匯流箱的制作方法
【專利摘要】一種匯流箱，用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述匯流箱（500）包括殼體（601）、至少一組DC/DC變換器（540）和用于控制所述DC/DC變換器（540）工作的MTTP控制單元（3）；所述DC/DC變換器（540）包括半導(dǎo)體發(fā)熱器件（101）和電抗器（104）；該殼體（601）內(nèi)部形成有密閉的容置空間；該容置空間上半部分固定地安裝有所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件（101），該容置空間下半部分固定安裝有所述MTTP控制單元（3）；所述殼體（601）外壁上半部分設(shè)置有散熱器（102）。本實(shí)用新型提供的匯流箱通過增加DC/DC變換器、實(shí)現(xiàn)升壓功能，降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)中匯流箱后端輸出電流，從而降低了線損，匯流箱的結(jié)構(gòu)布局緊湊、散熱效果顯著。
【專利說明】匯流箱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及新能源領(lǐng)域，尤其涉及一種匯流箱。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種新興的清潔能源，越來越受到國家的重視，隨之光伏變電站也越來越多?，F(xiàn)有的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通常包括并網(wǎng)逆變器、直流配電柜、匯流箱、光伏陣列、箱式變壓器、數(shù)據(jù)通信柜和逆變房。
[0003]對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，為了減少光伏組件與逆變器之間的連接線，方便維護(hù)，需要在光伏組件與逆變器之間增加光伏陣列直流匯流裝置，即匯流箱。該裝置就是將一定數(shù)量的電池陣列匯流成一路直流輸出。
[0004]現(xiàn)有的匯流箱，一般只有匯流、防雷等基本功能，圖1為一種現(xiàn)有的匯流箱的電氣原理框圖。參照圖1，匯流箱100包括監(jiān)控板200、防雷器300、直流斷路器QFl以及輸電線400。其中，輸電線400包括第一導(dǎo)線401和第二導(dǎo)線402，第一導(dǎo)線401具有第一導(dǎo)線輸入端和第一導(dǎo)線輸出端，第二導(dǎo)線402具有第二導(dǎo)線輸入端和第二導(dǎo)線輸出端。太陽能電池陣列包括多串PV (光伏)電池組件，本實(shí)施例中，太陽能電池陣列包括16串PV電池組件；匯流箱100還包括數(shù)量為PV電池組件2倍的熔斷器FU ;所有PV電池組件的正極和所有PV電池組件的負(fù)極與所有熔斷器FU分別一一對應(yīng)；所有PV電池組件的正極分別通過對應(yīng)的熔斷器FU與第一導(dǎo)線輸入端電性連接；所有PV電池組件的負(fù)極分別通過對應(yīng)的熔斷器FU與第二導(dǎo)線輸入端電性連接；監(jiān)控板200為芯片，具有多個(gè)支路電壓采樣引腳、用于電性連接外部電源給監(jiān)控板200供電的的電源引腳以及RS485通訊引腳。每個(gè)PV電池組件的正極均有與其一一對應(yīng)的，且電性連接在和該P(yáng)V電池組件對應(yīng)的熔斷器FU和第一導(dǎo)線輸入端之間的支路電壓米樣引腳。防雷器300為三極放電管,其第一放電管與第一導(dǎo)線輸入端電性連接，其第二放電管與第二導(dǎo)線輸入端電性連接，第三放電管接地。輸電線400還經(jīng)直流斷路器QFl與外部供電電路電性連接，該直流斷路器QFl用于將第一導(dǎo)線輸入端和第一導(dǎo)線輸出端之間，第二導(dǎo)線輸入端和第二導(dǎo)線輸出端之間同時(shí)斷開或同時(shí)閉合。當(dāng)直流斷路器QFl閉合時(shí)，太陽能電池陣列的所有PV電池組件的輸出電壓匯流后在第一導(dǎo)線輸出端和第二導(dǎo)線輸出端輸出。
[0005]但是對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于各PV電池組件受陰影、地理環(huán)境及安裝因素等影響，導(dǎo)致應(yīng)用時(shí)每串的輸出電壓不一致性比較大，采用如圖1所示的匯流箱，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率降低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)的每串電池組件的輸出電壓不一致，提供了 一種匯流箱。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案是:
[0008]本實(shí)用新型提供了一種匯流箱，用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，所述匯流箱包括殼體、至少一組DC/DC變換器和用于控制所述DC/DC變換器工作的MTTP控制單元；所述DC/DC變換器包括半導(dǎo)體發(fā)熱器件和電抗器；
