用于光伏设备中支路电流确定的分线测量盒的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种用于装配在光伏太阳能模块（40）上的分线测量盒（2），包括：壳体，所述壳体具有构成为用于支承在太阳能模块上的支承区段（3）、环绕的侧壁和盖；以及支路导线引导套管（4a）和/或支路导线连接器（4b）；和支路电流测量模块（1），该支路电流测量模块包括测量构件（30、30a、30b、30c）和评价装置（20）用于在分线测量盒（2）中测量支路电流；以及本发明提出一种具有多个太阳能电池的光伏太阳能模块，其中在太阳能模块（40）的背离太阳的后侧上安装分线测量盒（2）；并且本发明提出一种具有多个光伏太阳能模块（40）的光伏设备，具有多个支路导线（10、10a、12）、发电机接线盒、至少一个变流器，用于供给利用光伏发电机产生的电功率。
【专利说明】用于光伏设备中支路电流确定的分线测量盒
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在用于光伏太阳能模块的电分线盒中光伏设备中的分散的支路电流确定。
【背景技术】
[0002]在光伏(光电)设备的光伏发电机中有意义的是，实施各个光伏发电机支路的支路电流测量。单个支路电流的获知能实现关于单个支路的太阳能模块的产量的结论并且是用于设备中干扰的指示，该干扰例如是个别太阳能模块的失灵。
[0003]通常为此在用于每个支路的发电机开关盒中安装分流电阻，在该分流电阻上可以测量支路导线的电流值。这虽然是广泛应用的方法，但该方法具有一些缺点，对于这些缺点不能找到令人满意的解决方案。
[0004]在该方法中不利的是，对于每个单个支路必须分开地引导支路导线直至发电机开关盒，这由于需要的电缆长度导致高成本。
[0005]对于在发电机开关盒中这样的中央电流测量此外不利的是，通过所述多个分流电阻在电流测量中释放的热功率必须从发电机开关盒导出。必要时这需要使用冷却风扇，该冷却风扇的电流消耗进一步降低光伏发电机的总产量。
[0006]对于在发电机开关盒中支路电流测量的原因是对于支路电流测量所需的构件的防湿的安置。
[0007]特别是在具有大型的并因此大功率的光伏发电机的光伏设备中或者在光伏发电机与发电机开关盒之间的电缆段长的情况下，必须考虑由于电缆段造成的这样的结构显著更高的成本。此外，长的电缆段对于每个电缆引起损耗。
[0008]在使用用于安装到光伏发电机接线盒中的电流测量模块时，对于使用者此外产生另外的成本，因为必须附加地购进这些模块并且将它们安装到发电机接线盒中。
【发明内容】
[0009]因此本发明提出的任务在于，解决或减少所述的问题。
[0010]本发明的另一任务在于，为了测量相应的支路电流对于光伏发电机的每个支路提供冗余的支路电流测量系统。
[0011]本发明的又一任务在于，缩短支路导线的电缆段。
[0012]本发明的任务通过各独立权利要求的技术方案解决。本发明有利的进一步改进方案在从属权利要求中限定。
[0013]按照本发明提出一种分线测量盒，其容纳用于测量单个支路电流的支路电流测量模块。分线测量盒具有特别是构成为用于支承在光伏太阳能模块上的后侧的支承区段、并且具有环绕的侧壁和盖。分线测量盒的环绕的侧壁具有开口，用于将支路导线的端部或短的盒支路导线引导到分线测量盒的内部中或者在开口上或中接触导通。后侧的支承区段特别是准备用于粘接。[0014]分线测量盒此外在内部中具有支路电流测量模块，该支路电流测量模块包括测量构件以及设置在测量构件上的测量电子装置、特别是电压或电流测量装置。换句话说，支路电流测量模块包括用于测量支路电流的传感器以及用于评价传感器的识别参量的评价装置并且因此可以称为电流测量变换器。
