匯流箱的制作方法
【專利摘要】一種匯流箱，用于太陽能光伏發電系統，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）包括半導體發熱器件（101）和電抗器（104）；該殼體（601）內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體發熱器件（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）外壁上半部分設置有散熱器（102）。本實用新型提供的匯流箱通過增加DC/DC變換器、實現升壓功能，降低了光伏發電系統中匯流箱后端輸出電流，從而降低了線損，匯流箱的結構布局緊湊、散熱效果顯著。
【專利說明】匯流箱
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及新能源領域，尤其涉及一種匯流箱。
【背景技術】
[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。現有的光伏并網發電系統通常包括并網逆變器、直流配電柜、匯流箱、光伏陣列、箱式變壓器、數據通信柜和逆變房。
[0003]對于光伏發電系統，為了減少光伏組件與逆變器之間的連接線，方便維護，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量的電池陣列匯流成一路直流輸出。
[0004]現有的匯流箱，一般只有匯流、防雷等基本功能，圖1為一種現有的匯流箱的電氣原理框圖。參照圖1，匯流箱100包括監控板200、防雷器300、直流斷路器QFl以及輸電線400。其中，輸電線400包括第一導線401和第二導線402，第一導線401具有第一導線輸入端和第一導線輸出端，第二導線402具有第二導線輸入端和第二導線輸出端。太陽能電池陣列包括多串PV (光伏)電池組件，本實施例中，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電池組件的負極與所有熔斷器FU分別一一對應；所有PV電池組件的正極分別通過對應的熔斷器FU與第一導線輸入端電性連接；所有PV電池組件的負極分別通過對應的熔斷器FU與第二導線輸入端電性連接；監控板200為芯片，具有多個支路電壓采樣引腳、用于電性連接外部電源給監控板200供電的的電源引腳以及RS485通訊引腳。每個PV電池組件的正極均有與其一一對應的，且電性連接在和該PV電池組件對應的熔斷器FU和第一導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線輸入端電性連接，其第二放電管與第二導線輸入端電性連接，第三放電管接地。輸電線400還經直流斷路器QFl與外部供電電路電性連接，該直流斷路器QFl用于將第一導線輸入端和第一導線輸出端之間，第二導線輸入端和第二導線輸出端之間同時斷開或同時閉合。當直流斷路器QFl閉合時，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線輸出端和第二導線輸出端輸出。
[0005]但是對于光伏發電系統，由于各PV電池組件受陰影、地理環境及安裝因素等影響，導致應用時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，將會導致發電系統的發電效率降低。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是針對現有光伏發電系統的每串電池組件的輸出電壓不一致，提供了 一種匯流箱。
[0007]本實用新型解決其技術問題的技術方案是:
[0008]本實用新型提供了一種匯流箱，用于太陽能光伏發電系統，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變換器包括半導體發熱器件和電抗器；
[0009]該殼體內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體發熱器件，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置有散熱器，所述散熱器貫穿所述殼體并與所述半導體發熱器件相連；所述電抗器設置在所述殼體外壁下半部分上。
[0011]本實用新型上述的匯流箱中，所述半導體發熱器件包括IGBT管或MOS管。
[0012]本實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，該熔斷器設置在所述容置空間下半部分中，且設置在所述MTTP控制單元下方。
[0015]本實用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括隔離開關，該隔離開關設置在所述容置空間下半部分，且設置在所述MTTP控制單元側部。
[0016]本實用新型上述的匯流箱中，所述隔離開關包括斷路器。
[0017]本實用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括EMC模塊，所述EMC模塊設置在所述容置空間下半部分，且設置在所述MTTP控制單元與所述熔斷器之間。
[0018]本實用新型上述的匯流箱中，所述匯流箱還包括公共母排，所述公共母排設置在所述容置空間上半部分中，且設置在所述半導體發熱器件上方。
[0019]本實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置有用于給所述電抗器擋雨的擋雨組件。
[0020]本實用新型提供的匯流箱通過增加DC/DC變換器、實現升壓功能，降低了光伏發電系統中匯流箱后端輸出電流，從而降低了線損，匯流箱的結構布局緊湊、散熱效果顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0022]圖1為一種現有的匯流箱的電氣原理框圖；
[0023]圖2為本實用新型實施例的匯流箱的電氣原理框圖；
[0024]圖3為本實用新型第一實施例的匯流箱的結構示意圖；
[0025]圖4為圖3所示的匯流箱的沿另一方向的結構示意圖；
[0026]圖5為本實用新型第二實施例的匯流箱的結構示意圖；
[0027]圖6為圖5所示的匯流箱的沿另一方向的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例以及附圖對本實用新型作更為詳細的說明。
[0029]參照圖2,匯流箱500用于太陽能光伏發電系統,包括MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率點跟蹤)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，具有多個支路電流采樣引腳、RS485通訊引腳、PWM驅動引腳、防雷狀態反饋引腳。太陽能光伏發電系統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DC/DC變換器升壓匯流后，再經斷路器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——對應的支路電流采樣引腳；匯流箱500還包括多個熔斷器110 ;該太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極和負極均有與其一一對應的熔斷器110 ;該太陽能電池陣列的所有PV電池組件的正極分別經對應的熔斷器110與對應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驅動引腳電性連接；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電池組件的負極分別經對應的熔斷器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對應的熔斷器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包括第三導線521和第四導線522 ;第三導線521具有第三導線輸入端和第三導線輸出端，第四導線522具有第四導線輸入端和第四導線輸出端。
