摘要：  本文主要介绍一款光伏专用模块电源在光伏监控系统上的应用。传统的光伏监控系统需要一个独立的供电电源系统给监控、控制的电路供电。该供电电源可能是蓄电池或市电电压，由于光伏发电站往往位置偏远，光伏电池占地面积宽广，使得供电系统布线困难，布线和维护成本都较高。

关键字：  光伏专用模块电源，  光伏监控系统，  

本文主要介绍一款光伏专用模块电源在光伏监控系统上的应用。传统的光伏监控系统需要一个独立的供电电源系统给监控、控制的电路供电。该供电电源可能是蓄电池或市电电压，由于光伏发电站往往位置偏远，光伏电池占地面积宽广，使得供电系统布线困难，布线和维护成本都较高。光伏电源一改传统的供电方式，针对目前光伏阵列组直流输出电压一般为200VDC-1000VDC的高电压、超宽输入范围的特性，直接从光伏阵列组上取电为其后端负载电路供电，可以使设计电路更加简便，使用方式更加灵活。同时，自带的多重保护功能，可提升模块在电源工作出现异常的情况下电源及其负载的安全性能。

近年来，光伏产业深受资本市场与各地政府的宠爱，至今中国已涌现出100多个产业基地，产能占据全球半壁江山。然而，2011年欧债危机、“双反”调查的“外忧”，与产能过剩、行业混乱的“内患”交织纠缠，曾经如火如荼的光伏产业进入“极寒严冬”。不过，对国内光伏企业而言的一个好消息是，《可再生能源发展“十二五”规划》显示，到2015年太阳能发电将达到15GW，年发电量200亿kWh。值得关注的是，这一指标较原目标高出50%。相关配套政策可能会在2012年密集出台。专家指出，当前光伏发电的主要任务是降低成本并解决电网接纳的技术问题。我国在大型并网光伏电站、建筑并网光伏系统和光伏微网系统等方面已经有了一定的技术积累，但是，比发达国家仍有相当距离。下面的方案详细介绍如何采用广州金升阳科技有限公司制造的光伏专用电源模块，给光伏监控系统提供一个高性能、高稳定性、高可靠性的电源解决方案。

2 光伏电源模块简介

PV系列是200VDC-1200VDC超高电压输入、高效率高可靠性的DC-DC 开关稳压电源模块，可广泛应用于光伏发电和高压变频等场合，为负载设备提供稳定的工作电压，且其自带的多重保护功能，可提升模块电源工作异常情况下电源及其负载的安全性能。PV10-27B24模块外形见图1。其特点是：

① 6:1超宽电压输入范围：200 VDC - 1200VDC ;

② 工业级工作温度：-40℃ ~ 70℃ ;

③ 4000VDC 高隔离电压;

④ 高效率、低纹波噪声;

⑤ 输入防反接保护、欠压保护(自恢复);

⑥ 输出过压、短路保保护(自恢复);

⑦ MTBF>200，000 h ;

⑧ 高可靠性、长寿命 。

图1 PV10-27B24模块实物图

3 光伏电源模块的原理框图

光伏电源模块的原理框图见图2。该电源模块内部主要具有如下特点：采用反激拓扑结构，控制方式上使用准谐振控制电路，选择高可靠性高压开关器件，在启动部分应用金升阳专利高压启动电路，同时自带输入欠压等多重保护电路，从而实现了产品的高性能、高可靠性。

图2 光伏电源模块的原理框图

光伏电源的基本工作原理：正常工作状态下，输入电压在输入端经过滤波器后到达功率隔离变压器，由高压开关器件和准谐振控制电路控制能量从功率隔离变压器的初级传输到次级，最后经输出滤波电路得到所需的输出电压。当产品的输入电压过低达到输入电压欠压保护值时，输入欠压保护电路启动，通过准谐振控制电路关断高压开关器件，阻止能量的传输，从而实现输出电压的关断。当后端系统工作异常导致输出端出现过压情况时，通过产品内部的过压保护电路把输出电压箝位在一定的电压值上，防止输出电压继续上升而损坏后端电路。

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，组成一个个光伏阵列，然后再将若干个光伏阵列并联接入光伏汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过直流柜输出给光伏逆变器，经逆变升压后并入电网构成完整的光伏发电系统。

