光伏組串技術(shù)匯總

[導(dǎo)讀]什么是光伏組串：在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將若干個(gè)光伏組件串聯(lián)后，形成具有一定直流輸出的電路單元，簡(jiǎn)稱組件串或組串。

什么是光伏組串：

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將若干個(gè)光伏組件串聯(lián)后，形成具有一定直流輸出的電路單元，簡(jiǎn)稱組件串或組串。

組串電流檢測(cè)有幾個(gè)典型的特點(diǎn)：

1.檢測(cè)電流的路數(shù)一般較多，典型的有8路16路等（匯流箱），逆變器則根據(jù)其MPPT設(shè)計(jì)各有不同。

2.對(duì)其檢測(cè)電流的精度有一定要求，但不做計(jì)量或計(jì)算需求。更大的意義在于實(shí)時(shí)監(jiān)控組件發(fā)電的狀態(tài)。

組串電流檢測(cè)的應(yīng)用：

匯流箱

是指用戶可以將一定數(shù)量、規(guī)格相同的光伏電池串聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)個(gè)光伏串行，然后再將若干個(gè)光伏串行并聯(lián)接入光伏匯流箱，起到匯流和監(jiān)控的裝置。匯流箱是作為組串電流的典型應(yīng)用代表。

逆變器

隨著分布式電站及商用家庭光伏發(fā)電的興起。尤其是國(guó)內(nèi)，組串式電流傳感器作為檢測(cè)光伏面板的第一道監(jiān)控，發(fā)揮著不可或缺的作用。

電流檢測(cè)原件的迭代升級(jí)

原理篇

因?yàn)樾枰獙?duì)光伏面板發(fā)出的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其關(guān)注電流一般在7A~10A的直流電流（雙面組件的電流會(huì)更大些）。要檢測(cè)這個(gè)檔位的直流電方案有很多。有比如電阻，光耦霍爾等檢測(cè)方案。這里可以講講光伏匯流箱里電流檢測(cè)方案的跟新迭代。

電阻方案：

在低頻率小幅值電流測(cè)量中，表現(xiàn)出高的精度和較快的響應(yīng)速度。工業(yè)領(lǐng)域中，在不涉及到測(cè)量回路與被測(cè)電流之間電隔離的場(chǎng)合，分流器是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的首選的低成本方案。

單芯片霍爾方案（SO8封裝等）：

霍爾電流檢測(cè)方案（磁環(huán)式）：

拿匯流箱舉例，直流匯流箱最早有不帶電流檢測(cè)功能的。其主要是用于連接光伏陣列（組串）及逆變器，提供防雷及過(guò)流保護(hù)等。但對(duì)于大型光伏電站項(xiàng)目而言，必須增加智能采集裝置，專門用于監(jiān)測(cè)光伏電池陣列中電池組串的運(yùn)行參數(shù)，以保證對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

早期的匯流箱，廠家喜歡用電阻（Shunt）方案來(lái)檢測(cè)電流。電阻有著使用簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也很明顯，其溫漂較大且非隔離的特性讓其不是非常適合在光伏系統(tǒng)中使用。如果選擇特殊的電阻隔離方案，則需要選擇較好的運(yùn)放及線性光耦，其綜合成本也并不低。

并且光伏電站的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，出現(xiàn)了一定比率的箱體著火燒毀現(xiàn)象。排查下來(lái)，有一大部分原因是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的使用電阻一直處于通電狀態(tài)，其兩端固定處的松動(dòng)引起接觸阻值異常發(fā)熱，甚至拉弧。究其根本原因，還是電阻檢測(cè)方案是非隔離方案，在光伏這樣的工業(yè)級(jí)系統(tǒng)中顯然不太適合。

就這個(gè)問(wèn)題，各大光伏論壇及年會(huì)也時(shí)常說(shuō)起。市場(chǎng)普遍認(rèn)為，電阻方案做為光伏系統(tǒng)中的電流檢測(cè)方案會(huì)有潛在風(fēng)險(xiǎn)，原則上不推薦使用。漸漸地主流電站方開(kāi)始在招標(biāo)書(shū)上指定要求選用隔離的電流傳感器（霍爾）去替代電阻。

在選用霍爾電流傳感器的方案上也有區(qū)別。根據(jù)工作原理的不同一般分開(kāi)環(huán)和閉環(huán)。

在要求用霍爾替代電阻的那段時(shí)間里，可選擇的電流傳感器方案其實(shí)并不多，僅有國(guó)外的幾家傳感器廠家擁有成熟方案，而且當(dāng)時(shí)的開(kāi)環(huán)方案并不成熟。在這樣的情況下，大家只能硬著頭皮用昂貴的閉環(huán)方案。緊接著國(guó)內(nèi)廠家借勢(shì)推出了本土化的廉價(jià)閉環(huán)方案。

