CN201918923U - 光伏发电系统的接线盒 - Google Patents

Abstract

一种光伏发电系统的接线盒，用于电连接光伏发电模块。所述接线盒包括壳体及散热体，所述壳体模塑成形于所述散热体，以包覆所述散热体的第一部分并使所述散热体的第二部分未受所述壳体包覆。所述接线盒的电路通过散热垫片与所述散热体的第二部分热接触。所述接线盒具有散热体可以改善接线盒的散热。

Description

光伏发电系统的接线盒

技术领域

本实用新型涉及光伏发电系统，尤其涉及一种光伏发电系统的温控接线盒。

背景技术

太阳能发电不会释放温室气体，所以近来渐渐普及。一般居民会将太阳能板安装在屋顶来取得最大的日照及吸光效率。连接市电的太阳能系统在日照下供电给居家使用并将余电回馈至电网。

光伏(photovoltaic，PV)发电系统包含通过电缆及接线盒相连接的PV面板。接线盒安装在PV模块的背面，并且包含旁路二极管，而所述旁路二极管在PV模块受到遮阴时会发热。所述旁路二极管过热时则会损坏接线盒。

实用新型内容

为了解决所述问题，本实用新型提出的一种光伏发电系统的接线盒，用于安装在光伏模块的背面，包含第一外部散热体、壳体、第一散热垫片及电路。所述壳体模塑成型于所述第一外部散热体上，以包覆所述第一外部散热体的第一部分并使所述第一外部散热体的第二部分未受所述壳体包覆。所述第一外部散热体与所述壳体的组合物包含所述接线盒的基底，所述基底的第一表面用于贴附在所述光伏模块的背面。所述第一散热垫片设置于所述第一外部散热体的第二部分上，并置于所述壳体中。所述电路设置于所述第一散热垫片上，用于传送所述光伏模块所产生的电信号。

优选地，所述光伏发电系统的接线盒更包含设置于所述电路上的第二散热垫片、第二外部散热体以及模塑成型于所述第二外部散热体上的上盖，所述上盖包覆所述第二外部散热体的第一部分并使所述第二外部散热体的第二部分未受所述上盖包覆。其中当所述上盖与所述基底结合时，所述第二外部散热体的第二部分热接触于所述第二散热垫片。

优选地，所述电路更包含旁路二极管，用于电连接所述光伏模块的一组光伏电池组；第一导体，用于电连接所述旁路二极管的正极；以及第二导体，用于电连接所述旁路二极管的负极。

