适用于cigs光伏组件的光伏逆变器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，包括过流保护保险丝、霍尔元件和保护继电器，过流保护保险丝的熔断值大于等于2A且过流保护保险丝的一端与CIGS光伏组件的负极相连，过流保护保险丝的另一端与霍尔元件的正极相连，霍尔元件的负极接地，霍尔元件的信号输出端与保护继电器相连，保护继电器的输出端与光伏逆变器的逆变器控制系统相连。本实用新型光伏逆变器无需频繁更换接地电阻，减小了现场工作量，能够准确检测接地漏电流，扩大了CIGS光伏组件应用范围，可以应用于100kW容量以上光伏电站。
【专利说明】适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种太阳能光伏发电【技术领域】，特别是一种适用于CIGS光伏组 件的光伏逆变器。
【背景技术】
[0002] 太阳能光伏发电系统使用半导体光电原理，利用光伏组件把太阳光辐射能量转化 为直流电，送入逆变器，逆变器把直流电转换为交流电，并入电网，完成能量转换和利用过 程。
[0003] 光伏组件类型有晶硅、非晶硅两大类型。非晶硅技术中有一种是CIGS(铜铟镓 锡金属化合物技术），由于其制作过程简单，材料消耗少，发电能力强（相同条件高于晶硅 20 %左右），温度系数低，稳定性高，寿命长，能源回收期很短，且能在柔性状态下与建筑有 良好结合等突出优点，逐渐得到越来越多应用。但CIGS光伏组件在应用中，会存在一个很 突出问题：CIGS是由Cu (铜）、In (铟）、Ga (镓）、Se (硒）四种元素构成最佳比例的黄铜 矿结晶作为吸收层，厚度很薄，每片电池板的CIGS吸收层所需膜层厚度不超过3 μ m，其内 部结构对漏电流耐受能力低。若应用中出现漏电流，极易损坏。这一点严重限制了 CIGS使 用，远远不及晶硅应用范围广度。
[0004] 目前解决上述问题的方法是在太阳能光伏发电系统的负极设置负极接地保护电 路，保护漏电流不过大，如图1所示结构，包括与CIGS光伏组件1依次连接的直流侧滤波器 2、逆变回路3、交流侧滤波器4和隔离变压器5,以及与逆变回路3连接的逆变器控制系统， 通过隔离变压器5隔离电网，屏蔽电网漏电流。CIGS光伏组件1正极对地正电压，负极对 地电压为零，负极接地保护电路中采用串联的两个负极接地保护保险丝：接地电阻R1和接 地电阻R2,两接地电阻内分别设置撞针：撞针P1和撞针P2。由于CIGS光伏组件1本身特 性，其仍然对地有很大电容存在，每当环境条件出现一些变化，比如遮挡、部分组件损坏等 情况，电容不可避免对地放电。CIGS与其它薄膜光伏组件不同的是，其对漏电流耐受能力极 低，其它普通非晶硅薄膜光伏组件耐受能力达到l〇A，CIGS通常只有20mA。其工作过程是 ： CIGS光伏组件开始运行，各组件工作条件均匀一致，组件绝缘高，漏电流小于20mA，满足电 池安全运行的要求。当组件工作在如下条件下，可能出现漏电流超标。包括：a，组件暴露 于高温高湿条件下，绝缘会降低，性能出现劣化；b，由于光照辐射、温度、湿度或阴影遮挡等 原因，组件工作条件出现不均匀，造成瞬时漏电流超标。c，可能有其它更复杂原因。结果就 是漏电流超过20mA，烧毁保险丝并使逆变器停机。这里之所以使用两个负极接地保护保险 丝，是为了保证工作可靠性。如果任何一个保险丝断开，即接地电阻熔断，弹出撞针，送出信 号给继电器控制系统，继电器控制系统发停机型号给逆变器停机。远程得到信息后，需要现 场更换保险丝并恢复逆变器运行。故上述方式存在问题：1，光伏逆变器负极接地保护保险 丝屡屡被烧断，造成停机，影响发电，增大维护工作量。保险丝更换过于频繁，但直接使用大 阻值保险又不满足组件生产厂商要求。2,不同电站容量中对漏电流要求也不同，CIGS耐受 20mA如此微量的电流，根本不可能应用到超过100kW大型电站中，因为根据实测情况，超过 lOOkW容量CIGS电站漏电流普遍超过4A。故现有的CIGS光伏组件应用范围很小，只能适 用于100kW以下电站使用。 实用新型内容
[0005] 本实用新型针对现有的光伏逆变器采用串联的两个负极接地保护保险丝存在的 问题，提供一种新型的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，通过设置过流保护保险丝和保 护继电器，减小现场工作量，并能够准确检测接地漏电流，扩大了 CIGS光伏组件应用范围， 可以应用于l〇〇kW容量以上光伏电站。
[0006] 本实用新型的技术方案如下：
[0007] -种适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，其特征在于，包括过流保护保险丝、霍 尔元件和保护继电器，所述过流保护保险丝的熔断值大于等于2A且所述过流保护保险丝 的一端与CIGS光伏组件的负极相连，所述过流保护保险丝的另一端与霍尔元件的正极相 连，所述霍尔元件的负极接地，所述霍尔元件的信号输出端与保护继电器相连，所述保护继 电器的输出端与光伏逆变器的逆变器控制系统相连。
[0008] 所述保护继电器除设置有接收霍尔元件的信号的漏电流信号接收端子，还设置有 输入信号端子，所述保护继电器上设置有调节面板。
