CN204442274U - 一种基于组串mppt功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱 - Google Patents

一种基于组串mppt功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱 Download PDF

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段正刚
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本实用新型提出一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,所述智能汇流箱包括与各个并联的光伏电池组串的正极相连的最大功率点跟踪模块以及组串监控电路,所述最大功率点跟踪模块与组串监控电路之间设有熔断丝,所述组串监控电路通过通讯接口与监控中心连接;光伏电池组串产生的直流电压经上述的最大功率点跟踪模块后通过直流输出模块输出至后端的逆变电路模块。本实用新型的智能汇流箱对应每个光伏电池组串都设置MPPT电路,可以针对单串组串进行功率优化,提升发电效率;自带DC-DC智能升压模块以及组串监控功能,能够监控各个组串的工作参数及时预警,降低逆变器的成本,运营维护更方便。

Description

一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱
技术领域
[0001] 本实用新型涉及太阳能光伏技术领域,特别涉及一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱。
背景技术
[0002] 随着全球气候变化以及环境污染问题的日益严峻,绿色可再生能源产业最近十年来得到了快速发展。太阳能是一种可再生资源,利用光生伏特效应进行发电的太阳电池技术备受世人关注。太阳电池是由能产生光伏效应的材料,如硅、砷化镓、铟砸铜等材料制成,可以将光能转化成电能。目前,由多片太阳电池组合而成的光伏组件被大量使用用于建设各种光伏发电系统,或用于作为建筑物幕墙来建成节能环保型建筑。
[0003] 如图1所示的太阳电池的1-V曲线,太阳电池是一个非线性的电源,在轻负载的情况下可以看作是一个恒压源,在重负载的情况下可以看作是一个恒流源,在恒压源与恒流源的交界处就是太阳电池的最大功率工作点pmax。如图可以看出,如果忽略温度的影响,在不同的太阳辐射条件下,Pniax所对应的工作电压Uni基本是一个恒定值(对应图中的a,b,c,d,e点),如果负载的阻抗能够随着太阳辐射的变化始终保持在Um附近,太阳电池的能量就能够以可能的最大功率传递给负载。但是,实际应用中一般的光伏系统中,负载的阻抗一般是恒定的,如此,系统工作时的工作点将会偏离Um(对应图中的a’,b’,c’,d’,e’),此时,太阳电池的输出不是以最大功率输出。
[0004] 光伏发电系统是由多个电池组件组成的电池组串并联而成,每个电池组件中都包括串联的多个电池片,在一个光伏系统中,各个太阳电池组件的参数并不完全相同,受到的太阳辐射条件也会不同,比如,组件表面的不同程度的脏污、各种原因造成的局部阴影、组件朝向等,这些会造成光伏系统中各个太阳电池组件组成的组串的实际发电量不相同,也即,各个太阳电池组串的实际输出功率与理论上的最大输出功率是有差异的。光伏系统的实际发电量与系统效率有很直接的关系,理论上,光伏系统的发电效率一般在80%左右,而根据实际的统计数据,即使在光照辐射条件较好的西部地区,光伏系统的平均系统效率仅为 74%。
[0005] 为了解决这个问题,目前应用最广泛的是在光伏发电系统中使用最大功率点跟踪(MPPT)电路。通常的MPPT电路和逆变器一体安装在逆变器机箱内,这样的设置中,MPPT电路只能对整个光伏系统的输出功率进行调整,无法对系统中的每个电池组串的输出功率进行调整,所以各个太阳电池组串不能保证以最大功率输出;只要各个组串的输出之间存在差异,组串之间就会互相影响,输出电压就会被限制在一个较低的数值上(木桶效应),造成能量的损失,组串的差异越大,这种能量损失就越大。另外,严重的组串之间的差异性会造成局部热斑,影响系统的整体可靠性。为了充分发挥每一个组件的输出功率,有一些国外的厂家在每一个组件都对应设置一个小型的MPPT跟踪电路,这种设置成本过高,不适合在大型光伏系统中应用。
[0006]另外,在现有的光伏系统中,系统的DC-DC升压模块以及系统监控模块都是结成在逆变器中,对于电站开发商来说,在进行系统安装时,只能选择价格昂贵的光伏系统专用逆变器,选择余地不大,成本较高。
实用新型内容
[0007] 鉴于现有技术中的存在的缺陷,本实用新型提出一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,其可以实现对系统中各个组串的输出功率进行优化调整,同时实时监控各个组串的工作状态;另外可以使光伏系统逆变器的需求降低,利于电站开发商降低系统的成本。
[0008] 为达到本实用新型的目的,具体的,本实用新型的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱包括,与各个并联的光伏电池组串相连的最大功率点跟踪模块以及组串监控电路,所述最大功率点跟踪模块与组串监控电路之间设有熔断丝,所述组串监控电路通过通讯接口与监控中心连接;光伏电池组串产生的直流电压经上述的最大功率点跟踪模块后通过直流输出模块输出至后端的逆变电路模块。
