一种太阳能组件接线盒及太阳能系统的制作方法

本实用新型实施例涉及一种太阳能组件接线盒及太阳能系统。

背景技术：

随着分布式发电系统的发展，其在户用以及太阳能建筑一体化(Building Integrated PV，BIPV)等方面的应用增多，因此，对分布式发电系统的安全性和可靠性的要求越来越高，而具有关断功能的太阳能组件接线盒可在火灾和自然灾害等异常环境中关断太阳能组件，从而提高分布式发电系统的安全性和可靠性。

目前，具有关断功能的太阳能组件接线盒没有明确的设计标准，不同供应商提供的太阳能组件接线盒与网关后台等控制设备之间的通讯技术手段不同，图1示出了一种太阳能系统，太阳能系统的通讯分为四个层次：接线盒层、网关层、太阳能控制器层和服务器层，接线盒通过2.4G频段与网关进行无线通讯，一个网关可以接入上百个接线盒，网关与接线盒的距离在二十至三十米以内。网关与太阳能控制器之间采用433M频段进行无线通讯，一个网关可以接入至少10个中继，通信距离在一千米以内。太阳能控制器与太阳能服务器通过以太网进行通讯，也可以采用4G等无线通讯方式进行通讯。

图1所示的太阳能系统可以将成千上万个太阳能组件组到一个太阳能服务器内，但目前市面上的具有关断功能的太阳能组件接线盒主要是针对晶硅组件进行设计的，由于晶硅组件的开路电压一般在30V至50V之间，而薄膜组件的开路电压在60V至120V之间，因此，具有关断功能的太阳能组件接线盒无法直接用在薄膜组件上。

上述对问题的发现过程的描述，仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的至少一个实施例提供了一种太阳能组件接线盒及太阳能系统。

第一方面，本发明实施例提出一种太阳能组件接线盒，包括：

状态检测模块、控制器以及电源模块；

所述状态检测模块连接所述控制器，所述控制器连接所述电源模块；

所述状态检测模块检测太阳能组件的状态，并将状态检测数据发送给所述控制器，所述控制器获取所述状态检测数据，并在所述状态检测数据异常时生成关断控制信号并发送给所述电源模块，所述电源模块接收到所述关断控制信号后，调整输出电压处于预设的低电压范围。

可选的，所述控制器获取所述状态检测数据，并在所述状态检测数据异常时生成关断控制信号，包括：

所述控制器获取所述状态检测数据，比较所述状态检测数据与预设状态阈值之间的大小，如果所述状态检测数据大于预设状态阈值，生成关断控制信号。

可选的，所述太阳能组件接线盒还包括：无线通信模块；

所述无线通信模块连接所述控制器；

所述控制器通过所述无线通信模块接收远程关断控制指令后，生成所述关断控制信号并发送给所述电源模块，所述电源模块接收到所述关断控制信号后，调整输出电压处于所述低电压范围。

可选的，所述状态检测模块包括温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路中的一个或多个；

所述温度检测电路将检测的温度数据发送给所述控制器，所述控制器获取所述温度数据，并在所述温度数据异常时生成关断控制信号，将该关断控制信号发送给所述电源模块；

所述电压检测电路检测太阳能组件输出的电压，并将检测的电压数据发送给所述控制器，所述控制器获取所述电压数据，并在所述电压数据异常时生成关断控制信号，将该关断控制信号发送给所述电源模块；

所述电流检测电路检测太阳能组件输出的电流，并将检测的电流数据发送给所述控制器，所述控制器获取所述电流数据，并在所述电流数据异常时生成关断控制信号，将该关断控制信号发送给所述电源模块。

可选的，所述控制器获取所述温度数据，并在所述温度数据异常时生成关断控制信号，包括：所述控制器获取所述温度数据，比较所述温度数据与预设温度阈值之间的大小，如果所述温度数据大于所述预设温度阈值，生成关断控制信号；

所述控制器获取所述电压数据，并在所述电压数据异常时生成关断控制信号，包括：所述控制器获取所述电压数据，比较所述电压数据与预设电压阈值之间的大小，如果所述电压数据大于所述预设电压阈值，生成关断控制信号；

所述控制器获取所述电流数据，并在所述电流数据异常时生成关断控制信号，包括：所述控制器获取所述电流数据，比较所述电流数据与预设电流阈值之间的大小，如果所述电流数据大于所述预设电流阈值，生成关断控制信号。

