CN113644876B - 一种光伏发电***和光伏组件的保护电路 - Google Patents

一种光伏发电***和光伏组件的保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光伏发电***和光伏组件的保护电路；该保护电路，包括：反向过压检测单元和保护支路单元；反向过压检测单元、电流支路和旁路二极管并联连接；反向过压检测单元，用于检测光伏组件是否存在反向过压故障；并在检测到存在反向过压故障时，触发保护支路单元对旁路二极管进行分流；其中，反向过压故障为光伏组件出现反向过压；进而在光伏组件出现反向过压时，触发保护支路单元对旁路二极管进行分流、以保持旁路二极管对光伏组件的保护，从而保护旁路二极管不被损坏；同时，保护方式为分流，并不是直接将该旁路二极管进行断路，保持旁路二极管的功能，提高旁路二极管所在电路的安全性。

Description

一种光伏发电***和光伏组件的保护电路
技术领域
本发明属于光伏组件保护技术领域，更具体的说，尤其涉及一种光伏发电***和光伏组件的保护电路。
背景技术
目前一个光伏组件由几十片硅片串联组成，再将这些串联的硅片分成三个光伏电池子串，也就是说，多个光伏电池子串并连接，若其中一个光伏电池子串出现故障，则会影响其他光伏电池子串。
如图1所示，现有技术中每个光伏电池子串均并联一个旁路二极管，但是当旁路二极管一旦失效，特别是当光伏组件反向过压时，旁路二极管无法正常工作，进而该旁路二极管不能将被阴影遮挡的故障光伏电池子串进行旁路，该出现故障的光伏电池子串仍会影响其他光伏电池子串及***的稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏发电***和光伏组件的保护电路，用于保持旁路二极管的功能，提高光伏组件及其***的安全性和稳定性。
本发明第一方面公开了一种光伏组件的保护电路，所述光伏组件包括N个光伏电池子串，N个所述光伏电池子串依次串联连接；各个所述光伏电池子串的两端均反向并联一个旁路二极管；所述保护电路包括：反向过压检测单元和保护支路单元；
所述保护支路单元和所述旁路二极管直接或间接并联连接；
所述反向过压检测单元与所述旁路二极管串联连接或并联连接；
所述反向过压检测单元，用于检测所述光伏组件是否存在反向过压故障；并在检测到存在所述反向过压故障时，触发所述保护支路单元对所述旁路二极管进行分流；其中，所述反向过压故障为所述光伏组件出现反向过压。
可选的，所述反向过压检测单元包括：串联连接的第一电阻和稳压开关；
所述第一电阻和所述稳压开关之间的连接点作为所述反向检测单元的输出端。
可选的，所述稳压开关为稳压二极管。
可选的，所述稳压二极管为所述旁路二极管，或者，为独立于所述旁路二极管的稳压二极管。
可选的，所述第一电阻和所述稳压开关依次串联于所述光伏组件的正极与负极之间；或者，
所述第一电阻和所述稳压开关依次串联于所述光伏组件的负极与正极之间。
可选的，保护支路单元，包括：第一可控开关；
所述第一可控开关的两端作为所述保护支路单元的两端；
所述第一可控开关的控制端作为所述保护支路单元的控制端。
可选的，所述第一可控开关包括继电器、开关管中至少一种。
可选的，若所述第一可控开关为所述继电器，则所述反向过压检测单元为所述继电器的线圈副边。
可选的，所述保护支路单元还包括与所述第一可控开关串联连接的第二电阻。
本发明第二方面公开了一种光伏组件的保护电路，光伏组件包括N个光伏电池子串，N个所述光伏电池子串依次串联连接；各个所述光伏电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管；所述保护电路包括：正向过流检测单元和旁路分流单元；
所述正向过流检测单元与所述旁路二极管串联连接；
所述旁路分流单元与所述旁路二极管并联连接；
所述正向过流检测单元，用于检测所述光伏组件是否存在正向过流故障；并在检测到存在所述正向过流故障时，触发所述旁路分流单元对所述旁路二极管进行分流；其中，所述正向过流故障为所述光伏组件出现正向过流。
可选的，所述正向过流检测单元，包括：第二电阻、第三电阻；
所述第二电阻和所述第三电阻串联连接后，与所述旁路二极管串联连接；
所述第二电阻和所述第三电阻之间连接点，连接所述正向过流检测单元的输出端。
可选的，所述正向过流检测单元，还包括：第一开关管；
所述第一开关管的控制端连接所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接点；
所述第一开关管的第一端与所述第二电阻远离所述第三电阻的一端相连；
所述第一开关管的第二端与所述正向过流检测单元的输出端相连。
可选的，所述第三电阻为热敏电阻；
