光伏供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种光伏供电系统，其包括M个光伏电池组件、N个光伏逆变器、电压源和电网，所述光伏逆变器包括第一输入端和第一输出端，任意一个所述第一输入端都有至少一块所述光伏电池组件接入，所述第一输出端并联并电连接所述电网，所述第一输入端通过所述电压源接大地，其中，N为大于等于1的整数，M为大于等于1的整数。本发明提供的光伏供电系统，通过所述任意一个光伏逆变器的第一输入端到大地之间接电压源，从而使整个光伏供电系统的光伏电池组件都处于正偏压下，进而抑制光伏PID效应的发生，减少了光伏电池组件的衰减，提高了光伏供电系统的发电能力。
【专利说明】光伏供电系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光伏供电系统。
【背景技术】
[0002] 德国的SUNP0WER公司2005年发现光伏组件长期在高电压作用下使得玻璃、封 装材料之间存在漏电流，大量电荷集聚在电池表面，使电池表面钝化效果恶化，导致光伏 组件性能低于标准设计，从而引起发电效率衰减，这就是光伏组件的潜在电势诱导衰减 (Potential Induced Degradation，PID);在 2010 年，NREL 和 Solon 证实了无论光伏组件 采用何种技术的P型晶硅电池片，光伏组件在负偏压下都有PID风险。最新研究结果表明， 光伏组件在负偏压下一些年后，最大能引起光伏组件输出功率70%的衰减，极大影响光伏 供电系统的发电能力。
[0003] 为了抑制光伏组件的PID效应，业内通常采用三种方法来解决该问题：方法一：通 过将电池板负极接大地来抑制光伏组件的PID效应，请参考图1 ;方法二：夜间通过对每一 路光伏组件的负极对大地施加正向电压的方式来抑制光伏组件的PID效应；方法三：选用 具有抗PID性能的光伏电池组件来抑制光伏组件的PID效应。
[0004] 其中，方法一比较适合单个集中式逆变器供电系统，对于多个逆变器并联系统，由 于各个逆变器输入光伏电压不一致，而各个逆变器输出并接在一起，其内部母线中点电位 相等，如果各个逆变器输入负极都接大地，即各个逆变器的内部母线中点到负极电位全部 一致，对无升压电路的逆变器构成的逆变器并联系统，当逆变器各个逆变器输入光伏电压 不一致，上下母线将不均压，造成逆变器保护关机不工作，甚至损坏；对于两级拓扑结构的 逆变器构成的并联系统，逆变器各个逆变器输入光伏电压不一致但母线电压一致，对各逆 变器影响不大，如果出现各逆变器之间母线电压不一致的情况，因各个逆变器的内部母线 中点到负极电位相等，必然造成上下母线电压不均情况出现；方法二对于多台逆变器并联 系统是相对较好的方法，但是需要对每台逆变器都需要增加相关抑制，成本和系统复杂度 都有不小的提升，同时由于白天光伏逆变器还是工作在负偏压下，夜间对光伏组件功率输 出修补的效果不能100%，还是有一定功率的损失；方法三会提升整体系统成本。
[0005] 可见，如何提供一种结构简单、低成本并能抑制光伏PID效应的光伏供电系统，是 本领域技术人员需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本及能抑制光伏PID效应的光伏供电 系统。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供如下技术方案。
[0008] 本发明提供了一种光伏供电系统，其包括Μ个光伏电池组件、N个光伏逆变器、电 压源和电网，所述光伏逆变器包括第一输入端和第一输出端，任意一个所述第一输入端都 有至少一块所述光伏电池组件接入，所述第一输出端并联并电连接所述电网，所述第一输 入端通过所述电压源接大地，其中，N为大于等于1的整数，Μ为大于等于1的整数。
[0009] 其中，所述光伏供电系统还包括变压器，所述变压器包括第二输入端和第二输出 端，所述第一输出端和所述第二输入端电连接，所述第二输出端和所述电网电连接。
[0010] 其中，所述第一输入端包括第一负极，所述光伏供电系统还包括电压源，所述电压 源包括第二正极和第二负极，所述第一负极和所述第二正极电连接。
[0011] 其中，所述第二负极接大地。
[0012] 其中，所述光伏供电系统还包括保险丝，所述保险丝串接在所述第二负极和大地 之间。
[0013] 其中，所述光伏供电系统还包括保险丝和可控开关，所述保险丝串接在所述第二 负极和所述可控开关之间，所述可控开关接大地。
[0014] 其中，所述光伏供电系统还包括半导体功率管，所述半导体功率管串接在所述第 二负极电连接和大地之间。
