CN213937833U - 一种光伏关断器及光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光伏关断器及光伏系统，涉及光伏技术领域，以减少检修工作量，降低成本。光伏关断器包括串接在一起的开关控制器和至少一个旁路二极管；每个旁路二极管具有两个接头，用于连接光伏组件。光伏系统包括至少一个光伏组件和至少一个光伏关断器。每个光伏关断器包括的每个旁路二极管与相应光伏组件并联。本实用新型提供的光伏关断器及光伏系统用于光伏系统的制作。

Description

一种光伏关断器及光伏系统

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种光伏关断器及光伏系统。

背景技术

光伏系统将太阳光能转换为电能供用电负载使用。光伏系统主要由光伏组件、逆变器及蓄电池等组成。

随着光伏市场的发展，人们对于光伏系统的安全性越加关注。光伏系统中多个光伏组件串联的累计开路电压能达到600V-1500V。在发生火灾时，具有快速关断功能的光伏系统，可以降低工作人员或消防员救火时高压触电的风险。但是，现有的光伏关断器与光伏组件的旁路二极管数量较多，且故障率较高，导致检修工作量较大，成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光伏关断器及光伏系统，以减少检修工作量，降低成本。

第一方面，本实用新型提供一种光伏关断器。该光伏关断器包括串接在一起的开关控制器和至少一个旁路二极管；每个旁路二极管具有两个接头，用于连接光伏组件。

采用上述技术方案时，光伏关断器包括串联在一起的开关控制器和至少一个旁路二极管，且每个旁路二极管具有两个接头用于连接光伏组件。此时，光伏关断器中，不仅具有用于快速关断光伏组件的开关控制器，还具有用于降低光伏组件热斑影响的旁路二极管。在日常巡检时，检查一个光伏关断器，可以同时完成对旁路二极管和开关控制器两者的巡检工作，可以减少50％的巡检工作量，提高巡检效率，从而降低人力成本。并且，当开关控制器和旁路二极管发生故障时，拆解一个光伏关断器，可实现对开关控制器和旁路二极管两者的维修，不仅提高了维修工作效率，而且降低了维修成本。由此可见，本实用新型的光伏关断器可以提高光伏系统的日常巡检和维修效率，并降低日常巡检和维修成本。

在一些可能的实现方式中，上述旁路二极管的数量为1个～5个。此时，一个光伏关断器中具有一个开关控制器和1个～5个旁路二极管，且每个旁路二极管均与光伏组件并联。也就是说，1个～5个光伏组件对应的开关控制器和旁路二极管集成在一个光伏关断器中，可以同时对其进行巡检和维修，从而减少工作量，提高工作效率，降低日常巡检和维修成本。

在一些可能的实现方式中，上述光伏关断器还包括用于接收开关控制信号的信号接收器。该信号接收器与开关控制器电连接；其中，信号接收器为有线信号接收器或无线信号接收器。此时，信号接收器与开关控制器独立设置，便于对信号接收器和开关控制器独立进行维修和更换，避免发生故障时，集成在一起的信号接收器和开关控制器需要一并维修和更换的问题，可以降低维修成本。

在一些可能的实现方式中，上述光伏关断器还包括传感器。该传感器用于向逆变器发送开关控制器的工作参数，开关控制器的工作参数包括开关控制器的负载电信号和/或工作温度。此时，光伏关断器能够采集开关控制器的负载电信号和工作温度，并将这些工作参数发送给逆变器。逆变器可以实时的获取光伏关断器的工作参数。

在一些可能的实现方式中，上述每个接头设置有插套。每个插套的材质为铜或银。此时，光伏关断器的插套与光伏组件的插针电连接，利用插套和插针实现光伏关断器和光伏组件的电连接，相比于现有技术采用的标准光伏连接器，在确保电连接性能的同时，可以降低成本。

在一些可能的实现方式中，上述光伏关断器还包括壳体和至少一个防水堵头装置。开关控制器和至少一个旁路二极管设在壳体内；壳体上开设有至少一个第一通孔，每个防水堵头装置与相应的第一通孔紧密配合，每个防水堵头装置开有第二通孔，第二通孔用于供光伏组件的线缆穿过。此时，防水堵头装置可以避免雨水、风沙等侵入光伏关断器的壳体内，从而确保开关控制器和旁路二极管具有较好的工作环境。

第二方面，本实用新型提供一种光伏系统。该光伏系统包括至少一个光伏组件和至少一个第一方面或第一方面任一可能实现方式所述光伏关断器。每个光伏关断器包括的每个旁路二极管与相应光伏组件并联。