可选的，所述太阳能组件接线盒还包括：供电模块；

所述供电模块，用于获取太阳能组件输出的电能，并向所述控制器供电。

可选的，所述低电压范围为0V至24V。

第二方面，本发明实施例还提出一种太阳能系统，包括：

至少一个太阳能控制器以及多个如第一方面所述的太阳能组件接线盒；不同的所述太阳能组件接线盒连接不同的太阳能组件；

所述太阳能组件接线盒通过有线方式连接所述太阳能控制器，且每个太阳能控制器连接的所述太阳能组件接线盒的个数不超过所述有线方式对应的预设个数；或，

所述太阳能组件接线盒通过无线方式连接所述太阳能控制器，且每个太阳能控制器连接的所述太阳能组件接线盒的个数不超过所述无线方式对应的预设个数。

第三方面，本发明实施例还提出一种太阳能系统，包括：

至少一个太阳能控制器以及多个网关；每个所述网关通过有线方式和/或无线方式连接所述太阳能控制器；

每个所述网关通过有线方式连接多个如第一方面所述的太阳能组件接线盒，不同的所述太阳能组件接线盒连接不同的太阳能组件，且每个所述网关连接的所述太阳能组件接线盒的个数不超过所述网关的有线连接容量；或，

每个所述网关通过无线方式连接多个如第一方面所述的太阳能组件接线盒，不同的所述太阳能组件接线盒连接不同的太阳能组件，且每个所述网关连接的所述太阳能组件接线盒的个数不超过所述网关的无线连接容量。

可见，本实用新型实施例的至少一个实施例中，通过状态检测模块检测太阳能组件接线盒的状态，控制器可根据状态确定是否需要关断太阳能组件，并在确定需要关断太阳能组件时向电源模块发送关断控制信号，控制电源模块调整输出电压处于低电压范围，从而使得太阳能组件接线盒的输出电压处于低电压范围，实现太阳能组件的安全关断，保证人员的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术中涉及的一种太阳能系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种太阳能组件接线盒的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种太阳能组件接线盒的结构框图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种太阳能组件接线盒的结构框图；

图5为本发明实施例提供的一种太阳能系统的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种太阳能系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种太阳能系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一方面，如图2所示，本实用新型实施例公开一种太阳能组件接线盒，用于连接太阳能组件5并输出电能，太阳能组件5包括应用于BIPV场合的薄膜组件，该太阳能组件接线盒可包括：安装壳1、状态检测模块2、控制器3以及电源模块4。

本实施例中，状态检测模块2、控制器3以及电源模块4均安装在安装壳1内；安装壳1具有两个输入端以及两个输出端；安装壳1的两个输入端连接太阳能组件5的两个输出端；安装壳1的两个输出端连接电源模块4的两个输出端，安装壳1的两个输出端用于输出电能；状态检测模块2连接控制器3，控制器3连接电源模块4。

本实施例中，电源模块4例如为DC/DC电源模块。

本实施例中，安装壳1的两个输出端可连接逆变器6，进而使逆变器6输出交流电。

本实施例公开的太阳能组件接线盒的信号流向或数据流向描述如下：

状态检测模块2检测太阳能组件5的状态，并将状态检测数据发送给控制器3，控制器3获取状态检测数据，并在状态检测数据异常时生成关断控制信号并发送给电源模块4，电源模块4接收到关断控制信号后，调整输出电压处于预设的低电压范围。

本实施例中，太阳能组件接线盒的状态具体为太阳能组件接线盒工作相关的状态，包括温度、电流和/或电压等。

本实施例中，状态检测模块2检测太阳能组件5的状态，太阳能组件5的状态包括温度、电流和/或电压等。太阳能组件接线盒可安装在太阳能组件5的背面。

本实施例中，控制器3获取状态检测数据后，判断状态检测数据是否异常，判断方式例如比较状态检测数据与预设状态阈值之间的大小，如果状态检测数据大于预设状态阈值，判定状态检测数据异常。比较功能可通过比较电路实现。

本实施例中，预设状态阈值为太阳能组件5正常工作时所对应的临界值，状态检测数据超出临界值则表示状态检测数据异常。控制器3获取状态检测数据后，可通过比对预设状态阈值，确定状态检测数据是否异常，比对功能的实现可采用比较电路来实现，也即控制器3中设置有比较电路，比较电路属于成熟技术，本实施例不再赘述。

本实施例中，控制器3获取状态检测数据后，若确定状态检测数据异常，说明太阳能组件5处于异常环境，异常环境例如火灾、自然灾害或其他有损太阳能组件5的环境，则控制器3生成关断控制信号，用以关断太阳能组件5。