[0015]电分线测量盒优选直接安装在太阳能模块的下侧上。分线测量盒直接在太阳能模块的背离太阳的下侧上的安装保护分线测量盒免于天气影响。除此之外，这可以简化在新设备情况下的安装，因为分线测量盒可以在太阳能模块安装之前简单地安装、例如粘接在太阳能模块的后面部分上。这样的设置是用于以按照本发明的分线测量盒补充装备已经制造的太阳能模块的简单解决方案，在该太阳能模块上已经安装了接线和连接盒，从太阳能模块出来的电导体带进入到该接线和连接盒中。
[0016]分线测量盒的电连接例如在其中一侧上借助于盒连接导线实现(该盒连接导线连接到太阳能模块的接线和连接盒)，而在另一侧上借助于短的盒支路导线实现，在该短的盒支路导线的端部上安装有支路导线插头，或者方式是将该支路导线直接通过支路导线弓I导套管导入到分线测量盒中。为了分线测量盒与接线和连接盒的电连接也可以将分线测量盒直接插到接线和连接盒上，特别是借助于测量盒插塞连接器。在直接插接的情况下，分线测量盒因此与接线和连接盒直接相邻地设置。
[0017]换句话说，在此将两个分开的盒施加到一个太阳能模块上并且将其相互电连接，其中该电连接或者借助于在盒之间的盒支路导线或者借助于测量盒插塞连接器建立。
[0018]在一个特别优选的实施形式中，支路电流测量模块和从太阳能模块出来的电导体带可以集成在一个共同的电分线测量盒中。在本发明的该优选的实施形式中，在分线测量盒中除了支路电流测量模块之外也设置有光伏太阳能模块的连接端。光伏太阳能模块的连接端包括从太阳能模块出来的电导体带，这些电导体带将由太阳能模块产生的电功率输出给支路导线。换句话说，在此涉及一种用于太阳能模块的改变的接线和连接盒，其中支路电流测量模块集成到要施加到太阳能模块上的接线和连接盒中。
[0019]这样的接线和连接盒包括构成为用于支承在太阳能模块上的支承区段。此外，这样的接线和连接盒包括电接线和连接装置，该电接线和连接装置一方面具有输入侧的接线元件用于电接触导通导体带、而另一方面具有输出侧的接线元件用于电接触导通盒支路导线或支路导线，分别例如为接线端子，以便当接线和连接盒安装在太阳能模块中时，建立在导体带与支路导线之间的电连接。
[0020]支路电流测量模块以及太阳能模块连接端在接线和连接盒中的集成设置有助于通过节省构件来降低制造成本，例如两个分开的盒壳体以及附加的外部连接导线。
[0021]此外可以通过在太阳能模块的导体带的区域中安装支路电流测量模块进一步减小通过支路电流测量模块引起的电损耗，方式是例如直接在用于从太阳能模块出来的导体带的接线和连接装置上实施电流测量。
[0022]在光伏太阳能模块的接线和连接盒中的支路电流测量模块的一个优选实施形式中，接线和连接装置具有各两个通过一个刚性桥接元件相互连接的接触端子，用于可松脱地连接一方面导体带以及另一方面支路导线。借助于接触端子能实现在接线和连接盒中太阳能模块的导体带与支路导线的快速且可靠的连接。该刚性桥接元件特别是一件式地构成，例如冲压和成形的金属件，以便进一步减小电损耗。[0023]在一个实施形式中，支路电流测量模块具有分流电阻和在分流电阻上的电压测量装置，其中，分流电阻和电压测量装置优选容纳在接线和连接盒中。分流电阻优选集成到刚性桥接元件中用于连接支路导线与太阳能模块的导体带，从而接线元件通过分流电阻相互连接。这可减小损耗功率和制造耗费，因为可以采用更少或更紧密的电构件。
[0024]在另一实施形式中，支路电流测量模块包括霍尔传感器和所属的霍尔探头用于无电势地测量支路电流。霍尔传感器优选包括环形芯用于磁通测量并且特别是安装在接线和连接装置的刚性桥接元件上或在分线测量盒的支路导线引导套管上。