所述热敏电阻靠近所述旁路二极管设置。
可选的，所述第一开关管为电压型驱动的低阻抗开关管。
可选的，所述旁路分流单元包括：第二可控开关和第四电阻；
所述第二可控开关间接与所述旁路二极管并联连接；
所述第二可控开关的控制端与所述第四电阻的一端相连；
所述第二可控开关的第一端与所述第四电阻的另一端相连，连接点作为所述旁路分流单元的控制端。
可选的，在所述正向过流检测单元包括第一开关管时：
所述第三电阻与所述第四电阻之间的连接点与所述第一开关管的第二端相连；
所述第二可控开关的第二端与所述旁路二极管的阴极相连。
可选的，所述第二可控开关为NPN型三极管。
本发明第三方面公开了一种光伏发电***，包括：逆变单元、至少一个光伏组件，以及，至少一个本发明第一方面任一项所述的光伏组件的保护电路或本发明第二方面任一项所述的光伏组件的保护电路；其中：
各所述光伏组件串联连接形成光伏组串，各所述光伏组串的输出端并联后连接至所述逆变单元的直流侧；
所述逆变单元的交流侧接入电网。
可选的，所述光伏组件中的保护电路设置于所述光伏组件的接线盒中。
从上述技术方案可知，本发明提供的一种光伏组件的保护电路，包括：反向过压检测单元和保护支路单元；反向过压检测单元、电流支路和旁路二极管并联连接；反向过压检测单元，用于检测光伏组件是否存在反向过压故障；并在检测到存在反向过压故障时，触发保护支路单元对旁路二极管进行分流；其中，反向过压故障为光伏组件出现反向过压；进而在光伏组件出现反向过压时，触发保护支路单元对旁路二极管进行分流、以保持旁路二极管对光伏组件的保护，从而保护旁路二极管不被损坏；同时，保护方式为分流，并不是直接将该旁路二极管进行断路，保持旁路二极管的功能，提高旁路二极管所在电路的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图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示意图；
图2是本发明实施例提供的一种光伏组件的保护电路的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种光伏组件的保护电路的示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种光伏组件的保护电路的示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种光伏组件及其保护电路的示意图；
图6是本发明实施例提供的一种光伏组件的电流时序图；
图7是本发明实施例提供的另一种光伏组件的保护电路的示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种光伏组件的保护电路的示意图；
图9是本发明实施例提供的另一种光伏组件及其保护电路的示意图；
图10是本发明实施例提供的另一种光伏组件的电流时序图；
图11是本发明实施例提供的另一种光伏组件的保护电路的示意图；
图12是本发明实施例提供的另一种光伏组件及其保护电路的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供了一种光伏组件的保护电路，用于解决现有技术中每个光伏电池子串均并联一个旁路二极管，但是当旁路二极管一旦失效，特别是当光伏组件反向过压时，旁路二极管无法正常工作，进而该旁路二极管不能将被阴影遮挡的故障光伏电池子串进行旁路，该出现故障的光伏电池子串仍会影响其他光伏电池子串及***的稳定的问题。
参见图2，该光伏组件包括N个光伏电池子串，具体的，N个光伏电池子串依次串联连接。各个光伏电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管。
该光伏组件的保护电路，包括：反向过压检测单元10和保护支路单元20。
保护支路单元20和旁路二极管DP直接或间接并联连接。
反向过压检测单元10与旁路二极管DP串联连接，或者，反向过压检测单元10与旁路二极管DP并联连接；其具体结构此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
反向过压检测单元10，用于检测光伏组件是否存在反向过压故障；并在检测到存在反向过压故障时，触发保护支路单元20对旁路二极管DP进行分流；其中，反向过压故障为光伏组件出现反向过压。
也就是说，若光伏组件出现反向过压，则该反向过压检测单元10能够检测到，并在检测到反向过压故障时，触发保护支路单元20对光伏组件进行保护。具体的，该保护支路单元20对旁路二极管DP进行分流，以实现保护光伏组件。
也即，该保护支路单元20对光伏组件的保护方式为对旁路二极管DP进行分流，并不是直接将其切出，进而旁路二极管DP依旧可以继续工作。
