一种安全可靠的光伏组件防火灾关断系统的制作方法

1.本发明涉及光伏关断技术领域，更具体地涉及一种安全可靠的光伏组件防火灾关断系统。


背景技术：

2.随着光伏发电的澎湃发展，越来越多问题呈现在大家面前，目前最严肃的问题莫过于发生火灾等事故时，无法切断光伏组件直流电路，对消防救生人员生命安全带来威胁。
3.近几年来，也有不少专家提出过系列光伏关断方案，但一般都是利用mos功率器件或机械开关来切断各组件间的连接，虽然一定程度上提高了安全性，但也存在不少问题：
4.从行业上说，虽然有很多人提出了关断方案，但都是在组串中串入多个开关器件将组串切断成一个个孤立的组件，每个组串的实际的直流输出为40v左右，理论上可行，但实际上行不通，主要是每个开关都有接触电阻和耐压问题，平时接触电阻上有大电流流过时，就会耗电产生热量且影响可靠性，多个开关动作，总会有先后，第一个动作的开关将会承受数百伏或上千伏的电压而击穿，相当于短路，这样第二个，第三个以及之后动作的开关也会依次如此，所以谈不上可靠性。
5.问题1：mos器件高温特性较差，在结温达到180度或以上时，会形成热击穿，而火灾现场温度很容易超过这个界限，使得这一原理的关断系统形同虚设。
6.问题2：mos功率器件需要承受较高的电压和电流，器件的可靠性差，需要选用耐压1000v以上，额定电流50a以上的mos管，这类mos管导通电阻在40mr左右，当有20a电流通过时，每个mos管将会产生10多瓦的功耗，不仅影响发电效率，更主要会发热而加速老化，且价格较贵，难以减少成本。
7.问题3：就算采用机械开关，因关断器件的耐压有限，触点间可能引起电弧，可能带来危险性甚至灾难，机械开关的触点电阻也在10mr，平时每个开关也会消耗约4w的功率，几十个开关串联时，功耗也不可小觑。