优选地，所述基底更包含第二表面，其中所述第一外部散热体的第二部分的第二表面热接触于所述第一散热垫片。

优选地，所述第一外部散热体的第二部分包含散热片结构，且所述基底的所述第一表面包含一凹口结构，所述散热片结构从所述凹口结构开始延伸。

所述接线盒具有散热体、散热垫片及散热片结构可以改善接线盒的散热。

附图说明

图1显示接线盒组装完成后的示意图；

图2显示接线盒的分解示意图；

图3a及图3b显示接线盒的下视示意图；

图4显示接线盒另一种实施方式的上视示意图；

图5为图4中的接线盒沿着线段505的剖面图；

图6a、图6b及图6c显示接线盒复数实施方式的上视示意图；

图7为图6a中的接线盒沿着线段505的剖面图；

图8显示接线盒另一种实施方式的上视示意图；

图9为图8中的接线盒沿着线段505的剖面图；

图10显示接线盒另一种实施方式的上视示意图；

图11显示光伏发电系统用的接线盒的实施方式结构方块图；

图12显示光伏模块的实施方式结构方块图；

图13显示光伏发电系统的实施方式结构方块图；

图14显示热控开关在开启状态(ON state)的第一实施方式示意图；

图15显示热控开关在关闭状态(OFF state)的第一实施方式示意图；

图16显示热控开关的第二实施方式示意图；

图17显示热控开关的第三实施方式示意图；

图18显示热控开关在开启状态的第四实施方式示意图；

图19显示热控开关在关闭状态的第四实施方式示意图。

主要元件符号说明

光伏电池          10

光伏模块          100，100a，100b，100c

光伏电池组        101，102，103

终端              101a，101b，102a，102b，103a，103b

面板              104

接线盒            200，200a，200b

旁路二极管        201，202，203

导体组件          204a，，204b，204c及204d

第二散热垫片      205，205a，205b

散热片结构        206，206a

上盖              207

凹口结构          209

表面              2091

热控开关          210

开关装置          210a

开关组件          2101

控制终端          2101a

终端              2101b及2101c

控制器            2102

终端              211a，211b，221，222

输出终端          21a，21b，22a，22b，23a，23b

第一外部散热体    212

平面              213

散热片结构        214，214a

第二外部散热体    216

壳体              217

表面              226

组合物            230

电缆            240

电线            241

螺旋锁紧结构    250

第一散热垫片    260

第一表面        261

表面区域        261a，261b及261c

开口            264a及264b

电路            270

电子组件        271

导体            272

组合物          280

通道            301

侦测系统        302

终端            401，402

导体组件        403

壳体            404

熔线            405

固定组件        406

组件            407，408

基底            409

上盖            410

路径            501及502

线段            505

方向            507

具体实施方式

温控接线盒及使用其的光伏发电系统的实施方式说明如下：

1.系统架构

以下说明中所谓的连接是指电性上的接触、接线、或以金属焊接等方式的电连接。可以利用金属的螺钉或夹子来固定或加强电连接。下述的光伏电池在照光时产生电压信号，并且可以是由单晶硅(monocrystalline silicon)、多晶硅(polycrystalline silicon)、微晶硅(microcrystalline silicon)、碲化镉(Cadmium Telluride，CdTe)、硒化/硫化铟铜(copper indium selenide/sulfide，CIS)、铜铟镓硒(copper indiumgallium(di)selenide，CIGS)或其它材质构成。

1.1接线盒散热结构

参照图1，接线盒(terminal box或junction box)200用于安装在光伏模块的背面，例如图12的光伏模块100。所述光伏模块100为太阳能板，其前表面为所述太阳能板具有太阳能电池的受光面。所述光伏模块100的背面为所述太阳能板与所述前表面相反的另一面。

参照图2，所述接线盒200包含第一外部散热体212，所述第一外部散热体212可以用金属或其它热导体制成。壳体217模塑成型于所述第一外部散热体212上，以包覆所述第一外部散热体212的第一部分并使所述第一外部散热体212的第二部分未受所述壳体217包覆。所述第一外部散热体212未受所述壳体217包覆的所述第二部分包含平面213以及在所述平面213相反面的散热片结构。所述壳体217与所述第一外部散热体212结合后所构成的组合物构成所述接线盒200的一基底280，所述基底280的第一表面261用于沿着特定结合方向507贴附在所述光伏模块100的背面。参照图1及图3a，接线盒200a是所述接线盒200的一种实施方式。所述第一表面261包含区域261a、261b及261c。凹口结构209形成于所述第一表面261。散热片结构214形成于所述凹口结构209上，且所述散热片结构214的复数散热片从所述凹口结构209的表面2091沿着所述组合方向507开始延伸。所述凹口结构209用于引导空气沿着路径501及502流动。图3b显示所述散热片结构214的另一个实施方式，即热片结构214a。所述表面2091大体上可以与所述区域261a、261b及261c所在的平面相互平行。

第一散热垫片260设置于所述壳体217中，并且在所述第一外部散热体212的所述平面213上。

电路270设置于所述第一散热垫片260上，并且用于传送所述光伏模块100所产生的电信号。因此，所述电路270通过所述第一散热垫片260而热接触于所述第一外部散热体212。所述电路270包含导体272及电子组件271。举例来说，所述电路270包含一个或一个以上的旁路二极管以及导体用于传送所述光伏模块100所产生的电信号。参照图4及图5，接线盒200b是所述接线盒200的实施方式。图5为接线盒200b沿着图4中的线段505的剖面图。举例来说，所述接线盒200b的所述电路270包含导体组件204a、204b、204c及204d及旁路二极管201、202及203。所述导体272的实施方式包含导体组件204a、204b、204c及204d。所述电子组件271的实施方式包含旁路二极管201、202及203。所述接线盒200b包含开口264a及264b。螺旋锁紧结构250用来将电缆240固定于所述壳体217。所述电缆240包含电连接导体组件204d的电线241。所述电路270也可以包含于以下段落中详述的温控开关。

