光伏并联优化器的制作方法

1.本实用新型涉及光伏技术领域，尤其涉及一种光伏并联优化器。


背景技术：

2.虽然大功率光伏组件不断地推出，但单块光伏板的输出电流相对较低，当前市面光伏板输出电流均不超过18a，最大连续输出电流通常在15a以下，对于72片及以上电池片的光伏板，甚至只有12a或以下。在很多应用场合下，仍然必须将光伏板并联使用，以提高光伏阵列的输出电流，进而得到更大的输出功率。
3.目前，市面上光伏板并联的方案共有两种：一种是直接采用三通或者多通接头，简单的将两块或多块光伏板并联，另一种是在光伏板正输出端串联防反二极管后再并联在一起。其中，当采用三通或多通接头直接将光伏板相连时，由于光伏板特性(光伏板自身的不一致性、光伏板表面集污、热斑效应等)和应用环境(光照角度、光照均匀度、环境或云层遮挡等)的差异，容易产生电流倒灌现象从而降低光伏板寿命甚至损坏光伏板。当通过防反二极管(如肖特基二极管)并联时，因为光伏常用防反二极管的压降通常在0.6v甚至1v以上，一旦大电流通过，则系统损耗大，导致二极管处发热严重，尤其是散热设计不佳时极易造成线路或者相关器件的损坏。
4.因此，亟需一种新的并联方案，能够解决上述两种并联方案所存在的技术缺陷，不仅能在并联应用时避免光伏板及其相关器件损坏，提高系统安全。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种光伏并联优化器，能够解决现有技术所存在的问题，即能在并联应用时避免光伏板及其相关器件损坏，防止电流倒灌现象，提高系统安全。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种光伏并联优化器，其由多个开关器件和多个控制器构成；其中，
7.每一个开关器件上均设有进线端、出线端和信号控制端；每一个开关器件的进线端均通过进线与相应一个光伏板相连，出线端均通过出线与同一并联应用设备相连，信号控制端均与相应一个控制器的信号输出端相连；其中，每一个开关器件均用于在接收到所连控制器下发的高电平信号时，导通所连光伏板给所述并联应用设备供电；或在接收到所连控制器下发的低电平信号时，截止所连光伏板给所述并联应用设备供电，以防止电流倒灌现象；
8.每一个控制器上均设有两个电压采集端和信号输出端；每一个控制器的一电压采集端均与套接于所连开关器件进线上的一电压传感器相连，另一电压采集端均与套接于所连开关器件出线上的另一电压传感器相连，信号输出端均与相应一个开关器件的信号控制端相连；其中，每一个控制器上均还设有用于接收外部io或其他控制接口的信号接入端；其中，每一个控制器均用于接收外部用户或外部设备的信号指令来实现对所连开关器件的导
通或截止控制，以及对所连光伏板的功率调整、工作参数调整及故障诊断。
9.其中，每一个开关器件均为可实现电气隔离的开关器件，其类型包括mosfet、继电器、igbt和可控硅。
10.其中，每一个开关器件在开通状态下，其导通压降及功率损耗均低于常规二极管，确保较低的系统损耗。
11.其中，每一个控制器均为对所连开关器件实施控制的元器件、模块或电子电路，其类型包括理想二极管控制器和开关控制电路。
12.实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
13.1、本实用新型中每一个开关器件接收到所连控制器下发的高电平信号时，导通所连光伏板给并联应用设备供电，并在接收到所连控制器下发的低电平信号时，截止所连光伏板给并联应用设备供电，以防止电流倒灌现象，从而能在并联应用时避免光伏板及其相关器件损坏，提高系统安全；
14.2、本实用新型中每一个开关器件在开通状态下，其导通压降及功率损耗均低于常规二极管，降低了系统损耗，并可提高光伏系统的mppt效率。
15.实用新型
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。
17.图1为本实用新型实施例提供的光伏并联优化器的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例提供的光伏并联优化器的一应用场景图；
19.图3为本实用新型实施例提供的光伏并联优化器的另一应用场景图；
