智能光伏匯流箱的設計

陳濤

摘要：本文主要簡單介紹了智能光伏匯流箱的相關內(nèi)容，闡述了企業(yè)與學校合作智能光伏匯流箱工程技術研究項目的背景環(huán)境，探討了智能光伏匯流箱的有效設計，以加強對智能光伏匯流箱設計的研究，優(yōu)化智能光伏匯流箱結(jié)構(gòu)，提高其設計水平，不斷地創(chuàng)新科學技術，充分發(fā)揮智能光伏匯流箱的作用。

關鍵詞：智能光伏;匯流箱;有效設計;校企合作

近年來，我國一直致力于節(jié)能減排工作中，旨在減少不在可再生能源的消耗量，大力開發(fā)可再生能源，以緩解能源短缺問題。目前，太陽能的運用十分廣泛，其屬于低密度的平面能源，可通過太陽能電池板的陣列串聯(lián)來滿足所需要的功率值。利用太陽能來進行發(fā)電，是現(xiàn)如今太陽能開發(fā)中的重要組成部分，在光伏發(fā)電過程中，要注重光伏匯流箱的設計。為實現(xiàn)太陽能光伏電站的智能化發(fā)展，提高其數(shù)字化程度，應當加強對智能光伏匯流箱設計的研究。我企與合肥學院簽訂了校企合作計劃，于2018年合作開發(fā)“智能光伏匯流箱研發(fā)”項目，取得了不錯的成效。

一、智能光伏匯流箱的相關內(nèi)容

智能光伏匯流箱的功能在于連接光伏陣列、逆變器，需要進行有效的防雷措施，并且進行過流保護，對光伏陣列的單串電流、斷路器、電壓等狀況實施監(jiān)測。智能光伏匯流箱屬于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中的一部分，屬于綠色產(chǎn)業(yè)，能夠有效利用新能源，起到節(jié)約能源的有效作用。在設計智能光伏匯流箱的時候，需要滿足于室外安裝的使用要求，可接入八路光伏陣列，配有專用的高壓防雷器，做好防雷保護措施，對輸入陣列進行電流監(jiān)控，監(jiān)測匯流后的電壓[1]。

二、企業(yè)與學校合作智能光伏匯流箱研發(fā)項目的背景

我企與合肥學院于2108年合作開發(fā)了“智能光伏匯流箱研發(fā)”項目，實施良好的校企合作。第一年的時候，提供了場地和資金，來建設智能光伏匯流箱工程技術研究中心，以研究智能光伏匯流的智能化設計，建設中心實驗室和試驗車間，不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝配方和條件，添置相關的分析檢測儀器。主要任務在于完成對智能光伏匯流內(nèi)部主要元件的設計，設計智能檢測單元模塊化穿孔設計以及匯流防雷功能設計等。在進行匯流防雷功能設計的時候，還需要監(jiān)測光電池板的運行狀況，以及匯流后電流、電壓、功率、防雷器的狀態(tài)，采集直流斷路器狀態(tài)，監(jiān)測繼電器接點輸出功能，并且?guī)в酗L俗、溫度、輻照儀等傳感器接口功能，以為客戶提供更多的選擇。裝置標配是RS485接口，可以將測量和采集到的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)中。第二年，加強資源共享，促進建設與發(fā)展，根據(jù)實際情況來制定相應的開發(fā)計劃設計評價工程及其試驗方案。采用高性能元器件，進行智能化設計。智能檢測單元模塊穿孔設計，在安裝方面操作較為簡單，布局十分美觀。浪涌保護器、滯留熔斷器、防反保護二極管等均采用了國際、國內(nèi)知名品牌。完成“智能光伏匯流箱研發(fā)”項目，可為公司銷售收入增加三百萬元以上。申請了十項實用新型專利和四項發(fā)明專利。

三、智能光伏匯流箱的有效設計

（一）匯流箱一次線路設計

在設計智能光伏匯流箱的時候，應當注重匯流箱一次線路的設計的，需要穿過三個部分，一部分是直流斷路器;一部分是直流熔斷器用;另一部分則是匯流銅排。一次線路的作用在于保護每一個回路光伏陣列中的直流電能，并將其集中在一起。一般情況下，智能光伏匯流箱中的直流熔斷器電壓應當為一千伏，其功能是當此光伏陣列回路中的電流超出規(guī)定范圍后，直接斷開回路，以免給其他回路造成損傷。直流斷路器的工作電壓同樣為一千伏，功能在于控制光伏匯流箱的通斷，有著良好的短路限流作用[2]。

