CN115967346A - 一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路 - Google Patents
一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115967346A CN115967346A CN202310058636.0A CN202310058636A CN115967346A CN 115967346 A CN115967346 A CN 115967346A CN 202310058636 A CN202310058636 A CN 202310058636A CN 115967346 A CN115967346 A CN 115967346A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- junction box
- circuit
- connecting port
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 24
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 4
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 206010014357 Electric shock Diseases 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路，涉及光伏电开关技术领域，包括切断电流的开关且切断后续流电路也不能工作，让所在的太阳能电池组件脱离太阳能电池阵列；续流电路，采用MOSFET，该MOSFET的驱动能量来自太阳能电池的电流流经该MOSFET上体二极管的电压；单总线通讯总线，通过一个电容来做信息传递和直流电压隔离；该太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路，在太阳能阵列需要维护或因为安全问题需要关闭时，通过菊花链总线传递指令，每个接收到指令的太阳能电池组件，由于存在多路供电系统，即使该组件因为损坏不能发电，或者被遮蔽不能发电，经过自适应调整的延时后，都能迅速从阵列中脱离出来，实现了太阳能电池阵列的安全解构。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电开关技术领域，具体涉及一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路。
背景技术
太阳能电池组件接线盒是太阳电池组件内部连线的端子，同时也是组件彼此互联的端子，太阳能电池组件接线盒同时需要在部分电池损坏或者被遮蔽时扮演旁路通道， 因此太阳能电池组件接线盒是关系到太阳能电池阵列正常发电的重要组件。
现在的光伏电池阵列往往采用800V电压总线或者1500V电压总线给逆变器供电，供电电流10A或者更高。一旦发生意外， 如火灾或者触电事故，需要消防人员或者救援人员到电池阵列现场， 为了安全需要立即切断发电，切断如此高压和大电流，本身可能引起拉弧或者火灾， 触点烧蚀和其他次生伤害。更重要的是，此时单纯地通过一个断路器切断电流并不能解除高压危险，因为每一个太阳能电池组件依旧在继续发电，它们彼此连接形成的高压对于救援人员是致命的危害。
由于技术进步，更多的太阳能电池组件在弱光和微光的情况下也能发电，这意味着很多清洗和维护都可能面临触电风险。需要有新的接线盒能够在各种情况下可靠地解构阵列，事情结束后重新恢复阵列的正常运行。
为克服上述问题，在太阳能电池阵列中的每个电池组件引入采用传统的固态继电器或者半导体开关在电路中引入很大的损耗。800V或者1500V的母线电压和巨大的电缆分布电感也给开关器件带来了极大的电压应力，瞬间的关断在主开关上形成的峰值电压往往达到母线电压的130%-150%，但一般由于单一半导体开关耐压不够，无法达到规定的绝缘等级，如果采用两个或多个半导体开关串联的结构，如每个光伏电池板块中的开关由两个IGBT串联组成，将浪费全部发电6.48%或更多的电能。除了浪费了大量的电能，又增加了很难排出的热耗，造成极大系统隐患的问题，使用传统的电磁阀、继电器等电磁吸放开关又有很难克服的拉弧现象，轻则损伤开关，重则不能保证切断。
更重要的是，一切电路都需要电源。无论采用传统的电磁吸放开关加通讯电路还是半导体开关加通讯电路来执行太阳能电池板阵列的建构和解构都需要电源，一般的做法是直接采用该接线盒所在板块对应的太阳能电池板。这样的结构遇到该板块被遮蔽或者该板块损坏而不能发电的情况会导致该接线盒无法工作，本发明采用的是菊花链通讯总线，一个接线盒无法通讯将导致该接线盒后面的所有接线盒通讯失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种太阳能电池组件可脱离接线盒，包括连接端口一、连接端口二、连接端口三、连接端口四、连接端口五和无拉弧断路开关，所述无拉弧断路开关包括主开关、一个或多个串联的半导体开关构成的支路开关，所述主开关和支路开关构成并联关系；所述连接端口一与主开关的一端连接，所述连接端口四与主开关的另一端并联。
