汇流箱的制作方法
【专利摘要】一种汇流箱，用于太阳能光伏发电系统，所述汇流箱（500）包括壳体（601）、至少一组DC/DC变换器（540）和用于控制所述DC/DC变换器（540）工作的MTTP控制单元（3）；所述DC/DC变换器（540）包括半导体发热器件（101）和电抗器（104）；该壳体（601）内部形成有密闭的容置空间；该容置空间上半部分固定地安装有所述半导体发热器件（101），该容置空间下半部分固定安装有所述MTTP控制单元（3）；所述壳体（601）外壁上半部分设置有散热器（102）。本实用新型提供的汇流箱通过增加DC/DC变换器、实现升压功能，降低了光伏发电系统中汇流箱后端输出电流，从而降低了线损，汇流箱的结构布局紧凑、散热效果显著。
【专利说明】汇流箱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源领域，尤其涉及一种汇流箱。
【背景技术】
[0002]太阳能作为一种新兴的清洁能源，越来越受到国家的重视，随之光伏变电站也越来越多。现有的光伏并网发电系统通常包括并网逆变器、直流配电柜、汇流箱、光伏阵列、箱式变压器、数据通信柜和逆变房。
[0003]对于光伏发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间的连接线，方便维护，需要在光伏组件与逆变器之间增加光伏阵列直流汇流装置，即汇流箱。该装置就是将一定数量的电池阵列汇流成一路直流输出。
[0004]现有的汇流箱，一般只有汇流、防雷等基本功能，图1为一种现有的汇流箱的电气原理框图。参照图1，汇流箱100包括监控板200、防雷器300、直流断路器QFl以及输电线400。其中，输电线400包括第一导线401和第二导线402，第一导线401具有第一导线输入端和第一导线输出端，第二导线402具有第二导线输入端和第二导线输出端。太阳能电池阵列包括多串PV (光伏)电池组件，本实施例中，太阳能电池阵列包括16串PV电池组件；汇流箱100还包括数量为PV电池组件2倍的熔断器FU ;所有PV电池组件的正极和所有PV电池组件的负极与所有熔断器FU分别一一对应；所有PV电池组件的正极分别通过对应的熔断器FU与第一导线输入端电性连接；所有PV电池组件的负极分别通过对应的熔断器FU与第二导线输入端电性连接；监控板200为芯片，具有多个支路电压采样引脚、用于电性连接外部电源给监控板200供电的的电源引脚以及RS485通讯引脚。每个PV电池组件的正极均有与其一一对应的，且电性连接在和该PV电池组件对应的熔断器FU和第一导线输入端之间的支路电压米样引脚。防雷器300为三极放电管,其第一放电管与第一导线输入端电性连接，其第二放电管与第二导线输入端电性连接，第三放电管接地。输电线400还经直流断路器QFl与外部供电电路电性连接，该直流断路器QFl用于将第一导线输入端和第一导线输出端之间，第二导线输入端和第二导线输出端之间同时断开或同时闭合。当直流断路器QFl闭合时，太阳能电池阵列的所有PV电池组件的输出电压汇流后在第一导线输出端和第二导线输出端输出。
[0005]但是对于光伏发电系统，由于各PV电池组件受阴影、地理环境及安装因素等影响，导致应用时每串的输出电压不一致性比较大，采用如图1所示的汇流箱，将会导致发电系统的发电效率降低。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是针对现有光伏发电系统的每串电池组件的输出电压不一致，提供了 一种汇流箱。
[0007]本实用新型解决其技术问题的技术方案是:
[0008]本实用新型提供了一种汇流箱，用于太阳能光伏发电系统，所述汇流箱包括壳体、至少一组DC/DC变换器和用于控制所述DC/DC变换器工作的MTTP控制单元；所述DC/DC变换器包括半导体发热器件和电抗器；
[0009]该壳体内部形成有密闭的容置空间；该容置空间上半部分固定地安装有所述半导体发热器件，该容置空间下半部分固定安装有所述MTTP控制单元；
[0010]所述壳体外壁上半部分设置有散热器，所述散热器贯穿所述壳体并与所述半导体发热器件相连；所述电抗器设置在所述壳体外壁下半部分上。
[0011]本实用新型上述的汇流箱中，所述半导体发热器件包括IGBT管或MOS管。
[0012]本实用新型上述的汇流箱中，所述MTTP控制单元包括DSP芯片。
[0013]本实用新型上述的汇流箱中，所述DC/DC变换器540为4组或8组。
[0014]本实用新型上述的汇流箱中，所述汇流箱还包括熔断器，该熔断器设置在所述容置空间下半部分中，且设置在所述MTTP控制单元下方。
[0015]本实用新型上述的汇流箱中，所述汇流箱还包括隔离开关，该隔离开关设置在所述容置空间下半部分，且设置在所述MTTP控制单元侧部。
[0016]本实用新型上述的汇流箱中，所述隔离开关包括断路器。
