光伏组件PID修复电路实用新型专利

专利名称：光伏组件PID修复电路

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN201711473218.9

专利申请（专利权）人：中节能太阳能科技哈密有限公司
权利人地址：新疆维吾尔自治区哈密市广东路365号建行大厦

专利发明（设计）人：黄维庆,孔繁荣,杨擘,张建玉

专利摘要：本申请涉及一种大型并网光伏发电电站的光伏组件PID修复系统，尤其涉及一种光伏组件PID修复电路；其包括光耦、第一二极管、继电器、控制回路、控制电源、多倍压整流电路；第一二极管与光耦输入侧的发光二极管同向串联，第一二极管的阴极与太阳能电源负极相连，光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极相连。由于实施上述技术方案，本申请通过光耦数百伏特的直流电压与控制回路的极低电压有效隔离，提升电路系统的安全级别；当太阳能电源正、负极之间无工作电压时，多倍压整流电路工作，其直流输出高压接至太阳能电源负极和太阳能电源接地端之间，从而把PID光伏组件在白天因为负极与地之间的负偏压所积累下来的电荷释放掉，进而修复PID效应的光伏组件。

主权利要求：
1.一种光伏组件PID修复电路，其特征在于：包括光耦、第一二极管、继电器、控制回路、控制电源、多倍压整流电路；第一二极管与光耦输入侧的发光二极管同向串联，第一二极管的阴极与太阳能电源负极相连，光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极相连，当光耦导通后即不通电、当光耦截止后即可得电的继电器线圈与光耦输出侧的光电三极管连接在带有控制电源的控制回路中；多倍压整流电路的输入端与继电器第一常开触点相连后连接至交流电源的两相，多倍压整流电路的输出端正极与继电器第二常开触点相连后连接至太阳能电源负极，多倍压整流电路的输出端负极连接至太阳能电源接地端；控制回路包括第二限流电阻、第一放电电阻、电解电容、滤波电容和有八个脚的555集成电路；控制电源的输出正极经第二限流电阻后分别与光耦输出侧的光电三极管的集电极、555集成电路的肆脚和捌脚、电解电容的正端相连；电解电容的负端分别与555集成电路的陆脚和贰脚相连；555集成电路的伍脚经滤波电容后、电解电容的负端经第一放电电阻后、555集成电路的壹脚分别接至控制电源的输出负级；555集成电路的叁脚与当555集成电路的叁脚输出高电平后即可得电的继电器线圈相连；控制回路还包括有驱动三极管；555集成电路的叁脚连接至驱动三极管的基极，继电器线圈连接在控制电源的输出正极与驱动三极管的集电极之间，驱动三极管的发射极连接至控制电源的输出负级；继电器线圈两端并联有串联在一起的第四限流电阻和工作指示发光二极管，工作指示发光二极管的阴极与驱动三极管的集电极相连；多倍压整流电路的输出端正极与继电器第一常开触点之间连接有第四限流电阻；
光耦、第一二极管、控制回路、继电器、多倍压整流电路均集成在一块控制电路板上。
2.根据权利要求1所述的光伏组件PID修复电路，其特征在于：继电器线圈两端还并联有第二二极管，第二二极管的阳极与驱动三极管的集电极相连；或/和，555集成电路的叁脚与驱动三极管的基极间连接有第三限流电阻。
3.根据权利要求1所述的光伏组件PID修复电路，其特征在于：多倍压整流电路的输入端正极与第一常开触点相连后连接至交流电源的火线，多倍压整流电路的输入端负极连接至交流电源的零线；多倍压整流电路的输出端正极与继电器第二常开触点相连后连接至太阳能电源负极，多倍压整流电路的输出端负极连接至太阳能电源接地端。
4.根据权利要求1或3所述的光伏组件PID修复电路，其特征在于：交流电源与多倍压整流电路间设有断路器；断路器的一级与第一常开触点相连，断路器的另一级多倍压整流电路的输入端负极相连；与断路器联动的常开反馈触点连接在光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极之间。