进一步地，所述主开关由继电器、电磁阀、接触器的其中一种或两种及以上组合构成。
进一步地，在所述连接端口一和连接端口二之间设置有电压传感器，用于对控制电路上的太阳能电压进行检测。
进一步地，在所述接线盒主体内腔还设置有旁路开关，设置于连接端口一、连接端口二之间，所述旁路开关采用半导体的MOSFET管。
进一步地，在一个或多个所述旁路开关上设置有检测端，用于对串联的所述旁路开关进行监控。
进一步地，接线盒内有多路供电电路，防止接线盒对应部分的太阳能电池板损坏或者被遮蔽导致的无法供电；
另外，作为接线盒的一个重要功能，旁路开关就是在对应部分的电池板被遮蔽或其他原因不能发电而呈现高阻态的时候提供旁路通道，让整串电池板的电流能够不受限制流过，继续输出电能；
连接端口一和连接端口二之间需要有一个反向旁路导通的开关，当端口一电压高于端口二时，开关关闭，仅仅有0.01-0.5mA的漏电流。一种简单的设计是采用一个大电流肖特基二极管反向并联在对应的电池板两端。一块太阳能电池组件通常会被分成3个部分，因此整块电池组件需要3个旁路二极管；
随着光伏电池组件的功率不断增大，现在主流的电池组件最大短路电流已经超过20A，继续采用一个肖特基二极管作为旁路导通会产生最高超过10W的热量，接线盒温度在恶劣环境下超过200摄氏度，已经超过了焊锡融化的温度，为整个光伏电池板的防火带来很大的压力；
对此，在本发明的另一技术方案中，在所述接线盒内还设置有旁路开关，设于连接端口一、连接端口二之间有一个MOSFET，漏极和连接端口一相连，源极和连接端口二相连，当检测到连接端口二电压高于连接端口一0.5V时，倍压电荷泵电路启动，产生大约1.4V以上的电压打开MOSFET， 形成了替代传统肖特基二极管的旁路电流通道。显然，打开MOSFET的驱动能量来自MOSFET体二极管的导通电压，如果MOSFET的导通阈值电压过高，会导致MOSFET的导通不足，等效电阻高于传统的肖特基二极管。
进一步地，所述旁路开关使用MOSFET管的开启电压小于1.2V；
另一方面，旁路肖特基二极管的导通电压在0.4~0.6V之间，选取的MOSFET平均导通压降必须控制小于0.4V，才能超越普通的肖特基二极管。
进一步地，所述旁路开关导通输出电能时的压差小于0.35V；
对于光伏电池，在需要切断电流，同时把整个串联光伏电池阵列解构成单节电池组件的过程中，每个电池组件需要接受指令。传统的方式有无线方式和有线总线方式，无线方式成本高昂，大型阵列有超过10万个电池板在线，存在频谱紧张和同频干扰的问题。如果采用有线总线方式，需要额外拖设电缆，例如，美国专利US5210846B1单线总线架构，描述使用的1线制总线，实际上也使用了2根线，一根是信号线，一根是参考地。另外在典型的800V电压母线场景下，有22块光伏电池板串联，这时一般的通讯总线架构面临高达800V的电压跨度，无论是电力线载波还是485总线，都必须采用隔离的方式，从而带来了额外的高额成本。新的太阳能阵列的母线电压甚至是1500V或者更高，因此问题更加严峻；
与现有技术相比，本发明提供的一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路，当控制电路在太阳能电压到达一定幅值后打开半导体开关的支路开关线路，在主开关导通的过程中，整个开关承受的压降只有与之并联的半导体开关压降相当，由于主开关触点的导通电阻远小于半导体开关上的等效电阻，电流主要流经主开关，整个回路的电力损耗达到了最小化。根据半导体开关的固态电路特性，在继电器切断电流后，半导体开关再切断，也不会有电弧产生，同时采用了一个MOSFET替代了传统的肖特基二极管，挑选低开启电压的MOSFET和MOSFET栅极电压的管理，避免形成过高温度的旁路放电，同时避免遮蔽消失后电池组件重新供电形成局部短路放电通道，危害系统安全；
作为传达关断或者开通的指令，本发明引入电容耦合的单总线菊花链拓扑结构，最低只需要1根线就可以完成电压跨度超过1000V以上的电池板之间的通讯。在接到关断指令后迅速完成无拉弧关断，与此同时把关断指令通过1线制电容总线传送给下一个，依次递推，直到全部完成指令。
菊花链结构的电容隔离数据总线有着结构简单的优点，也有很明显的缺点。任何一个链条上的接线盒失效都会导致这个接线盒后面的所有接线盒失去联系。在太阳能电池阵列最常见的问题就是由于太阳能电池的破损或者被遮蔽而失去供电能力。
