CN217406513U - 一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，包括电压采样单元、MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元、逻辑控制器U1、储能单元和电感L，快速开关单元控制端与逻辑控制器U1连接，快速开关单元的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组件子串负极连接线，MOS开关N2的源极与光伏组件子串正极连接线连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为负极输出端。本实用新型的有益技术效果为：用MOS管开关替代二极管，确保安全性；无需外置线盒，减少施工步骤，降低成本。

Description

一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，具体涉及一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置。

背景技术

由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏并网发电技术得以迅猛发展。目前光伏***由多个光伏组件串联形成光伏组串，再经逆变器变换成交流电后传输至电网。而串联的光伏组件阵列形成的直流电压很高，并存在很大的安全隐患，为了提高光伏***的安全性，要求光伏组件能够快速自我关断。现有技术中是在每个光伏组件后面增加快速关断器，通过关断器来使得直流电缆上的电压能符合安规要求。

现有方案采用一体式的接线盒，即在每块光伏板后加上关断器，如图1所示，从而来完成整体监控关断***方案。但其有如下缺点：新增加线缆及接线盒壳体以及相应连接端子，导致项目整体BOS成本增加，减少项目收益率；新增加的关断盒，会使得***连接处成倍增加，增加连接头故障率导致直流拉弧等***风险概率；外置线盒，增加了施工现场的工序及难度，新增了工时。为此有必要研究新的关断装置，以降低设备生产和安装成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：目前采用光伏***关断器存证设备生产安装成本高、存在拉弧安全隐患且难以集成的技术问题。提出了一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，通过直接附着在光伏板上的关断电路替代二极管，从而省去了在电缆上连接关断器的麻烦，降低了成本。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，包括电压采样单元、MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元、逻辑控制器U1、储能单元和电感L，所述电压采样单元与光伏组件子串的正负极连接，检测光伏组件子串的正负极之间的电压，所述电压采样单元与逻辑控制器U1连接，所述快速开关单元控制端与逻辑控制器U1连接，所述快速开关单元具有两个输出端，所述快速开关单元的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组件子串负极连接线，MOS开关N2的源极与光伏组件子串正极连接线连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为光伏组件子串负极连接线输出端，所述储能单元为电子元器件供电。

作为优选，所述电压采样单元包括滤波电容C、分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1第一端与光伏组件子串正极连接线连接，分压电阻R2第二端与光伏组件子串负极连接线连接，分压电阻R1第二端及分压电阻R2第一端均与所述滤波电容C第一端连接，所述滤波电容C第二端与光伏组件子串负极连接线连接，所述滤波电容C第一端与逻辑控制器U1连接。

作为优选，所述分压电阻R1为上拉电阻，阻值大于分压电阻R2。

作为优选，所述快速开关单元包括两组开关电路，所述开关电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和MOS管Q1，电阻R4第一端与逻辑控制器U1的I/O引脚连接，电阻R4第二端经电阻R2接地，与储能模块的负极连接表示接地，所述MOS管Q1的源极接地，电阻R4第二端与MOS管Q1栅极连接，MOS管Q1漏极经电阻R6与储能模块正极连接，MOS管Q1漏极作为所述快速开关单元的输出端，两组所述开关电路的MOS管Q1漏极分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接。