[0009] 所述保护继电器使用24V直流控制电源。
[0010] 所述过流保护保险丝的熔断值设置为5A。
[0011] 所述光伏逆变器设置有取自直流侧进线的电源；和/或，所述光伏逆变器设置有 取自交流侧出线的开关电源；和/或，在光伏逆变器的交流侧设置有UPS电源。
[0012] 本实用新型的技术效果如下：
[0013] 本实用新型提供的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，通过设置过流保护保险 丝、霍尔元件和保护继电器，使得光伏逆变器具有了全新的负极接地回路，在CIGS光伏组 件的负极串联过流保护保险丝，能够避免回路中可能会出现的局部短路情形，熔断值大于 等于2A，以满足光伏逆变器更适用于CIGS薄膜光伏组件。通过霍尔元件获取漏电流，并将 该漏电流输入至保护继电器，由保护继电器完成继电保护，实现在漏电流限制以内时光伏 逆变器内的电路畅通，在漏电流超过允许值即漏电流越限时，保护继电器和接地断开，并发 出信号给逆变器控制系统，逆变器控制系统控制逆变器自动停机，保护继电器和接地恢复 闭合，以及在之后再自动开机后并正常运行，省去了频繁更换负极接地保护保险丝的工作， 减小了现场工作量，自动化运行提高发电量。而且本实用新型的光伏逆变器的电流工作范 围大，CIGS光伏组件可灵活设定接地漏电流值，运行稳定，安全性高。该光伏逆变器能够 准确检测接地漏电流，还可以根据其规律，优化太阳能光伏发电系统配置参数，提高运行效 率；扩大了 CIGS光伏组件应用范围，可以应用于100kW容量以上光伏电站，甚至能用于兆瓦 级大型地面电站。这对于CIGS光伏组件的应用推广有很大作用。
[0014] 光伏逆变器优选设置有取自直流侧进线的电源，设置有取自交流侧出线的开关电 源，以及在光伏逆变器的交流侧设置有UPS电源。上述设置修改了现有光伏逆变器的直流 电源供电电路，设置一种或多种电源提供方式，尤其在多种电源提供方式时，多路电源均可 使用并互为备用，保证逆变器控制系统工作有效，提高了光伏逆变器乃至整个太阳能光伏 发电系统运行的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为现有的光伏逆变器的结构示意图。
[0016] 图2为本实用新型适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器的结构示意图。
[0017] 图中各标号列示如下：
[0018] 1 - CIGS光伏组件；2 -直流侧滤波器；3 -逆变回路；4 一交流侧滤波器；5 -隔 离变压器；6 -过流保护保险丝；7 -霍尔元件；8 -保护继电器；R1 -接地电阻；R2 -接地 电阻；P1 -撞针；P2 -撞针。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本实用新型进行说明。
[0020] 本实用新型涉及一种适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器（简称逆变器），其结构 如图2所示，包括直流侧滤波器2、逆变回路3、交流侧滤波器4、隔离变压器5、过流保护保 险丝6、霍尔元件7、保护继电器8和逆变器控制系统。在光伏逆变器中，可以理解为是逆变 回路3的一侧为直流侧电路，另一侧为交流侧电路，利用CIGS光伏组件1把太阳光辐射能 量转换为直流电，经直流侧电路、逆变回路3和交流侧电路，最终该直流电转换为交流电输 出，并入电网。直流侧电路包括直流侧滤波器2，设置直流侧滤波器2能够消除直流侧电路 中的干扰，交流侧电路包括交流侧滤波器4,设置交流侧滤波器4能够消除交流侧电路中的 干扰。直流侧滤波器2与CIGS光伏组件1相连，交流侧滤波器4与隔离变压器5相连，通 过隔离变压器5隔离电网，屏蔽电网漏电流，隔离变压器5为隔离升压变压器。逆变器控制 系统与逆变回路3相连。
[0021] 过流保护保险丝6的一端与CIGS光伏组件1的负极相连，过流保护保险丝6的另 一端与霍尔元件7的正极相连，过流保护保险丝的熔断值大于等于2A，该熔断值优选设置 为5A，以满足该光伏逆变器适用于CIGS薄膜光伏组件。霍尔元件7具有正极、负极和信号 输出端，其正极与过流保护保险丝6相连，其负极接地，其信号输出端与保护继电器8相连， 保护继电器8的输出端与光伏逆变器的逆变器控制系统相连。
[0022] 霍尔元件7获取漏电流作为模拟量输入信号输入至保护继电器8,保护继电器8通 过端子④接收该漏电流输入信号，即为实时漏电流信号，该端子④为漏电流信号接收端子。 保护继电器8上可通过端子①、②、③等作为输入信号端子，如输入漏电流限值，或输入逆 变器待机0K，或输入系统是否正常等其它条件。保护继电器8上设置有调节面板，可进行 漏电流限值调节设置、越限延时设置和调节、停机延时设置等。保护继电器8上的端子⑥和 ⑦为复位端子。保护继电器8使用24V直流控制电源，如图2所示的电源端子⑩和?。保护 继电器8的输出信号（如端子?、?、?、?）可以是断开接地回路、断开逆变器、警告信 号、视觉显示、通信信号、闭合接地回路、逆变器开机等信号，保护继电器8的输出信号输出 至逆变器控制系统。