本实施例中，控制器3生成关断控制信号，关断控制信号可控制电源模块4调整自身的输出电压处于预设的低电压范围，也即电源模块4接收到关断控制信号后，调整自身的输出电压处于预设的低电压范围。

本实施例中，关断控制信号例如为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)占空比配置信号，PWM占空比配置信号可控制电源模块4调整PWM占空比，从而控制自身的输出电压处于预设的低电压范围。

本实施例中，预设的低电压范围例如为0V至24V，属于人体安全电压，PWM占空比配置信号所配置的PWM占空比处于预设的低电压范围所对应的PWM占空比范围。在具体应用中，PWM占空比配置信号所配置的占空比为0V对应的PWM占空比。

可见，本实施例公开的太阳能组件接线盒，通过状态检测模块2检测太阳能组件5的状态，控制器3可根据状态确定是否需要关断太阳能组件5，并在确定需要关断太阳能组件5时向电源模块4发送关断控制信号，控制电源模块4调整输出电压处于低电压范围，又由于电源模块4的输出端连接太阳能组件接线盒的输出端，因此，太阳能组件接线盒的输出电压处于低电压范围，实现太阳能组件的安全关断，保证人员的安全。

在一个具体的例子中，与图2所示的太阳能组件接线盒相比，图3所示的太阳能组件接线盒还可包括无线通信模块7。

本实施例中，无线通信模块7安装在安装壳1内，且连接控制器3。

本实施例中，控制器3通过无线通信模块7接收远程关断控制指令后，生成关断控制信号并发送给电源模块4，电源模块4接收到关断控制信号后，调整输出电压处于预设的低电压范围。

本实施例中，控制器3通过无线通信模块7可与太阳能控制器无线连接，从而控制器3通过无线通信模块7可无线接收太阳能控制器发送的远程关断控制指令，该远程关断控制指令由专业人员操作太阳能控制器发出。

本实施例中，控制器3通过无线通信模块7也可与用户终端(User Equipment，UE)无线连接，UE例如为智能手机，从而控制器3通过无线通信模块7可无线接收UE发送的远程关断控制指令。

本实施例中，控制器3接收远程关断控制指令后或者获取状态检测数据并在所述状态检测数据异常时都会生成关断控制信号。

图2中状态检测模块2包括的各状态检测电路，具体描述如下：

状态检测模块2包括温度检测电路21；温度检测电路21检测太阳能组件接线盒内温度，并将检测的温度数据发送给控制器3，控制器3获取温度数据，并在温度数据异常时生成关断控制信号，将该关断控制信号发送给电源模块4；

和/或，状态检测模块2包括电压检测电路22；电压检测电路22检测安装壳1的两个输入端之间的电压，相当于检测太阳能组件5输出的电压，并将检测的电压数据发送给控制器3，控制器3获取电压数据，并在电压数据异常时生成关断控制信号，将该关断控制信号发送给电源模块4；

和/或，状态检测模块2包括电流检测电路23；电流检测电路23检测安装壳1的任一输入端的电流，相当于检测太阳能组件5输出的电流，并将检测的电流数据发送给控制器3，控制器3获取电流数据，并在电流数据异常时生成关断控制信号，将该关断控制信号发送给电源模块4。

本实施例中，控制器3获取温度数据后，判断温度数据是否异常，判断方式例如比较温度数据与预设温度阈值之间的大小，如果温度数据大于预设温度阈值，判定温度数据异常。比较功能可通过比较电路实现。

本实施例中，控制器3获取电压数据后，判断电压数据是否异常，判断方式例如比较电压数据与预设电压阈值之间的大小，如果电压数据大于预设电压阈值，判定电压数据异常。比较功能可通过比较电路实现。

本实施例中，控制器3获取电流数据后，判断电流数据是否异常，判断方式例如比较电流数据与预设电流阈值之间的大小，如果电流数据大于预设电流阈值，判定电流数据异常。比较功能可通过比较电路实现。

本实施例中，当状态检测模块2包括温度检测电路21、电压检测电路22和电流检测电路23，控制器3接收到异常的温度数据异常、异常的电压数据或异常的电流数据都会生成关断控制信号。

本实施例中，预设温度阈值、预设电压阈值和预设电流阈值均为太阳能组件5正常工作时所对应的临界值，超出临界值则表示太阳能组件5异常，预设温度阈值、预设电压阈值和预设电流阈值的具体取值根据太阳能组件5的性能确定，本实施例不限定具体取值。

