在大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏匯流箱扮演著至關(guān)重要的角色。它位于光伏組件與逆變器之間，不僅簡(jiǎn)化了線纜連接，而且集中了光伏組件的電流，使其能夠被逆變器高效地轉(zhuǎn)換。此外，匯流箱還具備監(jiān)控功能，能夠?qū)崟r(shí)采集和傳輸回路電流、電壓以及溫度等關(guān)鍵信息，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

　　圖1、光伏匯流箱

　　值得一提的是，光伏匯流箱具備智能判斷能力，能夠監(jiān)測(cè)防雷模塊、母排和光伏組串的工作狀態(tài)，從而預(yù)防潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)。在維護(hù)方面，匯流箱確保了光伏組件在檢修時(shí)與電網(wǎng)的安全隔離，使整體系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)某一部分的光伏組件出現(xiàn)小故障時(shí)，只需對(duì)該部分進(jìn)行隔離維修，而無(wú)需中斷整個(gè)系統(tǒng)的供電，大大提高了維護(hù)效率。

　　光伏匯流箱可分為直流匯流箱和交流匯流箱。直流匯流箱一般用于中大型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，用戶將一定數(shù)量、相同規(guī)格的光伏組件串聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)個(gè)光伏陣列，然后再將若干個(gè)光伏陣列并聯(lián)接入光伏匯流箱，把光伏陣列的多路輸出電纜集中輸入、分組連接，不僅使連線井然有序，而且便于分組檢查、維護(hù)，當(dāng)光伏組件陣列局部發(fā)生故障時(shí)，可以局部分離檢修，不影響整體發(fā)電系統(tǒng)的連接工作。

　　圖2、直流匯流箱電路原理圖

　　交流匯流箱是承接組串逆變器輸出與交流配電柜或升壓變壓器輸入的重要組成部分，可以把多路逆變器輸出的交流電匯集后再輸出，大大簡(jiǎn)化組串式逆變器與交流配電柜或升壓變壓器之間的連接線。同時(shí)交流匯流箱的接入，作為逆變器的輸出斷開(kāi)點(diǎn)，還可以保護(hù)逆變器免受來(lái)自交流電網(wǎng)的危害，提高系統(tǒng)的安全性，保護(hù)安裝維護(hù)人員的安全。

　　圖3、交流匯流箱電路原理圖

　　對(duì)于超大型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，除了匯流箱外，直流配電柜也被用作二、三級(jí)匯流設(shè)備，以確保電流的集中和高效傳輸。選擇直流匯流箱時(shí)，其最大電流和電壓等參數(shù)是關(guān)鍵考量因素。此外，針對(duì)直流匯流箱可能存在的問(wèn)題，應(yīng)選擇有良好口碑和合適規(guī)格的品牌。市場(chǎng)上常見(jiàn)的匯流箱規(guī)格有：2路、4路、6路等直至24路，不同規(guī)格對(duì)應(yīng)著不同的價(jià)格，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。光伏匯流箱是由專用匯流排、熔斷器、斷路器、防雷保護(hù)模塊和智能監(jiān)測(cè)模塊組成，具體如圖4所示。

　　圖4、光伏匯流箱

　　光伏匯流箱的工作原理，如圖5所示：首先把功率一樣的光伏組件正負(fù)極相連，構(gòu)成一個(gè)光伏串列單元，再把光伏串列通過(guò)MC4接頭接入光伏直流匯流箱，通常將1-16路的光伏串列接入光伏直流匯流箱中進(jìn)行匯流。經(jīng)過(guò)光伏匯流箱內(nèi)匯流后輸送至逆變器直流側(cè)，通過(guò)逆變器逆變成315V電壓的交流電傳輸給箱式變壓器，最后由箱變升壓，從而達(dá)到并網(wǎng)要求。

　　圖5、光伏匯流箱電路原理簡(jiǎn)圖

　　光伏匯流箱選取時(shí)主要是根據(jù)光伏串的輸出路數(shù)、開(kāi)路電壓、短路電流、最大輸出功率等參數(shù)進(jìn)行選配。光伏匯流箱的研發(fā)設(shè)計(jì)，都需要滿足以下前提條件：