[0015] 其中，所述光伏供电系统还包括保险丝和半导体功率管，所述保险丝串接在所述 第二负极和所述半导体功率管之间，所述半导体功率管接大地。
[0016] 其中，所述电压源为隔离的电压源，所述电压源包括输入变换部分、变压器隔离部 分和输出部分，所述输入变换部分的输入端和所述光伏逆变器的第一输出端电连接，所述 输入变换部分的输出端和所述输变压器隔离部分的输入端电连接，所述变压器隔离部分的 输出端再与所述输出部分的输入端电连接，所述输出部分输出端的负极接大地，所述输出 部分输出端的正极与所述光伏逆变器的第一输入端的第一负极电连接。
[0017] 其中，所述电压源为非隔离的电压源，所述电压源包括第一电压源和变换电路，所 述第一电压源的负极和光伏逆变器的第一输入端的第一负极电连接，所述变换电路的输入 端与所述第一电压源电连接，所述变换电路的输出端的负极接大地，所述变换电路的输出 端的正极与所述光伏逆变器的第一输入端的第一负极电连接。
[0018] 本发明提供的光伏供电系统，通过所述任意一个光伏逆变器的第一输入端到大地 之间接电压源，从而使整个光伏供电系统的光伏电池组件都处于正偏压下，进而抑制光伏 PID效应的发生，减少了光伏电池组件的衰减，提高了光伏供电系统的发电能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以从这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为现有技术公开的光伏组件负极接地的光伏供电系统结构示意图。
[0021] 图2为本发明第一种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0022] 图3是图2中电压源的第一实施方式的电路示意图。
[0023] 图4是图2中电压源的第二实施方式的电路示意图。
[0024] 图5是图2的进一步细化的电路示意图。
[0025] 图6为本发明第二种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0026] 图7为本发明第三种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0027] 图8为本发明第四种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0028] 图9为本发明第五种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0029] 图10为本发明第六种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0030] 图11为本发明第七种实施例提供的光伏供电系统示意图。
[0031] 图12为本发明第八种实施例提供的光伏供电系统示意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清 楚、完整地描述。
[0033] 请参照图2,本发明提供的光伏供电系统100,包括Μ个光伏电池组件10、N个光伏 逆变器20、隔离变压器30及电网40。
[0034] 所述光伏逆变器20包括第一输入端和第一输出端，任意一个所述第一输入端都 有至少一块所述光伏电池组件10接入，所述第一输出端并联并电连接所述隔离变压器30， 所述隔离变压器30电连接所述电网40,其中，N为大于等于1的整数，Μ为大于等于1的整 数。
[0035] 所述变压器30包括第二输入端和第二输出端，所述第一输出端和所述第二输入 端电连接，所述第二输出端和所述电网40电连接。
[0036] 每一个所述第一输入端包括第一负极和第一正极，所述光伏供电系统100还包括 电压源50,所述电压源50包括第二正极和第二负极，所述第一负极和所述第二正极电连 接。换而言之，所述光伏逆变器的第一输入端的第一负极通过所述电压源50接地。
[0037] 在本实施方式中，第一正极与光伏电池组件10的正极电连接，第一负极与光伏电 池组件10的负极电连接。
[0038] 在本发明的一种实施方式中，请参考图3,电压源50为隔离的电压源，所述电压源 50包括输入变换部分52、变压器隔离部分54和输出部分56,所述输入变换部分52的输入 端接光伏逆变器20的第一输出端，所述输入变换部分52的输出端和所述输变压器隔离部 分的输入端54电连接，所述变压器隔离部分54的输出端再与所述输出部分56的输入端电 连接，所述输出部分56的输出端的负极接大地，所述输出部分56输出端的正极与光伏逆变 器20的第一输入端的第一负极电连接。