参照图2，第二散热垫片205设置于所述电路270上。举例来说，参照图6a及7，所述第二散热垫片205设置于所述旁路二极管201、202及203上。图7为接线盒200b沿着图6a中的线段505的剖面图。图6b及6c显示第二散热垫片205的其它实施方式，包含205a及205b。

参照图2，上盖207模塑成型于所述第二外部散热体216上，以包覆所述第二外部散热体216的第一部分并使所述第二外部散热体216的第二部分未受所述上盖207包覆。所述第二外部散热体216未受所述上盖207包覆的所述第二部分包含于表面226之背面的平面及散热片结构206。所述上盖207与所述第二外部散热体216结合以构成组合物230。当所述组合物230与所述组合物280结合以构成接线盒200时，位于表面226之背面的所述第二外部散热体216的平面用于热接触所述第二散热垫片205。因此，所述电路270通过所述第二散热垫片205而热接触于所述第二外部散热体216。所述上盖207与所述组合物280结合的方式，可以先利用将所述第二外部散热体216设置于所述第二散热垫片205，并且再将所述上盖207模塑成型于所述第二外部散热体216与所述组合物280上。或者，上盖207与所述组合物280可以分别包含卡勾及卡勾座结构，并且利用所述卡勾及卡勾座结构以结合。所述第二外部散热体216可以用金属或其它热导体构成。

举例来说，参照图8及图9，图9为接线盒200b沿着图8中的线段505的剖面图。所述第二外部散热体216设置于所述第二散热垫片205，并且再将所述上盖207模塑成型于所述第二外部散热体216与所述壳体217上。所述散热片结构206从表面226往所述结合方向的反方向延伸。图10显示散热片结构206的另一个实施方式，散热片结构206a。

所述散热垫片，例如205、205a、205b及260可以用电性绝缘但是导热的材质构成。

1.2接线盒电子组件功能说明

参照图12，所述光伏模块100包括串连的复数光伏电池10，分别群组化为群组101、102及103。一组光伏电池群组的输出高电压及低电压信号的两个输出终端分别称为正极及负极，其压差举例来说约为12伏特(volt，V)。所述群组101、102及103的正极用于相对输出高电压信号并标示为101a、102a、及103a，且所述群组101、102及103的负极用于相对输出低电压信号并标示为101b、102b、及103b。所述光伏模块100的光伏电池10贴附于面板104的第一表面。所述接线盒200附于面板104上与第一表面的相反面的第二表面。

在所述接线盒200中，旁路二极管201的阳极连接导体组件204a，而所述旁路二极管201的阴极连接导体组件204b。相似地，旁路二极管202的阳极和阴极分别连接导体组件204b及导体组件204c，而旁路二极管203的阳极和阴极分别连接导体组件204c及导体组件204d。所述导体组件204a、204b、204c及204d分别可以是电线、连接器、或可导电的热沈(hear sink)，或包括其组合。所述旁路二极管201-203中的任一个在其连接的光伏电池组受遮阴时会升温。所述旁路二极管201-203中的任一个旁路二极管的工作温度限制在130℃以下。

所述光伏电池组101的负极101b连接导体组件204a，而正极101a连接导体组件204b。这样，光伏电池组101与所述旁路二极管201成为并连。相似地，如图2所示，所述光伏电池组102的负极102b连接导体组件204b，而正极102a连接导体组件204c，以及所述光伏电池组103的负极103b连接导体组件204c，而正极103a连接导体组件204d。这样，光伏电池组102与所述旁路二极管202成为并连，而光伏电池组103与所述旁路二极管203成为并连。