[0025]特别优选地，在支路电流测量模块中包括磁阻传感器，用于测量支路电流。磁阻传感器可以例如安装在接线和连接装置的刚性桥接元件上或在分线测量盒的支路导线引导套管上。总之，磁阻传感器能实现低损耗的电流测量，由此必须仅仅产生并导出少量热量。此外，磁阻传感器可以低成本地制造。正好在磁阻传感器集成在接线和连接盒中的情况下不需要另外的干预到太阳能模块的电流的或中断电流的触点或构件，它们可以引起进一步的功率损耗。
[0026]因此通过使用磁阻传感器或霍尔传感器在测量电子装置故障情况下由太阳能设备输出有用能量给后置的变流器也是可能的。
[0027]特别地，磁阻传感器直接安装在接线和连接装置的刚性桥接元件上或在分线测量盒的支路导线引导套管之一上。在分线测量盒的支路导线引导套管上的安装在以下情况下也是可能的，即分线测量盒不是太阳能模块的在其中容纳有导体带的接线和连接盒。磁阻传感器特别是具有如此小的结构尺寸，使得不必改变光伏太阳能模块的接线和连接盒的结构形式。
[0028]特别是设定，使用或激活仅仅用于光伏发电机的一个整个支路的一个支路电流测量模块。但必要时可以更有利的是，给所有光伏太阳能模块的接线和连接盒配备各一个支路电流测量模块，其中不需要评价所有支路电流测量模块的输出的识别参量。
[0029]如果多个支路电流测量模块在一个支路中同时对于评价可用，那么此外能实现一种冗余的测量运行。这可以提高防故障安全性，因为大量支路电流测量模块作为后备可用。在使用磁阻传感器时在此也可以在一个传感器失灵时无干扰地继续运行太阳能设备并继续测量支路电流，方式是读出相同支路的其他支路电流测量模块的识别参量。
[0030]对于借助于支路电流测量模块测量电识别参量所需的电功率特别是直接从支路电流测量模块安装在其上或其中的太阳能模块或发电机支路取得。由此取消用于支路电流测量模块的电流供给的附加的电缆连接。
[0031]分线测量盒的另一实施形式包括用于将由支路电流测量模块测量的识别参量值传输给中央评价装置的无线电传输装置。这些数据也可以通过支路电缆自身(“电源线通信”)传输。借助于两个方法简单且可靠地读出利用支路电流测量模块产生的测量数据。
[0032]按照本发明也提出一种具有多个光伏太阳能模块的光伏设备，其中，这些光伏太阳能模块配备分线测量盒并且在光伏设备的每个支路中采用至少一个在太阳能模块上在分线测量盒中设置的支路电流测量模块用于测量支路电流。
[0033]优选地，这样的光伏设备具有中央评价装置，借助于该中央评价装置可以获取和评价由支路电流测量模块产生的测量值。例如这样的中央评价装置是工作站计算机，其具有接收和/或传输机构，该接收和/或传输机构可以与分线测量盒的支路电流测量模块连接。
[0034]在下文中根据实施例并参照附图进一步阐明本发明，其中相同和相似的元件部分地设有相同的附图标记，并且不同实施例的特征可以相互组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]其中:
[0036]图1示出具有支路电流测量模块的分线测量盒的第一实施形式；
[0037]图2示出分线测量盒的第二实施形式；
[0038]图3示出具有磁阻电阻的分线测量盒的第三实施形式；
[0039]图4示出一种特别是用于补充装备太阳能模块的实施形式，其中示出了太阳能模块的接线和连接盒与分线测量盒；
[0040]图5示出一种类似于图4的实施形式，其中接线和连接盒通过测量盒插塞连接器与分线测量盒连接；
[0041]图6示出一种作为太阳能模块的接线和连接盒的分线测量盒的实施形式；
[0042]图7示出具有接线和连接盒与分线测量盒的光伏太阳能模块。
【具体实施方式】