[0009]該殼體內(nèi)部形成有密閉的容置空間；該容置空間上半部分固定地安裝有所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件，該容置空間下半部分固定安裝有所述MTTP控制單元；
[0010]所述殼體外壁上半部分設(shè)置有散熱器，所述散熱器貫穿所述殼體并與所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件相連；所述電抗器設(shè)置在所述殼體外壁下半部分上。
[0011]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件包括IGBT管或MOS管。
[0012]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述MTTP控制單元包括DSP芯片。
[0013]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述DC/DC變換器540為4組或8組。
[0014]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括熔斷器，該熔斷器設(shè)置在所述容置空間下半部分中，且設(shè)置在所述MTTP控制單元下方。
[0015]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括隔離開關(guān)，該隔離開關(guān)設(shè)置在所述容置空間下半部分，且設(shè)置在所述MTTP控制單元側(cè)部。
[0016]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述隔離開關(guān)包括斷路器。
[0017]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括EMC模塊，所述EMC模塊設(shè)置在所述容置空間下半部分，且設(shè)置在所述MTTP控制單元與所述熔斷器之間。
[0018]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括公共母排，所述公共母排設(shè)置在所述容置空間上半部分中，且設(shè)置在所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件上方。
[0019]本實(shí)用新型上述的匯流箱中，所述殼體的外壁上在所述電抗器鄰近位置設(shè)置有用于給所述電抗器擋雨的擋雨組件。
[0020]本實(shí)用新型提供的匯流箱通過增加DC/DC變換器、實(shí)現(xiàn)升壓功能，降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)中匯流箱后端輸出電流，從而降低了線損，匯流箱的結(jié)構(gòu)布局緊湊、散熱效果顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0022]圖1為一種現(xiàn)有的匯流箱的電氣原理框圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的匯流箱的電氣原理框圖；
[0024]圖3為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的匯流箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為圖3所示的匯流箱的沿另一方向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的匯流箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6為圖5所示的匯流箱的沿另一方向的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例以及附圖對本實(shí)用新型作更為詳細(xì)的說明。
[0029]參照圖2,匯流箱500用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng),包括MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)控制單元3、至少一組DC/DC變換器540、輸電線520、防雷器530以及斷路器109。其中，MPPT控制單元3包括DSP芯片，具有多個(gè)支路電流采樣引腳、RS485通訊引腳、PWM驅(qū)動(dòng)引腳、防雷狀態(tài)反饋引腳。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池陣列；該太陽能電池陣列包括多串PV電池組件；該太陽能電池陣列的所有PV電池組件的輸出電壓經(jīng)DC/DC變換器升壓匯流后，再經(jīng)斷路器109后與外部供電線路電性連接。