[0017]本实用新型上述的汇流箱中，所述汇流箱还包括EMC模块，所述EMC模块设置在所述容置空间下半部分，且设置在所述MTTP控制单元与所述熔断器之间。
[0018]本实用新型上述的汇流箱中，所述汇流箱还包括公共母排，所述公共母排设置在所述容置空间上半部分中，且设置在所述半导体发热器件上方。
[0019]本实用新型上述的汇流箱中，所述壳体的外壁上在所述电抗器邻近位置设置有用于给所述电抗器挡雨的挡雨组件。
[0020]本实用新型提供的汇流箱通过增加DC/DC变换器、实现升压功能，降低了光伏发电系统中汇流箱后端输出电流，从而降低了线损，汇流箱的结构布局紧凑、散热效果显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0022]图1为一种现有的汇流箱的电气原理框图；
[0023]图2为本实用新型实施例的汇流箱的电气原理框图；
[0024]图3为本实用新型第一实施例的汇流箱的结构示意图；
[0025]图4为图3所示的汇流箱的沿另一方向的结构示意图；
[0026]图5为本实用新型第二实施例的汇流箱的结构示意图；
[0027]图6为图5所示的汇流箱的沿另一方向的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例以及附图对本实用新型作更为详细的说明。
[0029]参照图2,汇流箱500用于太阳能光伏发电系统,包括MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)控制单元3、至少一组DC/DC变换器540、输电线520、防雷器530以及断路器109。其中，MPPT控制单元3包括DSP芯片，具有多个支路电流采样引脚、RS485通讯引脚、PWM驱动引脚、防雷状态反馈引脚。太阳能光伏发电系统包括太阳能电池阵列；该太阳能电池阵列包括多串PV电池组件；该太阳能电池阵列的所有PV电池组件的输出电压经DC/DC变换器升压汇流后，再经断路器109后与外部供电线路电性连接。
[0030]具体地，该太阳能电池阵列的所有PV电池组件的正极均有与其——对应的支路电流采样引脚；汇流箱500还包括多个熔断器110 ;该太阳能电池阵列的所有PV电池组件的正极和负极均有与其一一对应的熔断器110 ;该太阳能电池阵列的所有PV电池组件的正极分别经对应的熔断器110与对应的支路电流采样引脚电性连接；
[0031]DC/DC变换器540具有第一变换器输入端A和第二变换器输入端B，以及第一变换器输出端E和第二变换器输出端F，包括IGBT管或MOS管(本实施例中为IGBT管)、升压电感器L、升压电容器Cl以及第一整流二极管Dl和第二整流二极管D2。
[0032]第二变换器输入端B与第二变换器输出端F电性连接。第一变换器输入端A经升压电感器L，再正向接第一整流二极管D1，与第一变换器输出端E电性连接。第一变换器输入端A与第二变换器输入端B之间电性连接有升压电容器Cl。IGBT管的漏极与第一整流二极管Dl的正极电性连接；IGBT管的栅极与MPPT控制单元的PWM驱动引脚电性连接；IGBT管的源极与第二变换器输入端B电性连接。IGBT管的源极还正向经第二整流二极管D2与该IGBT管的漏极电性连接。
[0033]太阳能电池阵列的所有PV电池组件的负极分别经对应的熔断器110与第二变换器输入端B电性连接；太阳能电池阵列的所有PV电池组件的正极分别经对应的熔断器110还与第一变换器输入端A电性连接。
[0034]第一变换器输出端E和第二变换器输出端F之间电性连接有滤波电容器C2。
[0035]输电线520包括第三导线521和第四导线522 ;第三导线521具有第三导线输入端和第三导线输出端，第四导线522具有第四导线输入端和第四导线输出端。
[0036]第一变换器输出端E与第三导线输入端电性连接。
[0037]第二变换器输出端F与第四导线输入端电性连接。
[0038]防雷器530为三极放电管，其第一放电管与第三导线输入端电性连接，其第二放电管与第四导线输入端电性连接，其第三放电管接地。断路器109用于将第三导线输入端和第三导线输出端之间、第四导线输入端和第四导线输出端之间同时断开和同时闭合。MPPT控制单元3的防雷状态反馈引脚与防雷器530的第一电极电性连接，用于检测防雷器530的防雷状态。当然，MPPT控制单元3还可具有用于检测每串PV电池组件的输出电压大小的支路电压采样引脚，以及用于检测太阳能电池阵列所有的PV电池组件的输出电压汇流后的输出电压的输出电压米样引脚等。
[0039]DC/DC变换器的工作原理:MPPT控制单元3通过PWM驱动引脚输出开关控制信号控制IGBT管的导通和关断，从而控制DC/DC变换器540升压工作。具体地，当IGBT管导通时，升压电感器L存储能量；当IGBT管关断时，由于电感的电流保持特性，升压电感器L会缓慢放电，给升压电容器Cl充电，这时，该升压电容器Cl两端电压比所有PV电池组件汇流后的输出电压闻。