閉環(huán)在精度上有著相對(duì)優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際使用時(shí)又出現(xiàn)了若干問(wèn)題。比如，閉環(huán)傳感器的線圈匝數(shù)較多，灌膠后，傳感器內(nèi)部在經(jīng)受熱脹冷縮后線圈容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。加上較多的線圈匝數(shù)在遇到打雷天氣時(shí)耦合較大的能量，容易打壞傳感器的內(nèi)部芯片。但最根本的問(wèn)題還是：即使是廉價(jià)版的閉環(huán)傳感器，其成本價(jià)格也是組串電流檢測(cè)所無(wú)法承受的。

同一時(shí)期開(kāi)環(huán)方案逐漸成熟，從LEM的HO系列到國(guó)內(nèi)開(kāi)環(huán)方案的百家開(kāi)花。從成本和可靠性上，開(kāi)環(huán)電流傳感器真正實(shí)現(xiàn)了高性價(jià)比和可靠的組串電流檢測(cè)方案。

注：介于電阻和霍爾電流傳感器（磁環(huán)式）之間的單芯片霍爾（如ACS712）定位稍尷尬，由于其耐壓及電流過(guò)沖能力欠佳，不被大多數(shù)的光伏用戶認(rèn)可。

在開(kāi)環(huán)電流傳感器方案中，Magtron受到越來(lái)越多客戶的青睞，根本的原因還是在于其成熟的自研SOC芯片和敏銳的市場(chǎng)洞悉力，能在短時(shí)間內(nèi)為客戶找到合適的方案，并提供相應(yīng)可靠的件。

--結(jié)構(gòu)篇

當(dāng)開(kāi)環(huán)霍爾成為了主流后。凡是組串類的直流電流檢測(cè)，都會(huì)優(yōu)先選用該方案。在找到了適合的原理方案后，大家又開(kāi)始考慮結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題。

主流的穿芯霍爾做到了完全的隔離，安全等級(jí)較高。幾乎所有的傳感器都是以是以豎裝的形式來(lái)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)延續(xù)了傳感器以往的立式方案。

不同的方案沒(méi)有絕對(duì)的好壞，但對(duì)應(yīng)用在適合的項(xiàng)目中，會(huì)大大降低你的人工成本及綜合成本。

這里還是以匯流箱舉例，對(duì)比SNEC 14年的光伏展與16年的光伏展，不難發(fā)現(xiàn)，主流的匯流箱方案，都在朝著功率密度集成化的方向在走。這也是我們所提到的，在原理方案沒(méi)有太大區(qū)分化的今天，結(jié)構(gòu)上的推陳出新能給整個(gè)方案帶來(lái)全新的設(shè)計(jì)思路。

從扁平化的監(jiān)控模塊到正負(fù)極熔斷器的上下疊排，再到使用銅排替代AWG線，甚至雙熔斷絲底座的設(shè)計(jì)。一些列的結(jié)構(gòu)升級(jí)讓整個(gè)匯流箱的空間愈發(fā)緊湊，生產(chǎn)效率不斷提升。整個(gè)機(jī)箱體積能減少1/4以上，帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)不言而喻。

講到生產(chǎn)效率，就不得不提到分布式逆變器的組串電流檢測(cè)。它和匯流箱起著類似的作用。作為逆變器的一部分，它的設(shè)計(jì)會(huì)更加緊密。傳統(tǒng)的立式安裝會(huì)遇到PCB板占板面積較大，穿線不方便的情況。組串線需要先穿過(guò)傳感器的孔再插入逆變器內(nèi)殼的MC4端子接線頭。兩次穿線會(huì)給工人帶來(lái)生產(chǎn)效率上的問(wèn)題。

而臥裝形式的電流傳感器就恰好適合這種場(chǎng)所。其穿孔緊貼PCB板的空位，而PCB孔又緊貼MC4接線孔。讓穿線一步到位，同時(shí)又只占到逆變器內(nèi)部很小一部分空間。再深挖這種臥裝形式的傳感器你還會(huì)發(fā)現(xiàn)，有很大一部分的領(lǐng)域都更適合這種方式檢測(cè)電流。

當(dāng)然，根據(jù)不同的場(chǎng)所，Magtron提供不同方案，讓用戶有跟多的選擇權(quán)。

審核編輯：湯梓紅