（二）匯流箱防雷功能設計

智能光伏匯流箱一般都安裝于室外，會受到天氣因素的影響，為了規(guī)避雷電對光伏匯流箱造成破壞，需要進行防雷功能設計，給匯流箱添設防雷擊保護措施。可于智能光伏匯流箱的直流輸出部分，并聯(lián)一個專用的浪涌保護器[3]。一旦有雷擊發(fā)生，浪涌保護器便會發(fā)揮起作用，將智能光伏匯流箱中較大的電流泄出，以免造成匯流箱其他部件受損，保證智能光伏匯流箱的正常運行。與此同時，為有效發(fā)揮浪涌保護器的作用，可于其上端部分添設熔斷器，避免因為雷擊而發(fā)生線路中斷等狀況，直接斷開熔斷器，則能保護浪涌保護器設備。

（三）智能監(jiān)測單元設計

智能光伏匯流箱中所需要的光伏電池組件，在成本造價上偏高，而且需要占據(jù)較大的面積來進行光伏陣列排列。光伏電阻的分布并不集中，較為分散，應當進行有效的監(jiān)測和管理，否則很難把控整個光伏匯流箱的運行。在設計智能監(jiān)測單元的時候，應該以實際情況為依據(jù)，加強技術研發(fā)，不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)，以保障智能光伏匯流箱運行的安全性，建立健全的監(jiān)測控制單元體系。可利用RS485接口，遵循Modbus通訊協(xié)議，來實施就地監(jiān)測控制工作，并保障相關單元的正常通訊，應用上位機人機對話界面進行遠程控制[4]。

具體設計的時候，應當注意以下幾點：一是明確就地監(jiān)測控制單元的組成部分，通常來說包含了霍爾傳感器，以主CPU為中心，設計開關電源、現(xiàn)實模塊、AD采集模塊、鍵盤控制、RS485通訊接口和開關量采集模塊部分;二是充分發(fā)揮就地監(jiān)測控制單元的功能。一方面，能夠?qū)χ悄芄夥鼌R流箱中的電流進行有效監(jiān)測。利用霍爾傳感器來隔離測量光伏電流，從三維空間視角來進行測量;另一方面可監(jiān)測開關量。三路開關量輸入無源接點，以采集防雷器、直流斷路器等元件的輸出狀態(tài)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。除此之外，還具備良好的溫度、濕度監(jiān)測功能和就地現(xiàn)實功能;三是為了有效體現(xiàn)智能光伏匯流箱遠程監(jiān)測控制的應用價值，需要加強對遠程監(jiān)測控制軟件的研究，以便于有效監(jiān)控智能光伏匯流箱中光伏組件的運行狀況，掌握斷路器、光伏列陣的工作狀態(tài)，并且監(jiān)測匯流箱運行時的各項數(shù)據(jù)，作出科學的數(shù)據(jù)分析，進行有效的通信調(diào)試工作;四是為了實現(xiàn)上位機和智能監(jiān)測控制單元之間的通訊，可充分發(fā)揮RS485接口的作用，利用差模信號傳輸方法，來傳輸信號，增強信號的抗干擾性。首先，可以讀寫寄存器中的內(nèi)容，充分發(fā)揮Modbus功能碼的作用，訪問地址列表中的內(nèi)容，根據(jù)實際情況來寫單個或是連續(xù)的寄存器數(shù)據(jù)。讀取開關量的輸入和輸出，設置波特率，然后進行通訊調(diào)試。

結(jié)束語

隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，智能光伏匯流箱的設計顯得格外重要，其應當具備良好的監(jiān)測保護系統(tǒng)，就地顯示其在運行過程中，各個回路的運行狀態(tài)，并且與上位機進行有效的通訊，利用監(jiān)控軟件來進行遠程操作，逐步實現(xiàn)光伏電站的數(shù)字化、智能化發(fā)展。

參考文獻：

[1]?? 坎鵬程，馬君，張新慧，蔡磊.基于ARMCortexMO的智能光伏匯流采集裝置設計及應用[J]《.智能建筑電氣技術》，2015（5）：70-72.

[2]?? 陳仁朕.基于STM32F10x的光伏匯流箱設計[J].電子設計工程，2015（07）：119-121+125.

[3]?? 裴景斌，周家琪，王瑞艦.基于TMS30F28035的智能光伏匯流箱設計[J].變頻器世界，2014（3）：43-44.

[4]?? 袁紹民，孟繁偉，趙海斌，張立強，劉浩.基于STM32的MPPT光伏匯流箱設計[J].電子產(chǎn)品世界，2016，v.23;No.328（Z1）：54-56.