进一步地，本发明在所述接线盒主体电路设计了多路供电，一路是该接线盒对应的太阳能电池板直接供电，一路是一个可调耦合度的电流互感器及整流稳压电路，通过一个电流互感器从整个阵列流经的电流取电。整个太阳能电池阵列的电流来自电池组件，因此它是直流的，理论上无法通过电流互感器取得能量。但由于逆变器的开关效应，在总电流中存在一定比例的交流电流成分，一般在5~30%。对于这样的电流，普通的电流互感器会因为直流成分而饱和，本发明采用了可调节磁隙大小的松耦合电流互感器来适应不同的交流电流成分。为了保证接线盒供电稳定，还可以加上一个锂锰电池组；
多路供电电路的存在增加了在对应太阳能电池板损坏或者被遮蔽时候继续工作的能力，但锂锰电池存在寿命问题，无法提供电池板长达20年生命周期内的稳定工作，只能作为辅助电源使用。可调耦合度的电流互感器及整流稳压电路在整个阵列电流被切断后不再提供电能，这一供电支路依靠输出电容只能维持若干毫秒的工作，更长时间的工作需要容量大得多的电容器，必须在这个短短地延时内及时完成电池组件和阵列的分离。因此本发明使用自适应一个延时算法，让整个阵列的每一个电池板在相近的时间中一起切断电流，这样可以最大限度降低输出电容的容量，降低成本，同时也提高了系统的鲁棒性；
本发明采用了自适应延时算法来解决这一问题， 根据该组件在整个阵列中的位置来决定延时长短。整个阵列中，第一块电池组件接到关断指令到一起关断的时间最长，最后一块电池组件接到关断指令到一起关断的时间最短， 其中的时间基本上就是每个电池组件传送关断指令的延时；
假定第一块组件的序列号为1， 已知本阵列的最大组件序号是M， 假定通知关断的指令位数为12位，每个指令位（bit)时间为t, 第一块电池组件接到关断通知后延时（M-1）*12*t后执行关断指令, 第2块电池组件接到关断通知后（M-2）*12*t后执行关断指令，第k块电池组件接到关断通知后（M-k）*12*t后执行关断指令,最后一块接到通知后立即关断电流。
通过上述的延时设定，对多路供电电路最小的需求下整个阵列几乎在同一时间同时关断了电流，完成了电池阵列的安全解构。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一中主开关和支路开关的打开和关闭方式示意图；
图3为本发明实施例二中保护盒内腔旁路开关示意图；
图4为本发明实施例四中一种多路供电电路的实施方法；
图5为本发明实施例三中太阳能接线盒信号传递的电路图；
图6为本发明实施例三中菊花链拓扑结构的原理框图。
实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
实施例
图1-图2为本发明的一个实施例，本实施例根据半导体开关的固态电路特性，在继电器切断电流后，半导体开关再切断，也不会有电弧产生，消除了拉弧现象。
请参照图1，一种太阳能电池组件可脱离接线盒电路，包括设置接线盒内的连接端口一1、连接端口二2、连接端口三3、连接端口四4、连接端口五5和无拉弧断路开关，无拉弧断路开关包括由继电器构成的主开关、一个或多个串联的半导体开关构成的支路开关；
多个半导体开关之间串联，用于提高电路的总耐压，并达到一定的绝缘要求。
主开关和支路开关处于并联关系；
连接端口一与主开关的一端连接，连接端口四与主开关的另一端相连。
具体地，主开关由继电器、电磁阀、接触器的其中一种或两种及以上组合构成；本实施例中，主开关由继电器构成，也可以用电磁阀或者其他接触器等替代，均应理解为已经包含在本发明中。
具体地，在连接端口一和连接端口二上设置有电压检测，用于对对应的光伏电池板上电压进行检测，使得其在达到一定数值后，如无禁止打开命令将直接打开半导体开关。
在本实施例中，将保护盒11与光伏电池板连接后，通过电阻分压网络对保护盒11、连接端口一1和连接端口二2进行检测，实时对光伏电池板产生的电压进行监控，当电压达一定幅值后打开支路开关。
在打开主开关导通的过程中，整个开关所承受的压降只有与并联的半导体开关压降相当，同时根据电流的不同，电压范围在0-2.5V之间，多个半导体开关串联的电压也在0-10V之间，远低于拉弧电压，从而在使用时限里中无法达到拉弧电压产生的电压，当半支路开关平稳工作后再驱动继电器，使得主开关闭合。
由于主开关触点的导通电阻远小于支路开关上的等效电阻，使得电流主要流经继电器，整个回路的电力损耗达到了最小化；并且在主开关关断时，通过继电器切断主开关回路，使电流流经支路开关，当继电器切断电流后，支路开关再切断，由于半导体开关的固态电路特性，没有电弧产生。
当正在发电的整个系统需要关闭的时候，第一个接线盒接到关闭指令，首先断开继电器，经过一段时间延迟，继电器已经可靠切断后，半导体开关再切断。与此同时，第一接线盒把指令传递给第二接线盒，第二接线盒执行和第一接线盒同样的动作，需要说明的是，每一个光伏电池板都通过保护盒11进行连接，若干个光伏电池板共同构成一个光伏电池阵列，如此类推，所有带断路开关的接线盒都执行了切断指令，整个光伏电池阵列的主电流回路完全断开成若干个单个电池。
