一种子串级光伏发电效率管理智能优化器的制作方法

本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种子串级光伏发电效率管理智能优化器。

背景技术：

目前，由多片太阳电池组合而成的光伏组件被大量使用用于建设各种光伏发电系统，或用于作为建筑物幕墙来建成节能环保型建筑。光伏发电系统是由多个电池组件组成的电池组件串并联而形成的组件阵列，每个电池组件中都包括串联的多个电池片。在一个光伏系统中，各个太阳电池组件的参数并不完全相同，受到的太阳辐射条件也会不同，比如，组件表面的不同程度的脏污、各种原因造成的局部阴影、组件朝向等，这些会造成光伏系统中各个太阳电池组件的实际发电量不相同，也即，并联的各个太阳电池组件串的实际输出功率与理论上的最大输出功率是有差异的。光伏系统的实际发电量与系统效率有很直接的关系，理论上，光伏系统的发电效率一般在80％左右，而根据实际的统计数据，即使在光照辐射条件较好的西部地区，光伏系统的平均系统效率仅为74％。

为了解决这个问题，目前应用最广泛的是在光伏发电系统中使用最大功率点跟踪(mppt，maximumpowerpointtracking)电路。通常的mppt控制电路和逆变器一体安装在逆变器机箱内，通过mppt控制电路对整个光伏系统的输出功率进行调整或者针对系统中的每个电池组件串连接一个mppt控制电路来对每个电池组件串的输出功率进行调整；在前一种方式中，只要各个组件串的输出之间存在差异，组串之间就会互相影响，输出电压就会被限制在一个较低的数值上(木桶效应)，造成能量的损失，组串的差异越大，这种能量损失就越大；另外，严重的组串之间的差异性会造成局部热斑，影响系统的整体可靠性；而在后一种方式中，mppt控制电路也仅能针每一个组件串进行最大输出功率调整，无法真正优化每一个组件甚至每个组件中的单个电池串的输出功率。

另外，当光伏系统某些单元被遮蔽时，被遮蔽单元会因为反向偏置单元功耗过大而呈现为过热点，目前使用传统的p-n结二极管或肖特基二极管作为旁路元件来缓解这一问题。遗憾的是，此类二极管的正向电压仍偏高（普通二极管约为0.6v，肖特基二极管为0.4v），功耗很高，且会导致二极管所在接线盒的内部温度升高，降低模块可靠性。

国内外市面上的大多数高功率组件，多以常规的旁路性能为主的单体、三分体接线盒。随着光伏组件技术的快速更新换代，高功率双面双玻组件、高功率单面组件、叠瓦组件等新型组件成为市场主流产品。在此背景下，对接线盒端的研发创新提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器，替代单板mppt接线盒，实现子串级优化，消除最小板件性能失配问题，大大提升光伏组件的发电能力。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种子串级光伏发电效率管理智能优化器，所述的智能优化器包括盒体、控制电路板、盒盖和电缆线，所述控制电路板设于所述盒体内，所述控制电路板上设有mppt控制模块、dc/dc变换器、智能旁路二极管、子串级汇流条连接区以及电缆连接区；所述的光伏发电效率管理智能优化器与光伏组件中的每个电池组子串连接；所述mppt控制模块控制dc/dc变换器，使得光伏组件中的电池组子串提供最大发电功率；所述智能旁路二极管包括内置fet管，fet驱动器模块以及驱动fet为旁路电流通过提供电阻路径的电荷泵；所述子串级汇流条连接区与光伏组件子串汇流条连接；所述电缆连接区用于将所述控制电路板与电缆线连接。