第二方面提供的光伏系统的有益效果可以参考第一方面或第一方面任一可能的实现方式所述光伏关断器的有益效果，在此不再赘述。

在一些可能的实现方式中，上述光伏系统还包括逆变器。逆变器与开关控制器电连接。此时，逆变器可以将光伏组件产生的直流电转换为交流电输出，从而便于传输和使用。

在一些可能的实现方式中，上述光伏系统还包括集成在逆变器内的信号发射器。信号发射器用于向信号接收器发送开关控制信号。此时，信号发射器集成在逆变器内，可以简化光伏系统结构。并且，可以利用逆变器对信号发射器供电，无需单独为信号发射器配置供电设备，可以进一步简化光伏系统结构。

在一些可能的实现方式中，上述光伏关断器设在光伏系统的电器设备集中处或巡检通道。在日常巡检和维修时，工作人员在电器设备集中处或巡检通道即可对多个光伏关断器进行检修，无需在光伏系统的整个安装区域内多处检修，可以减少工作人员检修时的移动距离，提高检修效率，从而便于检修。另外，与现有技术中，光伏关断器位于光伏组件背面和边框上相比，电磁设备集中处和巡检通道，便于工作人员对光伏关断器进行检修，无需拆解整个光伏组件。

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，构成本实用新型的一部分，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提供的光伏系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光伏关断器结构示意图。

图1-图2中，10-光伏关断器，11-开关控制器，12-旁路二极管，13-信号接收器，14-传感器，15-插套，16-壳体，17-防水堵头装置，20-光伏组件，21-插针，30-逆变器，31-信号发射器。

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作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。

需要说明的是，在附图中示出本实用新型实施例的各种示意图，这些图并非按比例绘制。其中，为了清楚明白的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

应理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

光伏系统将太阳光能转换为电能供用电负载使用，其主要由电连接的逆变器、蓄电池、多个光伏组件等组成。多个光伏组件产生的直流电传输到逆变器，逆变器将直流电转换为交流电输出到蓄电池或用电负载。光伏系统的累积开路电压通常为600V-1500V。当光伏系统发生火灾时，消防人员和工作人员在救火过程中，存在高压触电的风险。此时，光伏系统需要有凯苏关断功能，以降低高压触电的风险。

目前，具有快速关断功能的光伏系统通常参照美国国家电工规范(NationalElectricalCode，简称NEC)进行设计和生产。在2014版的NEC690.12中对光伏系统的快速关断作出了明确要求：所有建筑物上光伏系统都要安装快速关断开关，光伏系统电压需要在10秒钟内下降到30V以下。在2017版的NEC690.12中，对光伏系统的快速关断又做了严格的要求：以距离到光伏发电单元305mm为界限，在快速关断装置启动后30秒内，界限范围外电压降低到30V以下，界线范围内电压降低到80V以下，也就是要求实现“组件级关断”。

为了实现上述快速关断要求，通常会在光伏系统中设置光伏关断器，利用光伏关断器将各个光伏组件，阻止多个光伏组件串联产生高压，从而实现光伏系统的快速关断，降低高压触电的风险。

常规的具有快速关断功能的光伏组件的旁路二极管和光伏关断器故障率较高。当旁路二极管和光伏关断器任一个出现故障时，都会影响光伏组件以及光伏系统的正常运行，甚至引发严重的火灾或触电事故。因此，光伏关断器和旁路二极管的日常巡检和维修尤为重要。但是，现有技术中，光伏系统中光伏关断器与光伏组件的旁路二极管数量较多，导致检修工作量较大，成本较高。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种光伏系统。该光伏系统可以作为民用发电系统设置在屋顶、墙面上，也可以作为商用发电设备设置在阳光充足的地方，且不仅限于此。需要说明的是，上述光伏系统，可以根据用电需要将光伏系统的累积开路电压设计为1000V或1500V。

如图1所示，上述光伏系统包括串联在一起的至少一个光伏组件20和至少一个光伏关断器10。

当光伏系统所包括的光伏组件20的数量为多个时，多个光伏组件20串联在一起。具体的，光伏组件20的数量可以根据光伏系统的设计累积最大开路电压确定。例如，光伏系统的累积最大开路电压为1000V，单个光伏组件20的最大开路电压为15.9V时，光伏系统中串联的光伏组件20的数量为62。光伏系统的累积最大开路电压为1500V，单个光伏组件20的最大开路电压为15.9V时，光伏系统中串联的光伏组件20的数量为94。

