一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，包括第一太阳能光伏组串、第二太阳能光伏组串、串并联切换器及逆变器；第一、第二太阳能光伏组串分别由若干个太阳能光伏组件串联而成；第一、第二太阳能光伏组串输出的直流电输向串并联切换器，当第一、第二太阳能光伏组串输出的电压值均低于设定的低电压值时，串并联切换器将第一、第二太阳能光伏组串切换成串联光伏组串电路；当第一、第二太阳能光伏组串输出的电压值均高于设定的高电压值时，将第一、第二太阳能光伏组串切换成并联光伏组串电路。本实用新型通过串并联切换器的工作，能够使输向逆变器的直流电电压维持在高效工作区间电压内，从而大幅提高逆变器工作效能。

主设计要求

1.一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，其特征在于：包括第一太阳能光伏组串、第二太阳能光伏组串、串并联切换器及逆变器；所述第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串分别由若干个太阳能光伏组件串联而成；所述第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的直流电输向串并联切换器，当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均低于设定的低电压值时，串并联切换器将第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串切换成串联光伏组串电路；当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均高于设定的高电压值时，将第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串切换成并联光伏组串电路；该串联光伏组串电路或并联光伏组串电路输出的直流电进入逆变器，再由逆变器逆变成交流电后输出。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，其特征在于：所述串并联切换器包括第一输电线路、第二输电线路及切换控制电路，第一输电线路的输入端电性连接第一太阳能光伏组串，第二输电线路的输入端电性连接第二太阳能光伏组串；第一输电线路包括第一正极线路和第一负极线路，第二输电线路包括第二正极线路和第二负极线路；所述第一负极线路中设有第三直流接触器，所述第二正极线路中设有第四直流接触器；所述第三直流接触器和第四直流接触器分别具有电流输入端和电流输出端，所述第三直流接触器的电流输入端与第四直流接触器的电流输入端之间连接有第一直流接触器，所述第三直流接触器的电流输出端与第二负极线路之间连接有第二直流接触器；所述切换控制电路控制第一直流接触器和第二直流接触器导通、第三直流接触器和第四直流接触器断开，或者控制第一直流接触器和第二直流接触器断开、第三直流接触器和第四直流接触器导通。

3.根据权利要求2所述的一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，其特征在于：所述切换控制电路包括开关电源、切换开关、第一控制电路及第二控制电路；所述开关电源将220V交流电转化为12V直流电后，经切换开关，供应给第一控制电路或者第二控制电路；所述第一直流接触器和第二直流接触器的线圈并联设置于第一控制电路中，所述第三直流接触器和第四直流接触器的线圈并联设置于第二控制电路中；所述切换开关控制第一控制电路导通、第二控制电路断开，或者控制第一控制电路断开、第二控制电路导通。

4.根据权利要求1所述的一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，其特征在于：每一个太阳能光伏组件分别具有60片\/72片光伏电池片。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏发电设备技术领域，特别涉及一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统。

背景技术

随着太阳能的应用越来越广泛，很多建筑的房顶都开始铺设太阳能电池板。太阳能光伏组件是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。由于单个太阳能光伏组件的电压较低，因此通常需要将多个太阳能光伏组件串联成太阳能光伏组串。太阳能发电系统中的另一核心部件是光伏逆变器，其作用是将太阳能光伏组串输出的直流电逆变成交流电，推动负载工作，或并入市电电网。

