TWI441408B - 接線盒 - Google Patents

Description

接線盒

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與直流母線連接來進行供電。當太陽能供電系統出現異常時，太陽能模組仍然供電至直流母線，即直流母線仍然帶電，這將給操作人員帶來觸電的危險。

有鑑於此，需提供一種安全的接線盒。

一種接線盒，與複數串聯的光電池組連接並與控制設備通訊，該接線盒包括複數二極體、兩個介面、開關元件及通訊模組。該等二極體與該等光電池組一一對應並聯連接，且該等二極體相互串聯形成二極體串。兩個介面分別連接至該二極體串的兩端及該等光電池組，用於輸出該等光電池組的直流電。開關元件連接於該二極體串與該等介面之間。通訊模組用於與該開關元件相連，從該控制設備接收控制訊號以控制該開關元件的閉合或斷開，從而控制該等介面是否輸出該直流電。

優選地，該開關元件連接於該二極體串的一端與對應的介面之間。

優選地，該通訊模組從該控制設備接收該控制訊號，控制該開關元件閉合，以控制該等介面輸出該直流電。

優選地，該開關元件與該二極體串並聯。

優選地，該通訊模組從該控制設備接收該控制訊號，控制該開關元件斷開，以控制該等介面輸出該直流電。

優選地，該通訊模組為無線通訊模組。

優選地，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。

上述接線盒根據控制設備的控制訊號控制開關元件的閉合或斷開，從而控制是否輸出直流電，方便接線盒的管理，並確保安全。

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。

21A‧‧‧接線盒

210‧‧‧介面

2100‧‧‧通訊介面

211‧‧‧二極體串

D‧‧‧二極體

212‧‧‧通訊模組

213‧‧‧開關元件

22‧‧‧光電池組

Claims (8)

1. 一種接線盒，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：複數二極體，光電池組一一對應並聯連接，且該等二極體相互串聯形成二極體串，用於在對應連接的光電池組出現異常時導通，以進行旁路使得其餘光電池組仍可輸出直流電；兩個介面，分別連接至該二極體串的兩端及該等光電池組，用於輸出該等光電池組的直流電；開關元件，連接於該二極體串與該等介面之間；及通訊模組，與該開關元件相連，用於從該控制設備接收控制訊號以控制該開關元件的閉合或斷開，從而控制該等介面是否輸出該直流電。
2. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，該開關元件連接於該二極體串的一端與對應的介面之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述的接線盒，其改良在於，該通訊模組從該控制設備接收該控制訊號，控制該開關元件閉合，以控制該等介面輸出該直流電。
4. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，該開關元件與該二極體串並聯。
5. 如申請專利範圍第4項所述的接線盒，其改良在於，該通訊模組從該控制設備接收該控制訊號，控制該開關元件斷開，以控制該等介面輸出該直流電。
6. 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。
7. 如申請專利範圍第1項所述的接線盒，其改良在於，該通訊模組為有線通訊模組，經由該介面與該控制設備通訊。
8. 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。