上述光伏关断器10，用于快速关断对应的光伏组件20。根据参考的NEC2017690.12标准，每个光伏关断器10控制的累积最大开路电压在80V以下。该光伏关断器10可以为常开的光伏关断器10，也可以为常闭的光伏关断器10。

为了便于巡检和维修，上述光伏关断器10可以设置在光伏系统的电器设备集中处，也可以设置在巡检通道。在日常巡检和维修时，工作人员在电器设备集中处或巡检通道即可对多个光伏关断器10进行检修，无需在光伏系统的整个安装区域内多处检修，可以减少工作人员检修时的移动距离，提高检修效率，从而便于检修。另外，现有技术中，光伏关断器10位于光伏组件20背面或边框上，而光伏组件20排布比较紧凑，维修时，需要拆卸或破坏性拆除整个光伏组件20。本实用新型实施例的光伏系统，光伏关断器10位于电器设备集中处和巡检通道，便于工作人员检修光伏关断器10，且无需拆卸、拆除整个光伏组件20，可以降低检修成本。

如图1所示，上述光伏系统还可以包括逆变器30。该逆变器30与光伏关断器10电连接。具体的，光伏关断器10与逆变器30的直流端电连接。此时，光伏组件20产生的直流电经过光伏关断器10后，经逆变器30的直流端输入逆变器30，经逆变器30转换后从逆变器30的交流端输出交流电，使得光伏系统产生的电能能够以交流电传输、存储和使用。按逆变器30输出交流电的频率进行分类，该逆变器30可以为工频逆变器、中频逆变器或高频逆变器。

如图1所示，上述光伏系统还可以包括集成在逆变器30内的信号发射器31。信号发射器31用于向光伏关断器10发送开关控制信号。此时，信号发射器31集成在逆变器30内，可以简化光伏系统结构。并且，可以利用逆变器30对信号发射器31供电，省略信号发射器31的供电设备，可以进一步简化光伏系统结构。信号发射器31发送开关控制信号给光伏关断器10，光伏关断器10根据接收到的开关控制信号控制光伏组件20与逆变器30导通或关断。在实际应用中，信号发射器31可以由逆变器30为其供电，也可以为信号发射器31配置独立的供电设备。工作时，可以通过控制向信号发射器31供电或断电来控制开关控制信号向光伏关断器10发送开关控制信号。

开关控制信号可以为有线信号，也可以为无线信号。具体的，可以根据开关控制信号的类型选择相应类型的信号发射器31。当开关控制信号为有线信号时，为了减少光伏系统的线缆，降低成本，开关控制信号可以为载波信号。此时，信号发射器31发送脉冲电压，脉冲电压即为载波信号，载波信号通过电源线传到光伏关断器10中。当开关控制信号为无线信号时，开关控制信号的传送方式可以为无线保真(WirelessFidelity，简称wifi)、蓝牙、Zigbee等传送方式。

上述光伏系统还可以包括蓄电池。蓄电池用于存储电能，并向用电设备供电。该蓄电池可以为铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池、胶体蓄电池、碱性镍镉蓄电池等，且不仅限于此。当然，逆变器30也可以直接向用电设备供电。

如图1所示，以常开的光伏关断器10为例，当光伏系统正常运行时，光伏关断器10处于闭合状态，光伏组件20导通。太阳光照射在光伏组件20上，串联的光伏组件20产生直流电，直流电经过闭合的光伏关断器10，从逆变器30的直流端输入逆变器30。逆变器30将直流电转换为交流电输出到蓄电池或用电设备。与此同时，逆变器30对信号发射器31供电，信号发射器31不断向光伏关断器10发送开关控制信号，光伏关断器10接收开关控制信号后处于闭合状态，使得光伏系统正常运行。当需要快速关断时，首先关闭逆变器30，逆变器30不再对信号发射器31供电，使得信号发射器31断电，停止工作，不再发出开关控制信号。光伏关断器10接收不到开关控制信号，恢复常开状态，光伏组件20关断。当所有光伏关断器10断开后，整个光伏系统达到组件级关断。