5.根据权利要求4所述的光伏组件PID修复电路，其特征在于：交流电源的火线、零线与断路器的两极相连后分别连接至控制电源的输入正、负极；多倍压整流电路的输出端正极与太阳能电源接地端间串接有继电器常闭触点和第二放电电阻。
6.根据权利要求4所述的光伏组件PID修复电路，其特征在于：与断路器联动的常开反馈触点与光耦输入侧的发光二极管的阳极之间串接有至少一个第一限流电阻。 说明书 : 光伏组件PID修复电路技术领域[0001] 本申请涉及一种大型并网光伏发电电站的光伏组件PID修复系统，尤其涉及一种光伏组件PID修复电路。背景技术[0002] 在光伏发电系统中，由于潮湿、高温的环境容易产生水蒸气，如果水汽深入组件，那么封装材料(ENC)的导电率上升，相应组件的泄漏电流增大，会造成组件表面极化现象，即PID效应。PID效应(PotentialInducedDegradation)又称电势诱导衰减，是光伏电池组件的封装材料和其上表面及下表面的材料，电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下出现离子迁移，而造成组件性能衰减的现象。[0003] PID的真正原因到目前为止没有明确的定论，但各个光伏电池组件厂和研究机构的数据表明，PID与电池、玻璃、胶膜、温度、湿度和电压有关。[0004] 一但光伏组件出现了PID现象，电气性能方面主要体现在发电电压和电流的下降，即输出功率下降。另外，在光伏并网电站内，光伏组件均是十几或二十块串联后再并联应用的，PID组件不但自身输出功率下降，而且也把同组串的整体电压和电流拉低。最终导致整个光伏电站的发电效能降低。出现PID问题的光伏组件并未完全损坏，对于一个面积巨大、PID组件分布零散的光伏电站来说，全面更换的方式花费大、工程大、周期长。发明内容[0005] 本申请的目的在于提出一种夜间自动将光伏组件负极与地之间积累电荷释放的光伏组件PID修复电路。[0006] 本申请是这样实现的：光伏组件PID修复电路，其包括光耦、第一二极管、继电器、控制回路、控制电源、多倍压整流电路；第一二极管与光耦输入侧的发光二极管同向串联，第一二极管的阴极与太阳能电源负极相连，光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极相连，当光耦导通后即不通电、当光耦截止后即可得电的继电器线圈与光耦输出侧的光电三极管连接在带有控制电源的控制回路中；多倍压整流电路的输入端与继电器第一常开触点相连后连接至交流电源的两相，多倍压整流电路的输出端正极与继电器第二常开触点相连后连接至太阳能电源负极，多倍压整流电路的输出端负极连接至太阳能电源接地端。[0007] 进一步的，控制回路包括第二限流电阻、第一放电电阻、电解电容、滤波电容和有八个脚的555集成电路；控制电源的输出正极经第二限流电阻后分别与光耦输出侧的光电三极管的集电极、555集成电路的肆脚和捌脚、电解电容的正端相连；电解电容的负端分别与555集成电路的陆脚和贰脚相连；555集成电路的伍脚经滤波电容后、电解电容的负端经第一放电电阻后、555集成电路的壹脚分别接至控制电源的输出负级；555集成电路的叁脚与当555集成电路的叁脚输出高电平后即可得电的继电器线圈相连。[0008] 进一步的，控制回路还包括有驱动三极管；555集成电路的叁脚连接至驱动三极管的基极，继电器线圈连接在控制电源的输出正极与驱动三极管的集电极之间，驱动三极管的发射极连接至控制电源的输出负级。[0009] 进一步的，继电器线圈两端并联有串联在一起的第四限流电阻和工作指示发光二极管，工作指示发光二极管的阴极与驱动三极管的集电极相连；继电器线圈两端还并联有第二二极管，第二二极管的阳极与驱动三极管的集电极相连。[0010] 进一步的，555集成电路的叁脚与驱动三极管的基极间连接有第三限流电阻。[0011] 进一步的，多倍压整流电路的输入端正极与第一常开触点相连后连接至交流电源的火线，多倍压整流电路的输入端负极连接至交流电源的零线；多倍压整流电路的输出端正极与继电器第二常开触点相连后连接至太阳能电源负极，多倍压整流电路的输出端负极连接至太阳能电源接地端。