具体的，保护支路单元20对旁路二极管DP进行分流，进而使原本流经旁路二极管DP的电流减小，避免在光伏组件出现反向过压时旁路二极管DP失效而导致光伏组件无法被保护的问题，提高光伏组件的安全性和稳定性。
在本实施例中，在光伏组件出现反向过压时，触发保护支路单元20对旁路二极管DP进行分流、以保持旁路二极管DP对光伏组件的保护，从而保护旁路二极管DP不被损坏；同时，保护方式为分流，并不是直接将该旁路二极管DP进行断路，保持旁路二极管DP的功能，提高旁路二极管DP所在电路的安全性。
在实际应用中，如图3所示，该反向过压检测单元10包括：串联连接的第一电阻R1和稳压开关(如图3所示的D1)。
第一电阻R1和稳压开关之间的连接点作为反向过压检测单元10的输出端；也即，第一电阻R1和稳压开关之间的连接点的电压，作为该反向过压检测单元10的输出信号，用于控制保护支路单元200，其具体控制过程可以是：在第一电阻R1和稳压开关之间的连接点的电压高于阈值时，触发保护支路单元20对旁路二极管DP进行分流。当然，也可以是其他方式，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
第一电阻R1和稳压开关依次串联于光伏组件的正极与负极之间；或者，第一电阻R1和稳压开关依次串联于光伏组件的负极与正极之间。
具体的，第一电阻R1的一端连接光伏电池子串的电池正极，第一电阻R1的另一端连接稳压开关的一端，稳压开关的另一端连接光伏电池子串的负极。或者，第一电阻R1的一端连接光伏电池子串的电池负极，第一电阻R1的另一端连接稳压开关的一端，稳压开关的另一端连接光伏电池子串的正极。该第一电阻R1和该稳压开关这两个之间的连接位置，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，该第一电阻R1可以是热敏电阻，也可以是普通电阻，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用给中，该稳压开关为稳压二极管D1。
具体的，该稳压二极管D1的阳极指向阴极的方向与光伏电池子串的电池正极到负极的方向相反；也即，稳压二极管D1的通过与光伏电池子串的输出端反向并联。
需要说明的是，该稳压二极管D1也可以是独立于旁路二极管DP的稳压二极管D1；也即，此时，光伏电池子串中有两个二极管(如图3所示)。该稳压二极管D1可以是光伏组件中的旁路二极管DP；也即，此处光伏电池子串中仅有一个二极管(如图4所示)。
在实际应用中，该保护支路单元20，包括：第一可控开关S1。
第一可控开关S1的两端作为保护支路单元20的两端；第一可控开关S1的控制端作为保护支路单元20的控制端。
具体的，如图3所示，第一可控开关S1的控制端分别与稳压二极管D1的阳极和第一电阻R1的一端相连；第一可控开关S1的一端分别与第一电阻R1的另一端和光伏电池子串的电池负极相连；第一可控开关S1的另一端分别与稳压二极管D1的阴极和光伏电池子串的电池正极相连。
需要说明的是，当第一电阻R1和稳压二极管D1的位置调换时，该第一可控开关S1的连接关系与图3所示的连接关系相似，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
在光伏电池子串发生反向过压时，该第一电阻R1两端的电压差达到阈值，进而触发该第一可控开关S1导通，以实现第一可控开关S1对旁路二极管DP进行分流，以实现对光伏电池子串的保护。
在本实施例中，该保护电路通过新增第一电阻R1和第一可控开关S1即可实现对光伏组件的保护。
需要说明的是，该第一可控开关S1包括继电器、开关管中至少一种。
若第一可控开关S1为继电器，则该反向过压检测单元10为继电器的线圈副边。其结构此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
在实际应用中，保护支路单元20还包括与第一可控开关S1串联连接的第二电阻R2。
该第二电阻R2用于限制流经第一可控开关S1的电流。其中，限制第一可控开关S1的目的是为了避免第一可控开关S1过流损坏。
如图5所示，以光伏电池子串的数量等于3为例，一个光伏组件由几十片硅片串联组成，再将这些串联的硅片分成三个光伏电池子串，每个光伏电池子串反向并联一个旁路二极管DP；相应的设置三个保护电路和三个旁路二极管DP(如图5所示的DP、DP2和DP2)。
其中，第一个保护电路中：R11、S11是用于保护旁路二极管DP1的反向过压工况。第二个保护电路中：R12、S12是用于保护旁路二极管DP2的反向过压工况。第三个保护电路中：R13、S13是用于保护旁路二极管DP3的反向过压工况。
