光伏組串電流傳感器的應(yīng)用及迭代

　　什么是光伏組串：
 

　　在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將若干個光伏組件串聯(lián)后，形成具有一定直流輸出的電路單元，簡稱組件串或組串。
 

　　組串電流檢測有幾個典型的特點：
 

　　1. 檢測電流的路數(shù)一般較多，典型的有8路16路等(匯流箱)，逆變器則根據(jù)其MPPT設(shè)計各有不同。
 

　　2. 對其檢測電流的精度有一定要求，但不做計量或計算需求。更大的意義在于實時監(jiān)控組件發(fā)電的狀態(tài)。
 

　　組串電流檢測的應(yīng)用：
 

　　匯流箱
 

　　是指用戶可以將一定數(shù)量、規(guī)格相同的光伏電池串聯(lián)起來，組成一個個光伏串列，然后再將若干個光伏串列并聯(lián)接入光伏匯流箱，起到匯流和監(jiān)控的裝置。匯流箱是作為組串電流的典型應(yīng)用代表。
 

　　逆變器
 

　　隨著分布式電站及商用家庭光伏發(fā)電的興起。尤其是國內(nèi)，組串式電流傳感器作為檢測光伏面板的道監(jiān)控，發(fā)揮著*的作用。
 

　　電流檢測原件的迭代升級
 

　　原理篇
 

　　因為需要對光伏面板發(fā)出的電流進行實時監(jiān)控，其關(guān)注電流一般在7A~10A的直流電流(雙面組件的電流會更大些)。要檢測這個檔位的直流電方案有很多。有比如電阻，光耦霍爾等檢測方案。這里可以講講光伏匯流箱里電流檢測方案的跟新迭代。
 

　　電阻方案：

　　在低頻率小幅值電流測量中，表現(xiàn)出高的精度和較快的響應(yīng)速度。工業(yè)領(lǐng)域中，在不涉及到測量回路與被測電流之間電隔離的場合，分流器是將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕膕hou選的低成本方案。
 

　　單芯片霍爾方案(SO8封裝等)：

　　霍爾電流檢測方案(磁環(huán)式)：

　　拿匯流箱舉例，直流匯流箱早有不帶電流檢測功能的。其主要是用于連接光伏陣列(組串) 及逆變器，提供防雷及過流保護等。但對于大型光伏電站項目而言，必須增加智能采集裝置，專門用于監(jiān)測光伏電池陣列中電池組串的運行參數(shù)，以保證對設(shè)備的實時監(jiān)控。

　　早期的匯流箱，廠家喜歡用電阻(Shunt)方案來檢測電流。電阻有著使用簡單，成本低廉等優(yōu)點。但其缺點也很明顯，其溫漂較大且非隔離的特性讓其不是非常適合在光伏系統(tǒng)中使用。如果選擇特殊的電阻隔離方案，則需要選擇較好的運放及線性光耦，其綜合成本也并不低。

　　并且光伏電站的實際運營中，出現(xiàn)了一定比率的箱體著火燒毀現(xiàn)象。排查下來，有一大部分原因是因為長時間的使用電阻一直處于通電狀態(tài)，其兩端固定處的松動引起接觸阻值異常發(fā)熱，甚至拉弧。究其根本原因，還是電阻檢測方案是非隔離方案，在光伏這樣的工業(yè)級系統(tǒng)中顯然不太適合。

　　就這個問題，各大光伏論壇及年會也時常說起。市場普遍認(rèn)為，電阻方案做為光伏系統(tǒng)中的電流檢測方案會有潛在風(fēng)險，原則上不推薦使用。漸漸地主流電站方開始在招標(biāo)書上要求選用隔離的電流傳感器(霍爾)去替代電阻。
 

　　在選用霍爾電流傳感器的方案上也有區(qū)別。根據(jù)工作原理的不同一般分開環(huán)和閉環(huán)。

　　在要求用霍爾替代電阻的那段時間里，可選擇的電流傳感器方案其實并不多，僅有國外的幾家傳感器廠家擁有成熟方案，而且當(dāng)時的開環(huán)方案并不成熟。在這樣的情況下，大家只能硬著頭皮用昂貴的閉環(huán)方案。緊接著國內(nèi)廠家借勢推出了本土化的廉價閉環(huán)方案。
 