技术实现要素：

8.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种安全可靠的光伏组件防火灾关断系统，以解决上述背景技术中存在的问题。
9.本发明提供如下技术方案：一种安全可靠的光伏组件防火灾关断系统，包括有指令盒，关断盒，光伏电缆，光伏组件以及控制线束等，所述光伏组件通过导线串联成一个组串，所述组串中的其中一个光伏组件通过导线连接指令盒，其它光伏组件均并联一个关断盒，所述指令盒由微处理器，路由器，传感器以及防反二极管组成，所述指令盒的指令输出端连接控制+以及控制-，所述关断接线盒的控制端通过控制线束与指令盒进行连接，所述关断盒控制端并联微型继电器j1以及由光耦发射端a，光耦接收端b，电阻r1，r2，r3，r4，电容c以及一个mos管构成控制电路，所述光伏组件电压通过pv+以及pv-接入关断盒，所述pv+与pv-连接有r1电阻以及光耦发射端a，所述关断盒内设有磁保持继电器j2，所述微型继电
器j1所在电路设有开关触点j1-k1以及j1-k2，所述磁保持继电器j2位于微型继电器j1的两组开关触点j1-k1，j1-k2之间，所述磁保持继电器j2所在的电路设有开关触点j2-k，所述磁保持继电器j2的开关触点j2-k并联到对应组件的输出端pv+和pv－，当磁保持继电器j2两端接收到正向脉冲电压时，其开关触点j2－k闭合，将对应组件的输出端短路，此组件输出电压降为0，相反，当磁保持继电器j2两端接收到负向脉冲时，开关触点j2－k断开，对应组件恢复输出，正常工作时关断盒在断开状态，而当火灾事故发生时，通过指令盒向关断盒发出指令，让磁保持继电器j2的开关触点j2-k接通，这样组件的输出被短路掉了，不再向外输出电力，在正常使用时j2开关不工作，不耗电，不发热，也就没有了可靠性问题，只在有事故时，瞬间消耗少量电量来达到关闭组件的目的。
10.进一步的，所述防反二极管d1具有防电流回流功能，当所述安全可靠的光伏组件防火灾关断系统是由多个组串并联而成，则每个所述组串内的正极流出端均串联有一个防反二极管d1，所述防反二极管d1与光伏电缆串联在汇流逆变系统形成回路，如果其中一个组串发生短路，通过防反二极管防止其他组串电流从正极方向倒灌，避免了光伏组件以及其它控制电路的损坏。
11.进一步的，所述微处理器以及路由器组合后具有智能检测及数据远传功能，能通过4g/5g，wifi等网关和云端服务器连接，用户可通过pc端，手机端向指令接线盒以及关断接线盒发布指令，也可以查询传感器数据。
12.进一步的，所述r1的电阻阻值为5.1k，所述r2以及r3电阻阻值为100k，所述r4的电阻阻值为2k，目的是为光耦a以及mos管提供合适的电流值及电压偏置，具体值可根据mos管的开通电压适当调整。
13.进一步的，所述磁保持继电器j2的电压以及功率为24v/1w，所述微型继电器j1的电压及其功率为24v/0.4w，所述防反二极管d1的耐压为1000v，电流30a，具有防回流功能。
14.本发明的技术效果和优点：
15.1.本发明在本装置平时正常工作时，关断盒不工作，流过磁保持继电器j2的电流为0a，不消耗电能，也大大延长了使用年限。
16.2.本发明通过关断盒在关断时，组串电压被限制在40v左右，避免了高压电弧的产生和对触点的烧灼损害，磁保持继电器j2并不会像其它电子器件那样遇高温击穿，且关断动作后即使控制线路失电，也不会释放，保证救援人员的安全。
17.3.本发明通过指令盒中的防反二极管d1防止电流回流的作用，防止电流由其它组串向本组串倒灌，指令盒中的传感器，可以将组串电流，盒体中温度等参数通过微处理器以及路由器上报至云端供用户在电脑端或手机端查看。
18.4.本发明在控制线路发生故障时，会主动关断组件输出，大大提高了系统安全性。
附图说明
19.图1为本发明的整体结构以及指令盒示意图。
20.图2为本发明的实施例二多组串并联连接示意图。
21.图3为本发明的关断盒电路示意图。
22.图4为本发明的实施例三的示意图。
23.图5为本发明的实施例四的示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的安全可靠的光伏关断系统并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
25.参照图1-3，本发明提供了一种安全可靠的光伏组件防火灾关断系统，包括有指令盒，关断盒，光伏电缆，光伏组件以及控制线束等，所述光伏组件通过导线串联成一个组串，所述组串中的其中一个光伏组件通过导线连接指令盒，其它光伏组件均并联一个关断盒，所述指令盒由微处理器，路由器，传感器以及防反二极管组成，指令盒的指令输出端连接控制+以及控制-，关断接线盒的控制端通过控制线束与指令盒进行连接，关断盒控制端并联微型继电器j1以及由光耦发射端a，光耦接收端b，电阻r1，r2，r3，r4，电容c以及一个mos管构成控制电路，光伏组件电压通过pv+以及pv-接入关断盒，pv+与pv-连接有r1电阻以及光耦发射端a，关断盒内设有磁保持继电器j2，微型继电器j1所在电路设有开关触点j1-k1以及j1-k2，磁保持继电器j2位于微型继电器j1的两组开关触点j1-k1，j1-k2之间，磁保持继电器j2所在的电路设有开关触点j2-k，磁保持继电器j2的开关触点j2-k并联到对应组件的输出端pv+和pv－，当磁保持继电器j2两端接收到正向脉冲时，其开关j2－k闭合，将对应组件的输出端短路，此组件输出电压降为0，相反，当磁保持继电器j2两端接收到负向脉冲时，开关触点j2－k断开，对应组件恢复输出，而在火灾事故发生时，通过指令盒向关断盒发出指令，让磁保持继电器j2的开关j2-k接通，这样组件的输出被短路掉了，不再向外输出电力，在正常使用时开关不工作，不耗电，不发热，也就没有了可靠性问题，只在有事故时，消耗少量电量来达到关闭组件的目的。