20.图4为本实用新型实施例提供的光伏并联优化器的又一应用场景图。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
22.如图1所示，为本实用新型实施例中，提供的一种光伏并联优化器，其由多个开关器件1和多个控制器2构成；其中，
23.每一个开关器件1上均设有进线端a1、出线端a2和信号控制端a3；每一个开关器件1的进线端a1均通过进线lin与相应一个光伏板pv相连，出线端a2均通过出线lout与同一并联应用设备相连，信号控制端a3均与相应一个控制器2的信号输出端b3相连；其中，每一个开关器件1均用于在接收到所连控制器2下发的高电平信号时，导通所连光伏板pv给并联应用设备供电；或在接收到所连控制器2下发的低电平信号时，截止所连光伏板pv给并联应用设备供电，以防止电流倒灌现象，从而能在并联应用时避免光伏板及其相关器件损坏，提高系统安全；每一个开关器件1均为可实现电气隔离的开关器件，其类型包括但不限于mosfet、继电器、igbt和可控硅等器件；
24.每一个控制器2上均设有两个电压采集端b1～b2和信号输出端b3；每一个控制器2的一电压采集端b1均与套接于所连开关器件进线lin上的一电压传感器ct1相连，另一电压采集端b2均与套接于所连开关器件出线lout上的另一电压传感器ct2相连，信号输出端b3均与相应一个开关器件1的信号控制端a3相连；其中，每一个控制器2均用于实时检测所连开关器件1的进线端及出线端的电压情况，且在对比出所连开关器件1的进线端电压大于出线端电压时，生成高电平信号并下发给所连开关器件1；或在对比出所连开关器件1的进线端电压小于出线端电压时，生成低电平信号并下发给所连开关器件1；每一个控制器2均为对所连开关器件1实施控制的元器件、模块或电子电路，其类型包括但不限于理想二极管控制器和开关控制电路。
25.在本实用新型实施例中，每一个控制器2上均还设有用于接收外部io或其他控制接口的信号接入端b4；其中，每一个控制器2均用于接收外部用户或外部设备的信号指令来实现对所连开关器件1的导通或截止控制，以及对所连光伏板pv的功率调整、工作参数调整及故障诊断，从而能在并联应用时对任一光伏板接入进行控制，既能满足并联系统时对功率控制的需求，也能用于对指定光伏板工作参数或故障的诊断等。
26.如图2至图4所示，对本实用新型实施例中的一种光伏并联优化器的应用场景做进一步说明，具体如下：
27.在图2中，通过在光伏板的正输入端(pv1+,pv2+,pvn+)接入一个可控的开关器件102，并通过一个控制电路101对开关器件102进行控制，在各开关器件102的另一端(节点“m”)进行并联，实现光伏并联优化器的主拓补结构。本并联优化器可用于逆变器特别是微逆变器的输入端，也可用于储能应用的输入端，或其他需要将光伏板并联应用的场景。
28.开关器件102为可实现电气隔离的开关器件。其典型应用包括但不限于mosfet、继电器等，当应用场景许可，也可使用igbt、可控硅等器件。该开关器件102需具备低导通阻抗，以保证pvx+到并联节点m的正向压降远低于普通二极管，以保证大电流通过时，开关器件上只有很低的损耗。低压降、低损耗是并联优化器的突出优势。
29.控制器101为可依据一定的工作条件和处理逻辑，对开关器件102实施控制的元器件、模块或电子电路，其典型应用包括但不限于理想二极管控制器、开关控制电路等。该控制器101控制开关器件102实现多路光伏板的并联时，控制器101能实时检测比对开关器件102输入输出两侧的电压情况，以作为对开关器件102的逻辑控制和精度控制的依据。此时，控制器101会实时检测开关器件102的输入侧电压与开关器件102输出侧(并联节点m)电压，在正常并联应用过程中，如果某一路光伏板电压明异常降低(如出现严重遮挡或发生故障时)，或者某一路光伏板有异常高压时，控制器101会检测到开关器件102输入与输出节点m间的反向压差，当反向压差达到某一阈值时，控制器101会关闭开关器件102，断开该路光伏板的并联通道，防止出线电流倒灌现象。这使得并联应用的其他光伏板仍可正常工作，并联输出端的电压和电流不会受异常支路的影响产生瞬变，提高了系统可靠性。
30.控制器101还能接收外部io或其他控制接口的输入信号，实现对开关器件102的控制，来实现对并联应用时的任一块光伏板的接入控制，既能满足并联系统时对功率控制的需求，也能用于对指定光伏板工作参数或故障的诊断等。
