智能光伏汇流箱的设计

陈涛

摘要：本文主要简单介绍了智能光伏汇流箱的相关内容，阐述了企业与学校合作智能光伏汇流箱工程技术研究项目的背景环境，探讨了智能光伏汇流箱的有效设计，以加强对智能光伏汇流箱设计的研究，优化智能光伏汇流箱结构，提高其设计水平，不断地创新科学技术，充分发挥智能光伏汇流箱的作用。

关键词：智能光伏;汇流箱;有效设计;校企合作

近年来，我国一直致力于节能减排工作中，旨在减少不在可再生能源的消耗量，大力开发可再生能源，以缓解能源短缺问题。目前，太阳能的运用十分广泛，其属于低密度的平面能源，可通过太阳能电池板的阵列串联来满足所需要的功率值。利用太阳能来进行发电，是现如今太阳能开发中的重要组成部分，在光伏发电过程中，要注重光伏汇流箱的设计。为实现太阳能光伏电站的智能化发展，提高其数字化程度，应当加强对智能光伏汇流箱设计的研究。我企与合肥学院签订了校企合作计划，于2018年合作开发“智能光伏汇流箱研发”项目，取得了不错的成效。

一、智能光伏汇流箱的相关内容

智能光伏汇流箱的功能在于连接光伏阵列、逆变器，需要进行有效的防雷措施，并且进行过流保护，对光伏阵列的单串电流、断路器、电压等状况实施监测。智能光伏汇流箱属于太阳能光伏产业中的一部分，属于绿色产业，能够有效利用新能源，起到节约能源的有效作用。在设计智能光伏汇流箱的时候，需要满足于室外安装的使用要求，可接入八路光伏阵列，配有专用的高压防雷器，做好防雷保护措施，对输入阵列进行电流监控，监测汇流后的电压[1]。

二、企业与学校合作智能光伏汇流箱研发项目的背景

我企與合肥学院于2108年合作开发了“智能光伏汇流箱研发”项目，实施良好的校企合作。第一年的时候，提供了场地和资金，来建设智能光伏汇流箱工程技术研究中心，以研究智能光伏汇流的智能化设计，建设中心实验室和试验车间，不断地优化生产工艺配方和条件，添置相关的分析检测仪器。主要任务在于完成对智能光伏汇流内部主要元件的设计，设计智能检测单元模块化穿孔设计以及汇流防雷功能设计等。在进行汇流防雷功能设计的时候，还需要监测光电池板的运行状况，以及汇流后电流、电压、功率、防雷器的状态，采集直流断路器状态，监测继电器接点输出功能，并且带有风俗、温度、辐照仪等传感器接口功能，以为客户提供更多的选择。装置标配是RS485接口，可以将测量和采集到的数据上传至监控系统中。第二年，加强资源共享，促进建设与发展，根据实际情况来制定相应的开发计划设计评价工程及其试验方案。采用高性能元器件，进行智能化设计。智能检测单元模块穿孔设计，在安装方面操作较为简单，布局十分美观。浪涌保护器、滞留熔断器、防反保护二极管等均采用了国际、国内知名品牌。完成“智能光伏汇流箱研发”项目，可为公司销售收入增加三百万元以上。申请了十项实用新型专利和四项发明专利。

三、智能光伏汇流箱的有效设计

（一）汇流箱一次线路设计

在设计智能光伏汇流箱的时候，应当注重汇流箱一次线路的设计的，需要穿过三个部分，一部分是直流断路器;一部分是直流熔断器用;另一部分则是汇流铜排。一次线路的作用在于保护每一个回路光伏阵列中的直流电能，并将其集中在一起。一般情况下，智能光伏汇流箱中的直流熔断器电压应当为一千伏，其功能是当此光伏阵列回路中的电流超出规定范围后，直接断开回路，以免给其他回路造成损伤。直流断路器的工作电压同样为一千伏，功能在于控制光伏汇流箱的通断，有着良好的短路限流作用[2]。