[0039] 在本发明的另一种实施方式中，请参考图4,电压源50'为非隔离的电压源，所述 电压源50'包括第一电压源58和变换电路59,所述第一电压源58的负极接光伏逆变器20 的第一输入端的第一负极电连接，所述变换电路59的输入端与所述第一电压源58电连接， 所述变换电路59的输出端的负极接大地，所述变换电路59的的输出端的正极与光伏逆变 器20的第一输入端的第一负极电连接。
[0040] 请参考图5,由于所述光伏逆变器20的第一输出端并联接在一起，然后通过一个 隔离变压器30连接到电网40,所述光伏逆变器内部母线电容中点电位相等，即第一个光伏 逆变器20内部母线电容中点电位与第二个光伏逆变器20内部电容中点的电位及第Ν个光 伏逆变器20内部母线电容中点的电位相等。第Ν个光伏逆变器20内部电容中点电位为 Vbus/2+Vl，VI为光伏逆变器20的第一输入端的第一负极到大地的电压，即电压源50的电 压，其值大于0。当Ν个光伏逆变器20内部母线电压都一致时，由于Ν个光伏逆变器20内 部电容中点电位相等，第1个到第Ν-1个光伏逆变器的第一输入端的第一负极到大地的电 压都为VI ;当N个光伏逆变器20内部母线电压不一致时，可视为两种情况：1、第N个光伏 逆变器20内部母线电压比其他光伏逆变器20的内部母线电压都高，其母线电压记为Vbus_ N，其中，VI为第N个光伏逆变器20的第一输入端的第一负极到大地的电压，即电压源50的 电压，其值大于〇,其他光伏逆变器20内部母线电压依次记为Vbus_l、Vbus_2…Vbus_N-l， 其中，Vbus_N>Vbus_l、Vbus_N>Vbus_2,…，Vbus_N>Vbus_N_l，第 1 个光伏逆变器 20 的第 一输入端的第一负极到大地的电压为（Vbus_N/2-Vbus_l/2)+Vl且大于0,第2个光伏逆 变器20的第一输入端的第一负极到大地的电压为（Vbus_N/2-Vbus_2/2)+Vl且大于0,第 N-1个光伏逆变器20的第一输入端的第一负极到大地的电压（Vbus_N/2-Vbus_N-l/2)+Vl ; 2、第N个光伏逆变器20内部母线电压比其他光伏逆变器20的内部母线电压都低，如果其 母线电压小于母线电压设定值，视为光伏供电系统100不工作或故障，上报给监控告警； 如果其母线电压大于母线电压设定值，此时母线电压设定最小值为"s/^Vline，Vline为电 网40的线电压，第1个光伏逆变器20的第一输入端的第一负极到大地的电压为（Vbus_ N-1/2- VIVline/2 )+Vl，第N个光伏逆变器20的第一输入端的第一负极到大地的电压为 (Vbus_N/2- VIviine/2 )+Vl，第N-1个光伏逆变器20的第一输入端的第一负极到大地的 电压（Vbus_N-l/2- VIviine/2 )+ν?，此时，为了使光伏逆变器20的第一输入端的第一负 极到大地的电压为正电压，Vl>(Vbus_N-l/2-VIviine/2 )。换而言之，因本发明的所述光 伏逆变器20的第一输入端通过电压源50接大地，同时不管在何种情况下，本发明的电压源 50的电压均为正电压，使得所述光伏逆变器20处于正偏压下，而所述光伏逆变器20的第一 输入端的负极与光伏电池组件10的负极电连接，从而光伏电池组件10处于正偏压下，进而 抑制光伏PID效应的发生，减少了光伏电池组件10的衰减，提高了光伏供电系统的发电能 力。
[0041] 在本实施方式中，母线电容中点电位为每个光伏逆变器20内部两电容之间的电 位。
[0042] 更进一步，因本发明的光伏供电系统100包括N个并联的光伏逆变器20，其中N为 大于等于1的整数，即本发明的光伏供电系统100不仅适合单个集中式光伏逆变器供电系 统而且适合多个光伏逆变器并联系统。而且，不需要给每一个光伏逆变器20增加补偿电路 就可以达到抑制光伏PID效应的目的，同时也不需要使用具有抗PID性能的光伏电池组件 10就可以达到抑制光伏PID效应的目的，使得本发明的光伏供电系统100不仅结构简单，而 且成本低廉。
[0043] 请参考图6,为本发明第二种实施方式的光伏供电系统100a，第二种实施方式的 光伏供电系统l〇〇a与第一种实施方式中的光伏供电系统100的结构相似，实现的功能 相似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：第二种实施方式的光伏供电系统 l〇〇a中没有隔离变压器，即所述光伏逆变器20a的第一输出端直接与电网40a连接。