开关管S11的源极S分别与第一电阻R11和相应光伏电池子串的电池负极相连；开关管S11的栅极G与旁路二极管DP1的阳极相连；开关管S11的漏极D连接至相应光伏电池子串的电池正极。开关管S12的源极S分别与第一电阻R12和相应光伏电池子串的电池负极相连；开关管S12的栅极G与旁路二极管DP2的阳极相连；开关管S12的漏极D连接至相应光伏电池子串的电池正极。开关管S13的源极S分别第一电阻R13和相应光伏电池子串的电池负极相连；开关管S13的栅极G与旁路二极管DP3的阳极相连；开关管S13的漏极D连接至相应光伏电池子串的电池正极。
下面，对其中一组独立光伏组件的保护电路进行分析其工作原理过程，将分析其光伏组件光照正常工况、光伏组件其中光伏电池子串出现阴影遮挡工况、旁路二极管DP反向过压短路工况。
首先，光伏组件光照正常时，光伏电池子串作为输出发电，输出端的发电电压U1的方向与光伏电池子串的电压方向一致，此时旁路二极管DP1为断开即i2＝0；此时VT>VSG＝0，开关管S11为断开状态，其中开关管S11两端的电压U_S1＝U1<0。此时旁路二极管DP1断开、开关管S11断开，光伏组件处于正常发电。
其次，光伏组件其中电池子串出现阴影遮挡工况，当遮挡形成的内部电阻大于外部负载电阻时，则输出端的发电电压U1的方向与光伏电池子串的电压方向不一致，具体值如公式(1)，使旁路二极管DP1导通从而分流，则第二电阻R2将产生压降；其中分流电流i2>0，此时在开关管S11的源极S和栅极G的压降为公式(2)。
U1＝i2×(R1+R2+R4)+VD1 公式(1)
0＜VSG＝i2×R2＝-VGS 公式(2)
其中，VDP为旁路二极管DP1两端的电压，VSG为相应开关管的源栅电压。
由公式(1)得到开关管S11的驱动电压VGS<0，则开关管S11处于断开状态。此时旁路二极管DP1处于正常导通状态，开关管S11断开不发挥保护作用。
当光伏组件承受的旁路二极管DP1反向电压超过耐受的反向电压时，旁路二极管DP1将被反向过压引起短路。
其中，反向过压可以分为两类，一类是电击穿即可恢复击穿，一类是热击穿即不可恢复击穿。击穿过程可以分成两个阶段，阶段一是由外在反向电压导致二极管击穿的动态阶段；阶段二是击穿后的稳态阶段，稳态阶段中有两种状态，一种是二极管击穿后不可恢复短路，一种是二极管击穿后恢复正常。
阶段一：动态过程。
由于外部有反向过压电压即U1电压方向与光伏电池子串的方向不一致，旁路二极管DP1在承受反向耐受电压而击穿导通，则电流i2方向是从下到上流向，开关管S11的栅极G和源极S两端电压VGS由第二电阻R2产生，随着旁路二极管DP1的反向过压而带来的发热，若第一电阻R1为热敏电阻，该第一电阻R1随着旁路二极管DP1的发热阻值增大。如公式(3)所示，当VGS大于开关管S11的阈值电压VT时，开关管S11导通。此时开关管S11将对旁路二极管DP1进行分流，以降低旁路二极管DP1的热损耗，以保护旁路二极管DP1避免发生热击穿。
VT＜VGS＝i2×R2 公式(3)
当旁路二极管DP1的温度降低后或电流减小后，第二电阻R2的两端电压降低。如公式(4)所示，当第二电阻R2的压降低于开关管S11的导通电压时，开关管S11断开；此时旁路二极管DP1继续承受全部电流。当旁路二极管DP1温度或电流上升到一定程度时，第二电阻R2两端的电压增大到可以使开关管S11导通，则开关管S11导通对旁路二极管DP1进行分流，开关管S1上的电流为i3，旁路二极管DP的电流为i4。各个电流所采用的公式为公式(5)。
VT＞VGS＝i2×R2 公式(4)
i2＝i3+i4 公式(5)
阶段二：稳态过程。
以可恢复稳态为例进行说明：
当旁路二极管DP1经过反向过压后恢复正常，在光照正常情况下旁路二极管DP1恢复断开，此时旁路二极管DP1所在支路的电流i2＝0，则开关管S11的VGS＝0，开关管S1断开。
当光伏电池子串有阴影遮挡时，遮挡一定程度后旁路二极管DP1正向导通，具体分析见上述，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内，具体的，此时，保护电路和旁路二极管DP1中的电流时序如图6所示，也即，重复上述说明中各个电流的取值。
在本实施例中，在旁路二极管DP出现反向过压工况时，保护电路通过自动分流机制以实现对光伏组件的保护，从而避免旁路二极管DP出现不可恢复的热击穿。同时，在光伏组件和逆变器连接正常发电工作时，自动保护其中被反向过压的单个光伏电池子串，即不影响其他光伏组件也保护了有反向过压电压的组件，整个过程不影响光伏***发电。
本发明另一实施例还提供了一种光伏组件的保护电路；其中，光伏组件包括N个光伏电池子串，N个光伏电池子串依次串联连接；各个光伏电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管DP。