[0043]在图1中示出的分线测量盒2具有一下侧，该下侧构成为用于支承在太阳能模块上并且因此形成一个支承区段3。支承区段3可以具有固定孔或者设置用于粘接。分线测量盒2此外具有一个环绕的侧壁5，在该侧壁中设有多个开口 4用于引导通过或用于连接支路导线、盒支路导线或测量盒连接导线10、10a、12。换句话说，可以将支路导线引导穿过支路导线引导套管4a，并且可以将支路导线例如借助于插塞连接器连接到支路导线连接器4b上。在图1的示出的实施例中采用导线连接器4b。支路导线10在此将光伏发电机的第一极与分线测量盒2相连接，测量盒连接导线IOa将分线测量盒与太阳能模块的接线和连接盒以及此外与光伏发电机的第二极相连接，其中，必要时在相应的极与分线测量盒2之间可以存在其他太阳能模块。
[0044]分线测量盒2容纳一个支路电流测量模块I。在分线测量盒2中，一个盒支路导线22连接在支路导线连接器4b上并且以另一端部连接在一个测量构件30上，支路导线10连接到支路导线连接器4b上。也可以设定，将支路导线10引导穿过支路导线引导套管4a并且以其端部直接接触测量构件30，或者将盒支路导线22预装配地通过支路导线引导套管4a向外布设并且在分线测量盒2之外配备插头，从而支路导线10在分线测量盒2之外被电接触导通。无论如何建立与光伏发电机的相应电极的电连接，其中本领域技术人员将选择对于各个情况适合的连接解决方案。
[0045]在图1的实施形式中，测量构件30是一个分流电阻30a，在该分流电阻上借助于电压测量装置20测量存在的电压。基于测量的电压值U和分流电阻30a的已知的电阻值R可以确定流过分流电阻30a的电流I。
[0046]另一盒支路导线24将分流电阻30a的输出端与支路导线连接器4b相连接，从而利用测量盒连接导线IOa能实现与太阳能模块的接线和连接盒以及此外与光伏发电机的第二极或者与其他太阳能模块的连接。[0047]在按照图2的本发明的另一实施形式中，在分线测量盒2中包括环形芯，该环形芯用作霍尔传感器30b。电压测量装置20连接到环形芯上。
[0048]图3示出本发明的一个优选实施形式，其中，一个磁阻传感器30c用作测量构件30。磁阻传感器30c如此环绕电线，使得检测包围电导体的涡流。因此借助于磁阻传感器30c的电压测量是非侵入式的，也就是说，支路导线与支路电流测量模块I不中断并且发生特别低阻的测量。
[0049]图4示出一种具有两个分开的壳体、带有支路电流测量模块I的分线测量盒2以及接线和连接盒32的实施形式,在该接线和连接盒中从太阳能模块出来的电导体带42被接触导通。该实施形式因此示出了以图1至3示出的分线测量盒结合接线和连接盒的应用。
[0050]在接线和连接盒32中，从太阳能模块出来的电导体带42被接触导通，这些电导体带连接到太阳能模块的触点44上或者在用附图标记44表示的位置处从太阳能模块出来。导体带42分别连接到接线和连接装置7的接线元件28上。
[0051]第一支路导线10将光伏发电机的第一电极通过支路导线引导套管4a直接与接线和连接盒32中的第一接线元件28以及与第一导体带42连接。支路导线10在此几乎限于太阳能模块的尺寸并且在外端部上具有插头用于与另一支路导线或与另一太阳能模块连接。电流通过光伏太阳能模块和各个太阳能电池经由第二导体带42和第二接线元件28到测量盒连接导线IOa上，该测量盒连接导线穿过支路导线引导套管4a将接线和连接盒32与分线测量盒2相连接。
[0052]在分线测量盒2中容纳支路电流测量模块I。分线测量盒的其他结构与在图3中示出的结构相同。第二支路导线12仅仅将分线测量盒2与光伏发电机的第二电极相连接。本发明的该实施形式特别适合于补充装备已经存在的太阳能模块或补充装备已经装配的太阳能设备。因此可以将分线测量盒2通过简单的方式在下侧除了存在的接线和连接盒32之外粘接或通过其他方式固定到已经安装的太阳能模块上并且第一支路导线12的电触点与补充装备的分线测量盒2连接。另一限于该太阳能模块后侧上的测量盒连接导线IOa与存在的接线和连接盒32连接(参照图7)。另外的装配耗费不是必要的。
