一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)。該系統(tǒng)由安全模塊、通信管理模塊、監(jiān)控模塊和直流電弧檢測(cè)裝置等構(gòu)成；直流電弧檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏直流系統(tǒng)中的電弧故障隱患并消除隱患；安全模塊根據(jù)可將光伏系統(tǒng)安全關(guān)斷，從而消除光伏直流系統(tǒng)的高電壓危險(xiǎn)，保障安裝、檢修和消防人員的人身安全；安全模塊可以自動(dòng)觸發(fā)、通過(guò)通信管理模塊或監(jiān)控模塊觸發(fā)；智能監(jiān)控模塊收集光伏系統(tǒng)的信息并分析處理，對(duì)異常情況報(bào)警。該系統(tǒng)可以大大降低分布式光伏系統(tǒng)的火災(zāi)隱患，保障分布式光伏達(dá)到預(yù)期收益。
【專利說(shuō)明】一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，光伏發(fā)電由地面光伏電站重點(diǎn)向屋頂光伏等分布式利用形式發(fā)展，被安 裝光伏組件的屋頂有民用住宅、工業(yè)廠房、商場(chǎng)和學(xué)校等。
[0003] 光伏組件在光照條件下會(huì)產(chǎn)生數(shù)十伏的電壓，特別是若干光伏組件串聯(lián)成一串之 后的電壓可達(dá)1000V，這給光伏電站的安裝、檢修以及滅火工作帶來(lái)嚴(yán)重威脅；目前一般采 取加強(qiáng)安裝、檢修和滅火人員的絕緣防護(hù)水平來(lái)被動(dòng)應(yīng)對(duì)，不足之處是不能主動(dòng)將危險(xiǎn)源 即光伏組件串聯(lián)之后的高電壓降低到安全水平。
[0004] 光伏系統(tǒng)的直流部分，導(dǎo)體接觸不良或電纜老化可引發(fā)持續(xù)電弧(直流電弧無(wú)法 像交流電弧那樣過(guò)零關(guān)斷)并形成火災(zāi)。通常的做法是在屋頂安裝火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器件，若發(fā) 生火災(zāi)，則引發(fā)火警，再用滅火器等消防設(shè)備滅火。這種做法是一種被動(dòng)安全措施，它的不 足之處是：不能主動(dòng)監(jiān)測(cè)電弧的發(fā)生并采取措施及時(shí)消除。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，它能夠在安裝、檢 修、故障和火警時(shí)，將光伏系統(tǒng)切換到安全狀態(tài)，也能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)直流電弧故障并消除，從 而降低光伏系統(tǒng)的投資風(fēng)險(xiǎn)，減少光伏對(duì)所在建筑物的人身和財(cái)產(chǎn)的損害。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：在現(xiàn)有光伏系統(tǒng)上配置一套光伏主 動(dòng)安全系統(tǒng)，該光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)包含：若干個(gè)安全模塊，所述安全模塊包括一個(gè)控制器和 一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路，所述可控開(kāi)關(guān)電路通過(guò)輸入端子與至少一個(gè)光伏組件相連，所述可控 開(kāi)關(guān)電路通過(guò)輸出端子與其他安全模塊的輸出端子串聯(lián)之后接入?yún)R流箱或逆變器，所述控 制器的電源由所接入的光伏組件提供，所述控制器包括一個(gè)通信接口裝置，所述可控開(kāi)關(guān) 電路由所述控制器控制處于能量輸出狀態(tài)或安全狀態(tài)；若干個(gè)通信管理模塊，所述通信管 理模塊包括通信接口裝置和人機(jī)交互裝置，所述通信管理模塊的電源由光伏發(fā)電系統(tǒng)交流 側(cè)提供，所述通信接口裝置與通信管理模塊所接入的安全模塊通信，所述人機(jī)交互裝置用 于顯示安全模塊上傳的信息并接收外部的操作指令；在通信正常狀態(tài)下，所述安全模塊根 據(jù)通信管理模塊的指令工作在能量輸出狀態(tài)或安全狀態(tài)；在安全模塊與接入的通信管理模 塊通信異常時(shí)，安全模塊自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)。
[0007] 優(yōu)選地，該光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)還包含：一套監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊包括通信接口 裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和人機(jī)界面等，所述通信接口裝置與所有通信管理模塊 通信，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)安全模塊及通信管理模塊上傳的信息，所述數(shù)據(jù)處理裝 置用于對(duì)安全模塊及通信管理模塊上傳信息的分析，所述人機(jī)界面用于顯示安全模塊及通 信管理模塊上傳的信息及數(shù)據(jù)處理裝置的分析結(jié)論并接收外部的操作指令。