[0023] 本实用新型所涉及的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器设计新的逆变器负极接 地回路，通过霍尔元件7获取漏电流，并将该漏电流输入至保护继电器8,由保护继电器8完 成继电保护，在漏电流超过允许值即漏电流越限时，保护继电器8和接地断开，并发出信号 给逆变器控制系统，逆变器控制系统控制逆变器自动停机，保护继电器和接地恢复闭合。延 时一段时间后，逆变器自动开机，正常运行。该光伏逆变器的主要设计思路是：漏电流限值 以内，必须保证光伏逆变器内的电路畅通；电流工作范围大，可能ImA-lOA变化，整定范围 大；超过限制后，动作时间需要有一定延迟；保护动作，必须切断接地电路，同时，逆变器停 机，保护动作前电流值应该记录；动作以后，延迟60s时间（可以设定）要求能自恢复，可自 恢复3次，每次运行时间如果最长不超过5min，逆变器停机报检查报警。上述思路主要考虑 CIGS光伏组件运行特点是漏电流变化大，速度快。很可能一次阴影或工作性能劣化都可能 导致漏电流增大，漏电流增大有时候是瞬时发生，又很快消失，也有可能是永久性。
[0024] 下面对保护继电器断开工作和重新投入工作的优选工作方式进行举例说明。根据 CIGS光伏组件类型特性，在保护继电器中设定漏电流限值和动作延迟时间。CIGS光伏组件 投入工作，逆变器运行。使用霍尔元件取漏电流作为电流输入信号，与设定值比较。如果电 流值越限，保护继电器和接地断开，同时，发出信号停止逆变器运行，保护继电器和接地恢 复闭合。逆变器停止后延时60s，逆变器控制系统发出信号给继电器闭合，闭合以后，逆变器 启动。如果重新投入运行时间超过2min，则认为上述越限属于短时工作条件突变原因，造成 的短时越限，逆变器仍可以投入正常运行。如果小于2min再次出现保护继电器动作，则认 为CIGS光伏组件工作性能可能出现劣化。逆变器控制系统计数器开始累积计数。连续两 次不正常，逆变器不再发信号给继电器闭合，保持停机，逆变器发出报警维修信号。维修完 毕，手动闭合继电器。逆变器启动，开始正常运行。
[0025] 本实用新型所涉及的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，优选增设一个或多个 电源提供电路，具体可以在直流侧电路设置有光伏直流侧进线电源，是取自直流侧进线的 电源；在交流侧设置有交流侧出线开关电源；在交流侧设置有UPS电源。上述设置修改了现 有光伏逆变器的直流电源供电电路，设置一种或多种电源提供方式，尤其在多种电源提供 方式时，多路电源互为备用，提高了光伏逆变器乃至整个太阳能光伏发电系统运行的安全 性。
[0026] 需要说明的是，保护继电器输入阻抗与漏电流主回路阻抗（109Ω)相比，可以忽略 不计。因此，无需考虑对漏电流大小造成影响。
[0027] 应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明 创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创 造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改 或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵 盖在本发明创造专利的保护范围当中。
【权利要求】
1. 一种适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，其特征在于，包括过流保护保险丝、霍尔 元件和保护继电器，所述过流保护保险丝的熔断值大于等于2A且所述过流保护保险丝的 一端与CIGS光伏组件的负极相连，所述过流保护保险丝的另一端与霍尔元件的正极相连， 所述霍尔元件的负极接地，所述霍尔元件的信号输出端与保护继电器相连，所述保护继电 器的输出端与光伏逆变器的逆变器控制系统相连。
2. 根据权利要求1所述的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，其特征在于，所述保护 继电器除设置有接收霍尔元件的信号的漏电流信号接收端子，还设置有输入信号端子，所 述保护继电器上设置有调节面板。
3. 根据权利要求2所述的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，其特征在于，所述保护 继电器使用24V直流控制电源。
4. 根据权利要求1所述的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，其特征在于，所述过流 保护保险丝的熔断值设置为5A。
5. 根据权利要求1至4之一所述的适用于CIGS光伏组件的光伏逆变器，其特征在于， 所述光伏逆变器设置有取自直流侧进线的电源；和/或，所述光伏逆变器设置有取自交流 侧出线的开关电源；和/或，在光伏逆变器的交流侧设置有UPS电源。
【文档编号】H02J3/38GK204103462SQ201420595962
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】郑永刚 申请人:北京中电安博机电技术有限公司