1.3光伏发电系统

所述接线盒200包括电连接所述光伏模块100的两个输出终端221及222，且所述输出终端221及222用于输出所述光伏模块100所产生的电压信号。所述光伏模块100可以经由在所述终端221及222末稍的连接器连接至其它相邻的光伏模块以构成串连或并连的连接方式。参照图3，举例来说，光伏发电系统，包括光伏模块100a、100b及100c。所述光伏模块100a、100b及100c中的每个模块均为光伏模块100的实施方式，因此其中的组件及连接方式可以参照光伏模块100。在所述光伏模块100a、100b及100c中分别包括一个接线盒200，其输出终端分别标示为21a及21b，22a及22b，23a及23b。

所述接线盒200包括壳体，所述壳体的第一表面用于贴附于所述光伏模块100b的面板104的第二表面。所述接线盒200的壳体还包括基底组件及面对所述基底组件的上盖。所述基底组件及上盖，例如图14，15，18及19的基底409及上盖410，或图2的所述壳体217及上盖207，可以用聚合物构成，例如聚苯醚(polyphenyleneoxide，PPO)或聚碳酸酯(polycarbonates，PC)。所述壳体的第一表面形成于所述基底组件上，而且会受到所述光伏模块100b工作温度的影响。当所述光伏模块100b照光时使所述第一表面升温。光伏模块在800watt/m2的照度及1m/s的风速条件下工作温度通常在45℃以下。在光伏模块(例如光伏模块100b)工作中其受遮阴的电池称为热班(hot spot)会承受逆向偏压并且以发热的形式消耗功率。在一般的光伏模块中热班会达到90℃，而在较遭的情况下热班会超过光伏模块封装材质能承受温度的临界点达到150℃。因此，光伏模块100b的工作温度上限设在低于150℃，举例来说，设为148℃。

热控开关210具有分别电连接所述终端22a及22b的终端211a及211b。所述热控开关210的关闭(OFF)及开启(ON)状态分别表示：所述热控开关210在所述开启状态中不短路所述两个输出终端22a及22b，以及所述热控开关210在所述关闭状态中短路所述两个输出终端22a及22b。当所述热控开关210在所述开启状态下，所述光伏模块100b在接收日照时经由所述两个输出终端22a及22b输出电压信号。所述热控开关210在所述关闭状态下，将所述光伏模块100b的所述两个输出终端22a及22b短路。

所述热控开关210设置于所述接线盒200内以侦测并回应所述接线盒200的温度。明确而言，所述热控开关210可以热耦接所述接线盒200的一个表面。举例来说，所述热控开关210的热侦测组件与所述接线盒200的上盖的第二表面热耦接，所述第二表面面对所述基底组件。当所述热控开关210的热侦测组件的温度上升到临界温度T时，所述热控开关210短路所述两个输出终端22a及22b以响应所述的温度上升，其中所述热控开关210的热侦测组件的温度上升反应所述接线盒200的上盖的所述第二表面的温度。一般住宅火灾的温度会达到约650°C(实质上约1200°F)，所以所述临界温度T低于650℃。举例来说，所述临界温度T大约为150℃。另外，所述热控开关210的所述临界温度T高于所述旁路二极管201-203及所述光伏模块100b的工作温度上限，以避免所述热控开关210因所述光伏模块100b及所述旁路二极管201-203的升温影响而误短路。沿着所述终端101b、组件204a、终端211a、热控开关210、终端211b、组件204d及终端103a的连接方式及组件材质可以耐温至少650℃。举例来说，所述终端101b、组件204a、终端211a、热控开关210、终端211b、组件204d及终端103a的组成材质为熔点达1083℃的铜，且所述各组件之间的连接方式可以是锁螺丝或夹具夹持，其中所述螺丝及夹具的材质可以是高熔点的材质，例如铜、铁、不锈钢、或镍铬合金。

2.热控开关的实施方式

所述热控开关210可以是在所述关闭状态及开启状态之间呈现双稳态(bistable)并且需要手动操作使所述热控开关210从所述关闭状态回到所述开启状态。或者，所述热控开关210只要切换至所述关闭状态就不回复所述开启状态。