如图7所示，该光伏组件的保护电路包括：正向过流检测单元30和旁路分流单元40。
正向过流检测单元30与旁路二极管DP串联连接。也就是说，正向过流检测单元30用于检测流经旁路二极管DP的电流。在旁路二极管DP的电流大于预设电流值时，说明旁路二极管DP出现正向过流故障；在旁路二极管DP的电流小于预设电流值时，说明旁路二极管DP未出现正向流过故障；需要说明的是，可以通过检测温度情况来检测旁路二极管DP的电流，或者，检测与旁路二极管DP的串联电阻两端的电压来检测旁路二极管DP的电流。
旁路分流单元40与旁路二极管DP并联连接；因此，该旁路分流单元40能够为旁路二极管DP进行分流，进而保护光伏组件。
正向过流检测单元30，用于检测光伏组件是否存在正向过流故障；并在检测到存在正向过流故障时，触发旁路分流单元40对旁路二极管DP进行分流。
其中，正向过流故障为光伏组件出现正向过流。
也就是说，若光伏组件出现正向过流，则该正向过流检测单元30能够检测到，并在检测到正向过流故障时，触发旁路分流单元40对光伏组件进行保护。具体，该旁路分流单元40对旁路二极管DP进行分流，以实现保护光伏组件。
也即，该旁路分流单元40对光伏组件的保护方式为对旁路二极管DP进行分流，并不是直接将其切出，进而旁路二极管DP依旧可以继续工作。
具体的，旁路分流单元40对旁路二极管DP进行分流，进而使原本流经旁路二极管DP的电流减小，避免在光伏组件出现正向过流时，旁路二极管DP失效而导致光伏组件无法被保护的问题，提高光伏组件的安全性和稳定性。
在本实施例中，在光伏组件出现正向过流时，触发旁路分流单元40对旁路二极管DP进行分流、以保持旁路二极管DP对光伏组件的保护，从而保护旁路二极管DP不被损坏；同时，保护方式为分流，并不是直接将该旁路二极管DP进行断路，保持旁路二极管DP的功能，提高旁路二极管DP所在电路的安全性。
在实际应用中，如图8所示，正向过流检测单元30，包括：第二电阻R2、第三电阻R3。
第二电阻R2和第三电阻R3串联连接后，与旁路二极管DP串联连接。第二电阻R2和第三电阻R3之间连接点，连接正向过流检测单元30的输出端。
在实际应用中，该第三电阻R3可以为热敏电阻，也可以是普通电阻，在该第三电阻R3为热敏电阻时，该第三电阻R3靠近旁路二极管DP设置，以使该第三电阻R3能够较为敏锐的检测到旁路二极管DP的温度。
也就是说，第三电阻R3的安装位置是紧贴在旁路二极管DP边，随着旁路二极管DP的温度增加则第三电阻R3的阻值将增大。
具体的，第二电阻R2的一端作为旁路二极管DP所在支路的输入端；第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端相连，连接点作为正向过流检测单元30的输出端；第三电阻R3的另一端与旁路二极管DP的阳极相连；旁路二极管DP的阴极作为旁路二极管DP所在支路的输出端。
在实际应用中，如图3所示，该正向过流检测单元30，还可以包括：设置于第二电阻R2与第三电阻R3之间的连接点与正向过流检测单元30的输出端之间的第一开关管Q1。
第一开关管Q1的控制端连接第二电阻R2和第三电阻R3之间的连接点；第一开关管Q1的第一端与第二电阻R2远离第三电阻R3的一端相连；第一开关管Q1的第二端与正向过流检测单元30的输出端相连。
具体的，第二电阻R2的一端与第一开关管Q1的第一端相连，连接点作为旁路二极管DP所在支路的输入端；第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端和第一开关管Q1的控制端相连；第一开关管Q1的第二端连接正向过流检测单元30的输出端；第三电阻R3的另一端与旁路二极管DP的阳极相连；旁路二极管DP的阴极作为旁路二极管DP所在支路的输出端。
具体的，第一开关管Q1为电压型驱动的低阻抗开关管；如N型MOS管，第一开关管Q1的控制端为N型MOS管的栅极，第一开关管Q1的第一端为N型MOS管的漏极，第一开关管Q1的第二端为N型MOS管的源极。
在实际应用中，如图8所示，该旁路分流单元40包括：第二可控开关S2和第四电阻R4。
第二可控开关S2间接与旁路二极管DP并联连接；第二可控开关S2的控制端与第四电阻R4的一端相连；第二可控开关S2的第一端与第四电阻R4的另一端相连，连接点作为旁路分流单元40的控制端；该连接点还作为旁路分流单元40的输入端；也即该连接点与正向过流检测单元30的输出端相连；第二可控开关S2的第二端与旁路二极管DP的阴极相连。
在实际应用中，在正向过流检测单元30包括第一开关管Q1时：
第二电阻R2和第三电阻R3之间的连接点与第一开关管Q1的控制端相连；第二可控开关S2的第一端与第一开关管Q1的一端相连，第二可控开关S2的第二端与旁路二极管DP的阴极相连。
