CN110739717B - 一种智能光伏组件及其应用*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能光伏组件及其应用***，通过智能光伏组件内部至少一个逆变单元实现交流电的输出以及对于所连接电池片的MPPT控制，当逆变单元发现所连接电池片存在故障或者被遮挡的情况时，能够根据对应的电气参数信号，控制所连接的电池片关断输出或者升压后再进行逆变输出；进而避免了多个光伏组件采用同一逆变单元实现MPPT控制及逆变输出时，个别光伏组件出现上述问题所导致的整路发电量损失。

Description

一种智能光伏组件及其应用***

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种智能光伏组件及其应用***。

背景技术

现有的光伏组件，其结构通常如图1所示，顶部一层透光玻璃11，中间一层电池片13，最后一层背板15，三者分别通过EVA热熔胶(如图1中所示的12和14)粘合在一起。

在并网应用时，现有技术通常是由若干光伏组件形成的光伏阵列连接到直流汇流箱，直流汇流箱的输出并入逆变器以实现直流电到交流电的转化，逆变器的交流输出并入变压器(或者先通过交流汇流再并入变压器)，然后同电网相接；其结构如图2所示。并且，逆变器通常包括多路逆变单元，分别与多个直流汇流箱相连，用于实现对于相应直流汇流箱所连接光伏组件的MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制。当某一路逆变单元发现其光伏组件存在被遮挡、光照不均匀的情况时，可以将该路关闭或者采用升压电路进行升压后再接入。

但是，实际应用中，对于一个逆变单元所连接的多个光伏组件，常常会遇到由于一个光伏组件出现问题而导致整个线路上的全部光伏组件的发电都受到影响，进而导致发电量的损失。

发明内容

本发明提供一种智能光伏组件及其应用***，以解决现有技术中由于单个光伏组件出现问题时所导致的整路发电量损失的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种智能光伏组件，包括：N个电池片和至少一个逆变单元，N为正整数；其中：

所述逆变单元的直流侧端口与一个电池片的输出端或者多个串联电池片的两端相连；所述逆变单元的交流侧端口与所述智能光伏组件的输出端相连、输出交流电；

所述逆变单元用于实现对于所连接电池片的MPPT控制，并根据所连接电池片的电气参数信号，控制所连接的电池片正常输出、关断输出或者升压后进行逆变输出。

优选的，当所述逆变单元的个数为N个时，N个所述逆变单元的直流侧端口分别与N个所述电池片的输出端一一对应相连；

当所述逆变单元的个数小于N个时，所述逆变单元的直流侧端口与一个电池片的输出端或者多个串联电池片的两端相连。

优选的，所述逆变单元包括：直流滤波电路、半导体逆变模块、交流滤波电路、二极管、温度检测器件及控制模块；其中：

所述直流滤波电路的输入端为所述逆变单元的直流侧端口；

所述直流滤波电路的输出端通过所述半导体逆变模块与所述交流滤波电路的输入端相连；

所述交流滤波电路的输出端为所述逆变单元的交流侧端口；

所述控制模块分别与所述半导体逆变模块的控制端、交流滤波电路的采集端、所述温度检测器件及所述二极管相连，用于根据采集得到的温度信号、电压信号和电流信号进行检测，并根据检测结果控制所述半导体逆变模块工作。

优选的，所述逆变单元还用于实现与外界的通信；

此时，所述逆变单元还包括：通信模块，用于实现所述控制模块与外界的通信；且所述控制模块还用于：根据所述检测结果生成并输出上报信息至所述通信模块，接收外界的控制指令并根据所述控制指令控制所述半导体逆变模块工作；监控所连接的电池片的性能参数，根据所述性能参数生成并输出统计信息至所述通信模块。

优选的，所述半导体逆变模块包括：DCDC变换电路和DCAC变换电路；

所述DCDC变换电路的输入端为所述半导体逆变模块的输入端；

所述DCDC变换电路的输出端与所述DCAC变换电路的输入端相连；

所述DCAC变换电路的输出端为所述半导体逆变模块的输出端。

优选的，所述半导体逆变模块为一个集成芯片，或者，由分立器件组成的电路，又或者，由分立器件组成且单独封装的电路。

优选的，当所述电池片为双面受光电池片时，还包括：分别设置于全部所述电池片两面的两块透明盖片，及，用于设置所述逆变单元的印刷电路板；且所述印刷电路板封装在所述智能光伏组件的侧边上；