2.1热控开关的第一实施方式

图4显示所述接线盒200的剖面图。终端401及402分别为所述接线盒200的低压端及高压端。举例来说，所述终端401可以电连接或包括所述终端101b、22a、组件204a或其接合点，以及所述终端402可以电连接或包括所述终端103a、22b、组件204d或其接合点。固定组件406把导体组件403，例如一个金属片，固定于所述接线盒200的壳体404。所述导体组件403具有弹性可以改变成受力状态及释放状态。如图6所示，熔线405将所述导体组件403固定于所述受力状态，并且失去所述熔线405的保持力时所述导体组件403的机械强度会使所述导体组件403回复到所述释放状态。如图5所示，所述导体组件403在所述释放状态中电性接触所述终端402以短路所述终端401及402。所述导体组件403及熔线405构成所述热控开关210的第一实施方式。所述熔线405的材质例如锡合金、或聚合物，在加热至所述临界温度T时失去对所述导体组件403的保持力及材质强度使所述导体组件403回复到所述释放状态。举例来说，所述熔线405的熔点大体上等于或小于所述临界温度T。所述熔线405即是所述热控开关210的热侦测组件的实施方式。

注意在所述受力状态的所述导体组件403及所述终端402的距离大于所述接线盒200的电气间隙(clearance distance)要求，例如大于14公厘(millimeter)。所述熔线405可以用双金属(bimetal)取代，所述双金属在加热至所述临界温度T时，从所述受力状态释放所述导体组件403至所述释放状态。

2.2热控开关的第二实施方式

参照图6，开关装置210a为所述热控开关210的第二实施方式。所述开关装置210a的开关组件2101可以包括机械式或固态开关或继电器，且所述机械式或固态开关或继电器的控制终端2101a连接控制器2102。所述开关组件2101连接或断开终端2101b及2101c以回应从所述控制器2102接收到的信号，这样以切换所述开关装置210a成为所述开启状态或关闭状态。所述开关组件2101可以是在所述关闭状态及开启状态之间呈现双稳态(bistable)并且需要手动操作使所述开关组件2101从所述关闭状态回到所述开启状态。或者，所述开关组件2101只要切换至所述关闭状态就不回复所述开启状态。

所述控制器2102可以是通过通讯信道301与侦测系统302相互通信的电路。所述通讯信道301可以包括有线或无线的通讯信道。所述侦测系统302可以包括一个或一个以上的侦测器，例如烟雾侦测器、温度计、或烟雾侦测器和温度计的结合、或包括这些侦测器的计算机系统，用于发出表示火灾的信号。所述烟雾侦测器当侦测到烟雾扩散时发出所述警报信号。所述温度计当侦测到所述临界温度时发出所述警报信号。所述计算机系统根据所述温度计及所述烟雾侦测器其二或其一所提供的信息以发出所述警报信号，且所述信息例如包括烟雾的浓度、测量的温度、所述温度计及所述烟雾侦测器的位置或识别码。所述侦测系统302可以包括室内的设备，用于发出所述警报信号以响应所述烟雾侦测器侦测到的烟雾扩散、所述温度计当侦测到的高温、或所述计算机系统所判别出来的火灾事件，所述火灾事件是所述计算机系统根据所述侦测器所侦测到的信息以进行判别的。所述控制器2102可以包括集成电路(integrated circuit，IC)。所述控制器2102响应从所述侦测系统302接收的所述警报信号以将所述开关装置210a从所述开启状态切换至所述关闭状态。

当所述通讯信道301为无线通讯信道时，所述侦测系统302可以与所述控制器2102通过私有的通讯协议、ZIGBEE、局域网络(Local Area Network，简称LAN)、或蜂巢式通讯，例如宽带分码多重接取(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)及高速下行封包存取(High Speed Downlink Packet Access，简称HSDPA)。

所述控制器2102可以通过逆变器(Inverter)连接至所述侦测系统302，所述逆变器将所述光伏发电系统所产生的电力从直流信号(direct current，DC)转换成交流信号(alternating current，AC)。所述逆变器对于从所述侦测系统302接收的所述警报信号执行信号分析并转换成符合所述逆变器与所述控制器2102之间的协议的格式。