该第二可控开关S2可以为NPN型三极管；第二可控开关S2的控制端为NPN型三极管的基极，第二可控开关S2的第一端为NPN型三极管集电极，第二可控开关S2的第二端为NPN型三极管的发射极。
具体的，如图8所示，对保护电路中的正向过流检测单元30和旁路分流单元40的工作过程进行说明：
首先，在旁路二极管DP断开时，即流经旁路二极管DP的电流i2＝0；开关管Q1的栅源电压VGS＝0。开关管Q1为断开状态。此时三极管S2的基极电流ib＝0则三极管S2截止断开；三极管S2的BE端之间的二极管与开关管Q1的反向二极管，这两个二极管之间是反向的，保护电路中的开关管Q1和三极管S2都是处于断开不工作状态。
其次，旁路二极管DP导通，其电流i2>0；当i2较小或旁路二极管DP温度较低则开关管Q1的VGS小于开关管Q1的阈值电压VT时，开关管Q1处于断开状态，即0<VGS<VT。当旁路二极管DP的温度过高或i2较大时，第三电阻R3随着旁路二极管DP的温度上升阻值将快速增大，其中三极管S2的VBE＝0.7V，当开关管Q1的VGS大于自身的导通电压VT时，开关管Q1导通。开关管Q1导通后三极管S2的ib>0，使三极管S2处于饱和导通状态，此时开关管Q1和三极管S2都处于导通状态。
当开关管Q1和三极管S2导通后则对旁路二极管DP的电流i2进行分流，其分流电流为i3，旁路二极管DP的电流降低为i4，从而开关管Q1分担了旁路二极管DP上的一些功率，以降低旁路二极管DP上的热能，进而实现保护旁路二极管DP。
随着旁路二极管DP的温度降低或电流减小，则第三电阻R3阻值下降；其中，该第三电阻R3阻值随温升增大速率，大于其随温降减小速率；随着第三电阻R3阻值的下降，使开关管Q1的栅极VGS<0而断开。此时i3＝0，三极管的基极电流ib＝0，三极管S2截止断开。
在本实施例中，通过第三电阻R3，自动感知触发开关管Q1的通断，通过在不同工况下准确驱动开关管Q1的通断，实现对旁路二极管DP的分流保护。通过开关管Q1和三极管S2的串联，有效解决了开关管Q1自身的反向并联二极管正向导通问题，实现了旁路二极管DP正向导通过热保护。
也就是说，根据旁路二极管DP的工作状态，自动触发开关管的通断以增加一路分流支路，通过降低旁路二极管DP的电流以减少旁路二极管DP的发热功率，以实现对旁路二极管DP异常工作状态的保护。同时，该保护电路的自动触发电路简单可靠，通过高精度的第三电阻R3有效的触发。
具体的，如图9所示，对保护电路中的反向过压检测单元10和旁路分流单元40的工作过程进行说明：
需要说明的是，如图9所示，以N等于3，第三电阻为热敏电阻为例，一个光伏组件由几十片硅片串联组成，再将这些串联的硅片分成三个光伏电池子串，每个光伏电池子串反向并联一个旁路二极管DP(如图9所示的DP1、DP2和DP3)；相应的设置三个保护电路来保护各个旁路二极管DP(如图9所示的DP1、DP2和DP3)。
也就是说，第一个保护电路中：R21、R31、R41、S21、Q11是用于保护遮阴工况下的旁路二极管DP1，开关管Q11的源极S串联一个三极管S21。开关管Q11的漏极D接R21的上端，其栅极G接电阻R21、R31中间，源极S接旁路二极管DP1的阴极。
第二个保护电路中：R22、R32、R42、S22、Q12是用于保护遮阴工况下的旁路二极管DP2，开关管Q12的源极S串联一个三极管S22。开关管Q12的漏极D接电阻R22的上端，其栅极G接电阻R22、R32中间，其源极S接旁路二极管DP2的阴极。
第三个保护电路中：R23、R33、R43、S23、Q13是用于保护遮阴工况下的旁路二极管DP3，开关管Q13的源极S串联一个三极管S23。开关管Q13的漏极D接电阻R23的上端，其栅极G接电阻R23、R33中间，其源极S接旁路二极管DP3的阴极。
在实际应用中各个保护电路和旁路二极管DP(如图9所示的DP1、DP2和DP3)设置于接线盒中。具体的，接线盒的负端输出线从电阻R21与开关管Q11之间的连接点引出，接线盒的正端从旁路二极管DP3的阴极引出。
以下对其中一组子串的光伏组件的保护电路进行工作过程分析，将分析其光伏组件光照正常工况、光伏组件的光伏电池子串出现阴影遮挡工况。
首先，光伏组件光照正常时，光伏电池子串作为输出发电，输出端的发电电压U1的方向与光伏电池子串的电压方向一致，此时旁路二极管DP1断开，即流经旁路二极管DP的电流i2＝0；开关管Q11的栅源电压VGS＝0，开关管Q11为断开状态。此时三极管S21的基极电流ib＝0则三极管S21截止断开；三极管S21的BE端之间的二极管，与，开关管Q11的反向二极管是反向，不会因为开关管的寄生二极管而影响光伏发电，从而在无遮阴时光伏组件作为供电***情况下，保护电路中的开关管Q11和三极管S21都是处于断开不工作状态。开关管Q11的栅源电压的所采用的公式为公式(6)。