逆变器根据输入的直流电电压值，具有启动电压、低效工作区间电压和高效工作区间电压；其中，启动电压为启动逆变器工作的最低直流电电压，例如200 V；高效工作区间电压为逆变器高效工作的区间电压，例如350V～850V之间为高效工作区间电压；低效工作区间电压为逆变器低效工作的区间电压，例如200V～350V之间的电压及高于850V的电压为低效工作区间电压。在现有技术中，太阳能光伏组串输出的直流电是直接进入逆变器的，由于太阳能光伏组串受太阳光照的影响较大，在早上及傍晚太阳光照较弱的时候，太阳能光伏组串输出的直流电电压值较低（例如200V～350V之间），使得逆变器的工作效率处于低效工作区间内，而在中午太阳光照最强的时候，太阳能光伏组串输出的直流电电压值往往又高于逆变器的高效工作区间电压（例如高于850V），使逆变器的工作效率又比较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种能提高逆变器工作效能的一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，包括第一太阳能光伏组串、第二太阳能光伏组串、串并联切换器及逆变器；所述第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串分别由若干个太阳能光伏组件串联而成；所述第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的直流电输向串并联切换器，当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均低于设定的低电压值时，串并联切换器将第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串切换成串联光伏组串电路；当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均高于设定的高电压值时，将第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串切换成并联光伏组串电路；该串联光伏组串电路或并联光伏组串电路输出的直流电进入逆变器，再由逆变器逆变成交流电后输出。

优选地，所述串并联切换器包括第一输电线路、第二输电线路及切换控制电路，第一输电线路的输入端电性连接第一太阳能光伏组串，第二输电线路的输入端电性连接第二太阳能光伏组串；第一输电线路包括第一正极线路和第一负极线路，第二输电线路包括第二正极线路和第二负极线路；所述第一负极线路中设有第三直流接触器，所述第二正极线路中设有第四直流接触器；所述第三直流接触器和第四直流接触器分别具有电流输入端和电流输出端，所述第三直流接触器的电流输入端与第四直流接触器的电流输入端之间连接有第一直流接触器，所述第三直流接触器的电流输出端与第二负极线路之间连接有第二直流接触器；所述切换控制电路控制第一直流接触器和第二直流接触器导通、第三直流接触器和第四直流接触器断开，或者控制第一直流接触器和第二直流接触器断开、第三直流接触器和第四直流接触器导通。

优选地，所述切换控制电路包括开关电源、切换开关、第一控制电路及第二控制电路；所述开关电源将220V交流电转化为12V直流电后，经切换开关，供应给第一控制电路或者第二控制电路；所述第一直流接触器和第二直流接触器的线圈并联设置于第一控制电路中，所述第三直流接触器和第四直流接触器的线圈并联设置于第二控制电路中；所述切换开关控制第一控制电路导通、第二控制电路断开，或者控制第一控制电路断开、第二控制电路导通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型设置两串太阳能光伏组串，并在两串太阳能光伏组串与逆变器之间设置串并联切换器，当太阳能光伏组串输出的电压值均低于设定的低电压值时，串并联切换器将两串太阳能光伏组串切换成串联光伏组串电路，这样能使输向逆变器的电压为两串太阳能光伏组串的电压之和，而电流则是单串太阳能光伏组串的电流，当太阳能光伏组串输出的电压值高于设定的高电压值时，将两串太阳能光伏组串切换成并联光伏组串电路，这样能使输向逆变器的电压为单串太阳能光伏组串的电压，而电流则是两串太阳能光伏组串的电流之和。通过串并联切换器的工作，在早上及傍晚太阳光照较弱的时候，或者中午太阳光照最强的时候，能够使输向逆变器的直流电电压维持在高效工作区间电压内，从而大幅提高逆变器工作效能。

附图说明

图1为房顶光伏组串的串并联自动切换系统的方框结构示意图。

图2为串并联切换器的电路结构示意图。

图3为切换控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型为一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统，包括第一太阳能光伏组串1、第二太阳能光伏组串2、串并联切换器3及逆变器4；所述第一太阳能光伏组串1及第二太阳能光伏组串2分别由若干个太阳能光伏组件11、21串联而成；所述第一太阳能光伏组串1及第二太阳能光伏组串2输出的直流电输向串并联切换器3，当第一太阳能光伏组串1及第二太阳能光伏组串2输出的电压值均低于设定的低电压值时，串并联切换器3将第一太阳能光伏组串1及第二太阳能光伏组串2切换成串联光伏组串电路；当第一太阳能光伏组串1及第二太阳能光伏组串2输出的电压值均高于设定的高电压值时，将第一太阳能光伏组串1及第二太阳能光伏组串2切换成并联光伏组串电路；该串联光伏组串电路或并联光伏组串电路输出的直流电进入逆变器4，再由逆变器4逆变成交流电后输出。