[0040]基于上述的增加DC/DC变换器的汇流箱的电气原理，下面提供了两种汇流箱的具体结构。
[0041]第一实施例
[0042]下文所述“上”、“下”均是相对于图3和图4中箭头Z所指方向来描述的。
[0043]图3和图4为本实用新型第一实施例的汇流箱600。参照图3，汇流箱600包括壳体601，优选地，该壳体601呈长方体状，当然该壳体601并不限于长方体状，还可以为底面为多边形的柱体，或者其他形状；进一步地，该壳体601内部形成有密闭的容置空间；
[0044]DC/DC变换器540包括半导体发热器件101和电抗器104 ；
[0045]该壳体601的侧壁上设置有多个防水锁头112 ;容置空间中固定地安装有多个熔断器110、EMC模块(包括第一 EMC模块1151、与该第一 EMC模块1151对应的第二 EMC模块1152)、MTTP控制单元3、半导体发热器件101、公共母排108、隔离开关120以及防雷器530。
[0046]具体地，该容置空间上半部分固定地安装有半导体发热器件101，该容置空间下半部分固定安装有MTTP控制单元3 ;熔断器110设置在容置空间下半部分中，且设置在MTTP控制单元3下方。EMC模块设置在容置空间下半部分，且设置在MTTP控制单元3与熔断器110之间。该隔离开关120设置在容置空间下半部分，且设置在MTTP控制单元3侧部。公共母排108设置在容置空间上半部分中，且设置在半导体发热器件101上方。
[0047]本实施例中，太阳能电池阵列的所有PV电池组件的电缆通过与其一一对应的防水锁头112伸入壳体601的容置空间中；然后，太阳能电池阵列的所有PV电池组件的电缆中，太阳能电池阵列的所有PV电池组件的正极分别经对应的熔断器110后汇流成一组，与第一 EMC模块1151的输入端电性连接；太阳能电池阵列的所有PV电池组件的负极分别经对应的熔断器110后汇流成一组，与第二 EMC模块1152的输入端电性连接；
[0048]第一 EMC模块1151的输出端与DC/DC变换器540的第一变换器输入端A电性连接；第二 EMC模块1152的输出端与DC/DC变换器540的第二变换器输入端B电性连接；可以理解，为了提高升压效率，汇流箱600可包括多组DC/DC变换器540，具体地，第一 EMC模块1151的输出端分别与多组DC/DC变换器540的第一变换器输入端A电性连接，第二 EMC模块1152的输出端分别与该多组DC/DC变换器540的第二变换器输入端B电性连接。本实施例中，DC/DC变换器540为4组，第一 EMC模块1151的输出端分别与两组DC/DC变换器540的第一变换器输入端A电性连接；第二 EMC模块1152的输出端分别与该两组DC/DC变换器540的第二变换器输入端B电性连接。
[0049]隔离开关120包括断路器109。DC/DC变换器540的第一变换器输出端E和第二变换器输出端F通过公共母排108，再经断路器109，与外部供电线路电性连接。
[0050]这里，公共母排108在汇流箱的汇流电路中的功能与输电线520的相同。
[0051]具体地，公共母排108包括公共正母排1081和公共负母排1082，DC/DC变换器540的第一变换器输出端E与公共正母排1081的输入端电性连接，DC/DC变换器540的第二变换器输出端F与公共负母排1082的输入端电性连接。
[0052]当汇流箱600具有多组DC/DC变换器540时，所有的DC/DC变换器540的第一变换器输出端E均与公共正母排1081的输入端电性连接；所有的DC/DC变换器540的第二变换器输出端F均与公共负母排1082的输入端电性连接。
[0053]公共正母排1081的输出端和公共负母排的1082的输出端分别经断路器109，与外部供电线路电性连接。
[0054]汇流箱还包括散热器102 ;该散热器102插接在壳体601外壁上，并贯穿该壳体601，伸入壳体601的容置空间中。散热器102和壳体601之间通过点胶工艺密闭。
[0055]具体地,散热器102设置于壳体601外壁上半部分,散热器102贯穿壳体601并与半导体发热器件101相连；[0056]DC/DC变换器540中，IGBT管或MOS管、以及二极管构成半导体发热器件101，该半导体发热器件101固定地安装在该散热器102伸入壳体601的部分上，通过散热器102将该半导体发热器件101产生的热量散发出去。
[0057]优选地，该散热器102有金属材料制成。
[0058]DC/DC变换器540中的电感器和电容器构成电抗器104,该电抗器104设置在壳体601的外壁上。具体地，电抗器104设置在壳体601外壁下半部分上。电抗器104的与壳体601内的半导体发热器件101电性连接的连接电缆(图中未示出)通过防水锁头112伸入壳体601的容置空间中。
[0059]壳体601的外壁上在电抗器104邻近位置设置有用于给电抗器104挡雨的挡雨组件 113。