[0036]第一變換器輸出端E與第三導線輸入端電性連接。
[0037]第二變換器輸出端F與第四導線輸入端電性連接。
[0038]防雷器530為三極放電管，其第一放電管與第三導線輸入端電性連接，其第二放電管與第四導線輸入端電性連接，其第三放電管接地。斷路器109用于將第三導線輸入端和第三導線輸出端之間、第四導線輸入端和第四導線輸出端之間同時斷開和同時閉合。MPPT控制單元3的防雷狀態反饋引腳與防雷器530的第一電極電性連接，用于檢測防雷器530的防雷狀態。當然，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驅動引腳輸出開關控制信號控制IGBT管的導通和關斷，從而控制DC/DC變換器540升壓工作。具體地，當IGBT管導通時，升壓電感器L存儲能量；當IGBT管關斷時，由于電感的電流保持特性，升壓電感器L會緩慢放電，給升壓電容器Cl充電，這時，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構。
[0041]第一實施例
[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為本實用新型第一實施例的匯流箱600。參照圖3，匯流箱600包括殼體601，優選地，該殼體601呈長方體狀，當然該殼體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；進一步地，該殼體601內部形成有密閉的容置空間；
[0044]DC/DC變換器540包括半導體發熱器件101和電抗器104 ；
[0045]該殼體601的側壁上設置有多個防水鎖頭112 ;容置空間中固定地安裝有多個熔斷器110、EMC模塊(包括第一 EMC模塊1151、與該第一 EMC模塊1151對應的第二 EMC模塊1152)、MTTP控制單元3、半導體發熱器件101、公共母排108、隔離開關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體發熱器件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設置在容置空間下半部分中，且設置在MTTP控制單元3下方。EMC模塊設置在容置空間下半部分，且設置在MTTP控制單元3與熔斷器110之間。該隔離開關120設置在容置空間下半部分，且設置在MTTP控制單元3側部。公共母排108設置在容置空間上半部分中，且設置在半導體發熱器件101上方。
[0047]本實施例中，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對應的熔斷器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電池組件的負極分別經對應的熔斷器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與公共負母排1082的輸入端電性連接。
[0052]當匯流箱600具有多組DC/DC變換器540時，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的輸出端和公共負母排的1082的輸出端分別經斷路器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之間通過點膠工藝密閉。
[0055]具體地,散熱器102設置于殼體601外壁上半部分,散熱器102貫穿殼體601并與半導體發熱器件101相連；[0056]DC/DC變換器540中，IGBT管或MOS管、以及二極管構成半導體發熱器件101，該半導體發熱器件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將該半導體發熱器件101產生的熱量散發出去。
[0057]優選地，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成電抗器104,該電抗器104設置在殼體601的外壁上。具體地，電抗器104設置在殼體601外壁下半部分上。電抗器104的與殼體601內的半導體發熱器件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鄰近位置設置有用于給電抗器104擋雨的擋雨組件 113。
[0060]第二實施例
[0061]圖5和圖6示出了本實用新型第二實施例的匯流箱700。第二實施例與第一實施例的區別僅在于匯流結構不同。
[0062]具體地，本實施例中，匯流箱700包括η (η為大于I的自然數)個第一 EMC模塊1151和η個第二 EMC模塊1152 ;所有PV電池組件的正極分別經對應的熔斷器110后，匯流成η組，再分別與η個第一 EMC模塊1151的輸入端電性連接；相應地，所有PV電池組件的負極分別經對應的熔斷器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個第一 EMC模塊1151和η個第二 EMC模塊1152分別——對應；
[0064]每個第一 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]本實施例中，n=2 ；DC/DC變換器540為8組。每個第一 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這種匯流結構，匯流升壓效率大大提高；同時通過將所有PV電池組件的正極和負極分別匯流成η組來進行升壓，不會使用于升壓DC/DC變換器540因輸入的電壓過大而過熱。
[0068]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種匯流箱，用于太陽能光伏發電系統，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)包括半導體發熱器件(101)和電抗器(104); 該殼體(601)內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體發熱器件(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)并與所述半導體發熱器件(101)相連；所述電抗器(104)設置在所述殼體(601)外壁下半部分上。
2.根據權利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述半導體發熱器件(101)包括IGBT管或MOS管。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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 )設置在所述容置空間下半部分中，且設置在所述MTTP控制單元(3 )下方。
6.根據權利要求1所述的匯流箱，其特征在于，所述匯流箱還包括隔離開關(120)，該隔離開關(120)設置在所述容置空間下半部分，且設置在所述MTTP控制單元(3)側部。
7.根據權利要求6所述的匯流箱，其特征在于，所述隔離開關(120)包括斷路器。
8.根據權利要求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模塊設置在所述容置空間下半部分，且設置在所述MTTP控制單元(3)與所述熔斷器(110)之間。
9.根據權利要求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)設置在所述容置空間上半部分中，且設置在所述半導體發熱器件(101)上方。
10.根據權利要求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 優先權日:2013年8月29日
【發明者】曾建友, 黃寒松, 陳高 申請人:深圳市禾望電氣有限公司