[0012] 进一步的，交流电源与多倍压整流电路间设有断路器；断路器的一级与第一常开触点相连，断路器的另一级多倍压整流电路的输入端负极相连；与断路器联动的常开反馈触点连接在光耦输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极之间。[0013] 进一步的，交流电源的火线、零线与断路器的两极相连后分别连接至控制电源的输入正、负极；多倍压整流电路的输出端正极与太阳能电源接地端间串接有继电器常闭触点和第二放电电阻。[0014] 进一步的，与断路器联动的常开反馈触点与光耦输入侧的发光二极管的阳极之间串接有至少一个第一限流电阻。[0015] 进一步的，多倍压整流电路的输出端正极与继电器第一常开触点之间连接有第四限流电阻。[0016] 进一步的，光耦、第一二极管、控制回路、继电器、多倍压整流电路均集成在一块控制电路板上。[0017] 由于实施上述技术方案，本申请通过光耦数百伏特的直流电压与控制回路的极低电压有效隔离，提升电路系统的安全级别；当太阳能电源正、负极之间有电压时，也就是白天发电期间，光耦被导通，继电器线圈所在回路被锁；当太阳能电源正、负极之间无工作电压时，光耦截止，继电器线圈得电，继电器第一常开触点、第二常开触点闭合，多倍压整流电路工作，其直流输出高压接至太阳能电源负极和太阳能电源接地端之间，从而把PID光伏组件在白天因为负极与地之间的负偏压所积累下来的电荷释放掉，进而修复PID效应的光伏组件。附图说明[0018] 本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：[0019] 图1是本申请最佳实施例的结构示意图；[0020] 图2是四倍压整流电路的结构示意图。[0021] 图例：IC1.光耦，D1.第一二极管，K0.继电器线圈，K11.继电器第一常开触点，K12.继电器第二常开触点，K2.继电器常闭触点，AC‑DC.控制电源，PV+.太阳能电源正极，PV‑.太阳能电源负极，PV0.太阳能电源接地端，R1.第一限流电阻，R2.第二限流电阻，R3.第三限流电阻，R4.第四限流电阻，R5.第五限流电阻，R6.第一放电电阻，R7.第二放电电阻，C1.电解电容，C2.滤波电容，IC2.555集成电路，1.壹脚，2.贰脚，3.叁脚,4.肆脚，5.伍脚，6.陆脚，8.捌脚，Q1.驱动三极管，LED.工作指示发光二极管，D2.第二二极管，L.火线，N.零线，QF.断路器，AX.常开反馈触点，U.控制电路板。具体实施方式[0022] 本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。[0023] 实施例，如图1所示，光伏组件PID修复电路包括光耦IC1、第一二极管D1、继电器、控制回路、控制电源AC‑DC、多倍压整流电路；第一二极管D1与光耦IC1输入侧的发光二极管同向串联，第一二极管D1的阴极与太阳能电源负极PV‑相连，光耦IC1输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极PV+相连，当光耦IC1导通后即不通电、当光耦截止后即可得电的继电器线圈K0与光耦IC1输出侧的光电三极管连接在带有控制电源AC‑DC的控制回路中；多倍压整流电路的输入端与继电器第一常开触点K11相连后连接至交流电源的两相，多倍压整流电路的输出端正极与继电器第二常开触点K12相连后连接至太阳能电源负极PV‑，多倍压整流电路的输出端负极连接至太阳能电源接地端PV0。[0024] 当太阳能电源正常发电情况下，其正、负极之间有数百伏直流电压，光耦IC1输入侧的发光二极管正向导通，光耦IC1输出侧的光电三极管也受光导通，光耦IC1输出侧的光电三极管的集电极的电位为零，继电器线圈K0不得电，本申请处于PID修复待机状态。