对于主开关和支路开关的打开和关闭方式，请参照图2，如需打开支路开关，控制单元输出打开信号，A端口输出一路一定频率和一定占空比的PWM信号，经过驱动电路完成电平转移后经过电容C1、电阻R2加到一个隔离变压器，其中电容C1合理选择数值后既能传递交流信号，又能防止隔离变压器饱和，电阻R2调节驱动电流的大小，隔离变压器的次级有两个绕组，分别驱动2个串联的IGBT。NS2绕组得到PWM信号后，经过电阻R3、齐纳二极管D2、二极管D5、电阻R6形成一定的正向电压，加到IGBT功率管G2栅极，打开了功率管G2，其中电阻R3调节驱动电流大小，齐纳二极管D2限制最大电压，二极管D5维持驱动电流的反向阻塞，电阻R6是栅极电容的泄放电阻，调节功率管G2的关断速度。NS1绕组的导通和NS2一样，不再赘述。
如需打开主开关，由B端口输出一路高电平，通过电阻R7、电阻R4让小信号NPN三极管Q1饱和导通，进而让继电器K1导通。
如需关断支路开关，A端口输出低电平，NS1绕组和NS2绕组上不再有稳定PWM信号输入，功率管G1和功率管G2上的电荷分别通过电阻R5和电阻R6泄放，经过2~3个PWM信号周期后，功率管G1和功率管G2进入关闭状态。
如需关断主开关，B端口输出低电平，电阻R7和电阻R4让NPN三极管Q1的基极低电平，NPN三极管Q1截止，继电器K1关闭，肖特基二极管D3作为续流二极管维持继电器K1线圈中电流缓慢下降，降低浪涌电压。
实施例
如图3所示，在实施例一的太阳能电池组件可脱离接线盒无拉弧电路的基础上，在保护盒内腔还设置有旁路开关，设置于连接端口一、连接端口二之间，旁路开关采用半导体的MOSFET管，在一个或多个旁路开关上设置有检测端，用于对串联的旁路开关进行监控。
本实施例采用了一个MOSFET替代了传统的肖特基二极管，挑选低开启电压的MOSFET和MOSFET栅极电压的管理，避免形成过高温度的旁路放电，同时避免遮蔽消失后电池组件重新供电，在旁路电路形成局部放电通道，危害系统安全。
作为接线盒的一个重要功能，旁路开关就是在对应部分的电池板被遮蔽或其他原因不能发电而呈现高阻态的时候提供旁路通道，让整串电池板的电流能够不受限制流过，继续输出电能。
连接端口一和连接端口二之间有一个反向导通的开关，当端口一电压高于端口二时，开关关闭，仅仅有0.01-0.5mA的漏电流。一种简单的设计是采用一个大电流肖特基二极管反向并联在对应的电池板两端。一块电池板通常会被分成3个部分，因此整块电池板需要3个旁路二极管。
随着光伏电池板的功率不断增大，现在主流的电池板最大短路电流已经超过20A，继续采用一个肖特基二极管作为旁路导通会产生最高超过10W的热量，接线盒温度在恶劣环境下超过200摄氏度，已经超过了焊锡融化的温度，为整个光伏电池板的防火带来很大的压力。
对此，在本发明的另一技术方案中，在保护盒内腔还设置有旁路开关，设于连接端口一、连接端口二之间有一个MOSFET，漏极和连接端口一相连，源极和连接端口二相连，当检测到连接端口二电压高于连接端口一0.8V时，反转倍压电荷泵电路启动，产生大约1.4V以上的电压打开MOSFET，形成了替代传统肖特基二极管的旁路电流通道。显然，打开MOSFET的驱动电压来自MOSFET体二极管上导通后的电压升压后的值，如果MOSFET的导通阈值电压过高，会导致MOSFET的导通不足，等效电阻高于传统的肖特基二极管。
进一步地，旁路开关使用MOSFET管的开启电压小于1.2V。
另一方面，肖特基二极管的导通电压在0.4~0.6V之间，选取的MOSFET平均导通压降必须控制小于0.4V，才能超越普通的肖特基二极管。
进一步地，旁路开关导通任一个光伏电池板输出电能时的压差小于0.35V。
请参照图3，对于传统的旁路电流开关，在本实施例中，采用了一个增强型NMOS-MN1替代了传统的肖特基二极管。当旁路电流经过MN1的时候，MN1并没有导通，电流流经它的体二极管，形成峰值超过0.7V的电压。
一般的逻辑电路在这个电压无法工作， 因此无法驱动传统的电荷泵升压电路。本发明启用了一个与MN1漏极和源极并联的多倍压电路。当多倍压的输出电压大于MN1的启动电压时，MN1打开。传统的旁路电流开关使用肖特基二极管，它的典型导通压降在0.4~0.6V。必须合理选择MN1的导通电阻，确保MN1的导通压降低于传统的肖特基二极管，否则将面对更加严峻的散热问题。
多倍压电路由MP1/MN2、MP2/MN3、MP3/MN4三对小信号MOSFET组成的三级反相器环路振荡器和后面的电荷泵电路组成。三级反相器环路振荡仅仅是一种方法，根据实际需要可以增加到四级、五级乃至更多级。级数越多，成本越高，但启动电压越低，MOSFEET上的功耗越小。 任何扰动信号在MP1/MN2的栅极后反相放大，加到MP2/MN3的输入端，如此逐次反相放大，MP3/MN4的输出又接入了MP1/MN2的输入，构成正反馈循环，最后输出方波到C1、D1、C2、D2、D3、C4、D4、C6构成的多倍压电路，R1作为多倍压电路的负载，可以防止过高的尖峰电压，同时可以调节MN1栅极电压的泄放时间，在关断的时候控制关断速度。
一旦MN1打开后，MN1上的压降会立即降低，MN1上的体二极管不再导通，多倍压电路停止输出，其输出电压逐渐降低，一段时间后再也不能维持MN1的导通。
