CN203645297U - 一种接地故障保护装置和薄膜电池板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种接地故障保护装置和薄膜电池板；接地故障保护装置包括依次串联在逆变器的直流侧母线与地之间的电流传感器、断路器以及保险丝。电流传感器实时检测直流母线侧对地电流，并判断检测的电流是否小于预设的阈值电流，若是则逆变器正常工作；控制器输出控制信号并驱动断路器脱扣，逆变器停止工作；判断控制器是否收到断路器反馈信号，若是则保险烧毁，逆变器无法正常工作；若否则提示故障信息“GFDI空开故障”。本实用新型中，当系统薄膜电池发生短路故障时，可以保护薄膜电池板，避免电池板损坏。

Description

一种接地故障保护装置和薄膜电池板

技术领域

本实用新型属于薄膜电池板技术领域，更具体地，涉及一种接地故障保护装置和薄膜电池板。

背景技术

在整个光伏并网发电系统中，光伏多晶硅电池板的成本几乎占到80%,薄膜电池板相对于普通的多晶硅电池板在价格上的优势得到越来越多的应用，而对于薄膜电池板，其正极或负极必须接地的特性。

薄膜电池板的正极接地的适用情况：极化效应；在背接触模块（例如电池型号为 SunPower A-300的模块）的工作过程中，我们发现模块效率下降的速度越来越快。除了来自光线的光子，光伏效应还需要可以可隔离正负极载流子并阻止它们立即结合的电场。如果太阳能电池片的两个端子位于同一侧（背接触电池就是这种情况），则电场的结构就会比标准电池更加复杂。如果运行电压过高 （>20V），则电池表面会产生静电荷。 这会提高载流子的再结合率，从而降低效率。（见图1）使用电气隔离逆变器并通过接地保护装置将正极逆变器端子接地，可从一开始就避免极化效应。

膜电池板的负极接地的适用情况：TCO侵蚀；佛罗里达太阳能中心 （FSEC）自2000年以来一直在对TCO腐蚀的原因进行研究。研究结果显示，TCO腐蚀主要发生于利用覆盖工艺制备的带有a-Si电池和CdTe电池的模块。在上述生产过程中，模块的单层表面是玻璃盖结构。由于玻璃盖内含约15% 的钠物质，因此钠和水的反应导致TCO腐蚀。在此情况下，模块的边缘上会形成裂纹，这些裂纹可以贯穿整个电池结构，从而使模块发生永久性损坏。（见图2）使用电气隔离逆变器并通过GFDI接地装置将光伏逆变器负极接地，可形成一个电场，带正电荷的钠离子会向负极移动到，从而远离TCO层。这可避免腐蚀现象的发生。 应将这一措施视为首选措施。

上述两种效应与逆变器的电势（在这种情况下即为逆变器的对地电压）直接相关。与PV模块的工作电压（即正极端子与负极端子之间的电压）相比，设计系统时并不会考虑对地电压。此外，电压也会因逆变器拓扑结构的不同而存在很大差别仅仅通过选择特定的逆变器拓扑结构并不能避免上述问题的产生。只有（补充方法）将一个电极接地才可确定整个PV逆变器的电场方向，从而可避免TCO腐蚀或极化效应。

美洲尤其是在美国，系统直流部分必须接地；当发生电气故障时，接地连接必须中断，整个装置也必须与电网断开。

薄膜电池板接地的电站系统需要满足两个条件：（1）系统的直流侧与交流侧需要实现电气隔离；（2）电池板接地的回路需要监测和保护，避免在电池板的另一极出现接地故障时，与原来逆变器内部接地电路形成短路，导致电池板的损坏。（见图3）100KW以上逆变器或自带变压器，或电站自身配置变压器，所以电气隔离已经实现，主要考虑接地回路保护。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种接地故障保护装置，其目的在于当系统薄膜电池发生短路故障时，可以保护薄膜电池板，避免电池板损坏。

本实用新型提供的接地故障保护装置，包括依次串联在逆变器的直流侧母线与地之间的电流传感器、断路器以及保险丝。

更进一步地，所述电流传感器为霍尔传感器。

本实用新型还提供了一种薄膜电池板，包括逆变器以及与所述逆变器的直流侧母线连接的接地故障保护装置，所述接地故障保护装置为上述的接地故障保护装置。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于智能化程度高和可恢复性高，能够更好的保护电池板。

附图说明

图1是极化效应示意图；

图2是a-Si 电池和 CdTe 电池结构示意图；

图3是GFDI接地故障保护示意图；

图4是逆变器的拓扑图，其中虚线框为本实用新型实施例提供的接地故障保护装置的具体电路图；

图5是本实用新型实施例提供的薄膜电池板故障保护方法实现流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例提供的接地故障保护装置包括依次串联在逆变器的直流侧母线与地之间的电流传感器、断路器以及保险丝。其中电流传感器可以为霍尔传感器。

断路器是本领域常见的普通的元件。

在本实用新型实施例提供的接地故障保护装置中，当薄膜电池发生短路故障时，可以保护薄膜电池板，避免电池板损坏。本实用新型实施例提供的接地故障保护装置具有以下功能：（1）能检测到接地故障；（2）能断开故障电流；（3）能发出故障警示信号；（4）能断开发生接地故障的PV面板或停止PV电源运行。

在本实用新型实施例中，薄膜电池板包括逆变器以及与所述逆变器的直流侧母线连接的接地故障保护装置，其中接地故障保护装置为上述的接地故障保护装置；在此不再赘述。

在本实用新型中，电流传感器实时检测直流母线侧对地电流，并判断检测的电流是否小于预设的阈值电流，若是，则逆变器正常工作；若否，则控制器输出控制信号并驱动断路器脱扣，逆变器停止工作，提示故障信息“GFDI接地故障”；判断控制器是否收到断路器反馈信号，若是，则保险烧毁，提示故障信息“GFDI保险故障”，逆变器无法正常工作；若否，则提示故障信息“GFDI空开故障”。

为了更进一步的说明本实用新型实施例提供的接地故障保护装置和薄膜电池板，现结合附图详述如下：

本实用新型实施例提供的薄膜电池板通过逆变器内部直流侧母线接地。接地回路中串联直流保险FUSE、直流微型断路器MCB，并且增加电流检测HALL。通过HALL检测接地的漏电流，当漏电大于限值，将触发微型断路器脱扣，并且报出故障告警。如果瞬间漏电流太大，导致微型断路器粘连而无法正常脱扣，那么将烧断直流保险，并且报出故障告警。本实用新型解决了电池板接地的问题，其次接地故障时可以起到保护功能，而且做到了双重保护。

本装置包含3个关键器件：微型断路器（MCB）（注1）、保险（FUSE）、电流传感器（HALL）。传统的GFDI装置只有保险或微型断路器。模拟信号采样板检测GFDI的电流，并反馈给DSP控制板；IO接口板接收DSP控制板的信号，控制MCB的动作；IO接口板并检测MCB的反馈信号，并反馈给DSP控制板；DSP控制板根据接收到的数据，控制逆变器。

具体的工作过程如下：

（1）HALL实时侦测对地电流，当电流小于限值，逆变器正常工作；当电流大于限值，DSP发出信号，驱使微型断路器（MCB）脱扣，逆变器停止工作，提示故障“GFDI接地故障”。

（2）微型断路器（MCB）脱扣，将会引起MCB的辅助触点动作，回馈信号给DSP。

（3）如果DSP发出信号，但没有接收到回馈信号，证明MCB出现故障，提示故障“GFDI空开故障”。

（4）MCB出现故障无法正常脱扣，最终导致保险烧毁。

（5）保险烧毁，将会导致原来电池板接地电路断路，那么这电极对地阻抗增大，通过逆变器上电前的绝缘阻抗自检功能（注2）检测出保险故障，提示故障“GFDI保险故障”，逆变器无法正常工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种接地故障保护装置，其特征在于，包括依次串联在逆变器的直流侧母线与地之间的电流传感器、断路器以及保险丝。

2.如权利要求1所述的接地故障保护装置，其特征在于，所述电流传感器为霍尔传感器。

3.一种薄膜电池板，包括逆变器以及与所述逆变器的直流侧母线连接的接地故障保护装置，其特征在于，所述接地故障保护装置为权利要求1-2任一项所述的接地故障保护装置 。

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