[0044] 请参考图7,为本发明第三种实施方式的光伏供电系统100b，第三种实施方式的 光伏供电系统l〇〇b与第一种实施方式中的光伏供电系统100的结构相似，实现的功能相 似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：电压源50b通过保险丝60b接地，即所 述电压源50b的第二负极与保险丝60b电连接，保险丝60b接地，或者说保险丝60b串接在 所述电压源50b的第二负极和地之间。
[0045] 因在所述电压源50b的第二负极和大地之间串联一个保险丝60b，当从光伏逆变 器20b的第一输入端的第一负极通过电压源50b到大地的漏电流太大时，保险丝60b能断 开光伏逆变器20b的第一输入端的第一负极和大地之间的漏电流回路，从而保护光伏逆变 器20b不受损坏。
[0046] 请参考图8,为本发明第四种实施方式的光伏供电系统100c，第四种实施方式的 光伏供电系统100c与第三种实施方式中的光伏供电系统100b的结构相似，实现的功能相 似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：保险丝60c通过控制开关70c接地，即 所述电压源50c的第二负极与保险丝60c电连接，保险丝60c和控制开关70c电连接，控制 开关70c接地，或者说所述保险丝60c串接在所述电压源50c的第二负极和所述可控开关 70c之间，所述可控开关70c接地。
[0047] 因在所述电压源50c和大地之间增加了所述可控开关70c，进一步提高了灵活性 和智能性。
[0048] 请参考图9,为本发明第五种实施方式的光伏供电系统100d，第五种实施方式的 光伏供电系统l〇〇d与第一种实施方式中的光伏供电系统100的结构相似，实现的功能相 似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：电压源50d通过半导体功率管80d接 地，即所述电压源50d的第二负极与半导体功率管80d电连接，半导体功率管80d接地，或 者说半导体功率管80d串接在所述电压源50d的第二负极和地之间，所述半导体功率管80d 可以正反接。
[0049] 在本实施方式中，半导体功率管80d为二极管、IGBT，或者M0SFET等具有单向导通 能力的半导体功率管。
[0050] 因在光伏逆变器20d的第一输入端的第一负极和大地之间串接有半导体功率管 80d，从而阻断了光伏逆变器20d的第一输入端的第一负极通过电压源50d到大地的漏电流 正向回路，但是大地通过半导体功率管80d和电压源50d，到光伏逆变器20d的第一输入端 的第一负极这个反向回路没有阻断，当电压源50d的负极电压低于大地电压，半导体功率 管80d导通，电压源50d的负极电压被拉到大地电压，光伏逆变器20d的第一输入端的第一 负极和大地的电压为电压源50d的电压VI，这即阻断正向漏电流回路，但又能保证不影响 性能。
[0051] 请参考图10,为本发明第六种实施方式的光伏供电系统100f，第六种实施方式的 光伏供电系统l〇〇f与第五种实施方式中的光伏供电系统l〇〇d的结构相似，实现的功能相 似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：电压源50f通过保险丝60f和半导体 功率管80f接地，即所述电压源50f的第二负极与保险丝60f电连接，保险丝60f和半导体 功率管80f电连接，半导体功率管80f接地，或者说保险丝60f串接在所述电压源50f的第 二负极和半导体功率管80f之间，半导体功率管80f接地。
[0052] 因在光伏逆变器20f的第一输入端的第一负极和大地之间串接有半导体功率管 80f，从而阻断了光伏逆变器20f的第一输入端的第一负极通过电压源50f到大地的漏电流 正向回路，但是大地通过半导体功率管80f和电压源50f，到光伏逆变器20f的第一输入端 的第一负极这个反向回路没有阻断，当电压源50f的负极电压低于大地电压，半导体功率 管80f导通，电压源50f的负极电压被拉到大地电压，光伏逆变器20f的第一输入端的第一 负极和大地的电压为电压源50f的电压VI，这即阻断正向漏电流回路，但又能保证不影响 性能。而且在半导体功率管80f和电压源50f之间串联保险丝60f，从而确保了异常情况 下能断开光伏逆变器20f的第一输入端的第一负极到大地的漏电流回路，保护光伏逆变器 20f逆变器不受损坏。