优选地，所述子串级汇流条连接区与光伏组件子串汇流条焊接连接。

优选地，所述的控制电路板上还包括与电缆线连接的导电体，所述导电体的一端与所述控制电路板的电缆连接区连接，所述导电体的另一端与电缆线铆接连接。

优选地，所述的导电体为电缆线连接区的一部分。

优选地，所述导电体设置在所述控制电路板的一端或两端。

优选地，所述导电体与所述电缆线连接的一端为u型结构，且其两侧中部设有缺口。

优选地，所述盒体的两端设有电缆线安装部和卡扣，所述卡扣可拆卸地安装于所述电缆线安装部的下方，所述卡扣的结构与所述电缆线安装部的结构相匹配，所述电缆线安装部与所述卡扣的内部形成供所述电缆线穿过的通道。

优选地，所述盒体上设有用于将所述盒体与盒盖定位安装的第一安装结构，所述盒盖上设有与所述第一安装结构相匹配的第二安装结构。

优选地，所述第一安装结构为卡块，所述第二安装结构为卡槽，所述卡块的结构与所述卡槽的结构相匹配。

优选地，所述的mppt控制模块驱动dc/dc变换器，智能旁路二极管连接在单串电池片负极与dc/dc输出正极之间之间，dc/dc变换器电流采集部分设置有lc滤波电路。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、控制电路板上集成mppt控制模块，可实现子串级发电效率优化，独立进行子串一级的mppt控制，消除最小板间性能失配问题，提高光伏系统发电能力；

2、采用智能旁路二极管替代传统旁路二极管，达到更小的温升和更低的功耗，提高光伏系统可靠性；

3、导电体的u型结构及中间缺口设计，既方便观察电缆线的铆接情况，又方便进行额外焊锡，使铆接处受力均匀，增加电缆线连接牢固度。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器的爆炸图；

图2为本发明实施例1的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器的俯视图(去除盒盖)；

图3为本发明实施例1的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器的剖视图；

图4为本发明实施例1的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器中与电缆线连接的导电体的立体结构示意图；

图5为本发明的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器应用于光伏组件的示意图；

图6为本发明的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器应用于光伏组件电池子串的电气系统连接图；

图7为图6中a处的结构放大图；

图8所示为本实用新子串级光伏发电效率管理智能优化器的智能旁路二极管的电路结构框图。

图中，100-智能优化器，10-盒体，11-电缆线安装部，12-卡扣，13-第一安装结构，20-控制电路板，21-mppt控制模块，22-智能旁路二极管，23-子串级汇流条连接区，24-电缆连接区，30-盒盖，31-第二安装结构，40-电缆线，50-导电体，51-缺口，60-光伏组件子串汇流条，70-光伏组件，71-连接线缆。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请结合参见图1至图3所示的本发明实施例1的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器的爆炸结构示意图，所述的子串级光伏发电效率管理智能优化器100，包括盒体10、控制电路板20、盒盖30和电缆线40，控制电路板20设于盒体10内，控制电路板20上设有mppt控制模块21、智能旁路二极管22、子串级汇流条连接区23以及电缆连接区24；mppt控制模块21用于保证光伏组件子串提供最大功率，以消除最小板间性能失配问题；智能旁路二极管22用于减小温升和损耗，提高可靠性；子串级汇流条连接区23用于与光伏组件子串汇流条连接；电缆连接区24用于将控制电路板20与电缆线40连接。

参照图5所示，当本发明的子串级光伏发电效率管理智能优化器100应用于光伏组件70中时，子串级汇流条连接区23与光伏组件子串汇流条焊接连接，光伏发电效率管理智能优化器100与光伏组件70中的每个电池组子串连接，以一般的72片电池片构成的光伏组件70为例，每两列的24片电池片串联构成一个子串，每个子串连接一个光伏发电效率管理智能优化器100，如此，每个电池子串中均包含一个mppt控制模块21和智能旁路二极管22。进一步地，参照图8，智能旁路二极管22内置fet管（fieldeffecttransistor，场效应晶体管）q1，fet驱动器模块以及驱动fet管为旁路电流通过提供电阻路径的电荷泵；当有电池片破损或被遮挡时，fet管导通，旁路电流从fet管通过；电流产生的电压降vf通过二极管的阳极和阴极，在此期间，电荷泵的电路激活向电容c1充电至一个高电压驱动fet导通。这种智能二极管相比目前常用的p-n结二极管和肖特基二极管有更低的正向压降，具有温升低、功耗小、可靠性好的优点。本发明可以对光伏组件中的每个电池子串进行mppt控制，实现发电效率优化，提高光伏系统的发电量。