26.其中，光伏电缆对多个关断盒进行串联，其中一个光伏组件处通过导线连接指令盒，指令盒内设有微处理器以及路由器，指令盒处的光伏组件串联有一个传感器，关断盒通过导线并联后与指令盒进行串联，指令盒的输出端串联有一个防反二极管d1。
27.其中，防反二极管d1具有防电流回流功能，多组串并联工作时，每个组串内的正极流出端均串联有一个防反二极管，如果其中一个组串发生短路，通过防反二极管防止其他组串电流会从正极方向倒灌，防止损坏光伏组件及控制电路。
28.其中，微处理器以及路由器组合后具有智能检测及数据远传功能，能通过4g/5g，wifi等网关和云端服务器连接，用户可通过pc端，手机端向指令接线盒以及关断接线盒发布指令，也可以查询传感器数据。
29.其中，r1的电阻阻值为5.1k，r2以及r3电阻阻值为100k，所述r4的电阻阻值为2k。
30.其中，磁保持继电器j2的电压以及功率为24v/1w，微型继电器j1的电压及其功率为24v/0.4w，d1具有防回流功能。
31.本发明实施例一的工作原理：
32.s1、关断接线盒内置磁保持继电器j2，控制端通过控制线束和指令盒连接，需要正常工作时，指令盒发出开通指令，对控制+，控制-间加24v直流电压，微型继电器j1吸合，其两组开关触点j1-k1，j1-k2均切换到位置1，电容c经r2，r3分压后充电至mos管开通电压，mos管导通，电流流向为：控制+
→
j1-k1
→
j2
→
j1-k2
→
mos
→
控制-，给磁保持继电器j2一个上正下负的脉冲，磁保持继电器j2得到负向脉冲，其开关触点j2-k断开，组件正常工作发
电，此时光耦发射端a在组件电压的作用下通过r1点亮内部发射管，光耦接收端b受到光照而导通，电容c经r4及光耦接收端b放电，直至低于mos截止电压，mos管截止，磁保持继电器j2电流被切断，这样，磁保持继电器j2在得到负向脉冲后，使其开关触点打开，且瞬间断电保持，不再消耗电能，而组件正常发电。
33.指令盒发送开通指令后数秒后，在cpu程序控制下，将控制+和控制-两端电压降至微型继电器j1的维持电压(约10v)，微型继电器j1功耗降到0.1w下，状态维持不变。
34.当发生火灾事故时，用户通过pc端或手机端向指令盒发出关断指令，指令盒关闭控制+，控制-间的直流电压，微型继电器j1失电释放，其两组开关触点j1-k1，j1-k2均切换到位置2，磁保持继电器j2得到一个由对应组件提供的上正下负的正向脉冲，其开关触点j2-k接通，将组件pv+，pv-短路，组件输出电压降为0，磁保持继电器j2也失电保持，这样除了第一个组件，其它组件输出都降为0，整个组串只有第一个组件有电压，系统是安全的，可以实施救援；
35.当在除了用户人为主动发出指令，关断组件输出外，如果因为意外致使控制线路损坏，如断线，短路等，关断盒中的微型继电器j1会主动释放，自动向磁保持继电器j2提供正向脉冲，组串就会自主关断，进一步提高了安全可靠性。
36.综上，本发明在火灾安全关断方面有其独特的安全性和经济性。
37.实施例二：
38.参见图2，本实施例是多组串并联工作的原理图，各个组串的结构相同，只是相互并联后汇流至逆变器输入端。
39.用户通过手机，pc端或本地控制端发送开通或关断指令时，各指令盒向本组串发送指令，所有组串可以同时动作，亦可以选择性地开通或关断，为用户使用和维护提供了方便。
40.工作原理和实施例1相同。
41.实施例三：
42.参照图4，实施例三相交于实施例一区别在于：关断盒内电器零件只有磁保持继电器j2，以及其开关j2-k，开关j2-k和组件输出相并联，关断盒的控制端和控制线束相连接。
43.本发明实施例三的工作原理：
44.需要开通时，由指令盒发出一个上负下正的负向脉冲，关断盒就可以将开关j2-k断开，组件恢复发电，需要关断时，由指令盒发出一个上正下负的正向脉冲，关断盒就可以将开关j2-k接通，将组件输出pv+，pv－短路掉，这种方案的好处是，关断盒内部结构大为简化，可靠性更好。
45.实施例四：
46.参照图5，实施例四与实施例一的区别在于：pv+，pv－用mos管并接于组件输出两端pv+以及pv－，替代微型继电器j1，关断盒中设有24v-24vdc-dc隔离转换器，其输入接到控制端，输出正端经电阻r2其阻值约为10k，接到mos管，输出pv－端接到mos源极端s，mos管和源极间接有吸收电阻r1，约10k。
47.本发明实施例四的工作原理：
48.采用短路输出的方法来切断组件的输出，也就为采用低压mos管作为关断器件提供了有利条件，mos受高温热击穿，在一般串联关断方案是不能用来作为高可靠性关断器件
的，但在本系统中，即便发生了热击穿，也只是把组件短路，组件是没有输出的；
49.正常工作时，指令盒停止输出控制电平，控制+和控制-间没有电压，dc-dc不工作，输出端6和4间也没有电压，此时mos管没有电压，mos处于截止关闭，组件正常发电输出；
50.当需要关断组串输出时，只需要经指令盒发出一个持续的电平24v，则dc-dc隔离转换器工作，输出端6和4端产生了足以使mos管开通的电平，mos开通，组件输出端pv+，pv-被短路，不再有输出，达到关断组件和组串的目的，此方案优点是，利用低压(60v/40a)mos管替代磁保持继电器，对mos管没有耐压要求，成本降低；
51.正常工作时，mos处于截止状态，装置不消耗电功率。
52.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
53.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
54.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。