VGS＝i2×R2＝0 公式(6)
其次，光伏组件中的光伏电池子串出现阴影遮挡工况，当遮挡形成的内部电阻大于外部负载电阻，则输出端的发电电压U1的方向与光伏电池子串的电压方向不一致，使旁路二极管DP1导通从而分流i2>0；当i2较小或旁路二极管DP1温度较低，则开关管Q11的VGS小于自身的阈值电压VT时，开关管Q11处于断开状态，即0<VGS<VT。当旁路二极管DP1的温度过高时，第三电阻R31随着旁路二极管DP1的温度上升阻值将快速增大，其中，三极管S2的VBE＝0.7V，根据公式(7)，当开关管Q11的VGS大于自身的导通电压VT时，开关管Q11导通。开关管Q11导通后三极管的ib>0，使三极管S21处于饱和导通状态，此时开关管Q11和三极管S21都处于导通状态。
当开关管Q11和三极管S21导通后则对旁路二极管DP1的电流i2进行分流，其分流电流为i3，旁路二极管DP1的电流降低为i4，从而开关管Q11分担了旁路二极管DP1上的一些功率，以降低旁路二极管DP1上的热能，进而实现保护旁路二极管DP1。其中，各个电流所采用的公式为公式(8)。
VT＜VGS＝i2×R2-VBE 公式(7)
i2＝imp-i1
i2＝i3+i4 公式(8)
i3＝imp-i1-i4
其中，VT为相应开关管的阈值电压，VGS为相应开关管的栅源电压，VBE为相应开关管的B端与E端之间的电压。
随着旁路二极管DP1的温度降低，则第三电阻R3阻值下降；其中，该第三电阻R31的阻值随温升增大的速率，大于其随温降减小的速率；使开关管Q11的栅极VGS<0而断开，如公式(9)。此时i3＝0，三极管S21的基极电流ib＝0，三极管S21截止断开。
0＞VGS＝i2×R2-VBE 公式(9)
随着开关管Q11的断开，如阴影遮挡还在则随着旁路二极管DP1重新承受i2的电流而发热，带来第三电阻R31的阻值增大，将导通开关管Q11和三极管S21而分流i3，从而开关管Q11来回通断以分流保护旁路二极管DP1，同时也使开关管Q11不是处于长时间导通。其中图10为阴影遮挡工况下旁路二极管DP1和保护电路的电流曲线。
在本实施例中，该保护电路不会影响正常的光伏组件发电，会根据第三电阻R31自动感知触发保护，进而在光伏组件阴影遮挡造成反向过压击穿工况下，有效保护光伏组件。
需要说明的是，上述两个实施例提供的光伏组件的保护电路可以整合到一起，其具体结构如图11所示，此时，两个保护电路还可以共用电阻。具体的，R1、DP1和S1共同构成一种保护电路，R1、R2、R4、Q1和S2共同构成另一种保护电路。参见图12，其示出了光伏组件的结构图，其以光伏组件中光伏电池子串的个数等于3为例进行展示，其具体工作原理和工作过程，详情参见上述实施例提供的两种保护电路，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了一种光伏发电***，包括：逆变单元、至少一个光伏组件和至少一个光伏组件的保护电路；其中：
各光伏组件串联连接形成光伏组串，各光伏组串的输出端并联后连接至逆变单元的直流侧。
保护电路，用于保护光伏组件中各个光伏电池子串；保护电路可以通过维持相应光伏电池子串反并的旁路二极管的功能来实现对光伏电池子串的保护。
逆变单元的交流侧接入电网。
在实际应用中，保护电路设置于光伏组件的接线盒中。
该接线盒可以设置于光伏组件的背面，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。
该保护电路的具体结构和工作原理，详情参见上述实施例即可，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
需要说明的是，现有技术中的保护电路都是内嵌在组件中，其可维护性差。
而本实施例中，将光伏组件的保护电路放置于接线盒中，便于维护。
本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的***及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种光伏组件的保护电路，其特征在于，所述光伏组件包括N个光伏电池子串，N个所述光伏电池子串依次串联连接；各个所述光伏电池子串的两端均反向并联一个旁路二极管；所述保护电路包括：反向过压检测单元和保护支路单元；所述保护支路包括第一可控开关；所述反向过压检测单元包括：串联连接的第一电阻和稳压开关；所述第一电阻和所述稳压开关之间的连接点作为所述反向过压检测单元的输出端；所述第一可控开关的两端作为所述保护支路单元的两端；所述第一可控开关的控制端作为所述保护支路单元的控制端；