[0008] 在光伏組件安裝時(shí)，關(guān)閉通信管理模塊與安全模塊的通信，安全模塊自動(dòng)進(jìn)入安 全狀態(tài)，就使得安全模塊串聯(lián)之后的電壓不超過(guò)安全電壓；當(dāng)光伏系統(tǒng)在檢修、故障時(shí)，通 過(guò)監(jiān)控模塊人機(jī)界面或通信管理模塊人機(jī)交互裝置發(fā)送指令，可使得相關(guān)的安全模塊進(jìn)入 安全狀態(tài)；當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)生火警或者其它緊急情況時(shí)，除可以通過(guò)監(jiān)控模塊或通信管理模 塊發(fā)送指令使得相關(guān)安全模塊進(jìn)入安全狀態(tài)，還可以切斷光伏系統(tǒng)交流側(cè)電源使得通信管 理模塊失電、安全模塊自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)。
[0009] 優(yōu)選地，所述監(jiān)控模塊通過(guò)因特網(wǎng)與相應(yīng)的通信管理模塊通信。
[0010] 優(yōu)選地，安全模塊所包括的一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路為DC/DC電壓調(diào)整電路。
[0011] 優(yōu)選地，安全模塊所包括的一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路為可控的常開(kāi)開(kāi)關(guān)。
[0012] 優(yōu)選地，安全模塊所包括的一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路為可控二位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
[0013] 優(yōu)選地，安全模塊包含一個(gè)溫度傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述溫度傳感 器監(jiān)測(cè)到溫度超過(guò)限值時(shí)，將該安全模塊切換到安全狀態(tài)。
[0014] 優(yōu)選地，安全模塊包含一個(gè)電壓傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述電壓傳感 器采集相應(yīng)光伏組件的輸出電壓信息并上傳。
[0015] 優(yōu)選地，安全模塊包含一個(gè)電流傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述電流傳感 器采集相應(yīng)光伏組件的輸出電流信息并上傳。
[0016] 優(yōu)選地，在光伏系統(tǒng)的匯流箱或逆變器內(nèi)部集成直流電弧檢測(cè)裝置，所述直流電 弧檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)到光伏系統(tǒng)中發(fā)生電弧故障時(shí)，通過(guò)通信管理模塊或監(jiān)控模塊控制相應(yīng)的 安全模塊切換到安全狀態(tài)。
[0017] 優(yōu)選地，安全模塊集成在光伏組件接線盒中或作為單獨(dú)的裝置。
[0018] 優(yōu)選地，安全模塊與通信管理模塊之間采用電力線載波通信或無(wú)線通信方式。
[0019] 優(yōu)選地，安全模塊通過(guò)通信網(wǎng)關(guān)與通信管理模塊通信。
[0020] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 在光伏系統(tǒng)安裝、檢修、故障和火警時(shí)，能將光伏系統(tǒng)從高達(dá)1000V的高電壓狀態(tài) 切換到電壓數(shù)十伏的安全狀態(tài)，從而降低光伏系統(tǒng)對(duì)安裝、檢修和消防員的電擊危險(xiǎn)，保障 安裝、檢修和滅火工作順利進(jìn)行； (2) 及時(shí)發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電的電弧故障隱患，并能將隱患消除，從而降低對(duì)光伏系統(tǒng)及建筑 物內(nèi)人身和財(cái)產(chǎn)的危害； (3) 通過(guò)監(jiān)測(cè)光伏組件的溫度、電壓、電流等信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)光伏組件的異常狀態(tài)，以便 采取相應(yīng)的措施，從而提高系統(tǒng)的發(fā)電量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明安全模塊與光伏系統(tǒng)的連接示意圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明的通信架構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3(a)、圖3 (b)、圖3 (c)是安全模塊的示意圖。
[0024] 圖4是多個(gè)光伏組件連接一個(gè)安全模塊的示意圖。
[0025] 圖5是安全模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)與通信管理模塊連接的示意圖。
[0026] 圖中101.光伏組件，102.安全模塊，103.光伏組串，104.匯流箱或逆變器，105. 通信管理模塊，106.監(jiān)控模塊，201. DC/DC電壓調(diào)整電路，202.可控常開(kāi)開(kāi)關(guān)，203.可控二 位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，204.控制器，301.直流電弧檢測(cè)裝置，501.通信網(wǎng)關(guān)。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0028] 在圖1中，每個(gè)光伏組件（101)接入相應(yīng)的安全模塊（102)，各個(gè)安全模塊（102) 串聯(lián)為光伏組串（103);若干個(gè)光伏組串（103)接入?yún)R流箱或逆變器（104)。