[0009] 优选的,所述智能汇流箱还包括设置在最大功率点跟踪模块与直流输出模块之间的浪涌保护器。
[0010] 再优选的,所述浪涌保护器与各个光伏电池组串的负极之间设有熔断丝。
[0011] 再优选的,所述的监控电路包括各个组串的电压,电流,温度,防雷状态以及熔断丝状态监控。
[0012] 再优选的,所述的监控电路还包括报警模块。
[0013] 本实用新型的有益效果是,所述智能汇流箱在每个光伏电池组串都对应设置一路MPPT电路,可以针对单串组串进行功率优化,提升发电效率;自带DC-DC智能升压模块以及组串监控功能,能够监控各个组串的工作参数及时预警,降低逆变器的成本,运营维护更方便。
附图说明
[0014] 通过下面结合附图的详细描述,本实用新型前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中:
[0015] 图1所示为太阳能电池的1-V曲线示意图;
[0016]图2所示为利用本实用新型的光伏智能汇流箱的光伏发电系统的组成架构示意图;
[0017] 图3所示为本实用新型的一实施例的光伏智能汇流箱的组成架构示意图;
[0018]图4所示为本实用新型的另一实施例的光伏智能汇流箱的组成架构示意图。
具体实施方式
[0019] 结合附图将本实用新型的特征及优点详述如下。
[0020] 参见图2所示的光伏发电系统的组成架构示意图,其包括相互并联连接的多个光伏电池组串10,与光伏电池组串10连接的智能汇流箱20,以及与汇流箱连接的逆变器30,所述光伏发电系统与电网进行连接或作为独立发电系统对负载进行供电。
[0021] 如图3所示的本实用新型的一实施例的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱20的组成架构示意图,所述智能汇流箱包括与各个并联的光伏电池组串相连的最大功率点跟踪(MPPT)模块以及组串监控电路,所述最大功率点跟踪模块与组串监控电路之间设有熔断丝,所述组串监控电路通过通讯接口与监控中心连接;光伏电池组串产生的直流电压经上述的最大功率点跟踪模块后通过直流输出模块输出至后端的逆变电路模块。
[0022] 如图4所示为本实用新型的另一实施例的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱20’的组成架构示意图,所述智能汇流箱还包括设置在最大功率点跟踪模块与直流输出模块之间的浪涌保护器,所述的浪涌保护器可以在光伏系统遭遇雷击时与地导通,避免雷击造成的系统损坏。在一优选的实施方案中,所述浪涌保护器与各个光伏电池组串的负极之间设有熔断丝。
[0023] 上述实施例中的熔断丝可以防止电流倒灌对光伏组件造成损坏,当电流发生倒灌时,恪断丝会断开。
[0024] 在优选的实施方案中,所述的监控电路包括各个组串的电压,电流,温度,防雷状态以及熔断丝状态监控,当发生异常事故时,可以通过报警模块即时通知工作人员,以利于工作人员对系统进行检修,避免造成更大的事故。
[0025] 本实用新型的智能汇流箱在每个光伏电池组串都对应设置一路MPPT电路,可以针对单串组串进行功率优化,当组串遇到阴影或者遮挡等情况时,通过MPPT模块进行功率优化提升组串电压至更高电压等级,减少电站因为环境或者人为因素造成的电站发电损失,提升发电效率;由于汇流箱自带DC - DC智能升压模块,后端的逆变器可以省却DC - DC模块,大大降低逆变设备系统成本,同时对于电站开发商来说,逆变器的选择面更广,逆变器单纯做直流-交流功率变换,逆变器不止限于光伏专用逆变器,效率更高、体积更小、选择面更广,成本更低;智能汇流箱带有组串监控功能,能够监控各个组串的电压,电流,温度,防雷状态,熔断丝状态,当有组件出现问题时,系统会及时报警,电站值班人员根据屏幕显示状态排查故障组串问题,运维方便。
[0026] 本实用新型并不局限于所述的实施例,本领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神即公开范围内,仍可作一些修正或改变,故本实用新型的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,其特征在于,所述智能汇流箱包括与各个并联的光伏电池组串相连的最大功率点跟踪模块以及组串监控电路,所述最大功率点跟踪模块与组串监控电路之间设有熔断丝,所述组串监控电路通过通讯接口与监控中心连接;光伏电池组串产生的直流电压经上述的最大功率点跟踪模块后通过直流输出模块输出至后端的逆变电路模块。
2.如权利要求1所述的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,其特征在于,所述智能汇流箱还包括设置在最大功率点跟踪模块与直流输出模块之间的浪涌保护器。
3.如权利要求2所述的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,其特征在于,所述浪涌保护器与各个光伏电池组串的负极之间设有熔断丝。
4.如权利要求1所述的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,其特征在于,所述的监控电路包括各个组串的电压,电流,温度,防雷状态以及熔断丝状态的监控。
5.如权利要求4所述的一种基于组串MPPT功率优化及组串监控的光伏智能汇流箱,其特征在于,所述的监控电路还包括报警模块。
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