具有集成的串电流监控的太阳能组合器制造技术

一种组合器，其计算在白天由每个馈电板产生的能量，并通过在夜间将已知电流注入每个馈电板中并测量在每个馈电板中的电阻元件两端所导致的电压，来计算用于计算能量所需要的电阻值。在每个馈电板中的保护设备两端的电压分接头允许逻辑和控制电路测量每个保护设备两端的电压。在夜间，将已知的电流注入到每个馈电板中，并测量每个保护设备两端的电压。将电流和电压代入欧姆定律中，计算出每个保护设备的电阻，然后在白天使用该电阻值来实时计算由每个串产生的能量并监控每个串的性能。当单个串的性能衰退时，指示报警以帮助操作员查找出串内的哪(些)个单独的板对该串的性能降低负有责任。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开的方面一般涉及太阳能组合器，且更具体地涉及具有集成的基于单个串的电流监控的太阳能组合器。
技术介绍
太阳能光伏(PV)阵列是串联连接的PV板的串的平行布置。串在PV阵列的背景下是串联连接在一起的PV板的布置。PV阵列由PV板的多个串组成。每个串的输出在称为组合器的设备处被接收，组合器将来自每个串的电流“组合”到称为汇流条的较大导体中，用于给诸如断路开关的下游设备馈电，其可能为其他较低级的组合器，并最终到DC-AC逆变器，该DC-AC逆变器将由PV阵列中的每个串产生的DC电流转换为相应的AC电流。组合器可从一个或多个PV阵列接收串。在典型地采取外壳的形式的组合器中，断路器或熔断器用于限制来自一个或多个串的电流反向馈送到另一个串中。进入PV板的反向馈送电流能够损坏配线板或以其他方式不利地影响PV阵列的性能。连接到组合器的单独的串可能由于几个原因中的一个而运行欠佳，所述原因包括串中出现接地故障、串中松散的配线、PV板的太阳能跟踪被误调整等。如将被理解的，太阳能PV阵列能够占据广大的表面区域。典型的PV系统可能包含多个PV阵列和几十或甚至数百个PV板。DC-AC逆变器中的传统软件可指示整个PV阵列的性能的降低，但是逆变器无法知道哪一 PV阵列运行欠佳或具有问题，更不用说知道哪个单独的串运行欠佳或具有问题。为了诊断哪个单独的串可能是问题的根源，涉及体力劳动和整个阵列的广泛的故障诊断，直到找到问题的根源。如果运行欠佳或出问题的串未被注意、被忽视、或未检测到，则可能发生发电量的显著降低和收入损失。更严重地，如果问题是由松散的配线连接或接地故障导致，根据诸如在建筑物上或人们可能出现的其他区域内的配线的安装，灾难性的状况可持续造成潜在的危险状况。
技术实现思路
本专利技术公开的是一种太阳能组合器，其能够计算由每个串产生的能量并监控每个串的性能，而无需任何电流互感器，无需对PV板或DC-AC逆变器进行任何改变，且不显著增加现有的太阳能组合器的复杂度。具体的实例将在本概述中讨论，尽管应当理解本公开不限于该具体的实例。现有的太阳能组合器使用熔断器、断路器或其他保护设备来限制来自多个串的电流被反向馈送到有缺陷的串，且这些保护设备中的每一个具有电阻，该电阻可根据设备稍微变化。这些保护设备被典型地耦合到公共汇流条，该公共汇流条将从所有馈电板(panelfeed)的收集的电流馈送到DC-AC逆变器所连接的公共端子。因此，为了获得每个保护设备的准确电阻，需要一条附加的电压线来测量每个保护设备两端的电压，且这条电压线被馈送到逻辑和控制电路，其将电压测量转换为对应的电阻值。如果保护设备被布置在印刷电路板上，仅需要将几条附加的迹线添加到印刷电路板上，以分接每一保护设备两端的电压(另一分接头取自公共汇流条)。沿着每个馈电板不需要附加的部件。如果使用了公共DIN滑轨熔断器座，则在保护设备的输入侧上可以做电压分接头。电流源被配置为将已知量的电流注入每个馈电板。使用已知的电流和测量的电压，使用欧姆定律可计算每个馈电板的保护设备的电阻。通过算法来控制电流源，其等待直到夜晚来注入电流并读取最终测得的电压。