光伏汇流箱设计方案

摘要：光伏汇流箱用于连接光伏阵列与逆变器的设备，其防护等级为IP65，具备防雷及过流保护功能，并监测光伏阵列的单串电流、电压、防雷器、箱体内温度情况。为了提高系统的可靠性和实用性，可在光伏汇流箱里配置光伏专用直流防雷模块、直流熔断器、断路器、监控模块等，方便用户及时准确的掌握光伏电池板的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。

本文介绍了应用于大型光伏电站中的汇流箱的主要组成部分、各部分的主要功能以及在设计过程中如何选择合适的电气元件。

关键词：光伏汇流箱；IP65防护等级；防雷器；数据采集装置；

中图分类号：S477+.3文献标识码： A 文章编号：

一、光伏汇流箱基本要求及硬件设计规范

1、汇流箱的内部结构和箱体的加工质量、主电路连接、二次线及电气元件安装等应符合下列要求：

a） 箱体组装的零部件均应符合各自的技术要求，特别是防护等级达到IP65；

b） 箱体应牢固，表面光滑平整，无剥落、锈蚀及裂痕等现象；

c） 文字和符号标识要清晰、整齐、规范、正确；

d） 各种开关应便于操作，灵活可靠。

2、汇流箱设计要符合以下安全规范：

a)在电路与导电部件之间，每条电路对地标称电压的绝缘电阻应不小于1000Ω/V；

b）汇流箱设计要保证电池板输入正负电压最小电气间隙不小于14mm，最小爬电距离不小于25mm；

c）汇流箱应按IEC 62446:2009的规定，并标示汇流箱内金属部件带电的警告；

d）除非电路中电压有效值小于25VAC或60VDC或可接触导电部件与带电部件采用双重/加强绝缘隔开的情况，汇流箱中可接触的导电部件都要接到接地端子上。接地电路中的任何一点到接地端子之间的电阻应不超过0.02Ω。

e) 保护地导线的电气连接应采用下列连接方法：

（1） 通过金属直接接触连接；

（2） 通过其他安装固定的可接触导电部件连接；

（3） 通过专门的保护接地导线连接；

（4） 通过汇流箱中的其他金属零部件连接。

保护地电路中不应包含开关器件、过流保护器件和电流检测器件。 接地保护电路的阻抗应足够低，使得在汇流箱正常工作状态下，可接触导电部件与接地导线的接地点之间的电压不超过5VAC或12VDC。

二、EHE-PVHL系列智能光伏汇流箱的主要组成部分以及各部分的功能

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，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汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过直流断路器输出到光伏逆变器，从而构成完整的光伏发电系统，实现并网。EHE-PVHL系列智能光伏汇流箱就是将电池组件进行串并组合形成一级汇流，并使电压电流达到需要指标，发电效率最佳。同时，优化系统结构，提高可靠性和可维护性。在提供汇流防雷功能的同时，还监测了光伏电池板运行状态，汇流后电流、电压、防雷器状态、箱体内温度状态采集。装置标配有RS485接口，可以把测量和采集到的数据上传到监控系统。下图是EHE-PVHL系列智能光伏汇流箱的电气原理图：

1、断路器：汇流箱配置的断路器电压等级为1000V，电流等级根据太阳能电池板电流参数及汇流箱接入的路数确定。采用正、负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于1000V。汇流箱中断路器均采用国际或国内知名产品(如：ABB、LS、Noark)。

2、防雷器：汇流箱输出端应配置防雷器，正极、负极都应具备防雷功能。规格应满足如下要求：

1) 最大持续工作电压（Uc）: Uc>1.3Uoc(STC)