当晚上光照减弱后，太阳能电源的电压降至零，光耦IC1输入侧的发光二极管失压截止，光耦IC1输出侧的光电三极管也失光截止，光耦IC1输出侧的光电三极管的集电极电位变高，继电器线圈K0得电，继电器第一常开触点K11与继电器第二常开触点K12闭合，多倍压整流电路工作，多倍压整流电路的直流输出高压接至太阳能电源负极PV‑和太阳能电源接地端PV0之间，从而把PID光伏组件在白天因为负极与地之间的负偏压所积累下来的电荷释放掉，进而修复PID效应的光伏组件，本申请处于PID修复工作状态。当第二天早上光照增强后，太阳能电源重新出现电压/电流，光耦IC1导通，本申请再次处于PID修复待机状态。[0025] 光耦IC1的特点是输入输出隔离，信号速度快，其输出的负载能力小（毫安级），只能驱动微电子器件，但动作灵敏。[0026] 通过继电器第一常开触点K11与继电器第二常开触点K12，可将多倍压整流电路的输入端与输出端通过两个继电器常开触点进行同时接通和断开；其目的是为了考虑本申请的检修安全，便于在本申请处于PID修复待机状态时，对电路进行检修，保障人身安全。[0027] 交流电源可自光伏逆变室内电源引出一路220V交流电。[0028] 本申请在白天不工作时不产生功耗，在夜间工作时的功耗也仅为10瓦左右，动作灵敏，造价低廉；出故障或损坏的概率极为微小，可靠性高。[0029] 如图1所示，控制回路包括第二限流电阻R2、第一放电电阻R6、电解电容C1、滤波电容C2和有八个脚的555集成电路IC2；控制电源AC‑DC的输出正极经第二限流电阻R2后分别与光耦IC1输出侧的光电三极管的集电极、555集成电路IC2的肆脚4和捌脚8、电解电容C1的正端相连；电解电容C1的负端分别与555集成电路IC2的陆脚6和贰脚2相连；555集成电路IC2的伍脚5经滤波电容C2后、电解电容C1的负端经第一放电电阻R6后、555集成电路IC2的壹脚1分别接至控制电源AC‑DC的输出负级；555集成电路IC2的叁脚3与当555集成电路IC2的叁脚3输出高电平后即可得电的继电器线圈K0相连。[0030] 555集成电路IC2为现有公知公用技术，其加入的作用为延时输出。因为自然光照在晚上逐渐减弱的过程中，并不是线性减弱的，而是非线性减弱的，反应到光伏组件上，在某时刻因失光而失压，但过一段时间，光照有可能再次激发光伏组件而产生电压和电流，若没有555集成电路IC2就有可能导致本申请中的重要元器件继电器在短时间内反复震荡，导致后续的多倍压整流电路反复震荡，这样对整个电路系统均造成不利影响，更严重的是，多倍压整流电路的输出高压时有时无，对光伏组件、光伏逆变器均存在较大不确定的损坏概率。所以555集成电路IC2的设置，即可保证太阳能电源绝对失压后，才会处于PID修复工作状态，又保证了电路安全、设备安全。因早上的光照大多属于快速增强，即使出现反复，555集成电路IC2也可有效避免后续电路产生震荡。[0031] 工作时，当光耦IC1截止时，555集成电路IC2的肆脚4和捌脚8同时得电，电解电容C1、第一放电电阻R6、555集成电路IC2的陆脚6和贰脚2组成的充放电电路开始工作，当电解电容C1的电压逐渐升高，555集成电路IC2的陆脚6和贰脚2的电压逐渐降低，待其电压降低到三分之一倍的电源电压以下后，555集成电路IC2的输出状态翻转，即555集成电路IC2的叁脚3输出高电平；继电器线圈K0得电。[0032] 如图1所示，控制回路还包括有驱动三极管Q1；555集成电路IC2的叁脚3连接至驱动三极管Q1的基极，继电器线圈K0连接在控制电源AC‑DC的输出正极与驱动三极管Q1的集电极之间，驱动三极管Q1的发射极连接至控制电源AC‑DC的输出负级。[0033] 工作时，当555集成电路IC2的叁脚3输出高电平后，驱动三极管Q1导通，驱动三极管Q1的集电极电位变为零，致使继电器线圈K0得电。[0034] 因为光耦IC1输入侧的电压波动范围很宽（300 740VDC），虽可加入限流电阻的钳~制，控制回路也可能出现输出信号抖动，造成继电器动作抖动；加入驱动三极管Q1后，控制回路将组成一套相对稳定的达林顿管系统，可有效滤除这些问题，同时驱动三极管Q1本身也有小电流控制大电流的特性，可充分保证回路的电流充足，进而保证继电器可靠动作。