2.3热控开关的第三实施方式

图7显示所述热控开关210的第三实施方式，即开关装置210b。所述开关装置210a与210b之间的差异为所述侦测系统302通过所述警报信号直接提供能量给所述开关组件2101，并控制所述开关组件2101从所述开启状态切换至所述关闭状态。

所述开关组件2101可以通过逆变器连接至所述侦测系统302，所述逆变器将所述光伏发电系统所产生的电力从直流信号(direct current，DC)转换成交流信号(alternating current，AC)。所述逆变器对于从所述侦测系统302接收的所述警报信号执行信号分析并转换成符合所述逆变器与所述开关组件2101之间的协议的格式。

所述接线盒200可以包括所述热控开关210的至少二种实施方式于其壳体内。所述热控开关210本身也可以包括所述至少二种实施方式。

3.其它实施方式

即使所述接线盒200的壳体因高温而变形，所述导体组件403的机械强度可以维持所述终端401及402在仍然在连接状态。参照图8，所述热控开关210还包括组件407及408。所述组件408为介电性的绝缘体，并且可以被组件407的介电性包覆材料取代。所述组件403及407包括用于接收所述终端402的凹部，并且可以由熔点高于650℃的材质来制造，例如铜、铁、不锈钢、或镍铬合金。所述组件407也可以由介电性的材料来制造。

如图8所示的所述热控开关210在开启状态，其组件403在所述受力状态。如图9所示的所述热控开关210在关闭状态，其组件403在所述释放状态。当所述熔线405失去所述保持力时，所述组件403及407提供保持力以维持所述终端401及402在连接状态。即使所述接线盒200的壳体因高温而变形，所述组件403及407的机械强度可以维持所述终端401及402在仍然在连接状态。

4.结论

总之，所述光伏发电系统用的接线盒具有热控开关用于在侦测到临界温度T时，降低其连接的光伏模块所产生的电压。所述热控开关的临界温度T高于所述旁路二极管及所述光伏模块的工作温度上限，以避免所述热控开关因所述光伏模块及所述旁路二极管的升温影响而误短路。

另外，所述接线盒具有散热体、散热垫片及散热片结构可以改善接线盒的散热。所述接线盒的上盖直接模塑成型于所述壳体可以保护电路以避免湿气。

Claims (5)

1.一种光伏发电系统的接线盒，用于安装在一光伏模块的背面，其特征在于包括：

第一外部散热体；

壳体，模塑成型于所述第一外部散热体上，以包覆所述第一外部散热体的第一部分并使所述第一外部散热体的第二部分未受所述壳体包覆，其中所述第一外部散热体与所述壳体的组合物包括所述接线盒的一基底，所述基底的第一表面用于贴附在所述光伏模块的背面；

第一散热垫片，设置于所述第一外部散热体的第二部分上，并置于所述壳体中；以及

电路，设置于所述第一散热垫片上，用于传送所述光伏模块所产生的电信号。

2.如权利要求1所述的光伏发电系统的接线盒，其特征在于还包括：

第二散热垫片，设置于所述电路上；

第二外部散热体；以及

上盖，模塑成型于所述第二外部散热体上，以包覆所述第二外部散热体的第一部分并使所述第二外部散热体的第二部分未受所述上盖包覆；

其中当所述上盖与所述基底结合时，所述第二外部散热体的第二部分热接触于所述第二散热垫片。

3.如权利要求1所述的光伏发电系统的接线盒，其特征在于所述电路还包括：

旁路二极管，用于电连接所述光伏模块的一组光伏电池组；

第一导体，用于电连接所述旁路二极管的正极；以及

第二导体，用于电连接所述旁路二极管的负极。

4.如权利要求3所述的光伏发电系统的接线盒，其特征在于所述第一外部散热体的第二部分包括散热片结构，且所述基底的所述第一表面包括一凹口结构，且所述散热片结构从所述凹口结构开始延伸。

5.如权利要求1所述的光伏发电系统的接线盒，其特征在于所述第一外部散热体的第二部分的第二表面热接触于所述第一散热垫片。

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