算法存储计算的电阻值，并在白天电压测量期间使用这些电阻值来实时计算由每个板产生的能量。对于本领域技术人员而言，借鉴参考附图做出的各种实施方式和/或方面的详细描述，本公开的前述和另外的方面和实现将变得明显。接下来将提供附图的简要描述。附图描述在阅读以下的详细描述并参考附图后，本公开的前述和其他优势将变得明显。附图说明图1是光伏(PV)阵列系统或装置组件的功能框图，其包括连接到第一级组合器箱中的对应的馈电板的串联连接的PV板的串；图2图示了在图1中示出的逻辑和控制电路的示例性配置的功能框图；图3是熔断器座的侧视图，该熔断器座将图1示出的熔断器固定到印刷电路板并经由对应的第一和第二导电体将熔断器电气连接到印刷电路板，这样可以测量熔断器两端的电压；图4是熔断器组件的透视图，该熔断器组件具有附接到滑轨和汇流条的16个并排的熔断器座的布置 '及图5图示了用于监控PV板的各个串的方法的示例性流程图。具体实施例方式图1是光伏(PV)阵列系统或装置组件100的功能框图，其包括连接到第一级组合器箱102中的对应的馈电板110、112、114的串联连接的PV板(Al. . . Ax, B1. . . By,Zl. ·· Zz) 104a、104b、106a、106b、108a、108b 的串(A, B. . . Z) 104、106、108。每个 PV 板常规上包括PV电池的阵列，其将太阳能或其他光能转换为对应的DC电流，该DC电流可存储在蓄电池或其他存储设备中，和/或用于为DC或AC电负载提供电力。组合器箱102具有诸如金属壳体的外壳,其容纳组合器箱102内的部件并保护组合器箱102内的部件免受诸如物理侵入和环境污染。在本公开的背景下，组合器从PV板的串接收DC电流的各个馈入并将这些DC电流中的每一个“组合”到通常称为汇流条的单个导体140上，其将由来自每个串的各个DC电流中的每一个构成的DC电流提供给DC-AC逆变器16或提供给下游的组合器(未示出)，该下游的组合器组合来自其他第一级组合器的DC电流输出，该其他第一级组合器从PV板的串直接接收DC电流。PV板和组合器可被布置成分级结构，板的集合馈电到第一级组合器，且第一级组合器的组馈电到下游的组合器，其最终馈电到诸如图1中示出的逆变器116的DC-AC逆变器。共同地，PV板的串104、106、108组成PV阵列，且组合器102可从一个或多于一个的PV阵列接收串。在结构上，馈电板110、112、114对应于导电体，且功能上，馈电板110、112、114载有来自每个对应串104、106、108的DC电流。根本上，它们将DC电流馈送到组合器102，其将单独的DC电流组合成组合的DC电流，用于输出到DC-AC逆变器116。图1图示了组合器102内的三种不同的示例性配置，其示出了馈电板路径中的保护设备、电阻元件和可选的保护二极管的不同组合。对本领域技术人员明显的是，每个馈电板110、112、114可以相同的方式配置，但是为了便于讨论，在图1中示出了三种不同的配置，以说明在单个组合器中可以实现监控方案的不同方式。在最左侧的配置中示出了典型的配置，其中电压从馈电板中的熔断器元件的两端被分接，但是可实现几种其他的配置，这几种其他的配置在中间和最右侧的配置中示出。在最左侧的配置中，第一馈电板110连接到第一板串A104，其具有数量为X的PV板104a. ..b。可选的隔离二极管120串联连接到第一馈电板110。如所知的，隔离二极管120允许DC电流从PV板104a、104b流入第一馈电板110，但是阻挡反向电流流回PV板104a、104b，从而保护PV阵列系统100中的那些板(及其他电耦合的板106、108)。诸如继电器的可选开关122在第一馈电板110中连接在隔离二极管120和保护设备124之间的电节点处。该开关122的目的将在下文描述。在该实例中，保护设备124为熔断器，其串联连接到第一馈电板110以阻止在110中出现诸如接地线故障或+到-短路的问题的情况下第一馈电板110过热。