如图2和图3所示，所述串并联切换器3包括第一输电线路31、第二输电线路32及切换控制电路，第一输电线路31的输入端电性连接第一太阳能光伏组串1，第二输电线路32的输入端电性连接第二太阳能光伏组串2；第一输电线路31包括第一正极线路311和第一负极线路312，第二输电线路32包括第二正极线路321和第二负极线路322；所述第一负极线路312中设有第三直流接触器KM3，所述第二正极线路321中设有第四直流接触器KM4；所述第三直流接触器KM3和第四直流接触器KM4分别具有电流输入端和电流输出端，所述第三直流接触器KM3的电流输入端与第四直流接触器KM4的电流输入端之间连接有第一直流接触器KM1，所述第三直流接触器KM3的电流输出端与第二负极线路322之间连接有第二直流接触器KM2；所述切换控制电路控制第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2导通、第三直流接触器KM3和第四直流接触器KM4断开，或者控制第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2断开、第三直流接触器KM3和第四直流接触器KM4导通。

如图2和图3所示，所述切换控制电路包括开关电源S、切换开关SB、第一控制电路及第二控制电路；所述开关电源S将220V交流电转化为12V直流电后，经切换开关SB，供应给第一控制电路33或者第二控制电路34；所述第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2的线圈并联设置于第一控制电路33中，所述第三直流接触器KM3和第四直流接触器的线圈KM4并联设置于第二控制电路34中；所述切换开关SB控制第一控制电路33导通、第二控制电路34断开，或者控制第一控制电路33断开、第二控制电路34导通。

如图1所示，每一个太阳能光伏组件11、21分别具有60片\/72片光伏电池片。

上述一种房顶光伏组串的串并联自动切换系统的切换方法，包括以下步骤：

S1.设定第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串的低电压值及高电压值；

S2.第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串分别向串并联切换器输出直流电，在串并联切换器内，按以下两种方式执行：

a.当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均低于设定的低电压值时，串并联切换器将第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串切换成串联光伏组串电路，从串并联切换器的输出端输出一组直流电，该组直流电的电压值为第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值之和；

b.当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均高于设定的高电压值时，串并联切换器将第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串切换成并联光伏组串电路，从串并联切换器的输出端输出两组直流电；

S3.从串并联切换器输出的直流电进入逆变器，逆变器将直流电逆变成交流电后输出。

优选地，所述低电压值为350V，所述高电压值为425V。这样，当单串太阳能光伏组串的输出电压低于350V时，两串太阳能光伏组串组成串联光伏组串电路，其输向逆变器的电压在350V～850V之间，当单串太阳能光伏组串的输出电压高于425V时，两串太阳能光伏组串组成并联光伏组串电路，两串太阳能光伏组串的输出电压也和单串太阳能光伏组串的输出电压保持一致。

优选地，当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均低于设定的低电压值时, 所述切换控制电路控制第一直流接触器和第二直流接触器导通、第三直流接触器和第四直流接触器断开；当第一太阳能光伏组串及第二太阳能光伏组串输出的电压值均高于设定的高电压值时，所述切换控制电路控制第一直流接触器和第二直流接触器断开、第三直流接触器和第四直流接触器导通。

优选地，当需要控制第一直流接触器和第二直流接触器导通、第三直流接触器和第四直流接触器断开时，所述切换开关控制第一控制电路导通、第二控制电路断开；当需要控制第一直流接触器和第二直流接触器断开、第三直流接触器和第四直流接触器导通时，所述切换开关控制第一控制电路断开、第二控制电路导通。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

设计图

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主设计要求

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