光伏智能直流汇流箱功能定位

顾怀本

摘要：光伏发电已广泛的应用于通讯、能源、农业、交通以及民宅等诸多领域，也越来越被世人所接受和熟知，如何做到系统效率最优、运行维护更便捷，不仅是广大用户最关心的重要和热点问题，也是行业从业者尤其是技术人员重要的研究方向。为此，从光伏发电系统中的一个小型设备——直流汇流箱着手，分析其技术革新过程中的实际功能定位，以期给广大用户提供一点点帮助。

关键词：智能；汇流箱；功能；定位

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.21.134

0概述

太阳能发电不需要燃料，无气体排放，属于“绿色”能源，具有无污染、安全、长寿命、维护简单、资源永不枯竭和资源分布广泛等特点，被认为是21世纪最重要的新能源，可广泛应用于航天、通讯、能源、农业、办公设施、交通以及民宅等领域。其中光伏发电是当今主流的太阳能发电方式，而且发展迅猛。至2016年上半年，全国累计光伏装机容量接近60GW，排名全世界第一位，已从全球制造大国成功转变成使用大国。在将来的一段时期内，光伏发电还是以大型地面集中型和小型分布式为主的方式快速发展。

大型光伏发电系统的原则构成主要是由太阳能电池组件、直流汇流箱、逆变器、升压变压器、高低压（交直流）配电装置等设备组成，具体见图1。

对于大型光伏发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。使用光伏直流汇流箱，用户可以根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏直流防雷汇流箱，极大的方便了后级逆变器的接入。目前，有项目也采用数十千瓦级的组串式逆变器，而不采用兆瓦级的集中式逆变器，虽然可以取代直流汇流装置，但是如果项目规模较大，使得组串式逆变器的使用数量会变得非常庞大，对于系统的运维和数据处理都将带来非常大工作量。本文着重从有使用直流汇流箱需求的基本前提出发，分析一下智能直流汇流箱的功能定位，使其在光伏发电系统中能更好的发挥积极作用。

1光伏直流汇流箱的基本功能

光伏直流防雷汇流箱的基本功能是用于连接光伏阵列（组串）及逆变器，提供防雷及过流保护。在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线，用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏直流汇流箱，在光伏直流汇流箱内汇流后，通过直流断路器输出，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与电网连接。为了提高系统的可靠性和实用性，在光伏汇流箱里配置光伏专用直流防雷模块、直流熔断器、防反二极管和断路器等（原理及实物见图2）。

光伏直流汇流箱的结构和机柜本身的制造质量、主电路连接、二次线及防雷、防反二极管等电气元件安装等应符合标准和规范要求，同时还应满足室外安装的使用要求，也就是要求其防护等级应达到IP65以上。

2智能型光伏直流汇流箱

前述光伏直流防雷汇流箱，只是实现了汇集若干个光伏组串的电流、防雷和防止电流逆流发生局部过热等基本功能，节约了线缆和方便了后续设备逆变器的接入，但是对于所接入的光伏组串的运行参数、对直流熔断器和直流断路器以及避雷器的运行状况等均无法直观的被掌握，对于大型光伏电站项目，更是工作量巨大，设备故障很难在第一时间被发现和消除。随着技术的进步，应运而生的是智能型光伏直流防雷汇流箱。智能型光伏直流防雷汇流箱不仅具备了普通光伏直流防雷汇流箱的全部功能，还增加了智能采集装置，是专门用于监测光伏电池阵列中电池组串的运行参数——电流电压的测量，还有避雷器、直流熔断器、防反二极管、直流断路器的状态采集和继电器接点输出，并带有风速、温度、辐照仪等传感器接口，通过RS485接口可以把测量和采集到的数据和设备状态上传至后台监控服务器上，实现人机友好的交互功能，其原理及实物见图3。

3智能型光伏直流汇流箱的实际运行情况及原因分析

3.1数据量巨大，给数据的后台处理带来难度

以一个20MWp的光伏电站项目，光伏组件按260W标称功率计算和组串以22块构成，全站共有76912块组件和约3500个组串，两百多只直流汇流箱（16进1出），加上逆变器和升压变压器等数据，数以万计的数据信息要实时采集到监控后台，并进行分析、汇总、比对、报警和形成报表等，这就给后台系统的数据处理能力提出了更高的要求。

3.2安装工艺的欠规范，导致信号传输受干扰

按照规范，交直流电缆和通信电缆，都应该单独敷设或分层敷设，以实现安全和消除干扰的目的。可是在实际操作当中，很鲜见有将通信电缆跟动力电缆分开的，基本都是一个桥架一起敷设，免不了会有共模干扰等影响信号传输的因素存在。还有项目采用无线传输，也同样会受到高压电磁场和其他信号源的干扰。这些都将影响到数据采集的可靠性和准确性。

3.3被测参数的量值较小，加上测量精度的原因，降低了数据的准确度等级

光伏组串的电流值一般都在0～10A之间，主要受光照和环境温度的影响而变化，大部分是在0～7A之间运行，多云天气大多在1～2A之间运行，量值比较小。目前市场上的光伏智能直流汇流箱的电流测量元件多采用霍尔传感器实现，霍尔传感器受温度和电磁场、不等位电势等外界因素的影响，精确度波动较大。当运行参数处于较小量值时，又有外界干扰，使得显示给运维人员的参数就偏差较大，使日常的运行维护明显失去了判断和决策的可靠依据。

3.4运维人员的责任心对实际使用效率影响较大

当现场出现上图中的数据偏差信息的时候，刚开始运维人员一般都会去现场进行检查和确认，发现的确有缺陷和故障时，会尽快消除，保证了设备的可用率。但是有时候是信号干扰或其他因素影响导致的，运维人员在经过几次的“白跑”之后，往往会放松和懈怠，再到后期就可能视而不见，等到“狼真的来了”，也不会去核实，导致系统效率受到显著影响。还有个别现象，从一开始就没有调试好，后台基本一直无数据显示，也无人问津，结果智能设备就成了摆设。

4功能定位

比起第一代汇流箱，现在的汇流箱技术已向智能控制型发展：防反二极管散热器外置，以保证箱体内的温度不会过高；正负极都带直流熔断器，保证后续工作元器件的稳定运行；四级断路器分别串联使用，提高电压保护等级；自供电技术的应用，使得汇流箱本身成本降低的同时也降低了对于独立电源的消耗成本；智能数据采集装置，使用户方便掌握每一串光伏组件的工作状态，还可以进行各系统的效率比对，及时发现设备的运行缺陷和故障并得到快速的消除，提升电站的整体效率和安全系数。

鉴于上述种种优缺点，对待光伏智能直流汇流箱的功能就要根据实际情况进行定位了，不能“迷信”也不能“一棍子打死”。规模相对小的项目，可以采取其他方式对光伏组串进行监测。当规模较大且现场具备相应条件时，应尽量的将通信电缆单独敷设，同时采购优质的智能测控装置，减小外界干扰和测量误差，在后台系统搭建时，充分考虑对干扰和误差的判断和屏蔽，使得光伏智能直流汇流箱真正的发挥其智能的积极作用。