　　閉環(huán)在精度上有著相對優(yōu)勢，但在實際使用時又出現(xiàn)了若干問題。比如，閉環(huán)傳感器的線圈匝數(shù)較多，灌膠后，傳感器內(nèi)部在經(jīng)受熱脹冷縮后線圈容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。加上較多的線圈匝數(shù)在遇到打雷天氣時耦合較大的能量，容易打壞傳感器的內(nèi)部芯片。但根本的問題還是：即使是廉價版的閉環(huán)傳感器，其成本價格也是組串電流檢測所無法承受的。
 

　　同一時期開環(huán)方案逐漸成熟，從LEM的HO系列到國內(nèi)開環(huán)方案的百家開花。從成本和可靠性上，開環(huán)電流傳感器真正實現(xiàn)了高性價比和可靠的組串電流檢測方案。
 

　　注：介于電阻和霍爾電流傳感器(磁環(huán)式)之間的單芯片霍爾(如ACS712)定位稍尷尬，由于其耐壓及電流過沖能力欠佳，不被大多數(shù)的光伏用戶認(rèn)可。

　　在開環(huán)電流傳感器方案中，Magtron受到越來越多客戶的青睞，根本的原因還是在于其成熟的自研SOC芯片和敏銳的市場洞悉力，能在短時間內(nèi)為客戶找到合適的方案，并提供相應(yīng)可靠的件。
 

　　--結(jié)構(gòu)篇
 

　　當(dāng)開環(huán)霍爾成為了主流后。凡是組串類的直流電流檢測，都會優(yōu)先選用該方案。在找到了適合的原理方案后，大家又開始考慮結(jié)構(gòu)上的問題。
 

　　主流的穿芯霍爾做到了*的隔離，安全等級較高。幾乎所有的傳感器都是以是以豎裝的形式來設(shè)計。這種設(shè)計延續(xù)了傳感器以往的立式方案。

　　不同的方案沒有的好壞，但對應(yīng)用在適合的項目中，會大大降低你的人工成本及綜合成本。
 

　　這里還是以匯流箱舉例，對比SNEC 14年的光伏展與16年的光伏展，不難發(fā)現(xiàn)，主流的匯流箱方案，都在朝著功率密度集成化的方向在走。這也是我們所提到的，在原理方案沒有太大區(qū)分化的今天，結(jié)構(gòu)上的推陳出新能給整個方案帶來全新的設(shè)計思路。

　　從扁平化的監(jiān)控模塊到正負(fù)極熔斷器的上下疊排，再到使用銅排替代AWG線，甚至雙熔斷絲底座的設(shè)計。一些列的結(jié)構(gòu)升級讓整個匯流箱的空間愈發(fā)緊湊，生產(chǎn)效率不斷提升。整個機箱體積能減少1/4以上，帶來的優(yōu)勢不言而喻。
 

　　講到生產(chǎn)效率，就不得不提到分布式逆變器的組串電流檢測。它和匯流箱起著類似的作用。作為逆變器的一部分，它的設(shè)計會更加緊密。傳統(tǒng)的立式安裝會遇到PCB板占板面積較大，穿線不方便的情況。組串線需要先穿過傳感器的孔再插入逆變器內(nèi)殼的MC4端子接線頭。兩次穿線會給工人帶來生產(chǎn)效率上的問題。

　　而臥裝形式的電流傳感器就恰好適合這種場所。其穿孔緊貼PCB板的空位，而PCB孔又緊貼MC4接線孔。讓穿線一步到位，同時又只占到逆變器內(nèi)部很小一部分空間。再深挖這種臥裝形式的傳感器你還會發(fā)現(xiàn)，有很大一部分的領(lǐng)域都更適合這種方式檢測電流。

　　當(dāng)然，根據(jù)不同的場所，Magtron提供不同方案，讓用戶有跟多的選擇權(quán)。

　　本文系浙江巨磁智能技術(shù)有限公司市場部 Donna投稿