在中间的配置中，第二馈电板112连接到第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.17 US 12/857,7781.一种用于监控串联连接的光伏(PV)板的各个串的装置组件，所述串联连接的光伏(PV)板的各个串共同形成PV阵列，所述装置组件包括: 组合器箱，其连接到PV板的所述串，所述串中的每一个串连接到所述组合器箱中的对应的馈电板； 多个保护设备，其中每一个保护设备连接到对应的馈电板； 电流源，其被配置为将已知电流注入到从所述串中的第一个串接收电流的所述馈电板中的第一馈电板； 逻辑和控制电路，其耦合到所述馈电板和所述电流源，所述逻辑和控制电路被配置为: 测量与所述第一馈电板串联连接的电阻元件两端的电压， 响应于所述第一个串两端的测量电压没有超过预定的最小电压水平，使所述电流源将所述已知电流注入到所述电阻元件中， 计算和存储表示所述电阻元件的电阻的电阻值，所述电阻值为所述已知电流和所测量的电压的函数；及 输出端子，其用于连接到DC-AC逆变器。2.根据权利要求1所述的装置组件，其中所述逻辑和控制电路被容纳在所述组合器箱内且包括控制器，所述控制器被配置为根据包括所存储的电阻值和所测量的电压的函数来计算由所述第一个串产生的能量的量。3.根据权利要求 1所述的装置组件，其中所述逻辑和控制电路还被配置为监控所述电阻元件两端的电压，并响应于所监控的电压或使用所监控的电压计算的量满足报警标准，使得报警被指示。4.根据权利要求3所述的装置组件，其中所述报警标准包括所测量的电压或所计算的量是否降低了超过预定的百分比。5.根据权利要求4所述的装置组件，其中所述报警标准还包括所测量的电压或所计算的量是否降低了超过预定的百分比并持续超过预定的时间段。6.根据权利要求1所述的装置组件，其中所述电阻元件是所述保护设备中的第一个保护设备。7.根据权利要求1所述的装置组件，其中所述电阻元件是与所述第一个串串联连接的隔离二极管或电阻器。8.根据权利要求1所述的装置组件，其中所述电阻元件是与所述第一馈电板中的所述保护设备中的第一个保护设备串联连接的电阻器。9.根据权利要求1所述的装置组件，其中所述电流源被配置为将所述已知电流施加到所述馈电板中的每个馈电板，所述装置还包括由所述逻辑和控制电路控制的开关，所述开关中的每一个开关被控制以将所述已知电流注入到所述馈电板中的对应的各个馈电板中，每次注入一个馈电板。10.根据权利要求1所述的装置组件，其中所述逻辑和控制电路包括: 多路复用器，其接收在所述电阻元件两端测量到的电压；及 模拟-数字转换器，其将所述电压转换为表示所述电压的对应的数字值。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述组合器箱还包括视频显示器，所述视频显示器实时显示由所述串中的每个串产生的能量的量。12.根据权利要求1所述的装置，其中所述组合器箱还包括报警模块，所述报警模块指示所述串中的哪一个串或哪几个串相对于所述串中的其他串的性能运行欠佳。13.根据权利要求1所述的装置，其中所述预定的最小电压水平实质上是O伏。14.根据权利要求1所述的装置，其中所述预定的最小电压水平对应于当没有阳光出现在所述PV阵列上时的电压水平。15.根据权利要求1所述的装置组件，还包括 印刷电路板，所述保护设备被固定到所述印刷电路板，所述保护设备中的每个保护设备具有第一端子和第二端子； 第一组导电体和第二组导电体，所述第一组导电体将所述保护设备中的每个保护设备的所述第一端子连接到所述印...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·雷蒙德·拉姆齐，杰弗里·欧文·夏普，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：
国别省市：