31.在图3中，控制器选用理想二极管控制器，理想二极管控制器是市售的成熟配件，可直接从市场采购，本实施例对其工作原理不再详细赘述，而开关器件选用n mosfet的应
用场景。该应用场景中mosfet源极(s)连接到光伏板的pv+、mosfet漏极(d)连接到并联节点“m”。
32.当理想二极管控制器没有动作时(mosfet g级为低电压)，mosfet不导通，光伏板电压pv+通过mosfet的体二极管送到并连节点“m”。理想二极管控制器具有检测mosfet的s和d之间压降的功能，当s(源极)高于d(漏极)一定值时，控制器才会启动，控制mosfet的g(门极)为高电平，使得mosfet导通，此时s和d呈现低导通阻抗特性(mω级别)，开关器件成为了一个理想二极管。
33.在此状态下，即便单块光伏板输出电流能力达到20a，理想二极管的导通压降也可控制在0.1v以内，远远低于通过传统肖特基二极管进行并联的方案。低导通压降极大地降低了理想二极管本身的损耗，if＝20a时损耗也低于2w，既提高了光伏板并联应用的系统效率，又使并联优化器在散热设计上比普通二极管方案要容易得多，大幅提升了产品的使用可靠性。同时，由于理想二极管的低压降特性，使光伏阵列的mppt追踪可以更准确，既能避免两块光伏板直接并联时电压变化不同步而导致的瞬间紊乱，又能避免普通二极管压降太大导致跟踪点偏移，提升了mppt效率。
34.由于并联光伏板自身参数的不一致性、光伏板表面集污、热斑效应以及应用环境的差异(如光照角度、光照均匀度、环境或云层遮挡等)，会使得即使相邻的光伏板，其输出电压和电流也存在差异，当光伏板直接并联时，就可能会产生电流倒灌现象，从而降低光伏板寿命甚至会损坏光伏板，而通过并联优化器并联可解决此问题。假设图3中某一光伏板支路“p”的理想二极管存在倒灌风险(即p支路的mosfet的d点电压高于s点)，p支路的理想二极管控制器会实时检测到d、s的压降，当d(漏极)高于s(源极)一个微小值的时候，控制器即会通过控制mosfet进行关断。当mosfet关断后，由于其体二极管的反向截止特性，无法形成倒灌回路，就有效解决了反向电压导致的电流倒灌现象。当光伏并联优化器的负载(并联应用设备)实时工作的状态下，因为p支路停止工作，并联应用设备其他支路所需提供的电流将增加，这会导致其他支路的输出电压下降，从而使节点“m”的电压降低，使得p支路的倒灌风险的条件不再成立，从而使并联优化器恢复到各个支路均能正常导通、节点“m”处于一个平衡工作点的情况。
35.并联优化器还能通过接收外部io或其他控制接口的信号，将某一支路或某几个支路关断，通过此方式，既能用于满足系统功率控制的需求，也能用于对剩余支路的工作状态参数或故障进行诊断，从而实现对并联应用的所有光伏板的参数检测。在采用mosfet作为开关器件的用例中，为防止某一支路的mosfet关断时，其体二极管会导通，进而影响到系统功率控制或光伏板参数检测。
36.在图4中，控制器选用理想二极管控制器，而开关器件选用串接两个反向的n mosfet的应用场景。该应用场景的具体内容及工作原理与图3相似，具体请参见图3的相关内容，在此不再一一赘述。
37.实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
38.1、本实用新型中每一个开关器件接收到所连控制器下发的高电平信号时，导通所连光伏板给并联应用设备供电，并在接收到所连控制器下发的低电平信号时，截止所连光伏板给并联应用设备供电，以防止电流倒灌现象，从而能在并联应用时避免光伏板及其相关器件损坏，提高系统安全；
39.2、本实用新型中每一个开关器件在开通状态下，其导通压降及功率损耗均低于常规二极管，降低了系统损耗，并可提高光伏系统的mppt效率。
40.3、本实用新型中每一个控制器上均还设有用于接收外部io或其他控制接口的信号接入端，通过接收外部用户或外部设备的信号指令来实现对所连开关器件的导通或截止控制，以及对所连光伏板的功率调整、工作参数调整及故障诊断，从而能在并联应用时对任一光伏板接入进行控制，既能满足并联系统时对功率控制的需求，也能用于对指定光伏板工作参数或故障的诊断等。
41.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。