所述保护支路单元和所述旁路二极管直接或间接并联连接；
所述反向过压检测单元与所述旁路二极管串联连接或并联连接；
所述反向过压检测单元，用于检测所述光伏组件是否存在反向过压故障；并在检测到存在所述反向过压故障时，触发所述保护支路单元对所述旁路二极管进行分流，以保持所述旁路二极管对所述光伏组件的保护；其中，所述反向过压故障为所述光伏组件出现反向过压。
2.根据权利要求1所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述稳压开关为稳压二极管。
3.根据权利要求2所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述稳压二极管为所述旁路二极管，或者，为独立于所述旁路二极管的稳压二极管。
4.根据权利要求2所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述第一电阻和所述稳压开关依次串联于所述光伏组件的正极与负极之间；或者，
所述第一电阻和所述稳压开关依次串联于所述光伏组件的负极与正极之间。
5.根据权利要求1所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述第一可控开关包括继电器、开关管中至少一种。
6.根据权利要求5所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，若所述第一可控开关为所述继电器，则所述反向过压检测单元为所述继电器的线圈副边。
7.根据权利要求1所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述保护支路单元还包括与所述第一可控开关串联连接的第二电阻。
8.一种光伏组件的保护电路，其特征在于，光伏组件包括N个光伏电池子串，N个所述光伏电池子串依次串联连接；各个所述光伏电池子串的输出端均反向并联一个旁路二极管；所述保护电路包括：正向过流检测单元和旁路分流单元；所述正向过流检测单元与所述旁路二极管串联连接；
所述旁路分流单元与所述旁路二极管并联连接；
所述正向过流检测单元，用于检测所述光伏组件是否存在正向过流故障；并在检测到存在所述正向过流故障时，触发所述旁路分流单元对所述旁路二极管进行分流，以保持所述旁路二极管对所述光伏组件的保护；其中，所述正向过流故障为所述光伏组件出现正向过流；
其中，所述正向过流检测单元，包括：第二电阻、第三电阻和第一开关管；所述第二电阻和所述第三电阻串联连接后，与所述旁路二极管串联连接；所述第二电阻和所述第三电阻之间连接点，连接所述正向过流检测单元的输出端；所述第一开关管的控制端连接所述第二电阻和所述第三电阻之间的连接点；所述第一开关管的第一端与所述第二电阻远离所述第三电阻的一端相连；所述第一开关管的第二端与所述正向过流检测单元的输出端相连；
所述旁路分流单元包括：第二可控开关和第四电阻；
所述第二可控开关间接与所述旁路二极管并联连接；
所述第二可控开关的控制端与所述第四电阻的一端相连；
所述第二可控开关的第一端与所述第四电阻的另一端相连，连接点作为所述旁路分流单元的控制端。
9.根据权利要求8所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述第三电阻为热敏电阻；
所述热敏电阻靠近所述旁路二极管设置。
10.根据权利要求8所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述第一开关管为电压型驱动的低阻抗开关管。
11.根据权利要求8所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，在所述正向过流检测单元包括第一开关管时：
所述第三电阻与所述第四电阻之间的连接点与所述第一开关管的第二端相连；
所述第二可控开关的第二端与所述旁路二极管的阴极相连。
12.根据权利要求8所述的光伏组件的保护电路，其特征在于，所述第二可控开关为NPN型三极管。
13.一种光伏发电***，其特征在于，包括：逆变单元、至少一个光伏组件，以及，至少一个如权利要求1-7任一项所述的光伏组件的保护电路或如权利要求8-12任一项所述的光伏组件的保护电路；其中：
各所述光伏组件串联连接形成光伏组串，各所述光伏组串的输出端并联后连接至所述逆变单元的直流侧；
所述逆变单元的交流侧接入电网。
14.根据权利要求13所述的光伏发电***，其特征在于，所述光伏组件中的保护电路设置于所述光伏组件的接线盒中。
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