CN220754780U - 光伏电池旁路电路、光伏接线盒以及光伏组件 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种光伏电池旁路电路、光伏接线盒以及光伏组件，光伏电池旁路电路包括：旁路开关模块，与光伏电池并联，形成并联支路；旁路开关模块配置为在微控制器驱动模块的控制下处于工作状态，将光伏电池旁路；微控制器驱动模块配置为控制旁路开关模块处于工作状态，并且输出控制信号以控制旁路开关模块在导通状态和关断状态之间不断切换，以在并联支路形成交变电流；第一取电模块设置于所述并联支路上，利用交变电流产生感应电能，将感应电能输出至储能模块；储能模块配置为存储感应电能，并向微控制器驱动模块输出工作电能。降低了光伏电池旁路电路的电路复杂程度，提高了光伏电池旁路电路的安全性和可靠性。

Description

光伏电池旁路电路、光伏接线盒以及光伏组件

技术领域

本申请涉及光伏技术领域，特别是涉及一种光伏电池旁路电路、光伏接线盒以及光伏组件。

背景技术

目前，光伏电池组件中通常包括旁路模块，配置为减轻热斑效应对太阳能电池组件的伤害。旁路模块多采用旁路二极管。当组件被遮挡后，旁路二极管被其他组件提供的电压反向导通，将与其并联的光伏电池旁路。

也有采用MOS管对光伏电池进行保护的旁路模块，通过微控制器控制MOS管导通或截止，以实现对光伏电池的主动旁路。采用微控制器的旁路模块通常需连接额外的电源给微控制器供电，电路复杂，硬件成本比较高。

如何无需外部电源即向微控制器持续供电，使旁路模块持续工作，简化旁路模块的电路复杂程度，是本领域一直致力解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种光伏电池旁路电路、光伏接线盒以及光伏组件。

第一方面，本申请一实施例提供了一种光伏电池旁路电路，包括：旁路开关模块、微控制器驱动模块、第一取电模块和储能模块；

所述旁路开关模块与所述光伏电池并联，形成并联支路；所述旁路开关模块配置为在所述微控制器驱动模块的控制下处于工作状态，将所述光伏电池旁路；

所述微控制器驱动模块配置为控制所述旁路开关模块处于工作状态，并且输出控制信号以控制所述旁路开关模块在导通状态和关断状态之间不断切换，以在所述并联支路形成交变电流；

所述第一取电模块设置于所述并联支路上，所述第一取电模块配置为利用所述交变电流产生感应电能，将所述感应电能输出至储能模块；

所述储能模块配置为存储所述感应电能，并向所述微控制器驱动模块输出工作电能。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述第一取电模块包括：互感器或变压器。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述旁路开关模块包括：至少一个晶体管，所述至少一个晶体管与所述互感器或所述变压器串联。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述至少一个晶体管与所述互感器的原边或所述变压器的原边串联。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述微控制器驱动模块输出的控制信号的占空比为99％以上。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述储能模块包括相互并联的至少一个电容和稳压管。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，还包括：第二取电模块，配置为在所述旁路开关模块处于非工作状态的情况下，从与所述旁路开关模块并联的所述光伏电池获取电能，并输出至所述储能模块。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述第二取电模块包括相互串联的二极管和至少一个电阻；所述二极管的阳极与所述光伏电池的正极连接，所述二极管的阴极与至少一个所述电阻的一端连接；所述电阻的另一端与所述储能模块连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种光伏接线盒，包括上述任意一方面所述的光伏电池旁路电路。

第三方面，本申请实施例提供了一种光伏组件，包括上述任意一方面所述的光伏电池旁路电路。

本申请实施例所提供的光伏电池旁路电路、光伏接线盒以及光伏组件，通过在旁路开关模块的并联支路上设置基于电磁感应的第一取电模块，微控制器驱动模块控制所述旁路开关模块在导通和关断状态不断切换，以在所述并联支路形成交变电流，第一取电模块利用该交变电流产生感应电能，将该感应电能输出至储能模块，以便于储能模块向微控制器驱动模块持续供电。如此，实现了无需外部电源即向微控制器驱动模块持续供电，使旁路开关模块持续工作，降低了光伏电池旁路电路的电路复杂程度，提高了光伏电池旁路电路的安全性和可靠性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

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

图1为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路的示意图一；

图2为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路的示意图二；

图3为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路的示意图三；

图4为本申请一实施例提供的光伏接线盒示意图；

图5为本申请一实施例提供的光伏组件示意图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中配置为描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅配置为将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。当描述“第一”时，并不表示必然存在“第二”；而当讨论“第二”时，也并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可能意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。还应明白术语“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征的存在，但不排除一个或更多其它的特征的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

可以理解，本申请上下文中“连接”表示被连接的一端与连接至的一端之间相互具有电信号或数据的传递，可理解为“电连接”、“通信连接”等。本申请上下文中“A与B直接连接”表示A和B之间不包括除导线以外的其他元器件。

本申请实施例提供一种光伏电池旁路电路100，参考图1，包括：旁路开关模块10、微控制器驱动模块30、第一取电模块20和储能模块40。

光伏电池旁路电路100通过第一连接端P1和第二连接端P2与至少一个光伏电池并联连接。图1示出了三个光伏电池01、02和03相互串联。光伏电池旁路电路100与光伏电池02并联。光伏电池可以是光伏电池组件，也可以是光伏电池片组。光伏电池旁路电路100可以与一个光伏电池组件或一个光伏电池片组并联，每个光伏电池组件或光伏电池片组均并联有光伏电池旁路电路100。光伏电池旁路电路100也可以同时与两个以上相互串联的光伏电池组件或光伏电池片组并联。光伏电池组件通常包括若干个光伏电池片组，例如3片。

旁路开关模块10与光伏电池并联，形成并联支路，配置为在微控制器驱动模块30的控制下处于工作状态，将光伏电池旁路。示例性的，旁路开关模块10与光伏电池02并联，形成并联支路。101和102分别为旁路开关模块10的电源连接端。103为旁路开关模块10的栅极。可选的，旁路开关模块10包括至少一个晶体管。晶体管可以是场效应管或三极管。

微控制器驱动模块30配置为控制旁路开关模块10处于工作状态，并且输出控制信号以控制旁路开关模块10在导通状态和关断状态之间不断切换，以在并联支路形成交变电流。旁路开关模块10的栅极103与微控制器驱动模块30连接，配置为接收控制信号。微控制器驱动模块30可采用各种类型的单片机，例如51单片机、AVR单片机、PIC单片机、ARM单片机、DSP单片机等。可选的，微控制器驱动模块30基于脉冲宽度调制(PWM)技术输出控制信号。可选的，控制信号的导通占空比达到99％以上，以提高交变电流的工作效率。

第一取电模块20设置于旁路开关模块10形成的并联支路上，配置为利用上述交变电流产生感应电能，将感应电能输出至储能模块40。第一取电模块20基于电磁感应原理，从上述交变电流中感应出电能。将产生的电能输出至储能模块40，给储能模块40充电。第一取电模块20包括互感器或变压器。互感器可以为电压互感器或电流互感器。可选的，微控制器驱动模块30切换旁路开关模块10的导通状态和关断状态的频率等于互感器或变压器的中心频率，如此能够提高第一取电模块20取电的效率。

储能模块40配置为存储第一取电模块20输出的电能，并向微控制器驱动模块30输出工作电能。可选的，储能模块40包括至少一个电容。

可选的，光伏电池旁路电路100还包括第二取电模块50，配置为在旁路开关模块10处于非工作状态下，从与旁路开关模块10并联的光伏电池获取电能，并输出至储能模块40。第二取电模块50连接在光伏电池02和储能模块40之间。在光伏电池处于正常工作状态时，旁路开关模块10处于非工作状态，第二取电模块50从与旁路开关模块10并联的光伏电池获取电能，输出至储能模块40，为其充电，以便于储能模块40向微控制器驱动模块30持续供电。

本申请实施例的光伏电池旁路电路100的工作过程如下：

当光伏电池处于正常工作状态时，与其并联的旁路开关模块10不工作。第二取电模块50从光伏电池处获取电能，输出至储能模块40，为其充电，从而实现了向微控制器驱动模块30持续供电。

当需要将光伏电池主动旁路时，微控制器驱动模块30控制旁路开关模块10处于工作状态，将与其并联的光伏电池旁路。此时，光伏电池旁路电路100由未被旁路的其他光伏电池供电。接着，微控制器驱动模块30驱动旁路开关模块10以预定频率在导通状态和关断状态之间切换，以在旁路开关模块10所在的并联支路上产生交变电流。第一取电模块20基于电磁感应原理，从交变电流产生感应电能，输出至储能模块40存储。储能模块40向微控制器驱动模块30输出电能。

如此，通过采用第一取电模块20，无需外部电源即可实现向微控制器驱动模块30持续供电，使光伏电池旁路电路100持续工作，降低了电路复杂程度。并且，在需要主动旁路光伏电池时，例如发生火灾，或发现光伏电站存在安全隐患，例如检测到电弧时，避免了微控制器驱动模块30因外部电源断电导致无法工作，提高了光伏电池旁路电路100的安全性和可靠性，降低了成本。

图2为本申请一可能的实施方式，光伏电池旁路电路100与光伏电池组件或光伏电池片组并联，包括：旁路开关模块10、微控制器驱动模块30、第一取电模块20、第二取电模块50和储能模块40。其中，旁路开关模块10包括至少一个晶体管MOS管Q1。MOS管Q1的源极和漏极之间具有寄生二极管，用于对光伏电池进行被动旁路。第一取电模块20包括变压器T1和整流单元D2。第二取电模块50包括相互串联的二极管D1和电阻R1。储能模块40包括相互并联的电容C1和稳压管ZD1。可选的，电容C1为电解电容或超级电容，其容量范围大，能够存储更多电能。微控制器驱动模块30连接在旁路开关模块10和储能模块40之间。整流单元D2的输出端与储能模块40连接，用于向储能模块40输出直流电。整流单元D2的接地端接地GND。

至少一个晶体管与所述变压器串联。进一步的，至少一个晶体管与变压器T1的原边串联。可选的，变压器T1的原边第一端与光伏电池组件或光伏电池片组的正极连接，变压器T1的原边第二端与MOS管Q1的漏极连接。变压器T1的副边连接整流桥D2的两个输入端。变压器T1基于电磁感应原理，将MOS管Q1所在的并联支路中的交变电流提取出来，输出至整流单元D2。整流单元D2配置为将变压器T1输出的交流电转换为直流电，输出至储能模块40的电容C1，为其充电。电容C1的一端连接整流单元D2的输出端，电容C1的另一端接地。稳压管ZD1设置于电容C1的两端，配置为对电容C1两端的电压进行稳压，以向微控制器驱动模块30提供稳定的工作电压。

二极管D1的阳极与光伏电池组件或光伏电池片组的正极连接，二极管D1的阴极与电阻R1的一端连接。电阻R1同时与电容C1的一端和稳压管ZD1的一端连接。MOS管Q1的源极接地，栅极连接微控制器驱动模块30，配置为接收微控制器驱动模块30输出的控制信号。MOS管Q1的源极和栅极之间具有寄生二极管，用于对光伏电池进行被动旁路。寄生二极管的阳极连接MOS管Q1的源极，寄生二极管的阴极连接MOS管Q1的漏极。光伏电池组件或光伏电池片组的负极、整流单元D2的接地端、MOS管Q1的源极、电容C1的另一端和稳压管ZD1的阳极均接地GND。

光伏电池组件或光伏电池片组处于正常工作状态时，其正极输出正电压。正电压经二极管D1和电阻R1，向电容C1充电。稳压管ZD1对电容C1两端的电压进行稳压。而后电容C1向微控制器驱动模块30输出稳定工作电压，以便微控制器驱动模块30持续工作。

