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容，闡述了企業與學校合作智能光伏匯流箱工程技術研究項目的背景環境，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，優化智能光伏匯流箱結構，提高其設計水平，不斷地創新科學技術，充分發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來滿足所需要的功率值。利用太陽能來進行發電，是現如今太陽能開發中的重要組成部分，在光伏發電過程中，要注重光伏匯流箱的設計。為實現太陽能光伏電站的智能化發展，提高其數字化程度，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“智能光伏匯流箱研發”項目，取得了不錯的成效。

一、智能光伏匯流箱的相關內容

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、電壓等狀況實施監測。智能光伏匯流箱屬于太陽能光伏產業中的一部分，屬于綠色產業，能夠有效利用新能源，起到節約能源的有效作用。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控，監測匯流后的電壓[1]。

二、企業與學校合作智能光伏匯流箱研發項目的背景

我企與合肥學院于2108年合作開發了“智能光伏匯流箱研發”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，不斷地優化生產工藝配方和條件，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，采集直流斷路器狀態，監測繼電器接點輸出功能，并且帶有風俗、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據上傳至監控系統中。第二年，加強資源共享，促進建設與發展，根據實際情況來制定相應的開發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、國內知名品牌。完成“智能光伏匯流箱研發”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，并聯一個專用的浪涌保護器[3]。一旦有雷擊發生，浪涌保護器便會發揮起作用，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。在設計智能監測單元的時候，應該以實際情況為依據，加強技術研發，不斷地創新和優化設計結構，以保障智能光伏匯流箱運行的安全性，建立健全的監測控制單元體系。可利用RS485接口，遵循Modbus通訊協議，來實施就地監測控制工作，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;二是充分發揮就地監測控制單元的功能。一方面，能夠對智能光伏匯流箱中的電流進行有效監測。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，實現遠程監控。除此之外，還具備良好的溫度、濕度監測功能和就地現實功能;三是為了有效體現智能光伏匯流箱遠程監測控制的應用價值，需要加強對遠程監測控制軟件的研究，以便于有效監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，并且監測匯流箱運行時的各項數據，作出科學的數據分析，進行有效的通信調試工作;四是為了實現上位機和智能監測控制單元之間的通訊，可充分發揮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容，充分發揮Modbus功能碼的作用，訪問地址列表中的內容，根據實際情況來寫單個或是連續的寄存器數據。讀取開關量的輸入和輸出，設置波特率，然后進行通訊調試。

結束語

隨著太陽能光伏產業的大力發展，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測保護系統，就地顯示其在運行過程中，各個回路的運行狀態，并且與上位機進行有效的通訊，利用監控軟件來進行遠程操作，逐步實現光伏電站的數字化、智能化發展。

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].電子產品世界，2016，v.23;No.328（Z1）：54-56.