CN203119796U

CN203119796U - 一种光伏汇流箱

Info

Publication number: CN203119796U
Application number: CN2013200365868U
Authority: CN
Inventors: 徐俊伟; 丁坤; 张经炜; 彭韬
Original assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Current assignee: Changzhou Campus of Hohai University
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2023-01-24

Abstract

本实用新型公开了一种光伏汇流箱，包括控制电路板，所述控制电路板包括：CPU、大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、用于采集独立光伏组件数据的数据采集模块、和智能拓扑电路；所述大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、数据采集模块和智能拓扑电路均与CPU相连；所述控制电路板还包括与智能拓扑电路相连的负载，所述CPU与负载相连，用于控制光伏阵列工作在最大功率点输出；所述智能拓扑电路包括有多个太阳能电池组件、数据采样接线和开关，每一数据采样接线分别与一个太阳能电池组件相连，所述多个太阳能电池组件与各个开关相连联，通过调节开关的通断，可实现多种不同的拓扑结构。

Description

一种光伏汇流箱

技术领域

本实用新型涉及一种光伏汇流箱，属于太阳能应用领域。

背景技术

现代社会，能源问题正成为制约生活、经济、环境等方面的重要问题，因此新能源被愈加重视，太阳能作为一种绿色可再生资源，在世界能源危机中扮演着日渐重要的角色。光伏系统是指太阳能发电系统的简称，是一种利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳能辐射直接转换成电能的新型发电系统。

在太阳能光伏发电系统中，使用到汇流箱，又称光伏汇流箱、太阳能防雷汇流箱等。目前，常见的光伏汇流箱,是将一定数量、相同规格的光伏组件串联连接，组成光伏子串阵列，再将这些子串并联到光伏汇流箱汇流，之后通过控制器、逆变器、光伏配电柜等，配套使用构成完整的光伏发电系统。然而传统的光伏汇流箱，使用的只是简单的固定光伏阵列结构，面对复杂的光伏系统工作环境，尤其是发生失配条件时，光伏阵列输出会大幅降低，同时不能针对后级需要的不同情况，做出有效适应。

实用新型内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种光伏汇流箱。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种光伏汇流箱，包括控制电路板，其特征在于，所述控制电路板包括：CPU、大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、用于采集独立光伏组件数据的数据采集模块、和智能拓扑电路；所述大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、数据采集模块和智能拓扑电路均与CPU相连。

所述控制电路板还包括与智能拓扑电路相连的负载，所述CPU与负载相连，用于控制光伏阵列工作在最大功率点输出。

所述智能拓扑电路包括有多个太阳能电池组件、数据采样接线和开关，每一数据采样接线分别与一个太阳能电池组件相连，所述多个太阳能电池组件与各个开关相连联，通过调节开关的通断，可实现多种不同的拓扑结构。

所述拓扑结构为多个太阳能电池组件串联、多个太阳能电池组件并联、一组或多组太阳能电池组件先串联后并联、一组或多组太阳能电池组件先并联后串联、多个太阳能电池组件串联成一组子串再与另一个太阳能电池组件并联结构中的一种。

作为优选方案，所述开关为继电器、MOSFET、IGBT中的一种或几种。

所述数据采集模块通过数据采样接线与各个太阳能电池组件的正极相连接，所述数据采集模块中，包含有测量每个太阳能电池组件的电压和电流的电压检测电路和电流检测电路。

作为优选方案，所述电压检测电路和电流检测电路中，包含有霍尔传感器元件。

所述光伏汇流箱还包括与太阳能电池组件相连的正极接线柱和负极接线柱，熔断器、正极母排、负极母排和负载，所述太阳能电池组件的每一正极接线柱均通过一个熔断器与正极母排相连，每一负极接线柱均通过一个熔断器与负极母排相连；所述负载两端分别与正极母排和负极母排相连。

作为优选方案，还包含有防雷器，连接在正极母排和负极母排之间，同时接地；和/或，所述正极接线柱和负极接线柱分排排列，分别设置在正极母排和负极母排上。

作为优选方案，所述CPU为DSP芯片，所述DSP芯片内置12位AD转换器，用于实现对各路模拟信号的采样；和/或，所述大容量数据存储模块为SD卡；和/或，所述网络通信模块为无线局域网。

有益效果：本实用新型提供的一种光伏汇流箱，通过数据采集模块，连接到微处理器，由大容量数据存储模块存储，并进行数据分析，由微处理器对智能拓扑电路进行拓扑，适应不同输出需求和应对多变的环境条件，LCD模块用于显示现场工作情况，同时经过网络通信模块，检测光伏汇流箱工作状态，实现实时监控。

附图说明

图1是本实用新型光伏汇流箱的控制电路板示意图；

图2是本实用新型光伏汇流箱的智能拓扑电路示意图；

图3是本实用新型光伏汇流箱的箱内结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，一种光伏汇流箱，包括控制电路板，其特征在于，所述控制电路板包括：CPU（微处理器）、大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD（液晶显示器）模块、用于采集独立光伏组件数据的数据采集模块、和智能拓扑电路；所述大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、数据采集模块和智能拓扑电路均与CPU相连。所述控制电路板还包括与智能拓扑电路相连的负载，所述CPU具有最大功率点跟踪功能，连接到负载，在不同工作条件下，控制整个光伏阵列工作在最大功率点输出。数据采集模块所采集到的数据包括每个单独太阳能电池组件的电流电压值传给CPU处理分析，大容量数据存储模块用于储存CPU所接收到的数据， LCD模块用于显示现场工作情况，通过网络通信模块，可以实现远程控制和实时观察光伏汇流箱工作情况。所述CPU接收数据采集模块的数据，进行数据分析处理，决定阵列结构，控制开关通断实现智能拓扑电路的改变。同时将现场情况发送至LCD模块，数据发送至大容量数据存储模块；所述网络通信模块，通过路由器，与远程控制计算机路由器相连，连接至远程控制计算机,实现远程数据传输，实时监测光伏阵列以及光伏汇流箱的工作情况。

作为优选方案，所述CPU可选用TI公司生产的DSP芯片TMS320F28027（也可根据具体工作条件选择不同微处理器），其内置12位AD转换器，实现对各路模拟信号的采样；其中，需要进行采样和调理的信号包括：流出正极母排的电流，正极母排和负极母排之间的电压，数据采集模块所采集到每个太阳能电池组件的电压和电流信号等。DSP芯片连接有大容量数据存储模块，采样到各路模拟信号后，将测量时间、IV特性曲线数据、每个太阳能电池组件的电压和电流数据，通过SPI总线存储在大容量数据存储模块中。其中大容量数据存储模块选用SD卡等，网络模块可选用无线局域网。

所述DSP芯片经过后级处理对负载的工作状态进行调整，改变太阳能电池阵列的工作点，使得其工作在最大功率点上，并实现IV特性曲线的测量。所述DSP芯片连接有网络通信模块，网络通信模块与远程控制计算机共同接入网络，使得DSP芯片能够将当前测量的数据实时发送到远程控制计算机，并存放在数据库中，由远程计算机实现实时监测控制。LCD模块可实时显示当前太阳能电池阵列的拓扑结构情况，太阳能电池阵列的输出特性曲线以及最大功率点功率、电压、电流等重要参数。

如图2所示，是四组太阳能电池组件与负载串并联智能拓扑电路。所述智能拓扑电路包括有多个太阳能电池组件101、102、103、104，数据采样接线105、106、107、108，开关201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213，所述每一数据采样接线分别与一个太阳能电池组件相连，所述多个太阳能电池组件与各个开关相连联，通过调节开关的通断，可实现多种不同的拓扑结构。拓扑结构为多个太阳能电池组件串联、多个太阳能电池组件并联、一组或多组太阳能电池组件先串联后并联、一组或多组太阳能电池组件先并联后串联、多个太阳能电池组件串联成一组子串再与另一个太阳能电池组件并联结构中的一种或几种。其中，上述开关可根据实际情况选择继电器或是导通阻值低的MOSFET、IGBT管等类似开关型器件。

多种不同的拓扑结构具体工作方式如下：当开关201、202、203、204、209、210、211、212导通，其余开关断开时，可实现四组太阳能电池组件并联连接，通过后级连接，控制获得最大功率的输出。当开关201、205、206、207、212导通，其他开关断开时，实现四组太阳能电池组件串联连接，通过后级控制获得最大功率的输出。当开关201、205、211、203、207、212闭合，其余开关断开时，可实现四组太阳能电池组件两两先串联再并联连接的结构，通过后级控制获得最大功率的输出。当开关201、205、211、203、207、208、212闭合，其余开关断开时，可实现四组太阳能电池组件两两先并联连接再串联的结构，通过后级控制获得最大功率的输出。当开关201、204、205、206、211、212导通，其他开关断开时，实现太阳能电池组件101、102、103先串联再与104并联，通过后级控制获得最大功率的输出。当开关201、202、206、207、209、212导通，其他开关断开时，实现太阳能电池组件102、103、104先串联再与101并联，通过后级控制获得最大功率的输出。

需要采样数据的每个太阳能电池组件，有数据采样接线105、106、107、108接到数据采集模块304。所述数据采集模块304通过数据采样接线105、106、107、108与各个太阳能电池组件101、102、103、104的正极相连接，所述数据采集模块304中，包含有测量每个太阳能电池组件的电压和电流的电压检测电路和电流检测电路。所述数据采集模块所采样的数据，至少包括每个太阳能电池组件的电压和电流中的至少一个值。针对实际情况，可使用其他采样数据元件。所述数据采集模块采集到的数据，连接到CPU，处理为每个独立太阳能电池组件的正极处采样数据信号。作为优选方案，所述电压检测电路和电流检测电路中，包含有霍尔传感器元件。

如图3所示, 是本实用新型光伏汇流箱的内部结构示意图。

所述光伏汇流箱还包括与太阳能电池组件相连的正极接线柱311、312、313、314和负极接线柱315、316、317、318，熔断器321、322、323、324、325、326、327、328、正极母排301、负极母排302，所述太阳能电池组件的每一正极接线柱均通过一个熔断器与正极母排相连，每一负极接线柱均通过一个熔断器与负极母排相连；所述负载305两端分别与正极母排301和负极母排302相连。

还包含有防雷器303，连接在正极母排301和负极母排302之间，同时接地；和/或，所述正极接线柱和负极接线柱分排排列，分别设置在正极母排301和负极母排302上。用于起到雷电保护作用，同时附带计数功能，便于统计观测该光伏汇流箱区域，雷击现象的频率。太阳能电池组件的正负极连接处在不同排上，有效的防止短路现象的发生。同时，通过增加接线柱数目的方法，在不改变光伏汇流箱其他元器件的情况下，增加接入组件数目，提高此光伏汇流箱的通用性和集成性。

其中单独的太阳能电池组件的正极分别接入接线柱311、312、313、314，再连接到正极母排301；负极分别接入接线柱315、316、317、318，再连接到负极母排302；在太阳能电池组件的正负接线柱处，都置有熔断器对电路进行过流保护，同时在每个太阳能电池组件的正极处，接入采样电路，采样电压电流等数据等，经过数据采集模块采样到的数据，由与数据采集模块连接的CPU模块进行分析处理。防雷器303连接正极母排301和负极母排302，同时接地。实施方案时，正负极均接地，正负极之间均实现防雷。同时配备雷击计数器，能够记录防雷器动作次数，便于观察光伏汇流箱所处区域雷击频率以及灾害情况。

所述光伏汇流箱中，其接线柱分排排列，太阳能电池组件的正负极处于不同排上，有效的防止短路现象的发生。同时，通过增加接线柱数目的方法，在不改变光伏汇流箱其他元器件的情况下，增加接入组件数目，提高了此光伏汇流箱的通用性和集成性。

本实用新型所述的数据采集模块，具有以霍尔传感器或是高精度电压电流检测元件为基础的高精度检测电路，经过数据采样接线105、106、107、108，采集太阳能电池组件101、102、103、104的电压电流数据，实施监测每一个太阳能电池组件的工作情况。通过霍尔传感器，可实现非接触式数据的采集。数据采集模块采样到的每个太阳能电池组件的工作情况，传输到DSP芯片中。

图1中所述DSP芯片，将采样到的每个太阳能电池组件的电压电流数据进行比较处理，分析其工作情况，根据不同条件，对图2中智能拓扑电路进行改变。图2中的开关由DSP芯片控制通断，进行针对不同需求条件的光伏阵列结构智能拓扑。同时不同的拓扑方式可由LCD模块显示，以便不用观察汇流箱工作情况就可方便知晓其内部拓扑结构。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种光伏汇流箱，包括控制电路板，其特征在于，所述控制电路板包括：CPU、大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、用于采集独立光伏组件数据的数据采集模块、和智能拓扑电路；所述大容量数据存储模块、网络通信模块、LCD模块、数据采集模块和智能拓扑电路均与CPU相连。

2.根据权利要求1所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述控制电路板还包括与智能拓扑电路相连的负载，所述CPU与负载相连，用于控制光伏阵列工作在最大功率点输出。

3.根据权利要求1所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述智能拓扑电路包括有多个太阳能电池组件、数据采样接线和开关，每一数据采样接线分别与一个太阳能电池组件相连，所述多个太阳能电池组件与各个开关相连联，通过调节开关的通断，可实现多种不同的拓扑结构。

4.根据权利要求3所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述拓扑结构为多个太阳能电池组件串联、多个太阳能电池组件并联、一组或多组太阳能电池组件先串联后并联、一组或多组太阳能电池组件先并联后串联、多个太阳能电池组件串联成一组子串再与另一个太阳能电池组件并联结构中的一种。

5.根据权利要求3或4所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述开关为继电器、MOSFET、IGBT中的一种或几种。

6.根据权利要求3所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述数据采集模块通过数据采样接线与各个太阳能电池组件的正极相连接，所述数据采集模块中，包含有测量每个太阳能电池组件的电压和电流的电压检测电路和电流检测电路。

7.根据权利要求6所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述电压检测电路和电流检测电路中，包含有霍尔传感器元件。

8.根据权利要求1所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述光伏汇流箱还包括与太阳能电池组件相连的正极接线柱和负极接线柱，熔断器、正极母排、负极母排和负载，所述太阳能电池组件的每一正极接线柱均通过一个熔断器与正极母排相连，每一负极接线柱均通过一个熔断器与负极母排相连；所述负载两端分别与正极母排和负极母排相连。

9.根据权利要求8所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：还包含有防雷器，连接在正极母排和负极母排之间，同时接地；和/或，所述正极接线柱和负极接线柱分排排列，分别设置在正极母排和负极母排上。

10.根据权利要求1所述的一种光伏汇流箱，其特征在于：所述CPU为DSP芯片，所述DSP芯片内置12位AD转换器，用于实现对各路模拟信号的采样；和/或，所述大容量数据存储模块为SD卡；和/或，所述网络通信模块为无线局域网。