[0030]具體地，該太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極均有與其——對應(yīng)的支路電流采樣引腳；匯流箱500還包括多個(gè)熔斷器110 ;該太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極和負(fù)極均有與其一一對應(yīng)的熔斷器110 ;該太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110與對應(yīng)的支路電流采樣引腳電性連接；
[0031]DC/DC變換器540具有第一變換器輸入端A和第二變換器輸入端B，以及第一變換器輸出端E和第二變換器輸出端F，包括IGBT管或MOS管(本實(shí)施例中為IGBT管)、升壓電感器L、升壓電容器Cl以及第一整流二極管Dl和第二整流二極管D2。
[0032]第二變換器輸入端B與第二變換器輸出端F電性連接。第一變換器輸入端A經(jīng)升壓電感器L，再正向接第一整流二極管D1，與第一變換器輸出端E電性連接。第一變換器輸入端A與第二變換器輸入端B之間電性連接有升壓電容器Cl。IGBT管的漏極與第一整流二極管Dl的正極電性連接；IGBT管的柵極與MPPT控制單元的PWM驅(qū)動(dòng)引腳電性連接；IGBT管的源極與第二變換器輸入端B電性連接。IGBT管的源極還正向經(jīng)第二整流二極管D2與該IGBT管的漏極電性連接。
[0033]太陽能電池陣列的所有PV電池組件的負(fù)極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110與第二變換器輸入端B電性連接；太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110還與第一變換器輸入端A電性連接。
[0034]第一變換器輸出端E和第二變換器輸出端F之間電性連接有濾波電容器C2。
[0035]輸電線520包括第三導(dǎo)線521和第四導(dǎo)線522 ;第三導(dǎo)線521具有第三導(dǎo)線輸入端和第三導(dǎo)線輸出端，第四導(dǎo)線522具有第四導(dǎo)線輸入端和第四導(dǎo)線輸出端。
[0036]第一變換器輸出端E與第三導(dǎo)線輸入端電性連接。
[0037]第二變換器輸出端F與第四導(dǎo)線輸入端電性連接。
[0038]防雷器530為三極放電管，其第一放電管與第三導(dǎo)線輸入端電性連接，其第二放電管與第四導(dǎo)線輸入端電性連接，其第三放電管接地。斷路器109用于將第三導(dǎo)線輸入端和第三導(dǎo)線輸出端之間、第四導(dǎo)線輸入端和第四導(dǎo)線輸出端之間同時(shí)斷開和同時(shí)閉合。MPPT控制單元3的防雷狀態(tài)反饋引腳與防雷器530的第一電極電性連接，用于檢測防雷器530的防雷狀態(tài)。當(dāng)然，MPPT控制單元3還可具有用于檢測每串PV電池組件的輸出電壓大小的支路電壓采樣引腳，以及用于檢測太陽能電池陣列所有的PV電池組件的輸出電壓匯流后的輸出電壓的輸出電壓米樣引腳等。
[0039]DC/DC變換器的工作原理:MPPT控制單元3通過PWM驅(qū)動(dòng)引腳輸出開關(guān)控制信號控制IGBT管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制DC/DC變換器540升壓工作。具體地，當(dāng)IGBT管導(dǎo)通時(shí)，升壓電感器L存儲(chǔ)能量；當(dāng)IGBT管關(guān)斷時(shí)，由于電感的電流保持特性，升壓電感器L會(huì)緩慢放電，給升壓電容器Cl充電，這時(shí)，該升壓電容器Cl兩端電壓比所有PV電池組件匯流后的輸出電壓聞。
[0040]基于上述的增加DC/DC變換器的匯流箱的電氣原理，下面提供了兩種匯流箱的具體結(jié)構(gòu)。
[0041]第一實(shí)施例
[0042]下文所述“上”、“下”均是相對于圖3和圖4中箭頭Z所指方向來描述的。
[0043]圖3和圖4為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的匯流箱600。參照圖3，匯流箱600包括殼體601，優(yōu)選地，該殼體601呈長方體狀，當(dāng)然該殼體601并不限于長方體狀，還可以為底面為多邊形的柱體，或者其他形狀；進(jìn)一步地，該殼體601內(nèi)部形成有密閉的容置空間；
[0044]DC/DC變換器540包括半導(dǎo)體發(fā)熱器件101和電抗器104 ；
[0045]該殼體601的側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)防水鎖頭112 ;容置空間中固定地安裝有多個(gè)熔斷器110、EMC模塊(包括第一 EMC模塊1151、與該第一 EMC模塊1151對應(yīng)的第二 EMC模塊1152)、MTTP控制單元3、半導(dǎo)體發(fā)熱器件101、公共母排108、隔離開關(guān)120以及防雷器530。