[0053] 请参考图11，为本发明第七种实施方式的光伏供电系统100g，第七种实施方式的 光伏供电系统l〇〇g与第一种实施方式中的光伏供电系统100的结构相似，实现的功能相 似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：所述电压源50g连接一个侦测电路 51g，所述侦测电路51g用于侦测所述电压源50g的状态，并上报给所述光伏逆变器20g内 部的控制芯片，所述控制芯片根据上报的所述电压源50g的信息发出告警信号或关机信 号。
[0054] 因侦测电路51g可以侦测电压源50g的状态，并通过控制芯片发出告警信号或关 机信号，从而提高了光伏供电系统l〇〇g的安全性。
[0055] 请参考图12,为本发明第八种实施方式的光伏供电系统100h，第七种实施方式的 光伏供电系统l〇〇h与第一种实施方式中的光伏供电系统100的结构相似，实现的功能相 似，并可以达到基本相同的技术效果，其不同仅在于：所述电压源50h连接一个通信电路 53h，所述控制电路53h连接一个监控电路54h，所述控制电路53h用于侦测所述电压源50h 的状态并直接上报给监控电路54h，所述监控电路54h根据上报的所述电压源50的信息发 出告警信号或关机信号。
[0056] 因控制电路53h可以侦测电压源50h的状态，并通过监控电路54h发出告警信号 或关机信号，从而提高了光伏供电系统l〇〇h的安全性。
[0057] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种光伏供电系统，其特征在于，所述光伏供电系统包括Μ个光伏电池组件、N个光 伏逆变器、电压源和电网，所述光伏逆变器包括第一输入端和第一输出端，任意一个所述第 一输入端都有至少一块所述光伏电池组件接入，所述第一输出端并联并电连接所述电网， 所述第一输入端通过所述电压源接大地，其中，N为大于等于1的整数，Μ为大于等于1的整 数。
2. 如权利要求1所述的光伏供电系统，其特征在于，所述光伏供电系统还包括变压器， 所述变压器包括第二输入端和第二输出端，所述第一输出端和所述第二输入端电连接，所 述第二输出端和所述电网电连接。
3. 如权利要求1或2所述的光伏供电系统，其特征在于，所述第一输入端包括第一负 极，所述电压源包括第二正极和第二负极，所述第一负极和所述第二正极电连接。
4. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述第二负极接所述大地。
5. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述光伏供电系统还包括保险丝， 所述保险丝串接在所述第二负极和所述大地之间。
6. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述光伏供电系统还包括保险丝 和可控开关，所述保险丝串接在所述第二负极和所述可控开关之间，所述可控开关接所述 大地。
7. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述光伏供电系统还包括半导体 功率管，所述半导体功率管串接在所述第二负极和所述大地之间。
8. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述光伏供电系统还包括保险丝 和半导体功率管，所述保险丝串接在所述第二负极和所述半导体功率管之间，所述半导体 功率管接所述大地。
9. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述电压源为隔离的电压源，所述 电压源包括输入变换部分、变压器隔离部分和输出部分，所述输入变换部分的输入端和所 述光伏逆变器的第一输出端电连接，所述输入变换部分的输出端和所述变压器隔离部分的 输入端电连接，所述变压器隔离部分的输出端与所述输出部分的输入端电连接，所述输出 部分的输出端的负极接所述大地，所述输出部分的输出端的正极与所述光伏逆变器的第一 输入端的第一负极电连接。
10. 如权利要求3所述的光伏供电系统，其特征在于，所述电压源为非隔离的电压源， 所述电压源包括第一电压源和变换电路，所述第一电压源的负极和所述光伏逆变器的第一 输入端的第一负极电连接，所述变换电路的输入端与所述第一电压源电连接，所述变换电 路的输出端的负极接所述大地，所述变换电路的输出端的正极与所述光伏逆变器的第一输 入端的第一负极电连接。
【文档编号】H02S40/32GK104242811SQ201410496028
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】彭书芳 申请人:彭书芳