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光伏组串电流传感器应用及迭代

时间:2018-03-06 来源:

什么是光伏组串:

在光伏发电系统中,将若干个光伏组件串联后,形成具有一定直流输出的电路单元,简称组件串或组串。

组串电流检测有几个典型的特点:

1.检测电流的路数一般较多,典型的有8路16路等(汇流箱),逆变器则根据其MPPT设计各有不同。

2.对其检测电流的精度有一定要求,但不做计量或计算需求。更大的意义在于实时监控组件发电的状态。

组串电流检测的应用:

汇流箱

是指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光伏汇流箱,起到汇流和监控的装置。汇流箱是作为组串电流的典型应用代表。

逆变器

随着分布式电站及商用家庭光伏发电的兴起。尤其是国内,组串式电流传感器作为检测光伏面板的第一道监控,发挥着不可或缺的作用。

电流检测原件的迭代升级

原理篇

因为需要对光伏面板发出的电流进行实时监控,其关注电流一般在7A~10A的直流电流(双面组件的电流会更大些)。要检测这个档位的直流电方案有很多。有比如电阻,光耦霍尔等检测方案。这里可以讲讲光伏汇流箱里电流检测方案的跟新迭代。

电阻方案:

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

在低频率小幅值电流测量中,表现出高的精度和较快的响应速度。工业领域中,在不涉及到测量回路与被测电流之间电隔离的场合,分流器是将电流信号转变为电压信号的首选的低成本方案。

单芯片霍尔方案(SO8封装等):

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

拿汇流箱举例,直流汇流箱最早有不带电流检测功能的。其主要是用于连接光伏阵列(组串) 及逆变器,提供防雷及过流保护等。但对于大型光伏电站项目而言,必须增加智能采集装置,专门用于监测光伏电池阵列中电池组串的运行参数,以保证对设备的实时监控。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

早期的汇流箱,厂家喜欢用电阻(Shunt)方案来检测电流。电阻有着使用简单,成本低廉等优点。但其缺点也很明显,其温漂较大且非隔离的特性让其不是非常适合在光伏系统中使用。如果选择特殊的电阻隔离方案,则需要选择较好的运放及线性光耦,其综合成本也并不低。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

并且光伏电站的实际运营中,出现了一定比率的箱体着火烧毁现象。排查下来,有一大部分原因是因为长时间的使用电阻一直处于通电状态,其两端固定处的松动引起接触阻值异常发热,甚至拉弧。究其根本原因,还是电阻检测方案是非隔离方案,在光伏这样的工业级系统中显然不太适合。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

就这个问题,各大光伏论坛及年会也时常说起。市场普遍认为,电阻方案做为光伏系统中的电流检测方案会有潜在风险,原则上不推荐使用。渐渐地主流电站方开始在招标书上指定要求选用隔离的(霍尔)去替代电阻。

在选用的方案上也有区别。根据工作原理的不同一般分开环和闭环。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

在要求用霍尔替代电阻的那段时间里,可选择的电流方案其实并不多,仅有国外的几家传感器厂家拥有成熟方案,而且当时的开环方案并不成熟。在这样的情况下,大家只能硬着头皮用昂贵的闭环方案。紧接着国内厂家借势推出了本土化的廉价闭环方案。

闭环在精度上有着相对优势,但在实际使用时又出现了若干问题。比如,闭环传感器的线圈匝数较多,灌胶后,传感器内部在经受热胀冷缩后线圈容易出现断裂现象。加上较多的线圈匝数在遇到打雷天气时耦合较大的能量,容易打坏传感器的内部芯片。但最根本的问题还是:即使是廉价版的闭环传感器,其成本价格也是组串电流检测所无法承受的。

同一时期开环方案逐渐成熟,从LEM的HO系列到国内开环方案的百家开花。从成本和可靠性上,开环电流传感器真正实现了高性价比和可靠的组串电流检测方案。

注:介于电阻和霍尔电流传感器(磁环式)之间的单芯片霍尔(如ACS712)定位稍尴尬,由于其耐压及电流过冲能力欠佳,不被大多数的光伏用户认可。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

在开环电流传感器方案中,电流传感器智能化推动企业Magtron受到越来越多客户的青睐,根本的原因还是在于其成熟的自研SOC芯片和敏锐的市场洞悉力,能在短时间内为客户找到合适的方案,并提供相应可靠的件。

--结构篇

当开环霍尔成为了主流后。凡是组串类的直流电流检测,都会优先选用该方案。在找到了适合的原理方案后,大家又开始考虑结构上的问题。

主流的穿芯霍尔做到了完全的隔离,安全等级较高。几乎所有的都是以是以竖装的形式来设计。这种设计延续了传感器以往的立式方案。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

不同的方案没有绝对的好坏,但对应用在适合的项目中,会大大降低你的人工成本及综合成本。

这里还是以汇流箱举例,对比SNEC 14年的光伏展与16年的光伏展,不难发现,主流的汇流箱方案,都在朝着功率密度集成化的方向在走。这也是我们所提到的,在原理方案没有太大区分化的今天,结构上的推陈出新能给整个方案带来全新的设计思路。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

从扁平化的监控模块到正负极熔断器的上下叠排,再到使用铜排替代AWG线,甚至双熔断丝底座的设计。一些列的结构升级让整个汇流箱的空间愈发紧凑,生产效率不断提升。整个机箱体积能减少1/4以上,带来的优势不言而喻。

讲到生产效率,就不得不提到分布式逆变器的组串电流检测。它和汇流箱起着类似的作用。作为逆变器的一部分,它的设计会更加紧密。传统的立式安装会遇到PCB板占板面积较大,穿线不方便的情况。组串线需要先穿过传感器的孔再插入逆变器内壳的MC4端子接线头。两次穿线会给工人带来生产效率上的问题。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

而卧装形式的就恰好适合这种场所。其穿孔紧贴PCB板的空位,而PCB孔又紧贴MC4接线孔。让穿线一步到位,同时又只占到逆变器内部很小一部分空间。再深挖这种卧装形式的传感器你还会发现,有很大一部分的领域都更适合这种方式检测电流。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

当然,根据不同的场所,Magtron提供不同方案,让用户有跟多的选择权。

 

光伏组串电流传感器的应用及迭代

 

Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁电传感SoC的全球领先企业,致力于实现新一代更智能的、高功率密度和差异化的磁电传感系统方案。在整个行业向工业物联网和传感智能化的大趋势推动下,Magtron的创新技术Quadcore,RCMU,iShunt等创新技术使得磁电传感,特别是电流传感器应用既高度集成易用,同时实现高功率密度化,也首次实现传感器高速软件化。

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