[0035] 如图1所示，继电器线圈K0两端并联有串联在一起的第四限流电阻R4和工作指示发光二极管LED，工作指示发光二极管LED的阴极与驱动三极管Q1的集电极相连；继电器线圈K0两端还并联有第二二极管D2，第二二极管D2的阳极与驱动三极管Q1的集电极相连；或/和，555集成电路IC2的叁脚3与驱动三极管Q1的基极间连接有第三限流电阻R3。[0036] 这样在控制电源AC‑DC驱动继电器动作时，同时可驱动工作指示发光二极管LED发光，显示工作状态。[0037] 第二二极管D2起续流二极管的作用：因继电器线圈K0是感性负载，当有电流通过时，其两端会有感应电动势产生；当电流消失时，其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。于继电器而言，由于继电器线圈K0是一个较大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当它吸合的时候会存储磁场，当其断电后，里面磁场并未立即消失，该磁场将产生反向电动势，其电压可瞬时达数十伏，这样的电压很容易击穿如电路元件，造成损失。通过设置第二二极管D2，当流过继电器线圈K0中的电流消失时，产生的感应电动势就会通过第二二极管D2和继电器线圈K0构成的回路消耗掉，从而保证其它元件的安全。[0038] 如图1所示，多倍压整流电路的输入端正极与第一常开触点相连后连接至交流电源的火线L，多倍压整流电路的输入端负极连接至交流电源的零线N；多倍压整流电路的输出端正极与继电器第二常开触点K12相连后连接至太阳能电源负极PV‑，多倍压整流电路的输出端负极连接至太阳能电源接地端PV0。[0039] 多倍压整流电路为现有公知公用技术，其是利用二极管的整流和导引作用，将电压分别贮存到各自的电容上，然后把它们按极性相加的原理串接起来，输出高于输入电压的高压来。[0040] 如图2所示，为四倍压整流电路；其中的四个整流二极管和四个对应用于滤波的电容，把交流输入电源的正、负半周电压经过逐级二极管整流和充放电，形成了多倍压的直流电，故可将220V交流电源整流为880V左右的直流电。[0041] 如图1所示，交流电源与多倍压整流电路间设有断路器QF；断路器QF的一级与第一常开触点相连，断路器QF的另一级与多倍压整流电路的输入端负极相连；与断路器QF联动的常开反馈触点AX连接在光耦IC1输入侧的发光二极管的阳极与太阳能电源正极PV+之间。[0042] 当常开反馈触点AX随着断路器QF合闸而闭合，不影响本申请正常使用；当断路器QF被人为分闸后，常开反馈触点AX恢复为断开状态，继而将太阳能电源正极PV+通往光耦IC1的电流切断，光耦IC1截止，所有后续电路均停止工作；达到接线/拆线安全的目的。[0043] 如图1所示，交流电源的火线L、零线N与断路器QF的两极相连后分别连接至控制电源AC‑DC的输入正、负极；多倍压整流电路的输出端正极与太阳能电源接地端PV0间串接有继电器常闭触点K2和第二放电电阻R7。[0044] 当进入第二天白天，即本申请再次处于PID修复待机状态时，多倍压整流电路停止工作，输出电压即刻归零；此时继电器常闭触点K2闭合，配合第二放电电阻R7将多倍压整流电路的高压直流电缓慢泄放，以免开机检修时伤及人员。[0045] 如图1所示，与断路器QF联动的常开反馈触点AX与光耦IC1输入侧的发光二极管的阳极之间串接有至少一个第一限流电阻R1。[0046] 如图1所示，多倍压整流电路的输出端正极与继电器第一常开触点K11之间连接有第四限流电阻R4。[0047] 如图1所示，光耦IC1、第一二极管D1、控制回路、继电器、多倍压整流电路均集成在一块控制电路板U上。这样更便于本申请在并网光伏发电电站中安装、替换、维护；降低成本。[0048] 以上技术特征构成了本申请的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。

专利地区：新疆

专利申请日期：2017-12-29

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN108063595B