当所述电池片为单面受光电池片时，还包括：设置于全部所述电池片受光面的透明盖片，及，设置于全部所述电池片背面的背板；且全部的所述逆变单元封装在所述背板上。

优选的，当所述逆变单元的个数大于一个时，还包括：设置于所述印刷电路板或者所述背板上的交流汇流电路；

所述交流汇流电路连接于所述逆变单元的交流侧端口与所述智能光伏组件的输出端之间。

一种智能光伏组件的应用***，包括：变压器及多个如上述任一所述的智能光伏组件；

所述智能光伏组件的输出端与所述变压器的输入端相连；

所述变压器的输出端与电网相连。

本发明提供的智能光伏组件，通过内部至少一个逆变单元实现交流电的输出以及对于所连接电池片的MPPT控制，当逆变单元发现所连接电池片存在故障或者被遮挡的情况时，能够根据对应的电气参数信号，控制所连接的电池片关断输出或者升压后再进行逆变输出；进而避免了多个光伏组件采用同一逆变单元实现MPPT控制及逆变输出时，个别光伏组件出现上述问题所导致的整路发电量损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的光伏组件的结构示意图；

图2是现有技术提供的光伏组件的应用***的结构示意图；

图3a至图3c是本发明实施例提供的智能光伏组件内部的三种电路连接示意图；

图4是本发明另一实施例提供的智能光伏组件内逆变单元的结构示意图；

图5a至图5c是本发明另一实施例提供的智能光伏组件的三种结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的智能光伏组件的应用***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，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。

本发明提供一种智能光伏组件，以解决现有技术中由于单个光伏组件出现问题时所导致的整路发电量损失的问题。

请参见图3a至图3c，该智能光伏组件包括：N个电池片101和至少一个逆变单元102，N为正整数；其中：

逆变单元102的直流侧端口与一个电池片101的输出端或者多个串联电池片101的两端相连；逆变单元102的交流侧端口与智能光伏组件的输出端相连、输出交流电；

逆变单元102用于实现对于所连接电池片101的MPPT控制，并根据所连接电池片101的电气参数信号，控制所连接的电池片101正常输出、关断输出或者升压后进行逆变输出。

如图3a所示，逆变单元102的个数为N，则N个逆变单元102的直流侧端口分别与N个电池片101的输出端一一对应相连，即每个电池片101都各自配备有一个逆变单元102；这种状态下，能够监控每一个电池片101的电气参数，提高了对光伏组件的监控能力，同时能够精确控制每一个电池片101发电或者关闭；并且分别实现对于每一个电池片的MPPT控制，最大程度的确保智能光伏组件的发电量、提高***发电量。

而当逆变单元102的个数小于N个时，逆变单元102的直流侧端口与一个电池片101的输出端或者多个串联电池片101的两端相连。比如，当逆变单元102的个数为N/2时，每两个电池片101共用一个逆变单元102，如图3b所示。或者，也可以是若干个电池片101对应一个逆变单元102，未进行图示。当逆变单元102的个数为1时，参见图3c，此时全部N个电池片101串联后的两端与该逆变单元102的直流侧端口相连，该逆变单元102负责对整个智能光伏组件进行监测和控制。

实际应用中，可以视具体情况对N的取值及逆变单元102的个数进行设置，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

具体的工作原理为：

当其所连接电池片101的电气参数信号正常时，逆变单元102控制所连接的电池片101正常输出交流电。

当逆变单元102根据其所连接电池片101的电气参数信号判断得到相应电池片101出现热斑时，将控制所连接的电池片101关断输出，进而有效解决现有技术中热斑问题给整个组件甚至整串组件带来的发电量降低的问题。

当逆变单元102根据其所连接电池片101的电气参数信号判断得到相应电池片101出现故障时，将控制所连接的电池片101及时关断输出，进而避免故障给整个组件甚至整串组件带来的发电量降低的问题。此时，较佳的，逆变单元102还具备与外界通信的功能，则可及时上报故障信息，使操作人员能够精确定位具体的故障点，便于维修。

当逆变单元102根据其所连接电池片101的电气参数信号判断得到相应电池片101出现遮挡降压状况时，将控制所连接的电池片101升压后再进行逆变输出，进而确保整个***发电量的稳定输出。

根据上述内容可知，本实施例提供的该智能光伏组件，通过内部至少一个逆变单元102实现交流电的输出以及对于所连接电池片101的MPPT控制，并且当逆变单元102发现所连接电池片101存在故障或者被遮挡的情况时，能够根据对应的电气参数信号，控制所连接的电池片101关断输出或者升压后再进行逆变输出；进而避免了多个光伏组件采用同一逆变单元102实现MPPT控制及逆变输出时，个别光伏组件出现上述问题所导致的整路发电量损失，大大提高***发电量。