[0053]图5示出一种具有两个分开的壳体的本发明的实施形式，其中，分线测量盒2通过测量盒插塞连接器4c与接线和连接盒32电连接。
[0054]测量盒插塞连接器4c与支路导线连接器4b成对地构成，其中在示出的例子中，测量盒插塞连接器4c容纳在分线测量盒2中，而支路导线连接器4b容纳在接线和连接盒中。在该实施形式中，分线测量盒2因此直接插接到接线和连接盒32上。分线测量盒2与接线和连接盒32在该实施形式中在插接在一起的状态下直接相邻。测量盒插塞连接器4c在此与支路导线连接器4b插接在一起。因此在该例子中可以省去测量盒连接导线10a。分线测量盒2在该实施形式中也如在以图3示出的例子中那样配备有用于连接支路导线10、12的支路导线连接器4b。
[0055]图6示出本发明的另一实施形式，其中在分线测量盒2中同时也接触导通从太阳能模块出来的电导体带42，这些电导体带连接到太阳能模块的触点44上或者在以附图标记44表示的位置处从太阳能模块出来。导体带42分别连接到接线和连接装置的一个接线元件28。接线元件28以另一端部借助于盒支路导线22、24连接到支路导线10、12上。因此，电流回路由第一支路导线10通过盒支路导线22、导体带42、盒支路导线24和另一支路导线12形成。
[0056]在分线测量盒2中此外容纳有支路电流测量模块I。支路电流测量模块I在示出的实施形式中包括磁阻传感器30c，电压测量装置20连接到该磁阻传感器上，用于测量在磁阻传感器30c上感应的电压。
[0057]因此通过特别有利的方式对于一个太阳能模块需要的整个连接装置容纳在一个分线测量盒2中。换句话说，分线测量盒2同时也是太阳能模块的接线和连接盒32。这降低了生产、物流和装配成本。
[0058]图7示出了分线测量盒2与接线和连接盒32的在下侧装配在太阳能模块40上的状态。第一支路导线12在示出的实施形式中与分线测量盒2连接，限于该太阳能模块的尺寸的测量盒连接导线IOa将分线测量盒2与接线和连接盒32相连接，并且支路导线10仅仅将光伏发电机的第二电极与接线和连接盒32相连接。
[0059]对于本领域内技术人员而言清楚的是，上述实施形式应该理解为示例性的并且本发明不限于此，而是可以通过各种方式改变，而不脱离本发明。此外清楚的是，各特征——不依赖于这些特征是在说明书、权利要求书、附图中还是另外地被公开——也单独地限定本发明的重要组成部分，即使这些特征连同其他特征一起被描述。
[0060]附图标记列表:
[0061]I 支路电流测量模块
[0062]2 分线测量盒
[0063]3 支承区段
[0064]4 开口
[0065]4a支路导线引导套管
[0066]4b支路导线连接器
[0067]4c测量盒插塞连接器
[0068]7 接线和连接装置
[0069]10支路导线
[0070]IOa测量盒连接导线
[0071]12支路导线
[0072]20评价装置
[0073]22盒支路导线
[0074]24盒支路导线
[0075]28接线元件
[0076]30测量构件
[0077]30a分流电阻
[0078]30b霍尔传感器
[0079]30c磁阻传感器
[0080]40光伏太阳能模块
[0081]42导体带
[0082]44导体带连接端或导体带出口
【权利要求】
1.用于装配在光伏太阳能模块(40)上的分线测量盒(2)，包括: 壳体，所述壳体具有构成为用于支承在所述太阳能模块上的支承区段(3)、并且具有环绕的侧壁和盖； 支路导线引导套管(4a)和/或支路导线连接器(4b)， 其中，所述分线测量盒(2)包括支路电流测量模块(I )，该支路电流测量模块包括测量构件(30、30a、30b、30c)和评价装置(20)用于在所述分线测量盒(2)中测量支路电流。
