CN205105166U - 光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种光伏发电系统，包括光伏电池阵列、直流线缆、至少一光伏汇流箱及光伏逆变器，该光伏汇流箱包括：多条电缆，多个熔断器，一断路器、一避雷器及至少一防反二极管；其中的m条电缆一端通过不同的正极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一正极输出电缆共同连接至正极输出端口，m条电缆均设有熔断器；另外n条电缆一端分别通过不同的负极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过负极输出电缆共同连接至负极输出端口；断路器设置在正极输出电缆上；避雷器连接在正极输出电缆与负极输出电缆之间；防反二极管设置在正极输出电缆上或m条电缆的其中一条共用一个防反二极管。本实用新型可以减小汇流箱内的反灌电流，降低光伏发电系统的功率损耗。

Description

光伏发电系统
技术领域
本实用新型是关于光伏汇流箱能效分析技术，特别是关于一种光伏发电系统。
背景技术
随着经济的持续发展和环境污染的不断加剧，可再生能源的开发和利用已经成为大势所趋。依据国家的能源战略方针，太阳能光伏发电技术可以有效地解决能源短缺及降低碳排放的问题。如何提高光伏发电效率，对光伏发电系统的各个组件及环节进行能效分析则极为重要。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种光伏发电系统，以在局部光伏组件被遮挡的时候，减小光伏汇流箱内的反灌电流，降低由于防反二极管导通压降所引起的功率损耗，提高光伏发电系统的运行效率。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种光伏汇流箱，多组光伏组件串分成正负两极分别进入所述汇流箱，所述汇流箱包括：多条电缆，多个熔断器，一断路器、一避雷器及至少一防反二极管；
其中的m条电缆的一端分别通过不同的正极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一正极输出电缆共同连接至正极输出端口，所述m条电缆均设有熔断器；
另外的n条电缆一端分别通过不同的负极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一负极输出电缆共同连接至负极输出端口；
所述断路器设置在所述正极输出电缆上；
所述避雷器连接在所述正极输出电缆与负极输出电缆之间；
所述防反二极管设置在所述正极输出电缆上或所述m条电缆的其中一条共用一个防反二极管。
一实施例中，所述防反二极管的个数为1，设置在所述正极输出电缆上。
一实施例中，防反二极管的个数为N，每条电缆共用其中一个防反二极管。
利用本实用新型的光伏发电系统，可以在局部光伏组件被遮挡的时候，减小汇流箱内的反灌电流，降低由于防反二极管导通压降所引起的功率损耗，提高光伏发电系统的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例的光伏发电系统的光伏汇流箱的结构示意图；
图2为本实用新型另一实施例的光伏发电系统的光伏汇流箱的结构示意图；
图3为本实用新型又一实施例的光伏发电系统的光伏汇流箱的结构示意图；
图4为本实用新型一实施例的防反二极管安装分析方法流程图；
图5为本实用新型另一实施例的防反二极管安装分析方法流程图；
图6为本实用新型实施例的U-I特性曲线示意图；
图7为本实用新型一实施例的确定反向电流通过反向电流校验时的防反二极管的最小个数的方法流程图；
图8为本实用新型另一实施例的确定反向电流通过反向电流校验时的防反二极管的最小个数的方法流程图；
图9为本实用新型实施例的光伏发电系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图9为本实用新型实施例的光伏发电系统的结构示意图。本实用新型实施例提供一种光伏发电系统，所述光伏发电系统包括：依次连接的光伏电池阵列、直流线缆、至少一光伏汇流箱及光伏逆变器。
多组光伏组件串分成正负两极分别进入汇流箱，该汇流箱包括：