本实施例中，温度检测电路21也可设置在太阳能组件5的背面直接检测太阳能组件5的温度，温度检测电路21也可设置在太阳能组件5周围预设范围内检测太阳能组件5所处的环境温度。

在一个具体的例子中，与图2所示的太阳能组件接线盒相比，图4所示的太阳能组件接线盒还可包括供电模块8。

本实施例中，供电模块8安装在安装壳1内；且供电模块8，用于获取太阳能组件5输出的电能，并向控制器3供电。

本实施例中，供电模块8也可向状态检测模块2包括的各状态检测电路供电。

第二方面，本实用新型实施例还提出一种太阳能系统，可包括：

至少一个太阳能控制器以及多个如第一方面所述的太阳能组件接线盒；不同的所述太阳能组件接线盒连接不同的太阳能组件，也即太阳能组件接线盒与太阳能组件一一对应连接。

本实施例中，太阳能系统为两层结构，下层是太阳能组件接线盒，上层是太阳能控制器。

本实施例中，太阳能组件接线盒通过有线方式连接太阳能控制器，且每个太阳能控制器连接的太阳能组件接线盒的个数不超过有线方式对应的预设个数；或，

太阳能组件接线盒通过无线方式连接太阳能控制器，且每个太阳能控制器连接的太阳能组件接线盒的个数不超过无线方式对应的预设个数。

本实施例中，太阳能控制器的功能可沿用现有技术中太阳能控制器的功能，本实施例不再赘述。

本实施例中，太阳能系统根据不同的连接方式对太阳能组件接线盒的个数有限制，具体地，当太阳能组件接线盒通过有线方式连接太阳能控制器时，每个太阳能控制器连接的太阳能组件接线盒的个数不超过有线方式对应的预设个数；当太阳能组件接线盒通过无线方式连接太阳能控制器时，每个太阳能控制器连接的太阳能组件接线盒的个数不超过无线方式对应的预设个数。

在一个具体的例子中，不同的有线方式对应的预设个数不同，不同的无线方式对应的预设个数不同。

本实施例中，若有线方式为RS485方式，则RS485方式对应的预设个数例如为60个至80个范围内的任一个数，RS485方式对应的预设个数的具体取值受限于采用RS485方式进行通信的通信能力，RS485方式对应的预设个数可根据实际情况确定。

本实施例中，若有线方式为电力载波方式，则电力载波方式对应的预设个数例如为20个至50个范围内的任一个数，电力载波方式对应的预设个数的具体取值受限于电力线布局、电力线能组串连接的接线盒的个数以及逆变器的容量，其中逆变器的容量为逆变器连接的太阳能组件接线盒的个数，电力载波方式对应的预设个数。

本实施例中，无线方式对应的预设个数例如为500个，无线方式对应的预设个数受限于不同无线方式对应的覆盖范围以及无线接入数量。

第三方面，本实用新型实施例还提出一种太阳能系统，可包括：至少一个太阳能控制器以及多个网关；每个网关通过有线方式和/或无线方式连接太阳能控制器。

本实施例中，太阳能系统为三层结构，下层是太阳能组件接线盒，中间层是网关，上层是太阳能控制器。

每个网关通过有线方式连接多个如第一方面所述的太阳能组件接线盒，不同的太阳能组件接线盒连接不同的太阳能组件，且每个网关连接的太阳能组件接线盒的个数不超过网关的有线连接容量；网关的有线连接容量也即网关通过有线方式连接的太阳能组件接线盒的最大个数；或，

每个网关通过无线方式连接多个如第一方面所述的太阳能组件接线盒，不同的太阳能组件接线盒连接不同的太阳能组件，且每个网关连接的太阳能组件接线盒的个数不超过网关的无线连接容量；网关的无线连接容量也即网关通过无线方式连接的太阳能组件接线盒的最大个数。

在一个具体的例子中，若有线方式为电力载波方式，则连接同一逆变器6的所有太阳能组件接线盒通过电力载波方式(例如电力线)连接同一网关。

下面结合图5至图7，对太阳能系统进行具体说明。太阳能系统根据太阳能组件接线盒的个数可以分为两层结构和三层结构。

太阳能组件接线盒的个数未超过有线方式对应的预设个数，则采用如第二方面所述的两层有线结构，例如太阳能组件接线盒通过RS485或电力载波等有线方式与太阳能控制器通讯；