MN1关闭后，电流再次被迫流向其自身的体二极管，形成超过0.7V的电压，这时多倍压电路再次开始工作，MN1导通。就这样MN1进入周期性的导通、关闭和体二极管导通的交替状态。整个设计的重点就是环路振荡器工作的起始电压、挑选低开启电压的MOSFET和MOSFET栅极电压的管理。电压不够过早地打开MOSFET，让多倍压电路早早失去了输出能力，MN1及其体二极管交替导通的频率过高，开关损耗过高。MN1导通后其自身两端的电压立即降低到0.5V以下，多倍压电路失去了能量供应来源，其输出电压的因为电阻负载的泄放缓慢下降。当遮蔽解除后，光伏电池板的电压立即恢复，MN1上的栅极电荷如不能迅速泄放，旁路MOSFET将持续导通，对光伏电池形成局部放电通道，危害系统安全。如果栅极电荷泄放过快，MOSFET在旁路过程中频繁关断，体二极管导通的时间比例大大上升，大幅度增加了热耗散，这是一个矛盾的两难处境。合理设计泄放电阻的参数，可以保证栅极电压能在1秒内降低到0.5V以下水平，以15A的短路电流计算，在10mohm的MOSFET上的热耗散也只有2.25J，能量损失有限，发热也在可控范围。
实施例
请参照图5和图6，本实施例提供了一种太阳能电池组件可脱离接线盒，包括位于光伏电池板上的多个光伏接线盒，光伏接线盒是如实施例一或实施例二的无拉弧断路开关，光伏电池接线盒具备低热耗散旁路导通能力。
本实施例引入电容耦合的菊花链拓扑结构，最低只需要1根线就可以完成电压跨度超过1000V以上的电池板之间的通讯。在接到关断指令后迅速完成无拉弧关断，与此同时把关断指令通过1线制电容总线传送给下一个，依次递推，直到全部完成指令，从而降低了安装成本。
具体地，多个太阳能接线盒之间通过电容连接，构成如图6所示的菊花链拓扑结构。
如图6所示，本实施例中，多个光伏电池板之间利用接线盒通过电容连接，为了解决信号传递，采用菊花链电容隔离的方式完成了逐块的信号传递；光伏电池板A和光伏电池板B用电缆相连，光伏电池板B再用电缆和光伏电池板C相连，在此连接方法中不会形成网状的拓扑结构，只有相邻的设备之间才能直接通信。
在光伏电池板A处不能和光伏电池板C直接通信的，它们必须通过光伏电池板B来中转来传输信号。
本实施例中，由于是相邻光伏电池块的信号传递，压差仅仅在40V左右，一般一个普通电容即可完成单相信号的传递和直流电压的隔离。经过简单的整形电路，一个普通的MCU（微控制单元）即可完成单向通讯。
如图5所示，在本实施例中，发送端为高电平时，小信号NPN三极管Q1的集电极电压为低电平，VCCB通过R2对C1充电，电容C1两端建立起一定电压，稳定后接收端相对于GNDB的电压大致为1/2 VCCB，发送端由高电平转低电平时，Q1的集电极电压升高，接近VCCA，电容C1两端的电压不能突变，接收端接收电压突然增加VCCA（最大不超过VCCB+D1导通电压）的电压信号，如果把上升沿作为1的话，这就等于传送了一个“1”。
一段时间后，电容C2上的电荷通过电阻R3和电阻R4泄放，接收端输入电压回到1/2VCCB左右，电容C1两侧保持一个确定的电压差。发送端电压从低电平变回高电平时，Q1集电极突然降低，电容C1两侧的电压不能突变，接收输入端的电压突然下降，等于接收到一个“0”。肖特基二极管D1和D2把接收端电压钳位在VCCB和GNDB附近，确保不会导致闩锁效应，电阻R3和电容C2滤除尖峰毛刺电压，保护接收端。
实施例
请参阅图1-图5，一种太阳能电池组件可脱离接线盒，揭示了多路供电电路和整个太阳能电池阵列以及本发明其他部分电路的关系；
图4给出了一种多路供电电路的实施方法；
A路的电源直接取自对应的太阳能电池组件中的一个单元，肖特基二极管D1是防反向泄露的；B路通过一个可调耦合度的松耦合电流互感器从流经的太阳能电池阵列纹波电流中取得能量，耦合位置见图1，1：10~1：1000的圈比，可以从1A的纹波电流中获得超过10mA的电流。经过两个肖特基二极管D2和D6以及CT的中间抽头构成了全波整流，负载电阻R1和齐纳二极管D5把电压稳定在略低于正常太阳能电池电压的电压水平，肖特基二极管D3是防反二极管；C路是两个锂锰纽扣电池串联加上防反肖特基二极管D4构成备用电源，即使在黑夜也可以维持基本的通讯功能。
其中弧形磁性材料3上绕有一个绕组，圈数在10~1000之间，磁性材料4是一个可滑动的磁性材料块。太阳能电池阵列的电流穿过弧形线圈的中空 部分。标准的直流是无法通过电流互感器获得能量的，太阳能电池阵列的电流通过逆变器输送进电网，因此在电池输出中在必然存在一定的纹波电流，这样通过电流互感器可以获得一定大小的能量，太小的圈数很难取得足够高的电压，太大的圈数容易让线圈饱和，也浪费电能。 一个磁性矩形条覆盖该弧形材料的缺口，调节剩余缺口的大小，等于调节耦合的松紧程度，保证既不饱和，又不会耦合不佳，不能获得足够的电能。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (9)
