智能光伏匯流箱的設(shè)計(jì)

陳濤

摘要：本文主要簡(jiǎn)單介紹了智能光伏匯流箱的相關(guān)內(nèi)容，闡述了企業(yè)與學(xué)校合作智能光伏匯流箱工程技術(shù)研究項(xiàng)目的背景環(huán)境，探討了智能光伏匯流箱的有效設(shè)計(jì)，以加強(qiáng)對(duì)智能光伏匯流箱設(shè)計(jì)的研究，優(yōu)化智能光伏匯流箱結(jié)構(gòu)，提高其設(shè)計(jì)水平，不斷地創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)，充分發(fā)揮智能光伏匯流箱的作用。

關(guān)鍵詞：智能光伏;匯流箱;有效設(shè)計(jì);校企合作

近年來(lái)，我國(guó)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(kāi)發(fā)可再生能源，以緩解能源短缺問(wèn)題。目前，太陽(yáng)能的運(yùn)用十分廣泛，其屬于低密度的平面能源，可通過(guò)太陽(yáng)能電池板的陣列串聯(lián)來(lái)滿足所需要的功率值。利用太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)行發(fā)電，是現(xiàn)如今太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)中的重要組成部分，在光伏發(fā)電過(guò)程中，要注重光伏匯流箱的設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏電站的智能化發(fā)展，提高其數(shù)字化程度，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)智能光伏匯流箱設(shè)計(jì)的研究。我企與合肥學(xué)院簽訂了校企合作計(jì)劃，于2018年合作開(kāi)發(fā)“智能光伏匯流箱研發(fā)”項(xiàng)目，取得了不錯(cuò)的成效。

一、智能光伏匯流箱的相關(guān)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(jìn)行有效的防雷措施，并且進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，對(duì)光伏陣列的單串電流、斷路器、電壓等狀況實(shí)施監(jiān)測(cè)。智能光伏匯流箱屬于太陽(yáng)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(shè)計(jì)智能光伏匯流箱的時(shí)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(hù)措施，對(duì)輸入陣列進(jìn)行電流監(jiān)控，監(jiān)測(cè)匯流后的電壓[1]。

二、企業(yè)與學(xué)校合作智能光伏匯流箱研發(fā)項(xiàng)目的背景

我企與合肥學(xué)院于2108年合作開(kāi)發(fā)了“智能光伏匯流箱研發(fā)”項(xiàng)目，實(shí)施良好的校企合作。第一年的時(shí)候，提供了場(chǎng)地和資金，來(lái)建設(shè)智能光伏匯流箱工程技術(shù)研究中心，以研究智能光伏匯流的智能化設(shè)計(jì)，建設(shè)中心實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)車間，不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝配方和條件，添置相關(guān)的分析檢測(cè)儀器。主要任務(wù)在于完成對(duì)智能光伏匯流內(nèi)部主要元件的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)智能檢測(cè)單元模塊化穿孔設(shè)計(jì)以及匯流防雷功能設(shè)計(jì)等。在進(jìn)行匯流防雷功能設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要監(jiān)測(cè)光電池板的運(yùn)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(cè)繼電器接點(diǎn)輸出功能，并且?guī)в酗L(fēng)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(biāo)配是RS485接口，可以將測(cè)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(qiáng)資源共享，促進(jìn)建設(shè)與發(fā)展，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)制定相應(yīng)的開(kāi)發(fā)計(jì)劃設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)工程及其試驗(yàn)方案。采用高性能元器件，進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)。智能檢測(cè)單元模塊穿孔設(shè)計(jì)，在安裝方面操作較為簡(jiǎn)單，布局十分美觀。浪涌保護(hù)器、滯留熔斷器、防反保護(hù)二極管等均采用了國(guó)際、國(guó)內(nèi)知名品牌。完成“智能光伏匯流箱研發(fā)”項(xiàng)目，可為公司銷售收入增加三百萬(wàn)元以上。申請(qǐng)了十項(xiàng)實(shí)用新型專利和四項(xiàng)發(fā)明專利。

三、智能光伏匯流箱的有效設(shè)計(jì)

（一）匯流箱一次線路設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)智能光伏匯流箱的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)注重匯流箱一次線路的設(shè)計(jì)的，需要穿過(guò)三個(gè)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(hù)每一個(gè)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(yīng)當(dāng)為一千伏，其功能是當(dāng)此光伏陣列回路中的電流超出規(guī)定范圍后，直接斷開(kāi)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(shè)計(jì)

智能光伏匯流箱一般都安裝于室外，會(huì)受到天氣因素的影響，為了規(guī)避雷電對(duì)光伏匯流箱造成破壞，需要進(jìn)行防雷功能設(shè)計(jì)，給匯流箱添設(shè)防雷擊保護(hù)措施。可于智能光伏匯流箱的直流輸出部分，并聯(lián)一個(gè)專用的浪涌保護(hù)器[3]。一旦有雷擊發(fā)生，浪涌保護(hù)器便會(huì)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(yùn)行。與此同時(shí)，為有效發(fā)揮浪涌保護(hù)器的作用，可于其上端部分添設(shè)熔斷器，避免因?yàn)槔讚舳l(fā)生線路中斷等狀況，直接斷開(kāi)熔斷器，則能保護(hù)浪涌保護(hù)器設(shè)備。

（三）智能監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)

智能光伏匯流箱中所需要的光伏電池組件，在成本造價(jià)上偏高，而且需要占據(jù)較大的面積來(lái)進(jìn)行光伏陣列排列。光伏電阻的分布并不集中，較為分散，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和管理，否則很難把控整個(gè)光伏匯流箱的運(yùn)行。在設(shè)計(jì)智能監(jiān)測(cè)單元的時(shí)候，應(yīng)該以實(shí)際情況為依據(jù)，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以保障智能光伏匯流箱運(yùn)行的安全性，建立健全的監(jiān)測(cè)控制單元體系。可利用RS485接口，遵循Modbus通訊協(xié)議，來(lái)實(shí)施就地監(jiān)測(cè)控制工作，并保障相關(guān)單元的正常通訊，應(yīng)用上位機(jī)人機(jī)對(duì)話界面進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[4]。

具體設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：一是明確就地監(jiān)測(cè)控制單元的組成部分，通常來(lái)說(shuō)包含了霍爾傳感器，以主CPU為中心，設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源、現(xiàn)實(shí)模塊、AD采集模塊、鍵盤控制、RS485通訊接口和開(kāi)關(guān)量采集模塊部分;二是充分發(fā)揮就地監(jiān)測(cè)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(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。利用霍爾傳感器來(lái)隔離測(cè)量光伏電流，從三維空間視角來(lái)進(jìn)行測(cè)量;另一方面可監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)量。三路開(kāi)關(guān)量輸入無(wú)源接點(diǎn)，以采集防雷器、直流斷路器等元件的輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。除此之外，還具備良好的溫度、濕度監(jiān)測(cè)功能和就地現(xiàn)實(shí)功能;三是為了有效體現(xiàn)智能光伏匯流箱遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制的應(yīng)用價(jià)值，需要加強(qiáng)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(yùn)行狀況，掌握斷路器、光伏列陣的工作狀態(tài)，并且監(jiān)測(cè)匯流箱運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，作出科學(xué)的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行有效的通信調(diào)試工作;四是為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和智能監(jiān)測(cè)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(hào)傳輸方法，來(lái)傳輸信號(hào)，增強(qiáng)信號(hào)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(wèn)地址列表中的內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)寫單個(gè)或是連續(xù)的寄存器數(shù)據(jù)。讀取開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出，設(shè)置波特率，然后進(jìn)行通訊調(diào)試。

結(jié)束語(yǔ)

隨著太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，智能光伏匯流箱的設(shè)計(jì)顯得格外重要，其應(yīng)當(dāng)具備良好的監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，就地顯示其在運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)回路的運(yùn)行狀態(tài)，并且與上位機(jī)進(jìn)行有效的通訊，利用監(jiān)控軟件來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，逐步實(shí)現(xiàn)光伏電站的數(shù)字化、智能化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[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(shè)計(jì)及應(yīng)用[J]《.智能建筑電氣技術(shù)》，2015（5）：70-72.

[2]?? 陳仁朕.基于STM32F10x的光伏匯流箱設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)[J].變頻器世界，2014（3）：43-44.

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