太阳能组件接线盒的个数未超过无线方式对应的预设个数，则采用如第二方面所述的两层无线结构，例如太阳能组件接线盒通过ZigBee或蓝牙等无线方式与太阳能控制器通讯。

太阳能组件接线盒的个数超过有线方式对应的预设个数且超过无线方式对应的预设个数，则采用如第三方面所述的三层结构，三层结构的太阳能系统包括三种典型的通讯架构方案：有线方案、无线方案及有线与无线混合方案。

有线方案：采用RS485或电力载波方式，具体地，如图5所示，每一百个左右太阳能组件接线盒通过RS485连接一个网关，也可根据实际现场环境调整一个网关连接的太阳能组件接线盒的数量。当采用电力载波方式通讯时，网关的数量可根据逆变器的数量来配置，一个逆变器连接的所有太阳能组件接线盒可使用一个网关，网关再通过RS485等有线方式与太阳能控制器连接，实现整个太阳能系统的通讯连接。

无线方案：采用ZigBee加LoRa或NB-IoT的方式，具体地，如图6所示，太阳能组件接线盒以几十到一百个左右为单位，组成一个ZigBee网络，每一个ZigBee网络设置一个网关，网关由LoRa模块与ZigBee通信模块构成，LoRa模块与ZigBee通信模块之间通过串口连接，其中ZigBee通信模块可以为cc2530芯片或cc2538芯片。网关负责与各个太阳能组件接线盒的无线通讯。LoRa模块通讯有两种方式：第一种采用LoRaWAN，针对于远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构，具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点，可根据实际应用情况对天线增益进行调节。LoRaWAN是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，太阳能控制器是一个透明的中继，连接LoRa模块和太阳能服务器(图中未示出太阳能服务器，太阳能服务器也即图1中服务器层所包括的太阳能服务器)，太阳能控制器与太阳能服务器通过标准IP(互联网协议)连接，太阳能控制器和LoRa模块间以星形网方式组网，太阳能控制器可以实现多通道并行接收，同时处理多路信号，所有的LoRa模块与太阳能控制器之间均是双向通信，增加了网络容量。第二种采用点对点轮询的方式组网，但是点对点轮询效率要远低于星形网，点对点轮询的方式组网的好处是在通讯协议和系统方面便于实现，研发和工程成本相对较低，比较适用于太阳能组件接线盒数量较少的项目当中，一般在少于500个接线盒的项目中均可以采用太阳能控制器与网关点对点轮询的方式组网。

另外，NB-IoT是物联网领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也即低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT构建于蜂窝网络，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络。NB-IoT模块在无线方案中可以直接替代LoRa模块和太阳能控制器的功能，因此通过两层无线网络即可实现太阳能组件接线盒与服务器之间的数据通讯。

有线与无线混合方案，即RS485与ZigBee相结合的方式，或电力载波与LoRa相结合的方式，具体地，如图7所示，采用RS485加ZigBee通信模块的通讯架构，其中ZigBee通信模块可以为cc2530芯片或cc2538芯片，图7所示的网关还包括图7中未示出的串口转RS485接口，便于RS485与ZigBee通信模块之间的连接。有线与无线混合方案优点是结合有线方式的可靠性与无线方式的便捷性等不同特点来实现整个网络性能的最优设计。

以上方案中，采用RS485或电力载波的有线方案时，具有技术成熟，可靠性高等特点。采用ZigBee无线通讯方案，太阳能组件接线盒与网关组网时施工方便，不需额外增加线缆，还可以根据项目实际情况选择组合方案，有些项目为了美观需要把太阳能组件接线盒与太阳能组件分开，便于将太阳能组件接线盒隐藏在太阳能组件的金属框架中，这种安装方式会将无线信号屏蔽，故需要采用RS485或电力载波的有线方案，将线缆放在框架中既不影响美观又能实现可靠的通讯。

在具体应用中，可以采用CAN总线来替代RS485或电力载波的有线方案，在实施例中提到的组网规模和距离范围内CAN总线方案均可以实现上述的通讯功能，其主要难点在软件的实现和硬件成本上比RS485略显劣势。

在具体应用中，可以采用蓝牙mesh组网来替代ZigBee组网方案，这种组网方案在组网数量和距离方面都不差于不加功率放大器的ZigBee组网方案。在网关与中控器的无线通讯可采用433MHz的无线通讯技术，这种通讯距离可以达到几百米，传输速率一般也不会低于LORA和NB-IoT的传输速率，缺点主要是在功耗方面要高于这两种无线通讯技术。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”意在涵盖非排他性的包含。以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。