如图2所示，上述光伏关断器10包括串接在一起的开关控制器11和至少一个旁路二极管12。每个旁路二极管12具有两个接头，用于连接光伏组件20。此时，在光伏关断器10中，不仅具有用于快速关断光伏组件20的开关控制器11，还具有用于降低光伏组件20热斑影响的旁路二极管12。在日常巡检时，检查一个光伏关断器10，可以同时完成对旁路二极管12和开关控制器11两者的巡检工作，可以减少50％的巡检工作量，提高巡检效率，从而降低人力成本。并且，当开关控制器11和旁路二极管12发生故障时，拆解一个光伏关断器10，可实现对开关控制器11和旁路二极管12两者的维修，不仅提高了维修工作效率，而且降低了维修成本。由此可见，本实用新型的光伏关断器10可以提高光伏系统的日常巡检和维修效率，并降低日常巡检和维修成本。

如图1和图2所示，在实际应用中，光伏关断器10应当具有线缆，开关控制器11和旁路二极管12均串接在线缆上。线缆的正极和负极接入逆变器30的直流端。线缆与开关控制器11、线缆与旁路二极管12、线缆与逆变器30的直流端可以利用标准光伏连接器实现电连接，也可以利用金属插针插套组件实现电连接。

上述开关控制器11的作用为控制光伏组件20导通和关断。这里的光伏组件20，是指与上述旁路二极管12电连接的至少一个光伏组件20。这些光伏组件20与开关控制器11串联在一起。

开关控制器11根据控制信号类型，可以为电力线载波信号开关控制器，也可以为无线射频开关控制器，也可以为总线开关控制器，且不仅限于此。

上述开关控制器11可以具有信号接收功能，也可以不具备信号接收功能。如图2所示，当开关控制器11不具备信号接收功能时，光伏关断器10还应当包括信号接收器13。该信号接收器13与开关控制器11电连接，用于接收信号发射器31发送的开关控制信号。具体的，信号接收器13的输入端与信号发射器31的输出端电连接，信号接收器13的输出端与开关控制器11的输入端电连接。此时，信号接收器13与开关控制器11独立设置，便于对信号接收器13和开关控制器11独立进行维修和更换，避免发生故障时，集成在一起的信号接收器13和开关控制器11需要一并维修和更换的问题，可以降低维修成本。

在实际应用中，可以根据开关控制信号的类型设计信号接收器13和上述信号发射器31的类型。例如，当开关控制信号为无线信号时，信号接收器13为无线信号接收器，信号发射器31为无线信号发射器。当开关控制信号为有线信号时，信号接收器13为有线信号接收器，信号发射器31为有线信号发射器。当开关控制信号为电力线载波信号时，信号接收器13为电力线载波信号接收器，信号发射器31为电力线载波信号发射器。

如图2所示，上述旁路二极管12与光伏组件20并联在一起，两者可以是一一对应的关系，也可以是一个旁路二极管12对应多个光伏组件20。

鉴于光伏关断器10控制的累积最大开路电压在80V以下，因此，与光伏关断器10所包括的旁路二极管12并联的所有光伏组件20的累积最大开路电压在80V以下。在实际应用中，可以根据产品需要，设计单块光伏组件20的最大开路电压和光伏组件20的数量。

当旁路二极管12与光伏组件20一一对应并联时，旁路二极管12的数量与光伏组件20的数量相同。旁路二极管12的数量可以为1个～5个。此时，一个光伏关断器10中具有一个开关控制器11和1个～5个旁路二极管12，且每个旁路二极管12均与光伏组件20并联。也就是说，1个～5个光伏组件20对应的开关控制器11和旁路二极管12集成在一个光伏关断器10中，可以同时对其进行巡检和维修，从而减少工作量，提高工作效率，降低日常巡检和维修成本。

如图2所示，上述旁路二极管12与光伏组件20电连接的每个接头，可以设置有插套15。每个插套15的材质可以为导电性能较好的铜或银。相应的，用于与旁路二极管12电连接的光伏组件20的线缆设有插针21。光伏关断器10的插套15与光伏组件20的插针21电接触，利用插套15和插针21实现光伏关断器10和光伏组件20的电连接，相比于现有技术采用的标准光伏连接器，在确保电连接性能的同时，可以降低成本。

为了避免连接时插针21与插套15插错，插套15和插针21上可以印刷有正负极标志，也可以增加防呆设计。当然，插针21和插套15上可以既有正负极标志，又有防呆设计，以防止插错。具体的，防呆设计可以为正极插套15与负极插套15的形状不同。例如，正极插套15与插针21呈方形，负极插套15与插针21呈圆形。