多条电缆，多个熔断器，一断路器、一避雷器及至少一防反二极管；
其中的m条电缆的一端分别通过不同的正极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一正极输出电缆共同连接至正极输出端口，所述m条电缆均设有熔断器；
另外的n条电缆一端分别通过不同的负极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一负极输出电缆共同连接至负极输出端口；
所述断路器设置在所述正极输出电缆上；
所述避雷器连接在所述正极输出电缆与负极输出电缆之间；
所述防反二极管设置在所述正极输出电缆上或所述m条电缆的其中一条共用一个防反二极管。
本实用新型的光伏发电系统的光伏汇流箱中的防反二极管的个数和位置可以根据具体情况进行设定，下面分别具体说明。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种光伏发电系统，该光伏发电系统中光伏汇流箱包括：多条电缆，多个熔断器12，一断路器13、一避雷器14及一个防反二极管11。
其中的m条电缆10的一端分别通过不同的正极输入端口40连接至光伏组串正极(如光伏阵列1(+))，另一端通过一正极输出电缆30共同连接至正极输出端口50，m条电缆均设有熔断器12。
另外的n条电缆20一端分别通过不同的负极输入端口60连接至光伏组串正极，另一端通过一负极输出电缆80共同连接至负极输出端口70。
断路器13设置在正极输出电缆30上，避雷器14连接在正极输出电缆30与负极输出电缆80之间；
m条电缆10上分别设置一个防反二极管11。
如图2所示，本实用新型实施例提供一种光伏发电系统，该光伏发电系统中光伏汇流箱包括：多条电缆，多个熔断器12，一断路器13、一避雷器14及一个防反二极管11。
其中的m条电缆10的一端分别通过不同的正极输入端口40连接至光伏组串正极(如光伏阵列1(+))，另一端通过一正极输出电缆30共同连接至正极输出端口50，m条电缆均设有熔断器12。
另外的n条电缆20一端分别通过不同的负极输入端口60连接至光伏组串正极，另一端通过一负极输出电缆80共同连接至负极输出端口70。
断路器13设置在正极输出电缆30上，避雷器14连接在正极输出电缆30与负极输出电缆80之间；
防反二极管11设置在正极输出电缆30上。
如图3，本实用新型实施例提供一种光伏发电系统，该光伏发电系统中光伏汇流箱包括：多条电缆，多个熔断器12，一断路器13、一避雷器14及N个防反二极管11。图3中，仅以n等于举例说明，并非用于限定。
其中的m条电缆10的一端分别通过不同的正极输入端口40连接至光伏组串正极(如光伏阵列1(+))，另一端通过一正极输出电缆30共同连接至正极输出端口50，m条电缆均设有熔断器12。
另外的n条电缆20一端分别通过不同的负极输入端口60连接至光伏组串正极，另一端通过一负极输出电缆80共同连接至负极输出端口70。
断路器13设置在正极输出电缆30上，避雷器14连接在正极输出电缆30与负极输出电缆80之间；
每条电缆共用其中一个防反二极管，图3中，每2条电缆共用其中一个防反二极管。
图1、图2及图3的光伏汇流箱中均可以包括测量模块15，该测量模块15可以为电压表或电流表。另外，负极输出端口70及正极输出端口50连接至相邻段光伏汇流箱或者连接至逆变器。
图1中的防反二极管的个数等于电缆10的条数m，图2所示的防反二极管的个数为最低值1个，图3所示的实施例的防反二极管的个数为N，需要注意到是，防反二极管个数需要满足被遮挡的光伏组件串的工况为稳态工况，不同的情况防反二极管个数可能不同，下面详细说明。
在光伏发电系统的运行中，由于外界环境因素扰动(例如由于云层或者灰尘导致的光伏组件串遮蔽)，将会产生不可避免的系统扰动。在此情况下，并联的光伏组件串输出电压不同；如果并联光伏组件串无防反二极管安装，将导致直流侧电流反灌，影响汇流箱及逆变器的正常功率输出，甚至影响光伏电池板的安全稳定运行。因此，快速准确的电参量检测及故障诊断切除对于光伏发电系统的正常运行至关重要。