作为优选，还包括通信单元，所述通信单元与逻辑控制器U1连接，所述通信单元与互联网建立无线通信连接。

作为优选，所述通信单元包括PLC载波通讯单元和/或HPLC载波通讯单元。

作为优选，还包括退耦电容C1，退耦电容C1安装在光伏组件子串正极与光伏组件子串负极之间。

作为优选，所述储能单元为耐高温电池或超级电容。

作为优选，还包括存储单元，所述存储单元与逻辑控制器U1连接，所述存储单元存储快速开关单元的动作记录。

作为优选，还包括通信接口，所述通信接口与逻辑控制器U1连接，所述通信接口通过通信电缆与逆变器连接。

本实用新型的有益技术效果为：

（1）用MOS管开关替代二极管，实现在阴影遮挡时的旁路功能，同时确保在关断时不会受到二极管影响无法关断，确保安全性；

（2）用电路代替三分体线盒的中间线盒，实现关断功能，无需外置线盒，减少施工步骤，降低成本，增加电站收益率；

（3）相对于关断器会使得***连接处成倍增加，增加连接头故障率导致直流拉弧等***风险，本实用新型技术减少了接线连接处，降低了***风险；

（4）新增储能电路，减少组件输出不稳定性带来的关断安全功能的不稳定性；

（5）取消单独的关断器，使关断装置能够集成在光伏板内，增加***的集成度。

本实用新型的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为现有关断器连接示意图。

图2为现有技术中光伏组件字串连接示意图。

图3为实施例关断电路示意图。

图4为实施例电压采样单元电路结构示意图。

图5为实施例快速开关单元电路结构示意图。

其中：1、负极连接盒，2、正极接线盒，3、光伏板，4、关断器，5、逆变器，6、子串正极连接线，7、二极管，8、子串负极连接线，9、光伏组件子串，10、储能单元，11、电压采样单元，12、快速开关单元，13、通信单元。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

现有技术中使用三分体式接线盒完成光伏板3之间的连接，包括负极接线盒1、中轴接线盒和正极接线盒2，每一个光伏板3的正极连接线正极接线盒2连接，负极连接线负极接线盒1连接，正极接线盒2和负极接线盒1再与中轴接线盒完成连接。中轴接线盒有两个输出端，两个端即可用于与其他光伏板3形成连接，请参阅附图1。请参阅附图2，光伏板3中包含了多个光伏组件字串，多个字串相互串联。子串正极连接线6与下一个子串负极连接线8连接，两端的子串分别提供正极接线端和负极接线端。单个字串的正极和负极相互靠近，二者之间连接有二极管7，二极管7处于截止状态。现有技术中在每两个光伏板3之间均连接一个关断器4，在逆变器5的两个连接处也均需要安装关断器4，以保证光伏***的安全性。导致光伏***安装现场需要多次连接关断器4的接线盒，增加了施工耗时。

实施例：

一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，请参阅附图3，包括电压采样单元11、MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元12、逻辑控制器U1、通信单元13、储能单元10和电感L，电压采样单元11与光伏组件子串9的正负极连接，检测光伏组件子串9的正负极之间的电压，电压采样单元11与逻辑控制器U1连接，快速开关单元12控制端与逻辑控制器U1连接，快速开关单元12具有两个输出端，快速开关单元12的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组件子串9负极连接线8，MOS开关N2的源极与光伏组件子串9正极连接线6连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为光伏组件子串9负极连接线8输出端，储能单元10为电子元器件供电，储能单元10为耐高温电池或超级电容，保证在子串电压不能维持电路正常工作时，提供短时间供电。通信单元13与逻辑控制器U1连接，通信单元13与互联网建立无线通信连接。通信单元13是用于控制快速关断器4的通讯部分，用于接收关断指令。其中的通讯单元包含PLC载波通讯或HPLC载波通讯。后级组件电流需求瞬间增高时，电流突变导致的供电不稳，而电感L本身的特性决定流经电感的电流不能突变，这就很好的保护了影响整个***供电的稳定。

本实施例还设置有存储单元和通信接口，存储单元与逻辑控制器U1连接，存储单元存储快速开关单元的动作记录。通信接口与逻辑控制器U1连接，通信接口通过通信电缆与逆变器连接。逆变器与逻辑控制器U1通过通信接口建立通信连接，实现信息互通。

请参阅附图4，电压采样单元11包括滤波电容C、分压电阻R1和分压电阻R2，分压电阻R1第一端与光伏组件子串9正极连接线6连接，分压电阻R2第二端与光伏组件子串9负极连接线8连接，分压电阻R1第二端及分压电阻R2第一端均与滤波电容C第一端连接，滤波电容C第二端与光伏组件子串9负极连接线8连接，滤波电容C第一端与逻辑控制器U1连接。分压电阻R1为上拉电阻，阻值大于分压电阻R2，电阻R2为下拉电阻。分压电阻R1和分压电阻R2都必须使用高精度的，否则采样后电压偏差较大，由光伏组件子串9正极连接线6接入的输入电源VIN+通过分压电阻R1和分压电阻R2分压后得到的电压再经过滤波电容C滤波使得此电压波动较小，再到逻辑控制处理器U1的引脚，逻辑控制处理器U1为自带模数转换的处理器。

退耦电容C1作为组件电源输入退耦电容，放在光伏组件子串9正极与光伏组件子串9负极之间，防止输入输出电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响，同时也可以解决电源噪声导致的干扰。

