标题：智能光伏汇流箱
序言
进入新世纪以来，太阳能光伏产业已成为当今世界最受关注的新兴产业之一。光伏发电是利用太阳能和半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今主流的太阳能发电方式。光伏发电不需要燃料，无气体排放，属于 “绿色”产业，具有无污染、安全、长寿命、维护简单、资源永不枯竭和资源分布广泛等特点，被认为是21世纪最重要的新能源，可广泛应用于航天、通讯、能源、农业、办公设施、交通以及民宅等领域。 
值得关注的是太阳能光伏产业发展最快的地方往往也是雷击灾害损失最惨重的地方。本文针对光伏发电系统光伏阵列组件数量极多、布线麻烦、逆变器造价高、雷击损失惨重等问题提出了智能光伏汇流箱的设计方法，具有广泛的适用性及应用前景。
智能光伏汇流箱概述
智能光伏汇流箱用于连接光伏阵列及逆变器，提供防雷及过流保护，并监测光伏阵列的单串电流、电压及防雷器状态、断路器状态。在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线，用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入智能光伏汇流箱，在智能光伏汇流箱内汇流后，通过直流断路器输出，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。为了提高系统的可靠性和实用性，可在智能光伏汇流箱里配置光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，并设置工作状态指示灯、雷电计数器等，方便用户及时准确的掌握光伏电池的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效。
对于大型光伏并网发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。使用光伏汇流箱，用户可以根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏阵列防雷汇流箱，通过防雷器与断路器后输出，方便了后级逆变器的接入。
硬件设计
汇流箱的结构和机柜本身的制造质量、主电路连接、二次线及电气元件安装等应符合下列要求：
a） 机架组装有关零部件均应符合各自的技术要求； 
b） 箱体应牢固、平整，表面应光滑平整，无剥落、锈蚀及裂痕等现象； 
c） 机架面板应平整，文字和符号要求清楚、整齐、规范、正确； 
d） 标牌、标志、标记应完整清晰； 
e） 各种开关应便于操作，灵活可靠。
智能光伏汇流箱的设计应具有以下特点：
（1） 满足室外安装的使用要求 
（2） 同时可接入8路光伏阵列，每路配16A,1000Vdc保险丝（可更换其他等级） 
（3） 配有光伏专用高压防雷器，正极负极都具备防雷功能 
（4） 采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值 
（5） 对输入阵列进行电流监控，本机LED显示及通过RS485方式输出电流值 
（6） 对汇流后电压进行监控，本机LED显示及通过RS485 方式输出电压值
如下图所示，就是一款高性能的智能光伏汇流箱的外形。具有性能价格比高、外观漂亮  光伏汇流箱、安装使用方便、效率高等众多优点,可以真正达到IP65的防护等级。可以检测箱体内电气参数（例如：每路电流、电压、防雷器状态、断路器状态），并且通过RS485、无线等方式通信，克服光伏系统阵列监测不足，故障无法定位等不易管理缺陷，是光伏系统的高端产品。
APV-M系列智能光伏汇流箱
在光伏发电系统中，数量庞大的光伏电池组件进行串并组合达到需要的电压电流值，以使发电效率达到最佳。APV-M系列智能光伏汇流箱[1]主要作用就是对光伏电池阵列的输入进行一级汇流，用于减少光电池阵列接入到逆变器的连线，优化系统结构，提高可靠性和可维护性。在提供汇流防雷功能的同时，还监测了光电池板运行状态，汇流后电流、电压、功率，防雷器状态、直流断路器状态采集，继电器接点输出等功能，并带有风速、温度、辐照仪等传感器接口功能供客户选择，装置标配有RS485接口，可以把测量和采集到的数据上传到监控系统。内部主要元件设计智能光伏采集装置智能光伏汇流采集装置是专门应用于智能光伏汇流箱，用于监测光伏电池阵列中电池板运行状态，光伏电池电流测量，防雷器、直流断路器状态采集，继电器接点输出，带有风速、温度、辐照仪等传感器接口，装置带有RS485接口可以把测量和采集到的数据和设备状态上传。
比起第一代汇流箱，现在的汇流箱技术已向智能控制型发展。汇流箱技术可同时选配防反二极管，以保证输出不会逆流；正负极都带直流熔断器，保证后续工作元器件的稳定运行；四级断路器分别串联  导轨式光伏汇流采集装置使用，提高电压保护等级；自供电技术的应用，使得汇流箱本身成本降低的同时也降低了对于独立电源的消耗成本；智能数据采集装置，使用户方便掌握每一路光伏组件的工作状态。室外汇流箱箱体采用IP65防护等级，提高系统运行的安全稳定性。
如上图所示，AGF系列光伏汇流采集装置是专门应用于智能光伏汇流箱，用于监测光伏电池阵列中电池板运行状态，光伏电池电流测量，防雷器、直流断路器状态采集，继电器接点输出，带有风速、温度、辐照仪等传感器接口，装置带有RS485接口可以把测量和采集到的数据和设备状态上传。内部元器件如下图所示：
