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光伏組串電流傳感器應用及疊代

2018-07-24 16:48:39 來源:德托機械 浏覽:1048

什麼是光伏組串:

在光伏發電系統中,将若幹個光伏組件串聯後,形成具有一定直流輸出的電路單元,簡稱組件串或組串。

組串電流檢測有幾個典型的特點:

  1. 檢測電流的路數一般較多,典型的有8路16路等(彙流箱),逆變器則根據其MPPT設計各有不同。

  2. 對其檢測電流的精度有一定要求,但不做計量或計算需求。更大的意義在于實時監控組件發電的狀态。

組串電流檢測的應用:

彙流箱

是指用戶可以将一定數量、規格相同的光伏電池串聯起來,組成一個個光伏串列,然後再将若幹個光伏串列并聯接入光伏彙流箱,起到彙流和監控的裝置。彙流箱是作為組串電流的典型應用代表。

逆變器

随着分布式電站及商用家庭光伏發電的興起。尤其是國内,組串式電流傳感器作為檢測光伏面闆的第一道監控,發揮着不可或缺的作用。

電流檢測原件的疊代升級

原理篇

因為需要對光伏面闆發出的電流進行實時監控,其關注電流一般在7A~10A的直流電流(雙面組件的電流會更大些)。要檢測這個檔位的直流電方案有很多。有比如電阻,光耦霍爾等檢測方案。這裡可以講講光伏彙流箱裡電流檢測方案的跟新疊代。

電阻方案:

在低頻率小幅值電流測量中,表現出高的精度和較快的響應速度。工業領域中,在不涉及到測量回路與被測電流之間電隔離的場合,分流器是将電流信号轉變為電壓信号的首選的低成本方案。

單芯片霍爾方案(SO8封裝等):

拿彙流箱舉例,直流彙流箱最早有不帶電流檢測功能的。其主要是用于連接光伏陣列(組串) 及逆變器,提供防雷及過流保護等。但對于大型光伏電站項目而言,必須增加智能采集裝置,專門用于監測光伏電池陣列中電池組串的運行參數,以保證對設備的實時監控。

早期的彙流箱,廠家喜歡用電阻(Shunt)方案來檢測電流。電阻有着使用簡單,成本低廉等優點。但其缺點也很明顯,其溫漂較大且非隔離的特性讓其不是非常适合在光伏系統中使用。如果選擇特殊的電阻隔離方案,則需要選擇較好的運放及線性光耦,其綜合成本也并不低。

并且光伏電站的實際運營中,出現了一定比率的箱體着火燒毀現象。排查下來,有一大部分原因是因為長時間的使用電阻一直處于通電狀态,其兩端固定處的松動引起接觸阻值異常發熱,甚至拉弧。究其根本原因,還是電阻檢測方案是非隔離方案,在光伏這樣的工業級系統中顯然不太适合。

就這個問題,各大光伏論壇及年會也時常說起。市場普遍認為,電阻方案做為光伏系統中的電流檢測方案會有潛在風險,原則上不推薦使用。漸漸地主流電站方開始在招标書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别。根據工作原理的不同一般分開環和閉環。

在要求用霍爾替代電阻的那段時間裡,可選擇的電流傳感器方案其實并不多,僅有國外的幾家傳感器廠家擁有成熟方案,而且當時的開環方案并不成熟。在這樣的情況下,大家隻能硬着頭皮用昂貴的閉環方案。緊接着國内廠家借勢推出了本土化的廉價閉環方案。

閉環在精度上有着相對優勢,但在實際使用時又出現了若幹問題。比如,閉環傳感器的線圈匝數較多,灌膠後,傳感器内部在經受熱脹冷縮後線圈容易出現斷裂現象。加上較多的線圈匝數在遇到打雷天氣時耦合較大的能量,容易打壞傳感器的内部芯片。但最根本的問題還是:即使是廉價版的閉環傳感器,其成本價格也是組串電流檢測所無法承受的。

同一時期開環方案逐漸成熟,從LEM的HO系列到國内開環方案的百家開花。從成本和可靠性上,開環電流傳感器真正實現了高性價比和可靠的組串電流檢測方案。

注:介于電阻和霍爾電流傳感器(磁環式)之間的單芯片霍爾(如ACS712)定位稍尴尬,由于其耐壓及電流過沖能力欠佳,不被大多數的光伏用戶認可。

在開環電流傳感器方案中,Magtron受到越來越多客戶的青睐,根本的原因還是在于其成熟的自研SOC芯片和敏銳的市場洞悉力,能在短時間内為客戶找到合适的方案,并提供相應可靠的件。

--結構篇

當開環霍爾成為了主流後。凡是組串類的直流電流檢測,都會優先選用該方案。在找到了适合的原理方案後,大家又開始考慮結構上的問題。

主流的穿芯霍爾做到了完全的隔離,安全等級較高。幾乎所有的傳感器都是以是以豎裝的形式來設計。這種設計延續了傳感器以往的立式方案。

不同的方案沒有絕對的好壞,但對應用在适合的項目中,會大大降低你的人工成本及綜合成本。

這裡還是以彙流箱舉例,對比SNEC14年的光伏展與16年的光伏展,不難發現,主流的彙流箱方案,都在朝着功率密度集成化的方向在走。這也是我們所提到的,在原理方案沒有太大區分化的今天,結構上的推陳出新能給整個方案帶來全新的設計思路。

從扁平化的監控模塊到正負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計。一些列的結構升級讓整個彙流箱的空間愈發緊湊,生産效率不斷提升。整個機箱體積能減少1/4以上,帶來的優勢不言而喻。

講到生産效率,就不得不提到分布式逆變器的組串電流檢測。它和彙流箱起着類似的作用。作為逆變器的一部分,它的設計會更加緊密。傳統的立式安裝會遇到PCB闆占闆面積較大,穿線不方便的情況。組串線需要先穿過傳感器的孔再插入逆變器内殼的MC4端子接線頭。兩次穿線會給工人帶來生産效率上的問題。

而卧裝形式的電流傳感器就恰好适合這種場所。其穿孔緊貼PCB闆的空位,而PCB孔又緊貼MC4接線孔。讓穿線一步到位,同時又隻占到逆變器内部很小一部分空間。再深挖這種卧裝形式的傳感器你還會發現,有很大一部分的領域都更适合這種方式檢測電流。

當然,根據不同的場所,Magtron提供不同方案,讓用戶有跟多的選擇權。

Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領先企業,緻力于實現新一代更智能的、高功率密度和定制化的磁電傳感系統方案。在整個行業向工業物聯網和傳感智能化的大趨勢推動下,Magtron的創新技術Quadcore,RCMU,iShunt等創新技術使得磁電傳感,特别是電流傳感器應用既高度集成易用,同時實現高功率密度化,也首次實現傳感器高速軟件化。