2.根据上述权利要求所述的分线测量盒，还包括: 测量盒连接导线(10a)，用于将所述分线测量盒(2)与所述太阳能模块(40)的接线和连接盒(32)相连接；或者 测量盒插塞连接器(4c)，所述分线测量盒(2)通过所述测量盒插塞连接器可直接插到接线和连接盒(32)上， 从而所述分线测量盒(2)与所述接线和连接盒(32)构成为分开的盒，这些盒分别具有用于装配到同一光伏太阳能模块(40 )上的自身的壳体。
3.根据权利要求1所述的分线测量盒(2)，还包括: 接线和连接装置(7)，用于一方面电接触导通太阳能模块(40)的导体带(42)、而另一方面与支路导线(10、12)或盒支路导线(22、24)接线和连接，以便当分线测量盒(2)安装在所述太阳能模块(40)上时，在导体带(42)与支路导线(10、12)之间建立电连接，以导出由太阳能模块产生的电功率，从而所述分线测量盒同时形成太阳能模块的接线和连接盒。
4.根据上述权利要求所述的分线`测量盒，其中， 所述接线和连接装置(7)具有各两个通过一个刚性桥接元件相互连接的端子，用于可松脱地连接和电接触导通一方面导体带(42)以及另一方面支路导线(10、12)或盒支路导线(22、24)。
5.根据上述权利要求之一所述的分线测量盒，其中， 所述支路电流测量模块(I)在分线测量盒(2)中包括分流电阻(30a)和在分流电阻上的电压测量装置(20)。
6.根据上述权利要求所述的分线测量盒，其中， 所述分流电阻(30a)集成在接线和连接装置(7)的刚性桥接元件中，从而接线和连接装置(7)的接线元件通过分流电阻(30a)相互电连接。
7.根据权利要求1至4之一所述的分线测量盒(2)，其中， 所述支路电流测量模块(I)包括霍尔传感器(30b)和所属的霍尔探头(20)，用于无中断地测量支路电流。
8.根据上述权利要求所述的分线测量盒(2)，其中， 所述霍尔传感器(30b)包括环形芯，用于在分线测量盒(2)中流过支路导线的电流的磁通测量；以及 所述霍尔传感器(30b)安装在接线和连接装置(7)的刚性桥接元件上或在分线测量盒(2)的支路导线引导套管(4b)上。
9.根据权利要求1至4之一所述的分线测量盒(2)，其中， 所述支路电流测量模块(I)包括磁阻传感器(30c)，用于测量支路电流。
10.根据上述权利要求所述的分线测量盒，其中，所述磁阻传感器(30c)安装在接线和连接盒(32)的刚性桥接元件上或在分线测量盒(2)的支路导线引导套管(4a)上，从而在分线测量盒(2)中从由支路电流产生的磁通能实现电流测量。
11.根据上述权利要求之一所述的分线测量盒，还包括: 用于将由支路电流测量模块(I)在分线测量盒(2)中测量的值传输给中央评价装置的机构。
12.具有多个太阳能电池的光伏太阳能模块，其中， 在太阳能模块(40)的背离太阳的后侧上安装有根据上述权利要求之一所述的分线测量盒(2)。
13.具有多个根据上述权利要求所述的光伏太阳能模块(40)的光伏设备， 具有多个支路导线(10、10a、12)； 具有发电机接线盒； 具有至少一个变流器，用于供给利用光伏发电机产生的电功率。
14.根据上述权利要求所述的光伏设备，具有中央评价装置，用于获取和评价由分线测量盒(2)的支路电流测量模块传输的值。
【文档编号】H01L31/048GK103733353SQ201280040177
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月14日 优先权日:2011年8月18日
【发明者】C·特尔纳 申请人:菲尼克斯电气公司