CN204539074U - 集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种防止过电流和过电压在光伏组件和负载之间进行冲击的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，包括两个级联在一起的两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源，所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端相连，所述两相交错式升压开关电源还连接有自供隔离电源模块；所述两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源分别于控制电路板相连，所述控制电路板还连接有Zigbee无线模块、光伏组件温度传感器和LED指示灯。本实用新型的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，使用集成式的光伏组件接线盒替代普通接线盒，在成本增加不多的情况下，增加了光伏组件产品的使用功能，提高了光伏组件的发电效率。

Description

集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒

技术领域

本实用新型涉及一种光伏电池部件，尤其是一种集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒。

背景技术

普通光伏组件接线盒，包括盒体和底座，盒体和底座相连接。在盒体和底座之间，光伏电池片的正负输出引线与接线盒内部端子热熔焊接。接线盒通过尾端为直流连接器的线缆连接直流负载或进行光伏电池板的串联连接。

光伏市场上还有一种光伏组件功率优化器的产品，实际上是一种MPPT的控制器。功率优化器的前端与光伏组件接线盒的输出端相连接，后端与最终负载相连接或进行光伏组件的串联连接。

现有的光伏组件接线盒的缺点：

1)没有通讯模块，无法采集光伏电池板组件状态运行参数等数据。

2)光伏电站中同一光伏阵列是指，若干单块光伏电池板组件先是串联升压形成光伏组串，若干串光伏组串汇入汇流箱中并联增大电流。若干汇流箱输出汇入到直流柜中再一次的并联增大电流。同一光伏阵列是指同属于同一直流柜的光伏阵列。同一光伏阵列中光伏功率优化器MPPT控制是各自独立运行的，功率优化器各自独立无序寻找光伏组件的最大功率点，会带来光伏阵列内部无谓损耗，并延长了搜寻光伏组串最大功率点的时间，不能达到统一协调同步的控制特性。

3)光伏功率优化器与接线盒是各自独立的产品，安装没有集成式的接线盒方便。

4)光伏功率优化器运行状态不能直观的观察，需要借助检测工具才能检测光伏组件的运行状态。

实用新型内容

本实用新型提供了一种防止过电流和过电压在光伏组件和负载之间进行冲击的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒。

实现本实用新型目的的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，包括两个级联在一起的两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源，所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端相连，所述两相交错式升压开关电源还连接有自供隔离电源模块；所述两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源分别于控制电路板相连，所述控制电路板还连接有Zigbee无线模块、光伏组件温度传感器和LED指示灯。

所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端连接处还设有旁路二极管。

本实用新型的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒的有益效果如下：

(1)本实用新型的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，使用集成式的光伏组件接线盒替代普通接线盒，在成本增加不多的情况下，增加了光伏组件产品的使用功能，提高了光伏组件的发电效率。

(2)利用集成式接线盒中Zigbee无线通讯的组网功能，将光伏组件运行的状态数据，包括电压、电流和温度数据传送到监控后台服务器上，可用于光伏电站系统数据的分析与研究，省去了有线通讯的电缆成本。

(3)同一光伏阵列的集成式接线盒利用Zigbee无线通讯的实时性，统一协调同步控制进行光伏组件组串MPPT最大功率的跟踪，快速找到最大功率点，以最大效率进行光伏发电；

(4)采用LED指示灯状态显示光伏电池板组件和集成式接线盒的内部电路的运行状态，可以很直观的判断光伏电池板组件和集成式接线盒内部电路的运行状态。

(5)集成式接线盒的直流转换电源采用前级为两相式交错升压结构和后级为半桥LLC谐振相结合的开关电源结构，可以高效的将光伏电池板的直流输出进行MPPT直流转换输出。并能将光伏组件输出和负载进行隔离，防止过电流和过电压在光伏组件和负载之间进行冲击。

附图说明

图1为本实用新型的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，包括两个级联在一起的两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源，所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端相连，所述两相交错式升压开关电源还连接有自供隔离电源模块；所述两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源分别于控制电路板相连，所述控制电路板还连接有Zigbee无线模块、光伏组件温度传感器和LED指示灯。

所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端连接处还设有旁路二极管。

1)图1中自供电隔离电源模块从光伏接线盒输入取电，自供电模块采取高效的隔离开关电源模式，通过自供电模块，向集成接线盒的各控制电路模块和芯片供电。由于采用的是隔离的模式，可以保护接线盒中的控制电路免受光伏组件直流输出的过电流和过电压的冲击。旁路二极管作用是防逆流，在光伏阵列中，当部分光伏组件被遮挡时，被遮挡光伏组件电压下降，被遮挡的光伏组件可能由电源变成了负载。光伏组件电压降到一定值时，旁路二极管导通，光伏组串电流通过旁路二极管，不再通过被遮挡的光伏组件，这样就不会因为部分被遮挡光伏组件不发电而产生组串电流电路不通的情况。