为了防止上述情况发生，汇流箱应当具备快速检测、定位异常输入电量的功能，以迅速识别因器件损坏、遮蔽问题造成的不均衡输入，保证各光伏组件串的输入电压、电流一致，避免可能产生的能量损耗。为此，有必要对汇流箱的监测方式进行研究，以选取合适的电参量及传感器件，实现快速准确的故障诊断检测；与此同时，应对监测点位置进行优化，以合理减小汇流箱仪表的损耗并保障其正常运行，为光伏汇流箱的正确配置提供理论依据。
当某串光伏组件串被遮挡时，连接至同1个光伏汇流箱的所有其他光伏组件串都将为此光伏组件串提供反向电流，而连接至同1个逆变器的其他汇流箱的光伏组件串由于该回路防反二极管的作用不会为此串光伏组件提供反向电流。
假设在一个有m条输入支路的汇流箱，其输入支路没有设置防反二极管，输出回路串联防反二极管。在m条支路中，有n条支路的光伏组件串被遮挡，光照度为200W/m2(较佳地，n可以为1)；其余m-n路支路均处于正常运行工况，其光照度为1000W/m2。在该情况下，该汇流箱直流电压因被遮挡支路影响而显著降低(所有支路的直流电压均被钳位到相等的电压值)，m-n条支路为被遮挡支路提供反向电流。
在上述稳态情况下，根据上述分析，光伏汇流箱各支路的直流电压相同，电流满足(m-n)IW＝IZDW(反观电流)。如图6的U-I特性曲线所示，假设被遮挡组件的初始工作电压、电流分别为UZDW1、IZDW1。若其他未被遮挡的组件工作于相同的直流电压，则其电流值会很大，不满足电压限制条件，因此该情况非稳态工况。若增大被遮挡组件的直流电压至UZDW2，在该工作电压下恰好满足(m-n)IW＝IZDW2，则该情况为稳态工况。
下面通过具体地实施例，说明如何确定防反二极管的最低数目，使得损耗最低。
如图4所示，本实用新型实施例提供一种光伏汇流箱的防反二极管安装分析方法，该防反二极管安装分析方法包括：
S401：根据U-I特性曲线得到被遮挡的光伏电池组件的反向电流IZDW及工作电压UZDW；
S402：根据所述反向电流IZDW确定未被遮挡的光伏电池组件的工作电压UW；
S403：判断所述工作电压UW与所述工作电压UZDW的差值是否小于电压误差限幅；如果是，进行S404。
电压误差限幅Ue的大小要适中，如果太大则求解结果误差过大，如果太小可能导致错过稳态工作点。在求解过程中，被遮挡组件的电压UZDW逐渐增大，电流值IZDW为负值，且其值逐渐减小(绝对值逐渐增大)。由该值求解得到的正常工作组件的工作电压UW逐渐减小并逼近UZDW。
如果差值相差较大(大于电压误差限幅Ue)，则认为没有到达稳态工作点，继续增大被遮挡组件的工作电压(减小其工作电流)，并返回S402计算正常组件的运行情况、重新判断；否则认为已经到达稳态工作点，跳出循环。
S404：确定所述反向电流通过反向电流校验时的防反二极管的最小个数。
由图4所示的流程可知，本实用新型根据U-I特性曲线得到光伏电池组件的反向电流IZDW及工作电压UZDW，然后据此确定未被遮挡的光伏电池组件的工作电压UW，最后根据工作电压UW与工作电压UZDW的差值的大小确定防反二极管的最小个数。通过该方法，可以分析需要安装的防反二极管的最低数目，以解决在局部光伏组件被遮挡的时候，减小汇流箱内的反灌电流，降低由于防反二极管导通压降所引起的功率损耗，提高光伏发电系统的运行效率。
步骤S401具体实施时，如图5所示，包括如下步骤：
S501：根据U-I特性曲线计算被遮挡的光伏电池组件的初始反向电流IZDW0及初始工作电压UZDW0。
根据被遮挡组件的U-I特性曲线(可以根据正常组件的特性参数与光伏组件的工程数学模型进行计算)，得到开路情况下的电压Uoc。则工作电压、反向工作电流的初始值为：(Uoc，0)。
S502：根据光伏电池组串的数目m、被遮挡光伏电池组串的数目n及所述初始反向电流IZDW0计算未被遮挡的光伏电池组件的初始工作电压UW0，其中m＝aN，N为防反二极管的个数，a为正整数；
S503：判断所述初始工作电压UW0与所述初始工作电压UZDW0的差值是否小于电压误差限幅；如果否，进行S504。
S504：将(IZDW0-Cs)赋值给所述初始反向电流IZDW0，得到所述反向电流IZDW及工作电压UZDW。
Cs为步长，取值要适中，不能过大，被遮挡组件的工作电流每次均以该步长增大，逼近稳态工作点。
S402具体实施时，可以根据如图6所示的U-I特性曲线确定未被遮挡的光伏电池组件的工作电压UW。
如图4所示，如果所述工作电压UW与所述工作电压UZDW不小于电压误差限幅，防反二极管安装分析方法还包括：