本发明另一实施例还提供了一种具体的智能光伏组件，在上述实施例及图3a至图3c的基础之上，优选的，参见图4，该逆变单元102包括：直流滤波电路201、半导体逆变模块202、交流滤波电路203、二极管204、温度检测器件205及控制模块206；其中：

直流滤波电路201的输入端为逆变单元102的直流侧端口；

直流滤波电路201的输出端通过半导体逆变模块202与交流滤波电路203的输入端相连；

交流滤波电路203的输出端为逆变单元102的交流侧端口；

控制模块206分别与半导体逆变模块202的控制端、交流滤波电路203的采集端、温度检测器件205及二极管204相连，用于根据采集得到的温度信号、电压信号和电流信号进行检测，并根据检测结果控制半导体逆变模块202工作；

二极管204的主要作用为关断对应电池片101的输出时，能够连接其他电池片101，进而确保整路输出；其连接关系可以视其具体应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

实际应用中，温度检测器件205可以为热敏电阻，并不限定于此，视其具体应用环境而定。并且，为拓扑功能的实现，该逆变单元102内部还应该包括与控制模块206相连的其他功能器件207，视具体电路而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

优选的，逆变单元102还包括：通信模块208，用于通过无线通信技术或者有线通信技术实现控制模块206与外界的通信；

且控制模块206还用于：根据检测结果生成并输出上报信息至通信模块208，接收外界的控制指令并根据控制指令控制半导体逆变模块202工作；

另外，控制模块206还能够对所连接的电池片101达到精确监控，实时获得其性能参数，并且能够长期收集所监控电池片101的性能参数，对其性能衰减参数做统计，生成并输出统计信息至通信模块208。

当逆变单元102通过通信模块208与外界实现通信时，可以由远程控制装置远程读取和控制智能光伏组件内的所有运行参数，尤其是对于图3a所示的应用案例，该远程控制装置可以读取到每一个电池片101的工作参数，比如温度、电流、电压等技术参数；并且根据读取的温度、电流、电压等技术参数，通过该远程控制装置能够对控制模块206操作，实现对电池片101升压、关断等等操作，进而有效控制热斑、监控组件运行。

为了实现所述升压功能，具体的，其半导体逆变模块202包括：对接收的直流电进行升压的DCDC变换电路，以及，将升压后的直流电转换为交流电的DCAC变换电路；

DCDC变换电路的输入端为半导体逆变模块202的输入端；

DCDC变换电路的输出端与DCAC变换电路的输入端相连；

DCAC变换电路的输出端为半导体逆变模块202的输出端。

值得说明的是，该半导体逆变模块202可以为一个集成芯片，或者，由分立器件组成的电路，又或者，由分立器件组成且单独封装的电路；具体可以视其应用环境而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

并且，鉴于电池片101存在单面受光或者双面受光的区别，逆变单元102在该智能光伏组件中的封装位置将会有所不同，具体的：

当电池片101为双面受光电池片时，该智能光伏组件还包括：分别设全部置于电池片(排列成为图5a至图5c中所示的303)两面的两块透明盖片，及，用于设置逆变单元102的印刷电路板(未进行图示)；且印刷电路板封装在智能光伏组件的侧边上；

当电池片101为单面受光电池片时，该智能光伏组件还包括：设置于全部置于电池片受光面的透明盖片，及，设置于全部置于电池片背面的背板；且全部的逆变单元102封装在背板上。由于逆变单元102对应若干个电池片101，那么逆变单元102中的半导体逆变模块202和其他器件都可以是微型的，使半导体逆变模块202集成到背板形成智能光伏组件具有可实现性；此时，该智能光伏组件实际上相当于以一个薄板状的微型智能逆变器代替普通光伏组件的背板组成组件；该薄板状的微型智能逆变器的厚度可以控制在2mm左右，高度集成了半导体逆变模块202及各种电器元件。

图5a至图5c中所示的301和305，可以分别表示双面智能光伏组件中的两块透明盖片，也可以分别表示单面智能光伏组件中的透明盖片和背板。301和305与全部电池片303之间分别通过粘接热熔胶(如图5a至图5c中所示的302和304)粘合在一起。

实际应用中，该透明盖片可以是玻璃，也可以是其他材质，可以视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