由于一天内阳光照射度不一样，光伏阵列输出电压是波动的，范围一般为200 VDC -1000VDC，通常光伏汇流箱内需设置一监控单元，能监测光伏汇流箱内每组光伏阵列电压、电流、功率、防雷等状态，并实现光伏阵列的故障报警、故障定位功能，和上位机通信以及通过LED实时显示每组光伏阵列的电流、电压等数据。由于光伏阵列输出电压高达1kV，一般电源无法从其线路上直接取电工作，而需要采取独立的电源并联给多个光伏汇流箱监控单元供电，这样存在输出电压不稳定、线路过长、布线困难、单个汇流箱短路故障导致整个监控系统供电终止等问题。而PV系列模块电源输入电压范围为200VDC-1200VDC，能够直接从光伏阵列的电路上取电，无需独立的供电电源来供电，简化了电路设计、提高了系统可靠性，且本身具有多重保护功能等特点，因此，光伏电源可广泛应用于光伏发电、风光互补发电、高压变频等高压输入的场合。

4.1 光伏电源方案介绍

通常光伏发电系统中会有很多个光伏汇流箱，图4为汇流箱监控单元框图。光伏电源直接从光伏阵列组取电转换出监控电路需要的24V直流电压。因为光伏汇流箱光伏阵列的输出电压波动范围为200VDC-1200VDC，因此普通电源模块无法直接从其线路上取电。每个光伏汇流箱内，再通过非隔离芯片搭建正负电压给信号调理电路的IC供电，广州金升阳K7805-1000给处理器供电，保证了处理器供电电压的高精度和高稳定性;通过B0505D-1W隔离模块电源，作为RS485通信芯片的供电电源，可抑制电磁干扰和消除接地环路，保护系统电路免受外部网络影响。从而实现了整个监控单元的电源配置，保证系统稳定、可靠的运行。

金升阳光伏发电专用模块电源应用方案示于图3，主要由光伏阵列组、光伏汇流箱、直流柜、光伏逆变器、升压变压器等构成。下面详细介绍各部分作。

图3 光伏并网系统图

图4 汇流箱监控单元框图

4.2 光伏阵列组

一个太阳能电池一般只能产生大约0.5V的电压，远低于实际使用所需电压。为了满足实际应用的需要，需要把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。如一个组件上太阳能电池的数量是36片，这意味着一个太阳能组件大约能产生18V的电压。

通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。

4.3 光伏汇流箱

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，以及考虑光伏系统的特点，设计出汇流箱。用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏阵列，然后再将若干个光伏阵列并联接入光伏汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过直流断路器输出，经过光伏直流柜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，在光伏汇流箱里配置了光伏专用直流防雷模块、直流熔断器和断路器等，并设置了工作状态指示灯、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。

4.4 直流柜

直流配电是直流供电系统的枢纽，它将前端通过各种方式输出的直流和蓄电池组输出直流汇接成不间断的直流输出母线，再分接为各种容量的负载供电支路，串入相应熔断器或负荷开关后向负载供电。

一般情况下，直流柜还应该具有以下功能。

① 测量

测量系统输出总电压，系统总电流;各负载回路用电电流;整流器输出电压电流;各蓄电池组充(放)电电压、电流等。并能将测量所得到的值通过一定的方式显示。

② 告警

供系统输出电压过高、过低告警;整流器输出电压过高、过低告警;蓄电池组充(放)电电压过高、过低告警;负载回路熔断器熔断告警等。

③ 保护

在整流器的输出线路和各蓄电池组的输出线路上，以及各负载输出回路上都接有相应的熔断器短路保护。此外，各蓄电池组线路还接有低压脱离保护装置等。

光伏并网逆变器是将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池发出的是直流电，而一般的负载是交流负载，所以逆变器是不可缺少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统，将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。

5 小结

光伏新能源是健康的、绿色的能源，虽然在发展过程中经历一些波折，但是随着全球能源越来越匮乏，地球已经逐步面临能源危机，取之不绝的光伏新能源将是未来发展的大趋势。国内太阳能光伏组件的应用技术逐步成熟，光伏离网和并网的发电系统在国内外已经得到政府的大力支持，为光伏相关的产业提供了保证。本文从介绍光伏电源的特点入手，重点阐述了PV光伏电源在光伏发电系统中控制监控单元的应用，体现了光伏电源解决方案系统设计的简便性，工作性能的稳定性，长期运行的高可靠性。