　　由于光伏大多數(shù)安裝于戶外，光伏匯流箱需要達(dá)到防曬、防風(fēng)塵、防水、防銹等要求，因此它的防護(hù)等級(jí)需要達(dá)到IP65級(jí)。

　　光伏匯流箱可接入1-24路的光伏組串，并且接入的光伏組串可允許輸入的最大電流不小于20A，最大的開(kāi)路電壓可以達(dá)到1000V。

　　每路光伏組串的正負(fù)極都配有2A-30A光伏專用熔斷器，對(duì)組串出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行及時(shí)保護(hù)，熔斷器有配套的底座，方便人員檢修更換，有效保護(hù)設(shè)備和人員安全。

　　匯流排輸出端要配置直流輸出斷路器。

　　智能型直流匯流箱，內(nèi)部裝有智能監(jiān)測(cè)模塊，還具備RS485/MODBUS-RTU等數(shù)據(jù)通信串口，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)光伏匯流箱每條支路運(yùn)行狀態(tài)，以及檢測(cè)它的斷路器的分合狀態(tài)和防雷保護(hù)模塊等。

　　根據(jù)組件串列回路數(shù)量，靈活配置不同功能單元模塊。

　　匯流箱作為光伏陣列一級(jí)匯流設(shè)備，是光伏電站電源的源頭，而匯流箱里的主要元器件選型直接關(guān)系到匯流箱運(yùn)行的可靠性，因此，匯流箱的器件選型尤為重要。

　　1、匯流排的選型

　　匯流排又叫做母線，通常用于連接多個(gè)斷路器，將總電流分配至各個(gè)用電回路。選型主要注意使用斷路器的極數(shù)，1P、2p，1p+N、3p，4p，3p+N。不同極數(shù)的形式不同。

　　注意電流的大小，是否符合電路的安全載流量，不能小于斷路器的額定電流。

　　注意位數(shù)就是你這能安裝這個(gè)級(jí)數(shù)斷路器的個(gè)數(shù)。換而言之就是匯流排的長(zhǎng)度太短不行，太長(zhǎng)用不到容易浪費(fèi)。

　　注意選擇的時(shí)候盡量選擇斷路器相同品牌的匯流排。因?yàn)椴煌_(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)尺寸及孔位都有差異。配合起來(lái)使用方便，安全，外觀風(fēng)格更加統(tǒng)一。

　　圖6、匯流排

　　2、熔斷器的選型

　　熔斷器是一種用于保護(hù)電路的電子器件，它在電路中起到了“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”的作用。熔斷器(fuse)是指當(dāng)電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，斷開(kāi)電路的一種電器。熔斷器是根據(jù)電流超過(guò)規(guī)定值一段時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開(kāi);運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過(guò)電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。對(duì)于熔斷器的選擇，我國(guó)規(guī)范尚不健全。這里參考《美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范》(NEC，2011版)690.35(B)條，對(duì)于浮地系統(tǒng)(我國(guó)的光伏直流匯集系統(tǒng)一般采用浮地的方式)，組串的正、負(fù)極均安裝熔斷器。因?yàn)楣夥绷鲄R集系統(tǒng)的短路電流主要由光伏組件提供，不像交流系統(tǒng)那么大，因此光伏直流匯流箱的熔斷器應(yīng)選擇能適應(yīng)這一特點(diǎn)的光伏專用熔斷器。

　　圖7、熔斷器

　　熔斷器的額定電壓一般不應(yīng)低于1500V/1000V(IEC)。熔斷器的額定電流一般應(yīng)不小于1.56Isc，并不大于組件廠家允許的最大熔斷器額定電流。之所以這樣選擇1.56Isc，是根據(jù)《美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范》(NEC，2011版)690.8(A)條的規(guī)定。該規(guī)定假設(shè)組件最大電流是Isc的125%，其原因是在某種云覆蓋的條件下，云相當(dāng)于放大鏡，光照強(qiáng)度比STC對(duì)應(yīng)的輻照度(1000W/m2)可高出25%。二是美國(guó)國(guó)家電氣規(guī)范(NEC，2011版)690.8(B)條，要求熔斷器必須能承受125%的組件最大電流。最終結(jié)果是，斷路器的額定電流按照125%的1sc的125%選擇，即為156%1sc。