[0060]第二实施例
[0061]图5和图6示出了本实用新型第二实施例的汇流箱700。第二实施例与第一实施例的区别仅在于汇流结构不同。
[0062]具体地，本实施例中，汇流箱700包括η (η为大于I的自然数)个第一 EMC模块1151和η个第二 EMC模块1152 ;所有PV电池组件的正极分别经对应的熔断器110后，汇流成η组，再分别与η个第一 EMC模块1151的输入端电性连接；相应地，所有PV电池组件的负极分别经对应的熔断器110后，汇流成η组，再分别与η组第二 EMC模块1152的输入端电性连接；
[0063]η个第一 EMC模块1151和η个第二 EMC模块1152分别——对应；
[0064]每个第一 EMC模块1151的输出端与一组或多组DC/DC变换器540的第一变换器输入端A电性连接，与该第一 EMC模块1151对应的第二 EMC模块1152的输出端与该一组或多组DC/DC变换器540的第二变换器输入端B电性连接；
[0065]本实施例中，n=2 ；DC/DC变换器540为8组。每个第一 EMC模块1151的输出端分别与两组DC/DC变换器540的第一变换器输入端A电性连接；与该第一 EMC模块1151对应的第二 EMC模块1152的输出端分别与该两组DC/DC变换器540的第二变换器输入端B电性连接。
[0066]汇流箱700的所有DC/DC变换器540的第一变换器输出端E电性连接在一起；同样地，汇流箱700的所有DC/DC变换器540的第二变换器输出端F电性连接在一起。
[0067]通过汇流箱700这种汇流结构，汇流升压效率大大提高；同时通过将所有PV电池组件的正极和负极分别汇流成η组来进行升压，不会使用于升压DC/DC变换器540因输入的电压过大而过热。
[0068]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种汇流箱，用于太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述汇流箱(500)包括壳体(601)、至少一组DC/DC变换器(540 )和用于控制所述DC/DC变换器(540 )工作的MTTP控制单元(3);所述DC/DC变换器(540)包括半导体发热器件(101)和电抗器(104); 该壳体(601)内部形成有密闭的容置空间；该容置空间上半部分固定地安装有所述半导体发热器件(101)，该容置空间下半部分固定安装有所述MTTP控制单元(3)； 所述壳体(601)外壁上半部分设置有散热器(102)，所述散热器(102)贯穿所述壳体(601)并与所述半导体发热器件(101)相连；所述电抗器(104)设置在所述壳体(601)外壁下半部分上。
2.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述半导体发热器件(101)包括IGBT管或MOS管。
3.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述MTTP控制单元(3)包括DSP芯片。
4.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述DC/DC变换器(540)为4组或8组。
5.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述汇流箱还包括熔断器(110)，该熔断器(110 )设置在所述容置空间下半部分中，且设置在所述MTTP控制单元(3 )下方。
6.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述汇流箱还包括隔离开关(120)，该隔离开关(120)设置在所述容置空间下半部分，且设置在所述MTTP控制单元(3)侧部。
7.根据权利要求6所述的汇流箱，其特征在于，所述隔离开关(120)包括断路器。
8.根据权利要求5所述的汇流箱，其特征在于，所述汇流箱还包括EMC模块，所述EMC模块设置在所述容置空间下半部分，且设置在所述MTTP控制单元(3)与所述熔断器(110)之间。
9.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述汇流箱还包括公共母排(108)，所述公共母排(108)设置在所述容置空间上半部分中，且设置在所述半导体发热器件(101)上方。
10.根据权利要求1所述的汇流箱，其特征在于，所述壳体(601)的外壁上在所述电抗器(104)邻近位置设置有用于给所述电抗器(104)挡雨的挡雨组件(113)。
【文档编号】H02S40/10GK203434932SQ201320533067
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】曾建友, 黄寒松, 陈高 申请人:深圳市禾望电气有限公司