更为优选的，当逆变单元102的个数大于一个时，该智能光伏组件还包括：设置于印刷电路板或者背板上的交流汇流电路103；

参见图3a至图3c，该交流汇流电路103连接于逆变单元102的交流侧端口与智能光伏组件的输出端之间，可以实现对于多个逆变单元102的交流回流。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种智能光伏组件的应用***，参见图6，包括：变压器及多个如上述实施例任一所述的智能光伏组件；

智能光伏组件的输出端，可以直接与变压器的输入端相连，也通过相应的交流汇流箱并入变压器的输入端(如图6所示)；

变压器的输出端与电网相连。

实际应用中，操作人员能够通过远程控制装置实现对于该应用***的监控。

对比图6和图2所示结构，可以得出本实施例相比现有技术精简了光伏组件的并网应用***。

具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相所连接，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种智能光伏组件，其特征在于，包括：N个电池片和至少一个逆变单元，N为正整数；其中：

所述逆变单元的直流侧端口与多个串联电池片的两端相连；所述逆变单元的交流侧端口与所述智能光伏组件的输出端相连、输出交流电；

所述逆变单元用于实现对于所连接电池片的MPPT控制，并根据所连接电池片的电气参数信号，控制所连接的电池片正常输出、关断输出或者升压后进行逆变输出，以避免多个光伏组件采用同一逆变单元实现MPPT控制及逆变输出时，个别光伏组件出现故障或者被遮挡的问题所导致的整路发电量损失。

2.根据权利要求1所述的智能光伏组件，其特征在于，当所述逆变单元的个数为N个时，N个所述逆变单元的直流侧端口分别与N个所述电池片的输出端一一对应相连；

当所述逆变单元的个数小于N个时，所述逆变单元的直流侧端口与多个串联电池片的两端相连。

3.根据权利要求1所述的智能光伏组件，其特征在于，所述逆变单元包括：直流滤波电路、半导体逆变模块、交流滤波电路、二极管、温度检测器件及控制模块；其中：

所述直流滤波电路的输入端为所述逆变单元的直流侧端口；

所述直流滤波电路的输出端通过所述半导体逆变模块与所述交流滤波电路的输入端相连；

所述交流滤波电路的输出端为所述逆变单元的交流侧端口；

所述控制模块分别与所述半导体逆变模块的控制端、交流滤波电路的采集端、所述温度检测器件及所述二极管相连，用于根据采集得到的温度信号、电压信号和电流信号进行检测，并根据检测结果控制所述半导体逆变模块工作。

4.根据权利要求3所述的智能光伏组件，其特征在于，所述逆变单元还用于实现与外界的通信；

此时，所述逆变单元还包括：通信模块，用于实现所述控制模块与外界的通信；且所述控制模块还用于：根据所述检测结果生成并输出上报信息至所述通信模块，接收外界的控制指令并根据所述控制指令控制所述半导体逆变模块工作；监控所连接的电池片的性能参数，根据所述性能参数生成并输出统计信息至所述通信模块。

5.根据权利要求3所述的智能光伏组件，其特征在于，所述半导体逆变模块包括：DCDC变换电路和DCAC变换电路；

所述DCDC变换电路的输入端为所述半导体逆变模块的输入端；

所述DCDC变换电路的输出端与所述DCAC变换电路的输入端相连；

所述DCAC变换电路的输出端为所述半导体逆变模块的输出端。

6.根据权利要求3所述的智能光伏组件，其特征在于，所述半导体逆变模块为一个集成芯片，或者，由分立器件组成的电路，又或者，由分立器件组成且单独封装的电路。

7.根据权利要求1-6任一所述的智能光伏组件，其特征在于，当所述电池片为双面受光电池片时，还包括：分别设置于全部所述电池片两面的两块透明盖片，及，用于设置所述逆变单元的印刷电路板；且所述印刷电路板封装在所述智能光伏组件的侧边上；

当所述电池片为单面受光电池片时，还包括：设置于全部所述电池片受光面的透明盖片，及，设置于全部所述电池片背面的背板；且全部的所述逆变单元封装在所述背板上。

8.根据权利要求1所述的智能光伏组件，其特征在于，当所述逆变单元的个数大于一个时，还包括：设置于印刷电路板或者背板上的交流汇流电路；

所述交流汇流电路连接于所述逆变单元的交流侧端口与所述智能光伏组件的输出端之间。

9.一种智能光伏组件的应用***，其特征在于，包括：变压器及多个如权利要求1-8任一所述的智能光伏组件；

所述智能光伏组件的输出端与所述变压器的输入端相连；

所述变压器的输出端与电网相连。

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