请结合参见图1和图3，本发明的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器100还包括固定在控制电路板20端部与电缆线连接固定的导电体50，应当理解的是，对于分体式的光伏发电效率管理智能优化器，即一个组件中需要使用三个时，相邻的智能优化器之间是需要连接电缆的，为了生产时的部件标准化，便于零件管理以及降低生产成本，本发明的光伏发电效率管理智能优化器可以采用标准化的设计，在每个智能优化器100的控制电路板20两个端部均设置有导电体50，当然，用户可以根据智能优化器100的安装位置来进行不同的设计；导电体50为铜质，导电体50的一端与控制电路板20的电缆连接区24连接，导电体50的另一端与电缆线40铆接连接。在一实施例中，导电体50与电缆线40连接的一端为u型结构，且其两侧中部设有缺口51。在与电缆线40进行连接时，电缆线40头部置于导电体50的u型结构内，导电体50与电缆线40铆接，缺口51的设计，既方便观察电缆线40的铆接情况，又方便在铆接处进行额外焊锡，使铆接处受力均匀，增加铆接牢固度，延长智能优化器100的使用寿命。

在另一优选的实施方式中，所述的导电体可以是电缆连接区24的一部分，电缆线直接通过电阻焊与电缆连接区焊接固定。

请参见图1，盒体10的两端设有电缆线安装部11和卡扣12，卡扣12可拆卸地安装于电缆线安装部11的下方，卡扣12的结构与电缆线安装部11的结构相匹配，电缆线安装部11与卡扣12的内部形成供电缆线40穿过的通道。安装过程中，电缆线40从电缆线安装部11与卡扣12形成的通道内穿过，卡扣12与电缆线安装部11对应扣合，将电缆线40固定。

请参见图1，盒体10上设有用于将盒体10与盒盖30定位安装的第一安装结构13，盒盖30上设有与第一安装结构13相匹配的第二安装结构31。第一安装结构13、第二安装结构31的数量及位置可以根据实际需求进行设计。在一实施例中，第一安装结构13为卡块，第二安装结构31为卡槽，卡块的结构与卡槽的结构相匹配。在实际制造过程中，盒体10采用全密封灌胶方式进行密封，盒盖30卡装到盒体10上，防水防尘能力强，可确保智能优化器100具有较长的使用寿命。

请结合参见图5至图7，图5为本发明的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器应用于光伏组件的示意图；图6为本发明的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器应用于光伏组件子串的电气系统连接图；图7为图6中a处的结构放大图。本发明的一种子串级光伏发电效率管理智能优化器100应用于光伏组件中时，光伏组件子串汇流条60直接与每个智能优化器100中的子串级汇流条连接区23焊接连接，每个子串中均有mppt控制模块21，可以独立进行子串的mppt控制，实现子串级优化，消除最小板间性能失配问题；采用智能旁路二极管22，可保证系统具有更小的温升和功耗，更高的可靠性。如图7所示，在mppt控制模块驱动dc/dc变换器，智能旁路二极管连接在单串电池片负极与dc/dc输出正极之间之间，dc/dc变换器电流采集部分设置有lc滤波电路，消除干扰信号，保证系统的控制精度。

综上所述，本发明提供一种子串级光伏发电效率管理智能优化器，控制电路板上集成mppt控制模块，可实现子串级发电效率优化，独立进行mppt控制，消除最小板间性能失配问题，提高光伏系统发电能力；采用智能旁路二极管替代传统旁路二极管，达到更小的温升和更低的功耗，提高光伏系统可靠性；导电体的u型结构及中间缺口设计，既方便观察电缆线的铆接情况，又方便进行额外焊锡，使铆接处受力均匀，增加电缆线连接牢固度。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。