CN209169967U - 一种光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统，所述光伏配线箱包括两组保护器件、第一馈电开关、第二馈电开关和开关控制电路，每组保护器件包括两保护器件，两保护器件的输入端连接光伏组件电源，输出端连接开关控制电路；第一馈电开关的输出端连接光伏离网支路，输入端连接开关控制电路；第二馈电开关的输出端连接光伏并网支路，输入端连接开关控制电路；开关控制电路控制电路通断，使两组保护器件连接的光伏组件电源并联并通过第一馈电开关向光伏离网支路供电，或使两组保护器件连接的光伏组件电源串联并通过第二馈电开关向光伏并网支路供电。本申请满足了光伏并网支路和光伏离网支路中不同的电气输入要求。

Description

一种光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统

技术领域

本实用新型涉及但不限于光伏发电技术领域，特别涉及一种光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统。

背景技术

离网光伏电站是指把太阳能发电储存到蓄电池，然后通过逆变器转换成家用的220V/380V电压，离网光伏发电系统适用于没有并网或并网电力不稳定的地区；并网光伏电站是指将太阳能发电和市电连接在一起，并网光伏电站没有电能储存装置，直接通过逆变器转换成国家电网需要的电压要求，并优先供家庭使用，并网光伏发电系统不需要使用蓄电池，大大节省了成本，家庭用不完的电可以卖给电力公司获得收益，但是，当公共电网断电时，并网光伏发电系统同时停止运行。

当前的并网与离网光伏发电切换装置，主要采用光伏并网逆变器与双向储能变流器(Power Conversion System，PCS)通过交流输出侧耦合而组成的智能微电网系统，智能微电网系统将并网逆变器与PCS连接到交流母线，实现能量转换及具备后备供电能力，但PCS成本造价高，蓄电池组电压超过400V，市场适用性不强。

实用新型内容

本实用新型提供了一种光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统，能够降低光伏并网发电与光伏离网发电切换系统的成本。

本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种光伏配线箱，包括两组保护器件、第一馈电开关、第二馈电开关和开关控制电路，其中：

每组保护器件包括两保护器件，所述两保护器件的输入端用于连接光伏组件电源，输出端连接到所述开关控制电路；

所述第一馈电开关的输出端用于连接光伏离网支路，输入端连接到所述开关控制电路；

所述第二馈电开关的输出端用于连接光伏并网支路，输入端连接到所述开关控制电路；

所述开关控制电路用于控制电路通断，使所述两组保护器件连接的光伏组件电源并联并通过所述第一馈电开关向光伏离网支路供电，或使所述两组保护器件连接的光伏组件电源串联并通过所述第二馈电开关向光伏并网支路供电。

本实用新型实施例还提供了一种包括如上所述的光伏配线箱的并网与离网光伏发电切换系统，还包括所述光伏组件电源、所述光伏离网支路、所述光伏并网支路以及一组闭锁开关，其中：

所述光伏配线箱，用于将所述光伏组件电源串联后，接入光伏并网支路；将所述光伏组件电源并联后，接入所述光伏离网支路；

所述闭锁开关，用于控制所述光伏离网支路与所述光伏并网支路中的一条支路为主用支路，另一条支路为备用支路。

本实用新型实施例的技术方案，具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统，通过将光伏组件电源并联后向光伏离网支路供电，或将光伏组件电源串联后向光伏并网支路供电，满足了光伏并网支路和光伏离网支路中不同的电气输入要求，从而使得光伏并网电站和光伏离网电站无技术条件限制直接组合应用，且本申请相对于现有的智能微电网系统，减少了整体设备造价及投资，市场应用性强，在电网供电不稳定地区提供光伏并网+光伏离网组合型电源，保障了供电的持续性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的光伏配线箱的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的并网与离网光伏发电切换系统的结构示意图；