2)接线盒中的开关电源模块采用了两种开关电源级联的结构形式，其中前级采用的是两相交错式并联升压开关电源结构。在图1集成接线盒电路原理图中，电感L1、MOSFET管Q2和二极管D1组成升压开关电源的一相，电感L2、MOSFET管Q1和二极管D1组成升压开关电源的另一相。MCU控制器通过对光伏组件电流、光伏组件电压和升压开关电源Vboost的采样，测得组件电流、组件电压和升压开关电源Vboost的数据，通过MPPT控制算法，计算出对应的PWM1和PWM2脉冲波的占空比，MCU发出的PWM脉冲调制波经过MOSFET驱动器，去控制两相升压开关电源中的MOSFET开关管Q1和Q2开关频率。PWM1和PWM2脉冲调制波相位相差180°，故此称为两相交错式。交错式控制MOSFET管Q1和Q2的开关，可以减小光伏电池板组件输出纹波电流。升压开关电源电路中电容C2在升压阶段用于储能，并为后级的LLC谐振电路提供升压电压。两相交错并联式转换可以将光伏组件发出的直流功率分配到两个变换通道中，增加了变换器的功率等级。改善了变换器的动态响应性能，提高了变换器的能量传输速度；降低了输入输出电流的纹波，减少电感和电容的体积，提高了功率密度。

3)功率转换输出的开关电源后级采用半桥LLC谐振转换器结构，主要功能是用于将光伏组件的输出和最终转换的输出进行隔离防护。MOSFET管Q3、Q4和输入电容C3和C4组成LLC开关电路的H半桥，谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器T1组成LLC谐振电路。MCU根据谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器的磁化电感Lm计算出谐振频率，MCU发出的谐振频率的PWM脉冲波通过MOSFET驱动器去控制MOSFET管Q3、Q4组成的半桥的开关状态，其中PWM3和PWM4脉冲波也是相位相差180°，这样变压器T1原边输入的电压为方波，通过变压器隔离转换后仍然是方波，通过二极管D3、D4、D5和D6组成全波整流电路向外输出直流。其中电容C5用于储能和吸收纹波电压。LLC谐振转换器的特点是能在负载变化很大的情况下对输出电压进行调节，并且保持开关频率变化较小。在整个控制工作范围内，能够获得零电压开关(ZVS)。LLC隔离是在光伏电池板组件和直流负载之间建立隔离，使得光伏组件和直流负载产生的过电流和过电压的冲击不能相互影响，对前后级电路进行隔离保护。

4)光伏组件温度传感器布置在接线盒的底部，光伏组件接线盒基座与接线盒弹性压接时，会将温度传感器的测温面压紧在光伏组件板的背面上，这样温度传感器检测温度更接近光伏组件的真实温度。

5)LED指示灯用于对光伏组件接线盒的运行状态进行显示，MCU根据采样的光伏组件电流、电压和接线盒输出的电压电流数据判断光伏组件和接线盒内部电路的运行状态，并驱动LED指示灯的亮灭。LED指示灯的不同显示状态对应着光伏组件和接线盒内部电路的运行状态。这样运行维护人员在日常巡查时通过观察LED指示灯状态显示就能判断光伏组件和集成式接线盒内部电路的运行状态。

6)Zigbee无线通讯模块用于将开关电源的运行参数例如电流、电压、输出功率和组件温度数据进行无线传输。同一阵列的光伏组件接线盒通过Zigbee无线模块组网进行实时通讯，这样使得同一光伏阵列接线盒相互协调统一同步进行控制成为可能，这样可以避免单个功率优化器各自独立进行MPPT控制时产生的内耗。例如，同一组串的光伏组件由于采取的是串联方式，这样要求单个接线盒输出的电流是相同的。而各组串光伏组件并联接入汇流箱最终并联接入直流柜，各组串光伏组件的电压也是相同的。光伏组件组串的主接线盒通过Zigbee无线组网的实时通讯方式将控制运行参数下发到各个光伏组件接线盒，各组件接线盒按照相同的控制参数同步进行控制。例外情况下进行特殊控制，例如某几块组件受到了遮挡。这样统一协调同步控制避免了各集成接线盒独立控制时各自寻找MPPT的内部无序控制产生的内部损耗，从而快速找到光伏组件的最大功率点。

7)组件接线盒将光伏组件的运行参数包括电流、电压和温度数据通过Zigbee无线通讯组网的方式上传的集中控制机房内的后台服务器上，使得运行维护人员对光伏电站的每一块光伏组件的运行状态都能准确掌握。为光伏电站的集中控制提供有力的数据支持。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，其特征在于：包括两个级联在一起的两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源，所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端相连，所述两相交错式升压开关电源还连接有自供隔离电源模块；所述两相交错式升压开关电源和半桥LLC谐振隔离开关电源分别于控制电路板相连，所述控制电路板还连接有Zigbee无线模块、光伏组件温度传感器和LED指示灯。

2.根据权利要求1所述的集成Zigbee无线通讯的光伏组件接线盒，其特征在于：所述两相交错式升压开关电源与光伏组件输入端连接处还设有旁路二极管。