如图2所示，在实际应用中，为了避免开关控制器11和旁路二极管12受到雨水、风沙等的侵蚀，上述光伏关断器10还可以包括壳体16，该壳体16可以为具有盒盖的盒体。开关控制器11和至少一个旁路二极管12设在壳体16内，壳体16上开设有至少一个第一通孔。此时，光伏组件20的线缆穿过壳体16上的第一通孔与旁路二极管12的接头连接。

如图2所示，为了避免雨水、风沙等通过第一通孔进入壳体16内，上述光伏关断器10还可以包括至少一个防水堵头装置17。每个防水堵头装置17与相应的第一通孔紧密配合，每个防水堵头装置17开有第二通孔，第二通孔用于供光伏组件20的线缆穿过。此时，防水堵头装置17可以避免雨水、风沙等进入光伏关断器10的壳体16内，从而确保开关控制器11和旁路二极管12具有较好的工作环境。

如图2所示，当旁路二极管12与光伏组件20一一对应时，上述防水堵头装置17、第一通孔的数量与旁路二极管12的接头的数量相同，也就是为每个光伏组件20的线缆对应一个第一通孔和一个防水堵头装置17。具体的，防水堵头装置17可以为硅胶材质的螺帽型防水堵头装置。该螺帽型防水堵头装置与第一通孔螺纹连接，拧紧后，硅胶材质的防水堵头装置17与光伏组件20的线缆、第一通孔紧密配合。

如图2所示，上述光伏关断器10还包括传感器14。传感器14的输入端与开关控制器11电连接，传感器14的输出端与逆变器30电连接。该传感器14用于采集开关控制器11的工作参数，并向逆变器30发送开关控制器11的工作参数。开关控制器11的工作参数可以包括开关控制器11的负载电信号，也可以包括开关控制器11的工作温度，还可以包括开关控制器11的负载电信号和工作温度。具体的，负载电信号可以包括电压信号、电流信号等。此时，光伏关断器10能够采集开关控制器11的负载电信号和工作温度，并将这些工作参数发送给逆变器30。逆变器30可以实时的获取光伏关断器10的工作参数。

在实际应用中，根据逆变器30对光伏关断器10的工作参数的需要，上述传感器14可以为电压传感器、电流传感器或温度传感器。当然，传感器14也可以集成电压传感器、电流传感器和温度传感器中的两个或三个。

安装上述光伏关断器10时，将光伏组件20的线缆穿过防水堵头装置17的第二通孔，然后将线缆的插针21对应插入盒体内的旁路二极管12的插套15上。拧紧螺帽型防水堵头装置17，然后在盒体上盖上带有密封胶条的盒盖。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏关断器，其特征在于，包括：

串接在一起的开关控制器和至少一个旁路二极管；

每个所述旁路二极管具有两个接头，用于连接光伏组件。

2.根据权利要求1所述的光伏关断器，其特征在于，所述旁路二极管的数量为1个～5个。

3.根据权利要求1所述的光伏关断器，其特征在于，所述光伏关断器还包括用于接收开关控制信号的信号接收器，所述信号接收器与所述开关控制器电连接；其中，所述信号接收器为有线信号接收器或无线信号接收器。

4.根据权利要求1所述的光伏关断器，其特征在于，所述光伏关断器还包括传感器，所述传感器用于向逆变器发送所述开关控制器的工作参数，所述开关控制器的工作参数包括开关控制器的负载电信号和/或工作温度。

5.根据权利要求1～4任一项所述的光伏关断器，其特征在于，每个所述接头设置有插套；每个所述插套的材质为铜或银。

6.根据权利要求1～4任一项所述的光伏关断器，其特征在于，所述光伏关断器还包括壳体和至少一个防水堵头装置；所述开关控制器和所述至少一个旁路二极管设在所述壳体内；

所述壳体上开设有至少一个第一通孔，每个所述防水堵头装置与相应的所述第一通孔紧密配合，每个所述防水堵头装置开有第二通孔，所述第二通孔用于供所述光伏组件的线缆穿过。

7.一种光伏系统，其特征在于，所述光伏系统包括至少一个光伏组件和至少一个权利要求1～6任一项所述光伏关断器，每个所述光伏关断器包括的每个旁路二极管与相应所述光伏组件并联。

8.根据权利要求7所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括逆变器，所述逆变器与所述开关控制器电连接。

9.根据权利要求8所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括集成在逆变器内的信号发射器，所述信号发射器用于向信号接收器发送开关控制信号。

10.根据权利要求7-9任一项所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏关断器设在所述光伏系统的电器设备集中处或巡检通道。

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