1.一种太阳能电池组件可脱离接线盒，其特征在于：包含了切断电流的开关且切断后续流电路也不能工作，让所在的太阳能电池组件脱离太阳能电池阵列；
续流电路，采用MOSFET作为主要续流通道，该MOSFET的驱动能量来自太阳能电池的电流流经该MOSFET上体二极管的电压；
单总线通讯总线，通过一个电容来做信息传递和直流电压隔离；
多路供电电路，当连接本接线盒部分的太阳能电池部分损坏或被遮蔽而不能发电后可以依靠其他供电方式，维持接线盒的可脱离功能正常作用。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池组件可脱离接线盒，其特征在于：所述的续流电路的驱动电压来自低于0.7V启动的多倍压电荷泵。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池组件可脱离接线盒，其特征在于：多个接线盒之间通过电容连接，构成菊花链结构的数据总线。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池组件可脱离接线盒，其特征在于：该太阳能电池阵列的每个接线盒都有一个序列号，序列号由关断指令赋予，关断指令中包含电池组件序列号，下一块电池组件接到关断指令后把接收到的序列号作为自己的序列号，同时把自己的序列号加一后传给下一个接线盒。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池组件可脱离接线盒，其特征在于：接到关断指令后延时切断电流，每个接线盒延长时间大致等于（预设最大序列号-本身序列号）*单次指令通讯时长。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池组件可脱离接线盒多路供电电路，其特征在于：除了本接线盒对应的太阳能电池板直接供电之外，增加了一个松耦合电流互感器及整流电路提供的供电支路。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池组件可脱离接线盒多路供电电路，其特征在于：其松耦合电流互感器的耦合程度是可以通过磁性元件的位置来调整的。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池组件可脱离接线盒多路供电电路，其特征在于：所述接线盒内有连接端口一、连接端口二、连接端口三、连接端口四、连接端口五和无拉弧断路开关，所述无拉弧断路开关包括主开关、一个或多个串联的半导体开关构成的支路开关，所述主开关和支路开关构成并联关系；
所述连接端口一与主开关的一端连接，所述连接端口四与主开关的另一端并联。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池组件可脱离接线盒，其特征在于：所述主开关由继电器、电磁阀、接触器的其中一种或两种及以上组合构成，所述连接端口一和连接端口二之间设置有用于对光伏电池板电压检测的电压传感器，所述接线盒内还设置有反向导通的旁路开关，且其设置于连接端口一和连接端口二之间，所述反向导通旁路开关采用MOSFET管；
所述MOSFET上的漏极和连接端口一相连，其上的源极和连接端口二相连；
当检测到连接端口二电压高于连接端口一0.5V时，多倍压电荷泵电路启动，产生大约1.4V以上的电压打开MOSFET， 形成了替代传统肖特基二极管的旁路电流通道；
所述旁路开关导通任一个光伏电池板输出电能时的压差小于0.35V，所述旁路开关连续导通任一个光伏电池板的时间不长于1秒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310058636.0A CN115967346B (zh) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | 一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310058636.0A CN115967346B (zh) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | 一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115967346A true CN115967346A (zh) | 2023-04-14 |
| CN115967346B CN115967346B (zh) | 2024-04-09 |
Family