2) 最大放电电流(Imax): Imax (8/20): ≥40kA ，标称放电电流In: In (8/20): ≥20kA

3) 电压保护水平（Up）: Up 是在标称放电电流In 下的测试值

4) 防雷器应具有脱离器和故障指示功能。

汇流箱中防雷器均采用国际或国内知名产品(例如：PHEONIX、CITEL)。

3、保险丝：保险丝被用来保护电子器件免受过电流的危害，如果不加保护，此过电流有可能导致电子器件失灵、过热、损坏甚至起火。如果保险丝等级过大，无法提供保护功能，如果过小，则无法正常工作。因此在选择保险丝时，需要根据光伏组件的额定等级以及相关标准要求而定。 保险丝的最小等级可由光伏组件的短路电流计算而得，如果当地标准没有特殊要求，建议系统中使用的保险丝及接线的额定值需要满足最小1.56倍的Isc取值。

4、智能光伏采集装置：智能光伏汇流采集装置是专门应用于智能光伏汇流箱，用于监测光伏电池阵列中电池板运行状态，光伏电池电流测量，防雷器、箱体内温度状态采集，装置带有RS485接口及无线通讯接口，可以把测量和采集到的数据和设备状态上传。采集装置的测量元件采用电流传感器；采集装置本身带有数码管显示功能，能循环显示每路电流、电压、温度、站点号等信息，并且具有标准的RS485、无线等通讯接口，标准MODBUS协议传送。

三、产品结构设计及特点

光伏汇流箱的设计应具有以下特点：

1） 箱体结构安全、可靠，保证元件安装后及操作时无摇晃、不变形，在该箱体设计中对机盖及底均增加了加强筋，具有足够的机械强度。

2）设计保证防护等级IP65，采用了机盖四周封闭密封胶条方案，具备防水、防灰、防锈、防烟雾，满足室外安装的使用要求。

3）每路电池串列的正负极都配有光伏专用保险丝进行保护；

汇流箱采用自供电模式，节省了汇流箱安装时的电源布线，给前期施工布线也带来了方便；

直流输出母线配有光伏专用高压防雷器，正极对地、负极对地、正负极之间都具备防雷功能；

采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值；

7）汇流箱配置智能监控单元，检测每路电流、输出电压、箱体内温度、雷击状态等信息；

8）提供了扩展功能，可与PC机进行通讯，实现远程检测；

9）具备多种通讯方式，提供RS485接口和无线Zigbee接口；

10）同时可接入8、12、16、24路光伏阵列，也可以个性化设计；

如下图所示:

这是一款高性能智能光伏汇流箱的外形。具有性能价比高、外观漂亮、安装使用方便、效率高等众多优点,可以真正达到IP65的防护等级。可以通过RS485、无线等方式通信，对光伏系统阵列监测，对故障进行定位管理，是光伏系统的高端产品。

四、光伏汇流箱设计安装注意事项

光伏汇流箱设计的一般正常使用环境条件为

a） 使用环境温度：-25℃～+55℃（无阳光直射）；相对湿度≤95%，无凝露；

b） 符合GB 7251.1中6.1.2.3 中污染等级≤3 的规定；

c） 海拔高度≤3000m；

d） 无剧烈震动冲击, 垂直倾斜度≤5°；

e） 空气中应不含有腐蚀性及爆炸性微粒和气体。白天安装光伏组件时，应用不透光的材料遮住光伏组件，否则在太阳光下，光伏组件会产生很高的电压，可能导致电击危险。保险丝承受来自逆变器和光伏阵列的高压。严禁在工作时触碰保险丝。检查和更换保险丝前必须将直流断路器断开，但注意此时直流断路器的所有端子仍会有高压，必须更换与原型号相同等级的熔丝。

五、结束语

光伏并网发电系统的大规模应用有助于改善电网质量，加强电网的调峰能力、抗灾害能力和电网的延伸能力，是未来中心电站向分布式电站模式过渡的必不可少的组成部分。汇流箱在光伏并网发电系统中能够显著的改善整个电站系统运行中的安全系数，快速的对故障进行定位。合理有效的对光伏电站进行汇流箱配置，从而使电站发挥最大的经济效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。