采用高性能元器件，智能化设计。智能检测单元模块化穿孔设计，安装简单方便，布局美观；模块都具有标准的RS485、无线等通讯接口，标准MODBUS规约传送。浪涌保护器N+1采用国际或国内知名  光伏汇流采集装置产品(例如：DEHN、PHEONIX、CITEL)。直流熔断器选用国际或国内熔断器座与熔芯（例如：BUSSMAN、LITTLEFUSE等）。防反保护二级管也均采用国内国际知名品牌产品特点测量元件采用霍尔传感器，隔离测量可接受正极或负极汇流测量方式可选电压功能，最高测量电压DC1kV提供外部传感器输入接口标配单路RS485接口多种供电方式可选择产品功能光伏电池串开路报警，状态检测带开关量输入，用于采集直流断路器、防雷器等元件的动作状态带继电器输出，可以设定为点动方式，用于驱动直流断路器的自动分合闸提供温度、辐照、风速等类型传感器输入接口可输出DC24V电源给外部传感器供电就地数码管循环显示每通道的输入电流，并具有自动关闭节能显示模式RS485接口，支持Modbus RTU通讯协议，通讯地址、波特率、数据方式都可自由设定技术参数产品型号
AGF-M4R
AGF-M6R
AGF-M8R
AGF-M12R
AGF-M16R
输入路数
4路
6路
8路
12路
16路
输入范围
DC 0~±12A
反应时间
1s
测量精度
光伏电池测量0.5级、外部模拟量0.2级
温度系数
300ppm/℃
RS485通讯
RS485/ModBus-RTU协议，4800/9600/19200/38400bps
附加功能
继电器输出
2组常开5A/AC250V（5A/DC 30V）
开关量输入
3组外部状态输入（光耦或无源接点方式）
模拟量输入
PT100、DC 0(4)~20mA、DC 0~10V
通用技术参数
温度/湿度
工作温度:-25~+60℃，湿度95%，无凝露、无腐蚀性气体场所
海拔
≤2000m
绝缘电阻
≥100MΩ
工频耐压
电源//光伏输入//继电器输出//通讯//光电池电压输入--AC 2.5kV/1min（注）
传感器输入+开关量输入//通讯--DC1kV/1min 
注：当选择DC24V电源供电时，开关量输入供电将直接使用外部DC24V供电
辅助电源
AC85V～265V或DC300～880V 或DC24V(±10%)
防雷器汇流箱输出端应配置防雷器，正极、负极都应具备防雷功能。规格应满足如下要求：
a)  最大持续工作电压（Uc）: Uc>1.3Uoc(STC) 
b)  最大放电电流(Imax): Imax (8/20): ≥40kA ，标称放电电流In: In (8/20): ≥20kA 
c)  电压保护水平（Up）: Up 是在标称放电电流In 下的测试值，具体应用要求见下表
汇流箱额定直流电压Un(V)
电压保护水平Up（kV）
Un≤60
<1.1
60<Un≤250
<1.5
250<Un≤400
<2.5
400<Un≤690
<3.0
690<Un≤1000*
<4.0
*可以采用两只低电压的防雷器串联来提高电压等级，但两只串联防雷器的保护水平之和应小于4kV

d)  防雷器应具有脱离器和故障指示功能。保险丝在任何电力系统中，保险丝被用来保护电子器件免受过电流的危害，如果不加保护，此过电流有可能导致电子器件失灵、过热、损坏甚至起火。如果保险丝等级过大，无法提供保护功能，如果过小，则无法正常工作。因此在选择保险丝时，需要根据光伏组件的额定等级以及相关标准要求而定。 
保险丝的最小等级可由光伏组件的短路电流计算而得，如果当地标准没有特殊要求，建议系统中使用的保险丝及接线的额定值需要满足最小1.56倍的Isc取值。
根据以上说明，假设汇流箱所配的保险丝等级为1000V/16A，因此计算出每路光伏组件的最大短路电流为16/1.56=10.25A。因为熔丝根据用户需要选配，因此以上的16A 仅为示例，若匹配其他等级的熔丝，用户需要与以上说明进行核对，以确定是否满足要求。光伏汇流箱设计安装注意事项光伏汇流箱设计的一般正常使用环境条件为：
a）  使用环境温度：-25℃～+55℃（无阳光直射）；相对湿度≤95%，无凝露；
b）  符合GB 7251.1中6.1.2.3 中污染等级≤3 的规定；
c）  海拔高度≤2000m； 
d）  无剧烈震动冲击, 垂直倾斜度≤5&ordm;； 
e）  空气中应不含有腐蚀性及爆炸性微粒和气体。
白天安装光伏组件时，应用不透光的材料遮住光伏组件，否则在太阳光下，光伏组件会产生很高的电压，可能导致电击危险。
保险丝承受来自逆变器和光伏阵列的高压。严禁在工作时触碰保险丝。检查和更换保险丝前必须将直流断路器断开，但注意此时直流断路器的所有端子仍会有高压，必须更换与原型号相同等级的熔丝。
结束语
光伏发电和其它可再生能源的资源不受限制，取之不尽，用之不竭。可再生能源的大规模应用，可以节约常规能源，达到可持续发展的目的。
光伏并网发电系统的大规模应用有助于改善电网质量，加强电网的调峰能力，抗灾害能力和电网的延伸能力，是未来中心电站向分布式电站模式过渡的必不可少的组成部分。
光伏并网发电在城市中的大规模应用，有利于提高全民的能源节约和环境保护意识，提高政府和民众对光伏产业的认知度和认同度。