其中，PV：光伏组件电源；FU1：第一熔断器；FU2：第二熔断器；FU3：第三熔断器；FU4：第四熔断器；1KM：第一控制开关；2KM：第二控制开关；1Q：第一馈电开关；2Q：第二馈电开关；+BUS：正母线；-BUS：负母线；PVC：光伏控制器；DI：光伏离网逆变器；CI：光伏并网逆变器；ES：储能模块；3KM：第三控制开关；4KM：第四控制开关；3Q：第三馈电开关；4Q：第四馈电开关；5Q：第五馈电开关；K1：光伏并网馈电开关；R：备用；N：主用。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种光伏配线箱，所述光伏配线箱包括两组保护器件、第一馈电开关1Q、第二馈电开关2Q和开关控制电路，其中：

每组保护器件包括两个保护器件，所述两保护器件的输入端用于连接光伏组件电源，输出端连接到所述开关控制电路；

所述第一馈电开关1Q的输出端用于连接光伏离网支路，输入端连接到所述开关控制电路；

所述第二馈电开关2Q的输出端用于连接光伏并网支路，输入端连接到所述开关控制电路；

所述开关控制电路用于控制电路通断，使所述两组保护器件连接的光伏组件电源并联并通过所述第一馈电开关向光伏离网支路供电，或使所述两组保护器件连接的光伏组件电源串联并通过所述第二馈电开关向光伏并网支路供电。

在本实用新型的一实施例中，所述两个保护器件的两输入端用于分别连接一光伏组件电源PV的两端，两输出端连接到所述开关控制电路；

所述第一馈电开关1Q的两输出端用于连接光伏离网支路，两输入端连接到所述开关控制电路；

所述第二馈电开关2Q的两输出端用于连接光伏并网支路，两输入端连接到所述开关控制电路；

所述开关控制电路用于控制电路通断，使所述两组保护器件连接的两光伏组件电源PV并联并通过所述第一馈电开关1Q向光伏离网支路供电，或使所述两组保护器件连接的两光伏组件电源PV串联并通过所述第二馈电开关2Q向光伏并网支路供电。

在本实用新型的一实施例中，所述开关控制电路包括第一控制支路和第二控制支路，其中：

所述第一控制支路包括第一连接回路、第二连接回路、第三连接回路、第四连接回路、第二控制开关2KM和汇流排BUS，所述汇流排BUS包括用于分别连接所述光伏离网支路的两输入端的一正母线+BUS和一负母线-BUS，其中：第一连接回路和第二连接回路分别连接在正母线+BUS和用于与两光伏组件电源PV正极连接的两保护器件之间，所述第一连接回路和第二连接回路中至少一个设置一第二控制开关2KM；第三连接回路和第四连接回路分别连接在负母线-BUS和用于与两光伏组件电源PV负极连接的两保护器件之间，所述第三连接回路和第四连接回路中至少一个设置一第二控制开关2KM；

所述第二控制支路包括第五连接回路、第六连接回路、第七连接回路和第一控制开关1KM，其中，所述第五连接回路中设置第一控制开关1KM，所述第一控制开关1KM的两端分别连接用于与一光伏组件电源PV正极连接的一保护器件和用于与另一光伏组件电源PV负极连接的一保护器件，所述第六连接回路和所述第七连接回路分别连接在所述光伏并网支路的两输入端及未与所述第五连接回路连接的两保护器件之间。

在本实用新型的一实施例中，所述第一控制开关1KM为继电器或接触器；所述第二控制开关2KM为继电器或接触器。

需要说明的是，继电器和接触器是电路中经常要用到的元器件，两者有一些不同，需要用在不同的电路中，当然有时候又可以混用。继电器和接触器的相同之处在于都是通过控制线圈的有电或无电来驱动触头的开闭，以断开或接通电路。继电器和接触器都是属于有接点电器，当然线圈的控制电路与触点所在的电气回路是电气隔离的。

在本实用新型的一实施例中，所述保护器件为熔断器(Fuse)。在图1中，第一组保护器件包括第一熔断器FU1和第二熔断器FU2；第二组保护器件包括第三熔断器FU3和第四熔断器FU4。

