池片串联构成电池串组的形式构成，因此每个区域发电单元的开路电压为：0.7V*20＝14V。我们把两个甲版区域功率优化光伏组件单体1中的出线端组中的出线端子与两个所述乙版区域功率优化光伏组件单体2中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子连接至同一个多体微型逆变器600时，总体光伏发电单元的开路电压为14V*4＝56V<80V的美国NEC2017规范要求；若是采用现有光伏组件，由于其由3个20片以上的子电池串，每个电池片的开路电压为：0.7V，每个子电池开路电压0.7V*20＝14V；现有光伏组件的开路电压：14V*3＝42V，若是两块光伏组件串联，其开路电压42V*2＝84V>80V的NEC2017安全规范要求，因此当前一个DC-DC模块体只能接入1块400Wp光伏组件；而本专利方案的一个DC-DC模块体可以接入4个以上光伏电池串发电单元，所述多体微型逆变器600的一个DC-DC模块体接入光伏发电单元的功率为205*4＝820Wp，若是两体微型逆变器则两个DC-DC模块体分别接入甲乙版型上下两个区域的邻近4个以上光伏组件单体构成的串联体，此时接入两体微型逆变器的光伏发电单元总容量：820Wp*2＝1640Wp。

相对于常规的双体微型逆变器的容量，接入两块常规光伏组件410W组件，可以提升容量一倍，所述功率优化器单位成本大幅降低，有利于降低光伏发电系统的构建成本，有利于降低系统的线耗，提升了光伏组件的发电性能。

而且，本发明通过差异化设置上、下区域中的多体微型逆变器600中DC-DC模块体的电感的感值，有效改善了光伏组件上、下区域的功率失配问题。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (9)

1.一种安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，其特征在于，由若干个甲版区域功率优化光伏组件单体(1)和若干个乙版区域功率优化光伏组件单体(2)依次间隔排列并相互间连接构成，每个区域功率优化光伏组件单体包括第一光伏电池串发电单元(10)和第二光伏电池串发电单元(20)，每个光伏电池串发电单元包括至少一个第一电池串组(100)和至少一个第二电池串组(200)，若干个所述第一电池串组(100)和若干个所述第二电池串组(200)串联构成所述光伏电池串发电单元的输出端，所述输出端包括所述光伏电池串发电单元的正极输出端和负极输出端，且该输出端的正、负极输出端一一对应连接出线端子的输入端的正、负极端子，所述输出端沿所述区域功率优化光伏组件单体的长边的边缘布置；

所述第一光伏电池串发电单元(10)中的第一出线端子(101)与所述第二光伏电池串发电单元(20)的第二出线端子(201)设置在所述区域功率优化光伏组件单体的不同长边边缘，所述第一出线端子(101)和所述第二出线端子(201)呈对角线交错分布构成区域功率优化光伏组件单体的出线端组；

一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)中的出线端组中的出线端子与一个或数个所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子串联后构成串联体，不同区域的所述串联体分别连接至多体微型逆变器(600)的不同的DC-DC模块体上，构成所述安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件多体微型逆变发电系统，所述多体微型逆变器(600)包括主控模块、通信模块、DC-AC模块和若干路所述DC-DC模块体，每一路所述DC-DC模块体连接对应一路的所述串联体，各所述DC-DC模块体的输出端并联，并接入所述DC-AC模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，其特征在于，构成所述串联体的接入同一所述多体微型逆变器(600)的所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)与所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)的数量之和在两个及以上，且确保接入所述多体微型逆变器(600)的所述串联体的总输入电压低于或等于安全电压限值，所述安全电压限值为各国规范的直流安全电压水平。

3.根据权利要求1所述的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，其特征在于，甲、乙两种版型的所述区域功率优化光伏组件单体中的电池片串均按区域等分成相同数量的所述光伏电池串发电单元；两种版型的每种所述区域功率优化光伏组件单体中的所述第一光伏电池串发电单元(10)与所述第二光伏电池串发电单元(20)平行于所在的所述区域功率优化光伏组件单体的短边布置；所述第一光伏电池串发电单元(10)位于所述第二光伏电池串发电单元(20)的上方；在所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)中，所述第一光伏电池串发电单元(10)的所述第一出线端子(101)位于所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)的右侧，所述第二光伏电池串发电单元(20)的所述第二出线端子(201)位于所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)的左侧；在所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中，所述第一光伏电池串发电单元(10)的所述第一出线端子(101)位于所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)的左侧，所述第二光伏电池串发电单元(20)的所述第二出线端子(201)位于所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)的右侧。