ID=87361820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310058636.0A Active CN115967346B (zh) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | 一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115967346B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102349124A (zh) * | 2009-03-25 | 2012-02-08 | 埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司 | 用于电切断直流电的断路开关 |
| CN103380559A (zh) * | 2011-02-23 | 2013-10-30 | 索尼公司 | 电池装置、电池管理方法以及电子设备 |
| CN103399537A (zh) * | 2013-07-18 | 2013-11-20 | 苏州易美新思新能源科技有限公司 | 基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统 |
| CN104781744A (zh) * | 2012-08-31 | 2015-07-15 | 桑迪亚公司 | 动态可重配置光伏系统 |
| CN105183067A (zh) * | 2015-08-05 | 2015-12-23 | 矽恩微电子(厦门)有限公司 | 应用电荷泵的高压ldo |
| CN106655727A (zh) * | 2017-02-07 | 2017-05-10 | 苏州锴威特半导体有限公司 | 一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法 |
| JP2017191764A (ja) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | 嶋田 隆一 | 無アーク電流接続装置 |
| CN108111121A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-01 | 常州星海电子股份有限公司 | 一种光伏旁路二极管 |
| CN108476012A (zh) * | 2016-01-18 | 2018-08-31 | 艾思玛太阳能技术股份公司 | 用于光伏串的分离装置、太阳能系统和用于具有光伏串的太阳能系统的操作方法 |
| CN109474020A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-03-15 | 无锡硅动力微电子股份有限公司 | 一种光伏组件智能关断系统及其方法 |
| CN109690790A (zh) * | 2016-09-12 | 2019-04-26 | 菲尼克斯电气公司 | 光伏设备、直流混合式开关机构、用于接通和关断光伏串的应用和方法 |
-
2023
- 2023-01-13 CN CN202310058636.0A patent/CN115967346B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102349124A (zh) * | 2009-03-25 | 2012-02-08 | 埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司 | 用于电切断直流电的断路开关 |
| CN103380559A (zh) * | 2011-02-23 | 2013-10-30 | 索尼公司 | 电池装置、电池管理方法以及电子设备 |
| CN104781744A (zh) * | 2012-08-31 | 2015-07-15 | 桑迪亚公司 | 动态可重配置光伏系统 |
| CN103399537A (zh) * | 2013-07-18 | 2013-11-20 | 苏州易美新思新能源科技有限公司 | 基于浮动控制器及菊花链架构的电池储能通信系统 |
| CN105183067A (zh) * | 2015-08-05 | 2015-12-23 | 矽恩微电子(厦门)有限公司 | 应用电荷泵的高压ldo |
| CN108476012A (zh) * | 2016-01-18 | 2018-08-31 | 艾思玛太阳能技术股份公司 | 用于光伏串的分离装置、太阳能系统和用于具有光伏串的太阳能系统的操作方法 |
| JP2017191764A (ja) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | 嶋田 隆一 | 無アーク電流接続装置 |
| CN109690790A (zh) * | 2016-09-12 | 2019-04-26 | 菲尼克斯电气公司 | 光伏设备、直流混合式开关机构、用于接通和关断光伏串的应用和方法 |