需要说明的是，熔断器是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

在本实用新型的一实施例中，所述第一馈电开关1Q为直流断路器；所述第二馈电开关2Q为直流断路器。

如图1所示，所述光伏配线箱的输入端可以与2n个光伏组件电源PV相连接，每个光伏组件电源PV包括m块串联连接的光伏组件，其中，n、m均为大于或等于1的自然数，输出端连接光伏离网支路和光伏并网支路，所述光伏配线箱包括熔断器FU、第一控制开关1KM、第二控制开关2KM、第一馈电开关1Q、第二馈电开关2Q和汇流排BUS，其中：

每个光伏组件电源PV的两端分别串联连接一熔断器FU，每个光伏组件电源PV的一端分别串联连接一第二控制开关2KM，两个光伏组件电源PV的中间串联连接所述第一控制开关1KM；

将两个光伏组件电源PV串联连接第二馈电开关2Q后，接入光伏并网支路，将两个光伏组件电源PV通过汇流排BUS进行电气汇流，并通过第一馈电开关1Q连接光伏离网支路。

由于光伏并网支路中的光伏并网逆变器的开路电压较高(一般为1000V)，光伏离网支路设置了储能电池，其开路电压较低(一般为500V)，在接并网支路时，两个光伏组件电源串联后直接接入；在接离网支路时，将两个光伏组件电源并联后接入，从而保证不会烧坏光伏离网支路中的储能电池，满足了光伏并网逆变器和储能电池不同的输入开路电压要求。

在图1中，通过控制回路控制第一控制开关1KM、第二控制开关2KM的通断，实现光伏组件电源串联数量的变换。熔断器FU用于光伏组件电源短路时进行电流保护；汇流排BUS用于将多组光伏组串进行电气汇流。

光伏配线箱是光伏并、离网型组合发电系统的重要组成部分，其可根据电站实际运行工况进行并、离网发电状态下的配线切换，使光伏组串电压在两种运行方式下能够满足各自设备电气输入要求。

以太阳能柔性薄膜组件建设的并、离网组合型光伏电站为例，在并网发电的情况下，因光伏并网逆变器为直流输入开路电压1000伏(V)的设备，需8块铜铟镓硒(CIGS)140峰瓦(Wp)光伏组件串联后，组成一串光伏组件电源接入一台光伏并网逆变器直流输入端口，实现并网发电，此时1KM闭合，两个2KM断开，光伏组件电源产生的电能通过第二馈电开关2Q接入光伏并网支路发电，实现并网供电；

当电网停电时，1KM断开，两个2KM闭合，由此将8块光伏组件串联模式更改为2组4块串联模式，汇流后通过第一馈电开关1Q接入光伏离网支路发电，此时，开路电压为500V，保证不会烧坏光伏离网支路中的储能模块的蓄电池，实现离网供电。

示例性的，假设n为24串，各串光伏组件电源之间相互并联，m为8块，进而可以实现50千瓦(KW)一个光伏组件模组，通过增加光伏组件电源的串数，提高了储能模块的充电速度。

如图2所示，本实用新型实施例还提供了一种包括如以上任一项所述的光伏配线箱的并网与离网光伏发电切换系统，还包括所述光伏组件电源PV、所述光伏离网支路、所述光伏并网支路以及一组闭锁开关，其中：

所述光伏配线箱，用于将所述光伏组件电源PV串联后，接入光伏并网支路；将所述光伏组件电源PV并联后，接入所述光伏离网支路；

所述闭锁开关，用于控制所述光伏离网支路与所述光伏并网支路中的一条支路为主用支路，另一条支路为备用支路。

在本实用新型的一实施例中，所述光伏配线箱，用于将两所述光伏组件电源PV串联后，接入光伏并网支路；将两所述光伏组件电源PV并联后，接入所述光伏离网支路。

在本实用新型的一实施例中，所述光伏并网支路包括串联连接的光伏并网逆变器CI和光伏并网馈电开关K1，所述光伏并网馈电开关K1与国家电网相连接。

在本实用新型的一实施例中，所述光伏离网支路包括光伏控制器PVC、光伏离网逆变器DI、储能模块ES，所述光伏离网逆变器DI和所述储能模块ES并联连接在所述光伏控制器PVC的输出端，所述光伏离网逆变器DI的输出端与外部的用电负载相连接。

目前的光伏并网电站，在电网停电的情况下，光伏并网逆变器防孤岛保护功能启动，光伏组件电源停止发电；目前的光伏离网电站，光伏组件电源发电给蓄电池充电和负载供电，当负载功率小且电池充满的情况下，光伏电能出现浪费，不能被全部利用。本申请通过使用光伏配线箱，使在电网有电的情况下，通过并网发电将光伏电能充分利用；在电网停电的情况下，光伏电能将通过光伏控制器给蓄电池充电，从而能延长单纯蓄电池的后备供电时间，真正做到光伏供电的应急性及实用性。

具体来说，所述并网与离网光伏发电切换系统有如下四种运行状态：

在有日照、有市电的状态下，通过光伏组件电源PV发电，所产生电能经光伏并网逆变器CI逆变后，通过光伏并网馈电开关K1与国家电网并网发电；

在有日照、无市电的状态下，此时光伏并网支路自动切断并网输出(防孤岛运行功能)，通过光伏组件电源PV发电，所产生电能由光伏离网支路输出；

在无日照、有市电的状态下，光伏组件电源PV不发电，完全由国家电网提供电能。选配功能：也可调控储能模块ES的蓄电池组放电，由光伏离网支路输出电能；

在无日照、无市电的状态下，光伏组件电源PV不发电，储能模块ES的蓄电池组放电，由光伏离网支路输出电能。

在本实用新型的一实施例中，所述储能模块ES为110只串联连接的2V储能电池，或者为18只串联连接的12V储能电池。

在本实用新型的一实施例中，所述光伏组件电源的选型及组串配置按照并网逆变器电气特性进行选择，其中，所述光伏组件电源的选型主要包含：单晶硅、多晶硅、铜铟镓硒(CIGS)等。

在本实用新型的一实施例中，如图2所示，所述光伏并网馈电开关K1与所述光伏离网支路之间设置第三馈电开关3Q。

示例性的，所述第三馈电开关3Q为塑料外壳式断路器(Moulded Case CircuitBreaker，MCCB)。

在本实用新型的一实施例中，如图2所示，所述光伏控制器PVC和所述储能模块ES之间设置第四馈电开关4Q。

示例性的，所述第四馈电开关4Q为MCCB。

在本实用新型的一实施例中，如图2所示，所述光伏离网支路的输出端与所述用电负载之间设置第五馈电开关5Q。

示例性的，所述第五馈电开关5Q为MCCB。

在本实用新型的一实施例中，所述闭锁开关包括互成闭锁的第三控制开关3KM和第四控制开关4KM，其中：

第三控制开关3KM连接在所述光伏离网支路与所述光伏并网支路之间；

第四控制开关4KM连接在所述光伏离网支路上。

在该实施例的一示例中，所述第三控制开关3KM为继电器或接触器；所述第四控制开关4KM为继电器或接触器。

使用本申请的光伏配线箱、并网与离网光伏发电切换系统，可以改造已建成的光伏并网电站，为其增加离网储能系统，在电网停电的情况下，将光伏发电与储能电池组合应用的方式给负荷供电；也可以改造商场、写字楼等建筑应急供电电源(Emergency PowerSupply，EPS)，为其建设光伏并网电站，在电网停电情况下，通过本装置切换屋顶光伏组件电源对EPS蓄电池充电，从而增加应急电源的后备供电时间。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本实用新型不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏配线箱，其特征在于，包括两组保护器件、第一馈电开关、第二馈电开关和开关控制电路，其中：

每组保护器件包括两保护器件，所述两保护器件的输入端用于连接光伏组件电源，输出端连接到所述开关控制电路；

所述第一馈电开关的输出端用于连接光伏离网支路，输入端连接到所述开关控制电路；

所述第二馈电开关的输出端用于连接光伏并网支路，输入端连接到所述开关控制电路；

所述开关控制电路用于控制电路通断，使所述两组保护器件连接的光伏组件电源并联并通过所述第一馈电开关向光伏离网支路供电，或使所述两组保护器件连接的光伏组件电源串联并通过所述第二馈电开关向光伏并网支路供电。

2.如权利要求1所述的光伏配线箱，其特征在于，所述开关控制电路包括第一控制支路和第二控制支路，其中：

所述第一控制支路包括第一连接回路、第二连接回路、第三连接回路、第四连接回路、第二控制开关和汇流排，所述汇流排包括用于分别连接所述光伏离网支路的两输入端的一正母线和一负母线，其中：第一连接回路和第二连接回路分别连接在正母线和用于与两光伏组件电源正极连接的两保护器件之间，所述第一连接回路和第二连接回路中至少一个设置一第二控制开关；第三连接回路和第四连接回路分别连接在负母线和用于与两光伏组件电源负极连接的两保护器件之间，所述第三连接回路和第四连接回路中至少一个设置一第二控制开关；

所述第二控制支路包括第五连接回路、第六连接回路、第七连接回路和第一控制开关，其中，所述第五连接回路中设置第一控制开关，所述第一控制开关的两端分别连接用于与一光伏组件电源正极连接的一保护器件和用于与另一光伏组件电源负极连接的一保护器件，所述第六连接回路和所述第七连接回路分别连接在所述光伏并网支路的两输入端及未与所述第五连接回路连接的两保护器件之间。

3.如权利要求2所述的光伏配线箱，其特征在于，所述第一控制开关为继电器或接触器；所述第二控制开关为继电器或接触器。

4.如权利要求1所述的光伏配线箱，其特征在于，所述保护器件为熔断器。

5.一种包括如权利要求1至4任一项所述的光伏配线箱的并网与离网光伏发电切换系统，其特征在于，还包括所述光伏组件电源、所述光伏离网支路、所述光伏并网支路以及一组闭锁开关，其中：

所述光伏配线箱，用于将所述光伏组件电源串联后，接入光伏并网支路；将所述光伏组件电源并联后，接入所述光伏离网支路；

所述闭锁开关，用于控制所述光伏离网支路与所述光伏并网支路中的一条支路为主用支路，另一条支路为备用支路。

6.如权利要求5所述的并网与离网光伏发电切换系统，其特征在于，所述光伏并网支路包括串联连接的光伏并网逆变器和光伏并网馈电开关，所述光伏并网馈电开关用于与国家电网相连接；

所述光伏并网馈电开关与所述光伏离网支路之间设置第三馈电开关。

7.如权利要求5所述的并网与离网光伏发电切换系统，其特征在于，所述光伏离网支路包括光伏控制器、光伏离网逆变器和储能模块，所述光伏离网逆变器和所述储能模块并联连接在所述光伏控制器的输出端，所述光伏离网逆变器的输出端与外部的用电负载相连接。

8.如权利要求7所述的并网与离网光伏发电切换系统，其特征在于，所述光伏控制器和所述储能模块之间设置第四馈电开关；所述光伏离网支路的输出端与所述用电负载之间设置第五馈电开关。

9.如权利要求5所述的并网与离网光伏发电切换系统，其特征在于，所述闭锁开关包括互成闭锁的第三控制开关和第四控制开关，其中：

第三控制开关连接在所述光伏离网支路与所述光伏并网支路之间；

第四控制开关连接在所述光伏离网支路上。

10.如权利要求9所述的并网与离网光伏发电切换系统，其特征在于，所述第三控制开关为继电器或接触器；所述第四控制开关为继电器或接触器。