4.根据权利要求1所述的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，其特征在于，接入同一所述多体微型逆变器(600)的同一DC-DC模块体的串联体从一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)中的所述第一光伏电池串发电单元(10)中引出的所述第一出线端子(101)与一个或数个从所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中的所述第一光伏电池串发电单元(10)中引出的所述第一出线端子(101)分别位于甲、乙版型光伏组件单体的邻近的长边边缘上，且距离同一方向的短边距离一致。

5.根据权利要求1所述的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，其特征在于，相邻排列的所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)和所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)若重叠后，所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)中虚拟的第一连线(L1)与所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中虚拟的第二连线(L2)呈“X”型交错分布，所述第一连线(L1)由所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)中以呈对角线交错分布的所述第一出线端子(101)与所述第二出线端子(201)为连接点相连形成，所述第二连线(L2)由所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中以呈对角线交错分布的所述第一出线端子(101)与所述第二出线端子(201)为连接点相连形成。

6.根据权利要求1所述的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件，其特征在于，相邻排列的一个或数个所述甲版区域功率优化光伏组件单体(1)和一个或数个所述乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中位于所述第一光伏电池串发电单元(10)的两个及以上所述第一出线端子(101)或位于所述第二光伏电池串发电单元(20)中的两个及以上所述第二出线端子(201)串联后构成由不同区域的所述光伏组件单体构成的两个以上的所述串联体后接入同一个所述多体微型逆变器(600)中不同的所述DC-DC模块体。

7.一种多体微型逆变发电系统，其特征在于，由若干个权利要求1-6任意一项所述的安全低电压的组合式区域功率优化光伏组件连接而成，所述多体微型逆变发电系统中包括若干多体微型逆变器(600)，所述多体微型逆变器(600)包括主控模块、通信模块、DC-AC模块和若干路所述DC-DC模块体，每一路所述DC-DC模块体连接对应一路的所述串联体，所述DC-DC模块体用于进行DC-DC功率变换以及对各光伏发电单元所述串联体中输入的光伏电源进行MPPT跟踪，各所述DC-DC模块体的输出端并联，并接入所述DC-AC模块的输入端；

所述DC-AC模块用于把所述DC-DC模块体输入的直流电逆变成满足其输出端所接负载或电网需求的交流电的逆变功率变换；

所述主控模块用于控制各个所述DC-DC模块体进行独立的MPPT跟踪与功率变换；还用于控制所述DC-AC模块进行所述逆变功率变换，并且还用于采集所述DC-DC模块的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流信息，并处理计算各所述DC-DC模块的所述串联体输入功率信息；

所述通信模块用于把所述主控模块采集的所述DC-DC模块体输入功率信息、所述DC-AC模块输出功率信息上传上位机通信器或监控平台，并接收上位机通信器或监控平台的指令。

8.根据权利要求7所述的多体微型逆变发电系统，其特征在于，所述多体微型逆变发电系统包括若干所述串联体，一个或数个甲版区域功率优化光伏组件单体(1)中的出线端组中的出线端子与一个或数个乙版区域功率优化光伏组件单体(2)中的出线端组中的靠近同一短边方向的邻近的出线端子串联后构成由同一区域的光伏组件单体组成的所述串联体，不同区域的所述串联体分别连接至所述多体微型逆变器(600)的不同的所述DC-DC模块体上，所述DC-DC模块体内部包括滤波电感和滤波电容，其中，设置于所述多体微型逆变器(600)中的第二DC-DC模块体(602)中的滤波电感的感值高于第一DC-DC模块体(601)中的滤波电感的感值。

9.根据权利要求7所述的多体微型逆变发电系统，其特征在于，当竖向部署光伏组件时，光伏组件中采用甲、乙两种版型的区域功率优化光伏组件单体，相邻甲、乙两种不同版型的同一区域上的发电单元进行串联组合后接入同一多体微型逆变器(600)中的不同所述DC-DC模块体，每个所述DC-DC模块体按区域对接入所述多体微型逆变发电系统的所述不同区域的光伏发电单元的串联体进行MPPT跟踪与功率变换，所述区域是指第一光伏电池串发电单元(10)所在区域或者第二光伏电池串发电单元(20)所在区域。

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