[0046]具體地，該容置空間上半部分固定地安裝有半導(dǎo)體發(fā)熱器件101，該容置空間下半部分固定安裝有MTTP控制單元3 ;熔斷器110設(shè)置在容置空間下半部分中，且設(shè)置在MTTP控制單元3下方。EMC模塊設(shè)置在容置空間下半部分，且設(shè)置在MTTP控制單元3與熔斷器110之間。該隔離開關(guān)120設(shè)置在容置空間下半部分，且設(shè)置在MTTP控制單元3側(cè)部。公共母排108設(shè)置在容置空間上半部分中，且設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)熱器件101上方。
[0047]本實(shí)施例中，太陽能電池陣列的所有PV電池組件的電纜通過與其一一對應(yīng)的防水鎖頭112伸入殼體601的容置空間中；然后，太陽能電池陣列的所有PV電池組件的電纜中，太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110后匯流成一組，與第一 EMC模塊1151的輸入端電性連接；太陽能電池陣列的所有PV電池組件的負(fù)極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110后匯流成一組，與第二 EMC模塊1152的輸入端電性連接；
[0048]第一 EMC模塊1151的輸出端與DC/DC變換器540的第一變換器輸入端A電性連接；第二 EMC模塊1152的輸出端與DC/DC變換器540的第二變換器輸入端B電性連接；可以理解，為了提高升壓效率，匯流箱600可包括多組DC/DC變換器540，具體地，第一 EMC模塊1151的輸出端分別與多組DC/DC變換器540的第一變換器輸入端A電性連接，第二 EMC模塊1152的輸出端分別與該多組DC/DC變換器540的第二變換器輸入端B電性連接。本實(shí)施例中，DC/DC變換器540為4組，第一 EMC模塊1151的輸出端分別與兩組DC/DC變換器540的第一變換器輸入端A電性連接；第二 EMC模塊1152的輸出端分別與該兩組DC/DC變換器540的第二變換器輸入端B電性連接。
[0049]隔離開關(guān)120包括斷路器109。DC/DC變換器540的第一變換器輸出端E和第二變換器輸出端F通過公共母排108，再經(jīng)斷路器109，與外部供電線路電性連接。
[0050]這里，公共母排108在匯流箱的匯流電路中的功能與輸電線520的相同。
[0051]具體地，公共母排108包括公共正母排1081和公共負(fù)母排1082，DC/DC變換器540的第一變換器輸出端E與公共正母排1081的輸入端電性連接，DC/DC變換器540的第二變換器輸出端F與公共負(fù)母排1082的輸入端電性連接。
[0052]當(dāng)匯流箱600具有多組DC/DC變換器540時(shí)，所有的DC/DC變換器540的第一變換器輸出端E均與公共正母排1081的輸入端電性連接；所有的DC/DC變換器540的第二變換器輸出端F均與公共負(fù)母排1082的輸入端電性連接。
[0053]公共正母排1081的輸出端和公共負(fù)母排的1082的輸出端分別經(jīng)斷路器109，與外部供電線路電性連接。
[0054]匯流箱還包括散熱器102 ;該散熱器102插接在殼體601外壁上，并貫穿該殼體601，伸入殼體601的容置空間中。散熱器102和殼體601之間通過點(diǎn)膠工藝密閉。
[0055]具體地,散熱器102設(shè)置于殼體601外壁上半部分,散熱器102貫穿殼體601并與半導(dǎo)體發(fā)熱器件101相連；[0056]DC/DC變換器540中，IGBT管或MOS管、以及二極管構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)熱器件101，該半導(dǎo)體發(fā)熱器件101固定地安裝在該散熱器102伸入殼體601的部分上，通過散熱器102將該半導(dǎo)體發(fā)熱器件101產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。
[0057]優(yōu)選地，該散熱器102有金屬材料制成。
[0058]DC/DC變換器540中的電感器和電容器構(gòu)成電抗器104,該電抗器104設(shè)置在殼體601的外壁上。具體地，電抗器104設(shè)置在殼體601外壁下半部分上。電抗器104的與殼體601內(nèi)的半導(dǎo)體發(fā)熱器件101電性連接的連接電纜(圖中未示出)通過防水鎖頭112伸入殼體601的容置空間中。
[0059]殼體601的外壁上在電抗器104鄰近位置設(shè)置有用于給電抗器104擋雨的擋雨組件 113。
[0060]第二實(shí)施例
[0061]圖5和圖6示出了本實(shí)用新型第二實(shí)施例的匯流箱700。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別僅在于匯流結(jié)構(gòu)不同。
[0062]具體地，本實(shí)施例中，匯流箱700包括η (η為大于I的自然數(shù))個(gè)第一 EMC模塊1151和η個(gè)第二 EMC模塊1152 ;所有PV電池組件的正極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110后，匯流成η組，再分別與η個(gè)第一 EMC模塊1151的輸入端電性連接；相應(yīng)地，所有PV電池組件的負(fù)極分別經(jīng)對應(yīng)的熔斷器110后，匯流成η組，再分別與η組第二 EMC模塊1152的輸入端電性連接；