[0029] 在圖3(a)中，安全模塊（102)包括一個(gè)控制器（204)和一個(gè)DC/DC電壓調(diào)整電路 (201)構(gòu)成的可控開(kāi)關(guān)電路；安全模塊（102)由所接入的光伏組件提供電源；在能量輸出 狀態(tài)下，DC/DC電壓調(diào)整電路（201)跟蹤所接組件的最大功率點(diǎn)，并將能量輸出；在安全狀 態(tài)下，DC/DC電壓調(diào)整電路（201)將輸出控制在電壓不大于1. IV、功率不大于1W ;所述控制 (204)包括一個(gè)通信接口裝置。
[0030] 在圖3(b)中，安全模塊（102)包括一個(gè)控制器（204)和一個(gè)常開(kāi)開(kāi)關(guān)（202)構(gòu)成的 可控開(kāi)關(guān)電路；安全模塊（102)由所接入的光伏組件提供電源；當(dāng)常開(kāi)開(kāi)關(guān)（202)斷開(kāi)時(shí)， 安全模塊（102)處于能量輸出狀態(tài)；當(dāng)常開(kāi)開(kāi)關(guān)（202)閉合時(shí)，安全模塊（102)處于安全狀 態(tài)，安全模塊（102)的輸出控制在電壓不大于1. IV、功率不大于1W ;所述控制（204)包括一 個(gè)通信接口裝置。
[0031] 在圖3(c)中，安全模塊（102)包括一個(gè)控制器（204)和一個(gè)可控二位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) (203)構(gòu)成的可控開(kāi)關(guān)電路；安全模塊（102)由所接入的光伏組件提供電源；當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) (203)的動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)1時(shí)，安全模塊（102)處于能量輸出狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（203)的動(dòng)節(jié) 點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)2時(shí)，安全模塊（102)處于安全狀態(tài)，安全模塊（102)的輸出控制在電壓不大于 1. IV、功率不大于1W ;在失電狀態(tài)下，可控二位置開(kāi)關(guān)的動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)2 ;所述控制（204) 包括一個(gè)通信接口裝置。
[0032] 在圖2中，安全模塊（102)通過(guò)電力線載波通信或無(wú)線通信的方式與相應(yīng)的通信 管理模塊（105)進(jìn)行雙向通信；通信管理模塊（105)接收所接入的安全模塊（102)的上傳信 息、并發(fā)出相應(yīng)的指令給所接入的安全模塊（102);通信管理模塊（105)由光伏系統(tǒng)交流側(cè) 供電。
[0033] 在圖2中，優(yōu)選地，所有的通信管理模塊（105)通過(guò)有線或無(wú)線的方式與監(jiān)控模塊 (106)進(jìn)行雙向通信，上傳信息或接收指令；優(yōu)選地，監(jiān)控模塊（106)可布置在遠(yuǎn)方，所有通 信管理模塊（105)通過(guò)因特網(wǎng)與監(jiān)控模塊（106)相連。
[0034] 在光伏組件安裝時(shí)，關(guān)閉通信管理模塊（105)與安全模塊（102)之間的通信，安全 模塊（102)受控處于安全狀態(tài)，光伏組串（103)的電壓保持在安全電壓之內(nèi)，從而主動(dòng)將高 電壓危險(xiǎn)消除。
[0035] 在光伏系統(tǒng)檢修或故障時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)監(jiān)控模塊（106)的人機(jī)界面或通信管理 模塊（105)的人機(jī)交互裝置給相應(yīng)的安全模塊（102)發(fā)送指令使得有關(guān)安全模塊（102)處 于安全狀態(tài)，并將相應(yīng)的光伏直流部分與匯流箱或逆變器（104)斷開(kāi)，使得該部分光伏直流 系統(tǒng)的高電壓危險(xiǎn)被主動(dòng)消除。
[0036] 在火警或其他緊急情況時(shí)，除了可以通過(guò)監(jiān)控模塊（106)或通信管理模塊（105) 給相應(yīng)的安全模塊（102)發(fā)送指令使得安全模塊（102)處于安全狀態(tài)，還可以將光伏系統(tǒng) 的交流側(cè)斷電，從而使得通信管理模塊（105)失去電源，相應(yīng)的安全模塊（102)自動(dòng)進(jìn)入安 全狀態(tài)。
[0037] 在圖1中，匯流箱或逆變器（104)集成有直流電弧檢測(cè)裝置（301);直流電弧檢測(cè) 裝置（301)檢測(cè)到電弧故障時(shí)，首先將匯流箱輸出斷路器或逆變器直流側(cè)斷開(kāi)，再通過(guò)通信 管理模塊（105)將有關(guān)安全模塊（102)關(guān)閉，從而將電弧切斷。
[0038] 優(yōu)選地，安全模塊（102)包含一個(gè)溫度傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述溫度 傳感器監(jiān)測(cè)到溫度超過(guò)限值時(shí)，將該安全模塊切換到安全狀態(tài)。
[0039] 優(yōu)選地，安全模塊（102)包含一個(gè)電壓傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述電壓 傳感器采集相應(yīng)光伏組件的輸出電壓信息并上傳。
[0040] 優(yōu)選地，安全模塊（102)包含一個(gè)電流傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述電流 傳感器采集相應(yīng)光伏組件的輸出電流信息并上傳。
[0041] 監(jiān)控模塊根據(jù)上傳的信息分析光伏組件的工作狀態(tài)，對(duì)光伏組件的異常狀態(tài)進(jìn)行 報(bào)警。