| CN106655727A (zh) * | 2017-02-07 | 2017-05-10 | 苏州锴威特半导体有限公司 | 一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法 |
| CN108111121A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-06-01 | 常州星海电子股份有限公司 | 一种光伏旁路二极管 |
| CN109474020A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-03-15 | 无锡硅动力微电子股份有限公司 | 一种光伏组件智能关断系统及其方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115967346B (zh) | 2024-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104506132B (zh) | 一种高效率低损耗的光伏电池板输出功率优化器的硬件电路的控制方法 | |
| CN110224381B (zh) | 一种光伏逆变器及其光伏发电系统 | |
| CN104272416A (zh) | 复合的高压dc断路器 | |
| CN102638114A (zh) | 一种电流互感器供电装置 | |
| CN114050811B (zh) | 一种多输入关断器及控制方法、光伏发电系统 | |
| CN108512245A (zh) | 可自动实现组件级关断的光伏系统及其控制方法 | |
| CN101242136A (zh) | 三电平集成门极换向晶闸管电压源变频器桥臂直通保护器 | |
| CN103501108A (zh) | 高压直流供电线路的防冲击保护电路及其实现方法 | |
| Bhatta et al. | Comparative analysis of power loss associated with topology of bi-directional Z-source circuit breakers | |
| CN203690904U (zh) | 一种自保护在线式直流输出电路 | |
| CN112865046A (zh) | 一种多功能多端口混合式直流断路器及控制方法 | |
| CN115967346B (zh) | 一种太阳能电池组件可脱离接线盒及其电路 | |
| CN202602381U (zh) | 一种电流互感器供电装置 | |
| CN202564933U (zh) | 供电装置 | |
| CN112311366A (zh) | 基于阴极短路栅控晶闸管的隔离型双向直流固态断路器 | |
| JP2018125270A (ja) | 直流電力系の安全開閉装置 | |
| CN216774278U (zh) | 浪涌抑制控制电路 | |
| Solangi et al. | Selective Coordination of GaN-Based Solid State Circuit Breakers | |
| CN114465197A (zh) | 一种新型短路保护brct钳位吸收电路 | |
| CN114301390A (zh) | 一种用于光伏系统的关断电路及其控制方法 | |
| CN113794470A (zh) | 可控硅驱动电路、可控硅驱动应用电路及电气/电器设备 | |
| CN217642744U (zh) | 一种分布式光伏发电并网系统 | |
| CN217522579U (zh) | 一种低压直流混合式固态断路器设备 | |
| CN217063668U (zh) | 一种用于光伏系统的关断电路 | |
| CN218783573U (zh) | 一种逆变器及光伏系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240312 Address after: Room b2-709, phase I, innovation industrial park, Hefei hi tech Zone, Anhui 230000 Applicant after: Hefei Xianhu Semiconductor Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 100000 meters east of the North Liugezhuang Village Committee, Songzhuang Town, Tongzhou District, Beijing Applicant before: Beijing Fenglei Huanyu Air Conditioning Equipment Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |