TWI415355B - 接線盒及太陽能系統 - Google Patents

Description

接線盒及太陽能系統

本發明涉及太陽能系統，特別涉及一種接線盒。

在太陽能供電系統中，通常先將複數光電池串組成一定電壓的太陽能模組，再將複數太陽能模組串聯，並將串聯後的太陽能模組經由直流母線送至換流器，轉換為交流電來進行供電。通常，若要偵測太陽能模組是否異常，需經由換流器進行確認，較為複雜。

有鑑於此，需提供一種接線盒，方便確認太陽能模組是否異常。

此外，還需提供一種太陽能系統。

一種接線盒，置於太陽能模組中，與複數串聯的光電池組連接並與控制設備通訊，該接線盒包括偵測電路、通訊模組及狀態指示模組。偵測電路用於偵測該等光電池組的參數，該參數包括電壓、電流、電壓與電流的組合或該接線盒內的溫度，並生成回報訊號，該回報訊號包括該參數及該接線盒所在的太陽能模組的標識。通訊模組用於以預設的方式發送該回報訊號至控制設備，並接收該控制設備發送的狀態指示訊號。

優選地，該接線盒還包括狀態指示模組，用於根據該狀態指示訊號的控制，進行狀態指示。

優選地，該狀態指示模組為發光二極體。

優選地，該通訊模組為無線通訊模組。

優選地，該接線盒還包括兩個介面，用於輸出該光電池組的直流電，該通訊模組為有線通訊模組，經由該等介面與該控制設備通訊。

優選地，該接線盒還包括通訊介面，連接該通訊模組，該通訊模組為有線通訊模組，經由該通訊介面與該控制設備通訊。

優選地，該預設的方式為固定的時間間隔、固定的時間間隔及資料量及參數發生變化時才進行發送之一。

一種太陽能系統，包括複數太陽能模組及控制設備。每一太陽能模組包括複數串聯的光電池組及接線盒。該接線盒包括偵測電路、通訊模組及狀態指示模組。偵測電路用於偵測該等光電池組的參數，該參數包括電壓、電流、電壓與電流的組合或該接線盒內的溫度，並生成回報訊號，該回報訊號包括該參數及該接線盒所在的太陽能模組的標識。通訊模組用於以預設的方式發送該回報訊號至控制設備，並接收該控制設備發送的狀態指示訊號。控制設備用於判斷該太陽能模組是否異常，包括儲存模組、收發模組及比較模組。儲存模組用於儲存該太陽能模組的數量。收發模組用於接收該接線盒發送的回報訊號。比較模組用於比較該儲存模組儲存的數量與該回報訊號的數量，來判斷該太陽能模組是否異 常，並生成狀態指示訊號。其中，該收發模組還用於根據該回報訊號所包括的太陽能模組的標識，發送該狀態指示訊號至對應的接線盒。

優選地，該接線盒還包括狀態指示模組，用於根據該狀態指示訊號的控制，進行狀態指示。

優選地，該狀態指示模組為發光二極體。

優選地，該通訊模組為無線通訊模組。

優選地，該接線盒還包括兩個介面，用於輸出該光電池組的直流電，該通訊模組為有線通訊模組，經由該等介面與該控制設備通訊。

優選地，該接線盒還包括通訊介面，連接該通訊模組，該通訊模組為有線通訊模組，經由該通訊介面與該控制設備通訊。

優選地，該預設的方式為固定的時間間隔、固定的時間間隔及資料量及參數發生變化時才進行發送之一。

優選地，該儲存模組還用於儲存該太陽能模組的正常參數範圍。

優選地，該比較模組還用於比較該正常參數範圍與該回報訊號中的參數，以判斷該太陽能模組是否異常。

太陽能系統經由比較接線盒回報的回報訊號的數量與儲存的太陽能模組的數量，來判斷太陽能模組是否存在異常，架構簡單，實現容易。

10‧‧‧太陽能供電系統

20、20D‧‧‧太陽能模組

21、21A、21B、21C、21D、21E‧‧‧接線盒

210‧‧‧介面

2100‧‧‧通訊介面

211‧‧‧二極體串

D‧‧‧二極體

212、212D‧‧‧通訊模組

213‧‧‧開關元件

214‧‧‧偵測電路

215‧‧‧狀態指示模組

216‧‧‧電源裝置

22‧‧‧光電池組

220‧‧‧光電池

30‧‧‧直流母線

40‧‧‧直流開關箱

50‧‧‧換流器

60‧‧‧交流開關箱

70‧‧‧電錶

80‧‧‧控制設備

800‧‧‧儲存模組

810‧‧‧收發模組

820‧‧‧比較模組

圖1為本發明一實施方式中太陽能供電系統的示意圖；圖2為本發明一實施方式中太陽能模組的示意圖；圖3為本發明第一實施方式中接線盒的示意圖；圖4為本發明第二實施方式中接線盒的示意圖；圖5為本發明第三實施方式中接線盒的示意圖；圖6為本發明一實施方式中太陽能系統的示意圖；及圖7為本發明第四實施方式中接線盒的示意圖。

圖1為本發明一實施方式中太陽能供電系統10的示意圖。如圖1所示，太陽能供電系統10包括複數太陽能模組20、直流母線30、直流開關箱40、換流器50、交流開關箱60、電錶70及控制設備80。在本實施方式中，每一太陽能模組20包括複數串聯的光電池組22及接線盒21，如圖2所示。光電池組22用於將太陽能轉換為直流電，經由接線盒21與其它太陽能模組20所生成的直流電相互串聯後輸出至直流母線30。控制設備80用於控制太陽能模組20、直流開關箱40、換流器50及電錶70。直流開關箱40連接於直流母線30與換流器50之間，根據控制設備80的控制閉合或斷開，以控制直流電是否從直流母線30送至換流器50。換流器50用於將直流電轉換為市電交流電。交流開關箱60連接於換流器50與電錶70之間，經由閉合或斷開以控制交流電是否從換流器50流至電錶70。電錶70用於根據控制設備80的控制，分配不同的電量至市電用戶。

如圖2所示，在本實施方式中，以每一太陽能模組20包括三個光電池組22為例進行說明。每一光電池組22包括複數串聯的光電池220，用於將太陽能轉換為直流電。接線盒21用於連接該等串聯的光電池組22，並將這些光電池組22產生的直流電與其它的接線盒21產生的直流電串聯後輸出至直流母線30。每一接線盒21包括兩個介面210，用於輸出直流電。在本實施方式中，接線盒21與每一光電池組22的兩端相連，例如，太陽能模組20包括兩個串聯的光電池組22，則接線盒21經由兩條線纜分別連接兩個串聯的光電池組22的不相連接的一端，經由一條線纜連接兩個串聯的光電池組22的相連接的一端。若太陽能模組20包括三個串聯的光電池組22，則接線盒21經由四條線纜連接三個串聯的光電池組22，依此類推，接線盒21經由n+1條線纜與n個串聯的光電池組22相連。

圖3為本發明第一實施方式中接線盒21A的示意圖。在本實施方式中，接線盒21A包括二極體串211、兩個介面210、通訊模組212及開關元件213。二極體串211包括複數同向串聯的二極體D。二極體D的數量同光電池組22的數量相同，且同光電池組22一一對應並聯連接，用於在對應的光電池組22出現問題時導通，以進行旁路。在本實施方式中，二極體D的陰極與光電池組22的正極相連，陽極與光電池組22的負極相連。當光電池組22正常時，二極體D的陰極電壓大於陽極電壓，不會導通。當其中一個光電池組22出現問題時，與之對應的二極體D的陽極連接下一個光電池組22的正極，陰極連接上一個光電池組22的負極，因而對應的二極體D導通，維持整個線路的導通，使得其餘光電池組22的直流電仍 可輸出。兩個介面210分別連接至二極體串211的兩端，用於輸出光電池組22的直流電至直流母線30，其中與二極體串211的陰極端相連的一個為正介面，與二極體串211的陽極端相連的一個為負介面。換言之，正介面210與第一個光電池組22的正極相連，負介面210與最後一個光電池組22的負極相連。開關元件213連接於二極體串211與介面210之間。在本實施方式中，開關元件213為繼電器或電晶體等。