S405：将(IZDW-Cs)赋值给所述反向电流IZDW，重新根据赋值后的反向电流IZDW确定未被遮挡的光伏电池组件的工作电压UW；
然后重新判断根据赋值后的反向电流IZDW确定的工作电压UW与赋值后的反向电流IZDW对应的工作电压UZDW的差值是否小于电压误差限幅，按照图4所示，循环迭代，直到所述差值小于所述电压误差限幅，得到被遮挡的光伏电池组件的稳态的反向电流IZDW及工作电压UZDW。
S404中，确定反向电流通过反向电流校验时的防反二极管的最小个数的方法有很多，但是要遵循一个原则，即，使得被遮挡的光伏电池组件的工况为稳态。
一实施例中，如图7所示，S404包括：
S701：比较被遮挡的光伏电池组件的稳态的反向电流IZDW＝(m-n)IW＝(aN-n)IW与最大反向电流If的大小；
S702：确定最接近最大反向电流If的IZDW值对应的N值，该N为防反二极管的最小个数。
光伏组件的生产厂家一般提供了组件可以承受的最大反向电流If，此时可以直接比较反向电流IZDW与If的值，来判断防反二极管的配置是否合理，确定反向电流是否通过反向电流校验。
一实施例中，如图8所示，S404包括：
S801：判断将被遮挡的光伏电池组件的稳态的反向电流IZDW与UZDW的积与最大功率上限的关系；
S802：判断将被遮挡的光伏电池组件的稳态的反向电流IZDW与UZDW的积与最大功率上限的关系。
对于生产厂家未提供相关耐受的反向电流值的情况，可以通过工作电压UZDW乘以反向电流IZDW，即为每个光伏电池消耗的功率。一般情况下，商用光伏组件中单体光伏电池消耗的最大功率上限为25W，超过该值，产生的热量将可能破坏单体光伏电池或者光伏组件的封装材料。
根据N值的具体大小，防反二极管的安装包括下面两种情况：
1、如果N为1，将防反二极管设在所述光伏汇流箱的输出回路。
2、如果N大于1，将每个防反二极管设在所述光伏汇流箱的个光伏电池组串支路上，使个光伏电池组串支路公用一个防反二极管。
图4所示的方法中，光伏汇流箱能耗比每条光伏组件回路都串联一个防反二极管的设计能耗要低；反向电流要比在汇流箱的输出回路上安装反向二极管的设计方案反向电流小。在能保证光伏组件不被电流反灌造成损坏的同时，尽可能的提高功率输出。
利用本实用新型的光伏发电系统，可以分析需要安装的防反二极管的最低数目，以解决在局部光伏组件被遮挡的时候，减小汇流箱内的反灌电流，降低由于防反二极管导通压降所引起的功率损耗，提高光伏发电系统的运行效率。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (4)

1.一种光伏发电系统，其特征在于，所述光伏发电系统包括：依次连接的光伏电池阵列、直流线缆、至少一光伏汇流箱及光伏逆变器；
多组光伏组件串分成正负两极分别进入所述汇流箱，所述汇流箱包括：多条电缆，多个熔断器，一断路器、一避雷器及至少一防反二极管；
其中的m条电缆的一端分别通过不同的正极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一正极输出电缆共同连接至正极输出端口，所述m条电缆均设有熔断器；
另外的n条电缆一端分别通过不同的负极输入端口连接至光伏组串正极，另一端通过一负极输出电缆共同连接至负极输出端口；
所述断路器设置在所述正极输出电缆上；
所述避雷器连接在所述正极输出电缆与负极输出电缆之间；
所述防反二极管设置在所述正极输出电缆上或所述m条电缆的其中一条共用一个防反二极管。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述防反二极管的个数为1，设置在所述正极输出电缆上。
3.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述防反二极管的个数为N，每条电缆共用其中一个防反二极管。
4.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于，所述防反二极管的个数为N等于m，每条电缆上设置一个防反二极管。
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