[0063]η個(gè)第一 EMC模塊1151和η個(gè)第二 EMC模塊1152分別——對應(yīng)；
[0064]每個(gè)第一 EMC模塊1151的輸出端與一組或多組DC/DC變換器540的第一變換器輸入端A電性連接，與該第一 EMC模塊1151對應(yīng)的第二 EMC模塊1152的輸出端與該一組或多組DC/DC變換器540的第二變換器輸入端B電性連接；
[0065]本實(shí)施例中，n=2 ；DC/DC變換器540為8組。每個(gè)第一 EMC模塊1151的輸出端分別與兩組DC/DC變換器540的第一變換器輸入端A電性連接；與該第一 EMC模塊1151對應(yīng)的第二 EMC模塊1152的輸出端分別與該兩組DC/DC變換器540的第二變換器輸入端B電性連接。
[0066]匯流箱700的所有DC/DC變換器540的第一變換器輸出端E電性連接在一起；同樣地，匯流箱700的所有DC/DC變換器540的第二變換器輸出端F電性連接在一起。
[0067]通過匯流箱700這種匯流結(jié)構(gòu)，匯流升壓效率大大提高；同時(shí)通過將所有PV電池組件的正極和負(fù)極分別匯流成η組來進(jìn)行升壓，不會(huì)使用于升壓DC/DC變換器540因輸入的電壓過大而過熱。
[0068]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種匯流箱，用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述匯流箱(500)包括殼體(601)、至少一組DC/DC變換器(540 )和用于控制所述DC/DC變換器(540 )工作的MTTP控制單元(3);所述DC/DC變換器(540)包括半導(dǎo)體發(fā)熱器件(101)和電抗器(104); 該殼體(601)內(nèi)部形成有密閉的容置空間；該容置空間上半部分固定地安裝有所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件(101)，該容置空間下半部分固定安裝有所述MTTP控制單元(3)； 所述殼體(601)外壁上半部分設(shè)置有散熱器(102)，所述散熱器(102)貫穿所述殼體(601)并與所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件(101)相連；所述電抗器(104)設(shè)置在所述殼體(601)外壁下半部分上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件(101)包括IGBT管或MOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述MTTP控制單元(3)包括DSP芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述DC/DC變換器(540)為4組或8組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述匯流箱還包括熔斷器(110)，該熔斷器(110 )設(shè)置在所述容置空間下半部分中，且設(shè)置在所述MTTP控制單元(3 )下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述匯流箱還包括隔離開關(guān)(120)，該隔離開關(guān)(120)設(shè)置在所述容置空間下半部分，且設(shè)置在所述MTTP控制單元(3)側(cè)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的匯流箱，其特征在于，所述隔離開關(guān)(120)包括斷路器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的匯流箱，其特征在于，所述匯流箱還包括EMC模塊，所述EMC模塊設(shè)置在所述容置空間下半部分，且設(shè)置在所述MTTP控制單元(3)與所述熔斷器(110)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述匯流箱還包括公共母排(108)，所述公共母排(108)設(shè)置在所述容置空間上半部分中，且設(shè)置在所述半導(dǎo)體發(fā)熱器件(101)上方。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述殼體(601)的外壁上在所述電抗器(104)鄰近位置設(shè)置有用于給所述電抗器(104)擋雨的擋雨組件(113)。
【文檔編號】H02S40/10GK203434932SQ201320533067
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】曾建友, 黃寒松, 陳高 申請人:深圳市禾望電氣有限公司