通訊模組212用於從控制設備80接收控制訊號，以控制開關元件213的閉合或斷開，從而控制介面210是否輸出光電池組22的直流電。在本實施方式中，如圖3(b)所示，通訊模組212為無線通訊模組，其與控制設備80經由WIFI或Zigbee等無線通訊標準進行無線通訊。在本發明的另一實施方式中，如圖3(a)所示，通訊模組212連接至介面210，其經由介面210與控制設備80進行有線通訊。如圖3(a)及圖1所示，通訊模組212連接至介面210，然後經由直流母線30及直流開關箱40與控制設備80通訊。如圖3(c)所示，接線盒21A還包括通訊介面2100，與通訊模組212及控制設備80相連，通訊模組212還可經由通訊介面2100與控制設備80通訊。控制訊號包括接線盒21A的標識，使得各個接線盒21A能獨立接收控制訊號並受控。控制訊號可為邏輯高低電平訊號，借由高低電平訊號使開關元件213閉合或斷開。

在本實施方式中，若通訊模組212未接收到控制設備80的控制訊號，則接線盒21A不輸出光電池組22的直流電，其只有在接收到控制訊號後，才會根據控制訊號相應控制開光元件213閉合與斷 開，從而控制光電池組22的直流電是否輸出。

圖4為本發明第二實施方式中接線盒21B的示意圖。接線盒21B的具體架構同圖3中的接線盒21A的具體架構類似，不同之處僅在於開關元件213的連接方式。在本實施方式中，開關元件213連接於二極體串211的一端與對應的介面210之間，特別是連接於二極體串211的陰極端與正介面210之間。通訊模組212接收控制訊號，控制開關元件213閉合，以控制介面210輸出直流電，或控制開關元件213斷開，以控制介面210不輸出直流電。在本實施方式中，圖4(a)中的通訊模組212與控制設備80經由介面210有線通訊，圖4(b)中的通訊模組212與控制設備80無線通訊，圖4(c)中的通訊模組212與控制設備80經由通訊介面2100有線通訊。

圖5為本發明第三實施方式中接線盒21C的示意圖。接線盒21C的具體架構同圖3中的接線盒21A的具體架構類似，不同之處僅在於開關元件213的連接關係。在本實施方式中，開關元件213與二極體串211並聯。通訊模組212接收控制訊號，控制開關元件213閉合，從而短路介面210，使得介面210沒有直流電輸出，或控制開關元件213斷開，以使光電池組22產生的直流電經由控制介面210輸出。在本實施方式中，圖5(a)中的通訊模組212與控制設備80經由介面210有線通訊，圖5(b)中的通訊模組212與控制設備80無線通訊，圖4(c)中的通訊模組212與控制設備80經由通訊介面2100有線通訊。

當太陽能供電系統10異常如市電斷電或火災時，或在需要維護檢修時，控制設備80發送控制訊號至圖3至圖5中的接線盒21A、21B 及21C，使其根據控制設備80的控制訊號控制開關元件213的閉合或斷開，從而控制直流電的輸出，方便接線盒的管理，並確保安全。

圖6為本發明一實施方式中太陽能系統的示意圖。在本實施方式中，太陽能系統包括複數太陽能模組20D及控制設備80，用於偵測及判斷系統中的該等太陽能模組20D是否異常。每一太陽能模組20D包括一個接線盒21D，每個接線盒21D包括兩個介面210、二極體串211、通訊模組212D、偵測電路214及狀態指示模組215。介面210與二極體串211同圖3至圖5中的相同，此處不再贅述。

偵測電路214連接二極體串211、介面210、通訊模組212D及狀態指示模組215，用於偵測太陽能模組20D的參數，即串聯的光電池組22的參數，其中該參數為電壓、電流或兩者的組合、或接線盒21D內的溫度，及生成回報訊號，該回報訊號包括該參數及接線盒21D所在的太陽能模組20D的標識。在本實施方式中，偵測電路214以預設的時間間隔進行偵測，如15分鐘，以省電，該預設的時間間隔可根據使用者需要進行設定。

通訊模組212D用於以預設的方式發送回報訊號至控制設備80。在本實施方式中，該預設的方式包括固定的時間間隔，即通訊模組212D根據固定的時間間隔，如15分鐘，發送回報訊號至控制設備80，以省電，該固定的時間間隔可根據使用者需要進行設定。在另一實施方式中，該預設的方式包括當該偵測電路214偵測的參數發生變化時，通訊模組212D才發送回報訊號至控制設備80。在又一實施方式中，該預設的方式包括固定的時間間隔及資料量， 即通訊模組212D根據固定的時間間隔及資料量發送回報訊號，例如，其要傳送的資料量較多，以較短的時間間隔進行發送，若要傳送的資料量較少，以較長的時間間隔進行發送。與圖3至5中相同，通訊模組212D為無線通訊模組，其與控制設備80經由WIFI或Zigbee等無線通訊標準進行無線通訊。通訊模組212D亦可連接至介面210，其經由介面210、直流母線30及直流開關箱40與控制設備80進行有線通訊。接線盒21D還包括通訊介面210，通訊模組212D亦可連接至通訊介面210與控制設備80進行有線通訊。

在本實施方式中，控制設備80用於判斷太陽能模組20D是否異常，其包括儲存模組800、收發模組810及比較模組820。儲存模組800儲存太陽能系統中太陽能模組20D的數量，該數量由系統管理/操作者輸入。收發模組810用於接收該等接線盒21D發送的回報訊號，並傳送至比較模組820。比較模組820比較儲存的太陽能模組20D的數量與接收的回報訊號的數量，以判斷太陽能系統中的太陽能模組20D是否異常。在本實施方式中，若儲存的太陽能模組20D的數量與接收的回報訊號的數量不同，說明有的太陽能模組20D未回報，可能存在問題，因而比較模組820判斷太陽能系統中存在異常的太陽能模組20D。若一致，比較模組820判斷太陽能系統中的太陽能模組20D均正常。比較模組820還用於根據判斷結果產生狀態指示訊號，收發模組810根據接收的回報訊號所包括的太陽能模組20D的標識，發送狀態指示訊號至對應的接線盒21D。在本實施方式中，狀態指示訊號可為邏輯高低電平訊號，其與控制訊號格式可相同，但某些欄位不同，或兩者格式不同，以此 進行區分。

通訊模組212D還用於接收控制設備80發送的狀態指示訊號，狀態指示模組215用於根據狀態指示訊號的控制，進行狀態指示。在本實施方式中，狀態指示模組215為發光二極體。

儲存模組800還用於儲存太陽能系統中太陽能模組20D的正常參數範圍，該正常參數範圍由系統管理/操作者輸入。比較模組820還用於進一步比較儲存的太陽能模組20D的正常參數範圍與接收的回報訊號中的參數，以判斷太陽能系統中的太陽能模組20D是否異常。若接收的回報訊號中的參數不落入正常參數範圍，則說明太陽能模組20D的光電池組22存在問題，如被髒物遮蓋等，比較模組820判斷此太陽能模組20D異常。若接收的回報訊號中的參數落入正常參數範圍，則比較模組820判斷此太陽能模組20D正常。

在本發明的另一實施方式中，偵測電路214還用於判斷偵測的參數是否正常，並直接控制狀態指示模組215進行狀態指示。

太陽能系統經由比較接線盒21D回報的回報訊號的數量與儲存的太陽能模組20D的數量，來判斷太陽能模組20D是否存在異常，架構簡單，實現容易。此外，經由發送狀態指示訊號至良好的太陽能模組20D，使其進行狀態指示，便於維修人員鎖定有問題的太陽能模組20D。