（二）汇流箱防雷功能设计

智能光伏汇流箱一般都安装于室外，会受到天气因素的影响，为了规避雷电对光伏汇流箱造成破坏，需要进行防雷功能设计，给汇流箱添设防雷击保护措施。可于智能光伏汇流箱的直流输出部分，并联一个专用的浪涌保护器[3]。一旦有雷击发生，浪涌保护器便会发挥起作用，将智能光伏汇流箱中较大的电流泄出，以免造成汇流箱其他部件受损，保证智能光伏汇流箱的正常运行。与此同时，为有效发挥浪涌保护器的作用，可于其上端部分添设熔断器，避免因为雷击而发生线路中断等状况，直接断开熔断器，则能保护浪涌保护器设备。

（三）智能监测单元设计

智能光伏汇流箱中所需要的光伏电池组件，在成本造价上偏高，而且需要占据较大的面积来进行光伏阵列排列。光伏电阻的分布并不集中，较为分散，应当进行有效的监测和管理，否则很难把控整个光伏汇流箱的运行。在设计智能监测单元的时候，应该以实际情况为依据，加强技术研发，不断地创新和优化设计结构，以保障智能光伏汇流箱运行的安全性，建立健全的监测控制单元体系。可利用RS485接口，遵循Modbus通讯协议，来实施就地监测控制工作，并保障相关单元的正常通讯，应用上位机人机对话界面进行远程控制[4]。

具体设计的时候，应当注意以下几点：一是明确就地监测控制单元的组成部分，通常来说包含了霍尔传感器，以主CPU为中心，设计开关电源、现实模块、AD采集模块、键盘控制、RS485通讯接口和开关量采集模块部分;二是充分发挥就地监测控制单元的功能。一方面，能够对智能光伏汇流箱中的电流进行有效监测。利用霍尔传感器来隔离测量光伏电流，从三维空间视角来进行测量;另一方面可监测开关量。三路开关量输入无源接点，以采集防雷器、直流断路器等元件的输出状态，实现远程监控。除此之外，还具备良好的温度、湿度监测功能和就地现实功能;三是为了有效体现智能光伏汇流箱远程监测控制的应用价值，需要加强对远程监测控制软件的研究，以便于有效监控智能光伏汇流箱中光伏组件的运行状况，掌握断路器、光伏列阵的工作状态，并且监测汇流箱运行时的各项数据，作出科学的数据分析，进行有效的通信调试工作;四是为了实现上位机和智能监测控制单元之间的通讯，可充分发挥RS485接口的作用，利用差模信号传输方法，来传输信号，增强信号的抗干扰性。首先，可以读写寄存器中的内容，充分发挥Modbus功能码的作用，访问地址列表中的内容，根据实际情况来写单个或是连续的寄存器数据。读取开关量的输入和输出，设置波特率，然后进行通讯调试。

结束语

随着太阳能光伏产业的大力发展，智能光伏汇流箱的设计显得格外重要，其应当具备良好的监测保护系统，就地显示其在运行过程中，各个回路的运行状态，并且与上位机进行有效的通讯，利用监控软件来进行远程操作，逐步实现光伏电站的数字化、智能化发展。

参考文献：

[1]   坎鹏程，马君，张新慧，蔡磊.基于ARMCortexMO的智能光伏汇流采集装置设计及应用[J]《.智能建筑电气技术》，2015（5）：70-72.

[2]   陈仁朕.基于STM32F10x的光伏汇流箱设计[J].电子设计工程，2015（07）：119-121+125.

[3]   裴景斌，周家琪，王瑞舰.基于TMS30F28035的智能光伏汇流箱设计[J].变频器世界，2014（3）：43-44.

[4]   袁绍民，孟繁伟，赵海斌，张立强，刘浩.基于STM32的MPPT光伏汇流箱设计[J].电子产品世界，2016，v.23;No.328（Z1）：54-56.