当需要将光伏电池组件或光伏电池片组旁路时，微控制器驱动模块30向MOS管Q1输出控制信号，将MOS管Q1导通，MOS管Q1处于工作状态，将与其并联的光伏电池组件或光伏电池片组旁路。并且，微控制器驱动模块30控制MOS管Q1不断在导通和关断两个状态之间切换，在MOS管Q1所在并联支路形成交变电流，产生交变的磁场。MOS管Q1断开占空比非常小，这样实现旁路输出电压平均电压非常低，实现旁路输出功能。设置于并联支路上的T1处于交变磁场中，产生感应电压向外输出。感应电压为交流电，整流单元D2将该感应电压转换为直流电压，输出至电容C1，向其充电。稳压管ZD1对电容C1两端的电压进行稳压。而后电容C1向微控制器驱动模块30输出稳定工作电压，以便微控制器驱动模块30持续工作，维持整个电路的正常工作。

图3为本申请另一可能的实施方式，与图2的区别在于，采用互感器L1代替变压器T1。可选的，互感器L1包括电流互感器或电压互感器。至少一个晶体管与互感器L1串联。进一步的，至少一个晶体管与互感器L1的原边串联。

可选的，旁路开关模块10包括两个以上相互串联的晶体管(图中未示出)。相互串联的晶体管的栅极均连接微控制器驱动模块30，配置为接收微控制器驱动模块30输出的控制信号。可选的，MOS管Q1包括硅MOS管。

可选的，电阻R1采用两个以上的电阻代替。可选的，第一取电模块20输出电压3V～6V，例如3.3V以上。

本申请实施例还提供了一种光伏接线盒200，参见图4，包括上述任意一实施例的光伏电池旁路电路100。通过连接端P1和P2与光伏电池组件或光伏电池片组连接。

本申请实施例还提供了一种光伏组件300，参见图5，包括上述任意一实施例的光伏电池旁路电路100。光伏组件300包括若干相互串联的光伏电池组件11、12……n，每个光伏电池组件并联有光伏电池旁路电路100。光伏组件300与外部逆变器400连接。

图5示出的是光伏电池旁路电路100在光伏电池组件上的应用。可以理解的，光伏电池旁路电路100可以应配置为光伏电池片组，即将图5中的光伏电池组件替换为光伏电池片组。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏电池旁路电路，其特征在于，包括：旁路开关模块、微控制器驱动模块、第一取电模块和储能模块；

所述旁路开关模块与所述光伏电池并联，形成并联支路；所述旁路开关模块配置为在所述微控制器驱动模块的控制下处于工作状态，将所述光伏电池旁路；

所述微控制器驱动模块配置为控制所述旁路开关模块处于工作状态，并且输出控制信号以控制所述旁路开关模块在导通状态和关断状态之间不断切换，以在所述并联支路形成交变电流；

所述第一取电模块设置于所述并联支路上，所述第一取电模块配置为利用所述交变电流产生感应电能，将所述感应电能输出至储能模块；

所述储能模块配置为存储所述感应电能，并向所述微控制器驱动模块输出工作电能。

2.根据权利要求1所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述第一取电模块包括互感器或变压器。

3.根据权利要求2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述旁路开关模块包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管与所述互感器或所述变压器串联。

4.根据权利要求3所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述至少一个晶体管与所述互感器的原边或所述变压器的原边串联。

5.根据权利要求1所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述微控制器驱动模块输出的控制信号的占空比为99％以上。

6.根据权利要求1所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述储能模块包括相互并联的至少一个电容和稳压管。

7.根据权利要求1所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，还包括：第二取电模块，配置为在所述旁路开关模块处于非工作状态的情况下，从与所述旁路开关模块并联的所述光伏电池获取电能，并输出至所述储能模块。

8.根据权利要求7所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述第二取电模块包括相互串联的二极管和至少一个电阻；所述二极管的阳极与所述光伏电池的正极连接，所述二极管的阴极与至少一个所述电阻的一端连接；所述电阻的另一端与所述储能模块连接。

9.一种光伏接线盒，包括权利要求1-8任意一项所述的光伏电池旁路电路。

10.一种光伏组件，包括权利要求1-8任意一项所述的光伏电池旁路电路。