圖7為本發明一實施方式中接線盒21E的示意圖。在本實施方式中，接線盒21E同圖3至圖6中任一個接線盒的架構相似，且還包括電源裝置216，與二極體串211及串聯的光電池組22相連，用於將 串聯的光電池組22的直流電轉換為電壓合適的直流電，以為圖3至圖6中的通訊模組212與212D及偵測電路214供電。例如，接線盒21E架構如圖3(a)所示，電源裝置216與二極體串211及通訊模組212相連，用於將串聯的光電池組22的直流電轉換為電壓合適的直流電，為通訊模組212供電，使其工作。例如，接線盒21E架構如圖6所示，電源裝置216與二極體串211、通訊模組212D及偵測電路214相連，用於將串聯的光電池組22的直流電轉換為電壓合適的直流電，分別為通訊模組212D及偵測電路214供電，使其工作。例如，光電池組22輸出的直流電電壓為38V，而通訊模組212的工作電源為5V，則電源裝置216包括橋式轉換電路、降壓變壓器及整流器，將38V的直流電首先轉換為方波，然後降壓，再整流為電壓為5V的直流電。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

20D‧‧‧太陽能模組

21D‧‧‧接線盒

210‧‧‧介面

211‧‧‧二極體串

D‧‧‧二極體

212D‧‧‧通訊模組

214‧‧‧偵測電路

215‧‧‧狀態指示模組

22‧‧‧光電池組

80‧‧‧控制設備

800‧‧‧儲存模組

810‧‧‧收發模組

820‧‧‧比較模組

Claims (10)

1. 一種接線盒，置於太陽能模組中，與複數串聯的光電池組連接並與控制設備通訊，其改良在於，該接線盒包括：偵測電路，用於偵測該等光電池組的參數，該參數包括電壓、電流、電壓與電流的組合或該接線盒內的溫度，並生成回報訊號，該回報訊號包括該參數及該接線盒所在的太陽能模組的標識；及通訊模組，用於以預設的方式發送該回報訊號至該控制設備，並接收該控制設備發送的狀態指示訊號，其中，該預設的方式為根據資料量的增多或減少來決定發送該回報訊號至該控制設備的時間間隔或參數發生變化時才進行發送。
2. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，還包括狀態指示模組，用於根據該狀態指示訊號的控制，進行狀態指示。
3. 如申請專利範圍第2項所述的接線盒，其改良在於，該狀態指示模組為發光二極體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，該通訊模組為無線通訊模組。
5. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，還包括兩個介面，用於輸出該光電池組的直流電，該通訊模組為有線通訊模組，經由該等介面與該控制設備通訊。
6. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，還包括通訊介面，連接該通訊模組，該通訊模組為有線通訊模組，經由該通訊介面與該控制設備通訊。
7. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，當該通訊模組要傳送的資料量增多時，縮短發送該回報訊號的時間間隔，當該通訊模組要傳送的資料量減少時，延長發送該回報訊號的時間間隔。
8. 一種太陽能系統，包括複數太陽能模組及控制設備，其改良在於：每一太陽能模組包括複數串聯的光電池組及如申請專利範圍第1至7項任意一項所述的接線盒；該控制設備用於判斷該等太陽能模組是否異常，該控制設備包括：儲存模組，用於儲存該等太陽能模組的數量；收發模組，用於接收該接線盒發送的回報訊號；及比較模組，用於比較該儲存模組儲存的數量與該回報訊號的數量，以判斷該等太陽能模組是否異常，並根據判斷結果生成狀態指示訊號；其中，該收發模組還用於根據該回報訊號所包括的太陽能模組的標識，發送該狀態指示訊號至對應的接線盒。
9. 如申請專利範圍第8項所述的太陽能系統，其改良在於，該儲存模組還用於儲存該等太陽能模組的正常參數範圍。
10. 如申請專利範圍第9項所述的太陽能系統，其改良在於，該比較模組還用於比較該正常參數範圍與該回報訊號中的參數，以判斷該等太陽能模組是否異常。