　　3、斷路器的選型

　　斷路器能接通、承載以及分?jǐn)嚯娏鞯囊环N機(jī)械開(kāi)關(guān)電器。由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器等構(gòu)成，發(fā)生故障時(shí)可切斷故障電路進(jìn)行保護(hù)。短路時(shí)，大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧，脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘;過(guò)載時(shí)，電流變大發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使開(kāi)關(guān)跳閘。電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短。斷路器滅弧能力強(qiáng)，可分?jǐn)啻蠖搪冯娏鳎⒖啥啻伪Ｗo(hù)，整體保護(hù)特性不受時(shí)間、環(huán)境影響變化。

　　圖8、斷路器

　　若干組串并聯(lián)后，一般通過(guò)直流斷路器作為保護(hù)器件，經(jīng)過(guò)直流斷路器后輸出。直流斷路器一般采用4P直流斷路器、每?jī)蓸O串聯(lián)作為一極的方式，以達(dá)到1500V/1000V的耐壓水平(現(xiàn)階段許多廠家陸續(xù)推出3P直流斷路器，采用2個(gè)正極端子串聯(lián)以2P+/1P-方式輸出，以減少殼架體積，降低設(shè)備成本)。直流斷路器的額定電流亦按照1.56Isc選擇。

　　4、防雷保護(hù)模塊的選型

　　光伏直流匯流箱輸出端應(yīng)配置防雷器，正極、負(fù)極都應(yīng)具備防雷功能。規(guī)格應(yīng)滿足如下要求：

　　最大持續(xù)工作電壓Uc：Uc>1.3Uoc(STC);

　　最大放電電流Imax：1max(8/20)≥40kA，標(biāo)稱放電電流In：I(8/20)≥20kA;

　　電壓保護(hù)水平Up，Up是在標(biāo)稱放電電流In下的測(cè)試值，具體應(yīng)用要求見(jiàn)圖9;

　　防雷器應(yīng)具有脫離器和故障指示功能。

圖9、防雷器電壓保護(hù)水平

　　可以采用兩只低電壓的防雷器串聯(lián)來(lái)提高電壓等級(jí)，但兩只串聯(lián)防雷器的保護(hù)水平之和應(yīng)小于4kV。

　　5、智能監(jiān)測(cè)模塊

　　智能監(jiān)測(cè)模塊主要由開(kāi)關(guān)電源、霍爾傳感器、開(kāi)關(guān)量采集模塊、RS485通訊接口、就地顯示模塊、就地鍵盤控制等元器件組成。為方便用戶及時(shí)準(zhǔn)確地掌握光伏組串的工作情況，保證太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮最大功效，光伏直流匯流箱中一般裝有智能監(jiān)測(cè)模塊。智能監(jiān)測(cè)模塊可監(jiān)測(cè)每個(gè)輸入回路的電流、直流母排的電壓和防雷器的工作狀態(tài)。智能監(jiān)測(cè)模塊一般建議采用自供電的方式，以避免大范圍、長(zhǎng)距離供電的問(wèn)題。智能監(jiān)測(cè)模塊一般采用485通信方式【總線串行接口通訊，RS485最大傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離為1500m，其邏輯特性表示為：邏輯“1”以兩線間的電壓差+(2~6V表示);邏輯“0”以兩線間的電壓差-(2~6V表示)，接口電平一般比末端低以保護(hù)電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可與TTL電路連接】，為防止從通信線中將感應(yīng)雷引起的過(guò)電壓引入到光伏直流匯流箱中，要求在光伏直流匯流箱的485接口安裝信號(hào)防雷器，并且通信線應(yīng)采用鎧裝屏蔽或穿鋼管敷設(shè)的方式。

　　圖10、智能監(jiān)測(cè)模塊

　　光伏匯流箱在器件選型方面，隸屬于電力電子領(lǐng)域，對(duì)穩(wěn)定性、可靠性和安全性方面要求會(huì)比消費(fèi)類電子略高，相應(yīng)的芯片及模塊選型和項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作會(huì)更難。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺(tái)，過(guò)去數(shù)年已積累了豐富的優(yōu)勢(shì)貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長(zhǎng)尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購(gòu)，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

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