[0042] 圖4是上述案例在安全模塊配置數(shù)量的修改，與上述案例1不同之處是，若干塊組 件串聯(lián)之后配置一個(gè)安全模塊。
[0043] 圖5是上述案例在通信網(wǎng)絡(luò)配置上的修改，與上述案例1不同之處是，安全模塊通 過(guò)通信網(wǎng)關(guān)（501)與通信管理模塊（105)通信。
[0044] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征在于，其包含： 若干個(gè)安全模塊，所述安全模塊包括一個(gè)控制器和一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路，所述可控開(kāi)關(guān) 電路通過(guò)輸入端子與至少一個(gè)光伏組件相連，所述可控開(kāi)關(guān)電路通過(guò)輸出端子與其他安全 模塊的輸出端子串聯(lián)之后接入?yún)R流箱或逆變器，所述控制器的電源由所接入的光伏組件提 供，所述控制器包括一個(gè)通信接口裝置，所述可控開(kāi)關(guān)電路由所述控制器控制處于能量輸 出狀態(tài)或安全狀態(tài)； 若干個(gè)通信管理模塊，所述通信管理模塊包括通信接口裝置和人機(jī)交互裝置，所述通 信管理模塊的電源由光伏發(fā)電系統(tǒng)交流側(cè)提供，所述通信接口裝置與通信管理模塊所接入 的安全模塊通信，所述人機(jī)交互裝置用于顯示安全模塊上傳的信息并接收外部的操作指 令；在通信正常狀態(tài)下，所述安全模塊根據(jù)通信管理模塊的指令工作在能量輸出狀態(tài)或安 全狀態(tài)；在安全模塊與接入的通信管理模塊通信異常時(shí)，安全模塊自動(dòng)進(jìn)入安全狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征在于，其包含：一套監(jiān)控模 塊，所述監(jiān)控模塊包括通信接口裝置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和人機(jī)界面等，所述通 信接口裝置與所有通信管理模塊通信，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)安全模塊及通信管理模 塊上傳的信息，所述數(shù)據(jù)處理裝置用于對(duì)安全模塊及通信管理模塊上傳信息的分析，所述 人機(jī)界面用于顯示安全模塊及通信管理模塊上傳的信息及數(shù)據(jù)處理裝置的分析結(jié)論并接 收外部的操作指令。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：所述監(jiān)控模塊通過(guò)因特 網(wǎng)與所有的通信管理模塊通信。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊所包括的 一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路為DC/DC電壓調(diào)整電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊所包括的 一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路為可控的常開(kāi)開(kāi)關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊所包括的 一個(gè)可控開(kāi)關(guān)電路為可控二位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊包含一個(gè) 溫度傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述溫度傳感器監(jiān)測(cè)到溫度超過(guò)限值時(shí)，將該安全 模塊切換到安全狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊包含一個(gè) 電壓傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述電壓傳感器采集相應(yīng)光伏組件的輸出電壓信息 并上傳。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊包含一個(gè) 電流傳感器，安全模塊內(nèi)的控制器通過(guò)所述電流傳感器采集相應(yīng)光伏組件的輸出電流信息 并上傳。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：在光伏系統(tǒng)的匯流 箱或逆變器內(nèi)部集成直流電弧檢測(cè)裝置，所述直流電弧檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)到光伏系統(tǒng)中發(fā)生電 弧故障時(shí)，通過(guò)通信管理模塊或監(jiān)控模塊控制相應(yīng)的安全模塊切換到安全狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊集成在光 伏組件接線盒中或作為單獨(dú)的裝置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊與通信管 理模塊之間采用電力線載波通信或無(wú)線通信方式。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏主動(dòng)安全系統(tǒng)，其特征是：安全模塊通過(guò)通信 網(wǎng)關(guān)與通信管理模塊通信。
【文檔編號(hào)】H02S50/00GK104143958SQ201410365423
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】楊鋒 申請(qǐng)人:北京市意耐特科技有限公司