请参阅附图5，快速开关单元12包括两组开关电路，开关电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和MOS管Q1，电阻R4第一端与逻辑控制器U1的I/O引脚连接，电阻R4第二端经电阻R2接地，与储能模块的负极连接表示接地，MOS管Q1的源极接地，电阻R4第二端与MOS管Q1栅极连接，MOS管Q1漏极经电阻R6与储能模块正极连接，MOS管Q1漏极作为快速开关单元12的输出端，两组开关电路的MOS管Q1漏极分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接。当产品正常运行时，快速开关单元12闭合MOS开关N1，断开MOS开关N2，此时电源从VIN+到VIN-形成断开路径，并由VOUT+到VOUT-形成电源输出路径。当需要切断电源输出时，快速开关单元12断开MOS开关N1和MOS开关N2，此时VIN+到VIN-路径断开，同时VOUT+到VOUT-输出路径也断开，无法输出给后级。当阴影遮挡发生时，闭合MOS开关N2，使其旁路。其中快速关断单元的原理图参见图5，其由电阻R4、R5、R6和MOS管Q1组成，电阻R4连到逻辑控制器U1的GPIO口，当GPIO为高电平时，MOS管Q1导通，此时给到MOS开关N1或N2的是低电平信号，MOS开关关断，当GPIO为低电平时，MOS管Q1截止，此时给到MOS开关N1或N2的电平为即高电平，MOS开关导通，由于MOS开关的开关速度非常快，所以通过此电路可以实现快速开关功能。

本实施例的有益技术效果为：用MOS管开关替代二极管7，实现在阴影遮挡时的旁路功能，同时确保在关断时不会受到二极管7影响无法关断，确保安全性；用电路代替三分体线盒的中间线盒，实现关断功能，无需外置线盒，减少施工步骤，降低成本；新增储能电路，减少组件输出不稳定性带来的关断安全功能的不稳定性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

包括电压采样单元、MOS开关N1、MOS开关N2、快速开关单元、逻辑控制器U1、储能单元和电感L，所述电压采样单元与光伏组件子串的正负极连接，检测光伏组件子串的正负极之间的电压，所述电压采样单元与逻辑控制器U1连接，所述快速开关单元控制端与逻辑控制器U1连接，所述快速开关单元具有两个输出端，所述快速开关单元的输出端分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接，MOS开关N1的漏极与光伏组件子串负极连接线，MOS开关N2的源极与光伏组件子串正极连接线连接，MOS开关N1的源极与MOS开关N2的漏极与电感L第一端连接，电感L第二端作为光伏组件子串负极连接线输出端，所述储能单元为电子元器件供电。

2.根据权利要求1所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

所述电压采样单元包括滤波电容C、分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1第一端与光伏组件子串正极连接线连接，分压电阻R2第二端与光伏组件子串负极连接线连接，分压电阻R1第二端及分压电阻R2第一端均与所述滤波电容C第一端连接，所述滤波电容C第二端与光伏组件子串负极连接线连接，所述滤波电容C第一端与逻辑控制器U1连接。

3.根据权利要求2所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

所述分压电阻R1为上拉电阻，阻值大于分压电阻R2。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

所述快速开关单元包括两组开关电路，所述开关电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和MOS管Q1，电阻R4第一端与逻辑控制器U1的I/O引脚连接，电阻R4第二端经电阻R2接地，与储能模块的负极连接表示接地，所述MOS管Q1的源极接地，电阻R4第二端与MOS管Q1栅极连接，MOS管Q1漏极经电阻R6与储能模块正极连接，MOS管Q1漏极作为所述快速开关单元的输出端，两组所述开关电路的MOS管Q1漏极分别与MOS开关N1和MOS开关N2的栅极连接。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

还包括通信单元，所述通信单元与逻辑控制器U1连接，所述通信单元与互联网建立无线通信连接。

6.根据权利要求5所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

所述通信单元包括PLC载波通讯单元和/或HPLC载波通讯单元。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

还包括退耦电容C1，退耦电容C1安装在光伏组件子串正极与光伏组件子串负极之间。

8.根据权利要求1至3任一项所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

所述储能单元为耐高温电池或超级电容。

9.根据权利要求1至3任一项所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

还包括存储单元，所述存储单元与逻辑控制器U1连接，所述存储单元存储快速开关单元的动作记录。

10.根据权利要求1至3任一项所述的一种包含单线盒嵌入式接线盒的光伏组件快速关断装置，其特征在于，

还包括通信接口，所述通信接口与逻辑控制器U1连接，所述通信接口通过通信电缆与逆变器连接。

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