序言
進入新世紀以來，太陽能光伏產業已成為當今世界最受關注的新興產業之一。光伏發電是利用太陽能和半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，並使之轉變成電能的直接發電方式，是當今主流的太陽能發電方式。光伏發電不需要燃料，無氣體排放，屬於 “綠色”產業，具有無污染、安全、長壽命、維護簡單、資源永不枯竭和資源分布廣泛等特點，被認為是21世紀最重要的新能源，可廣泛套用於航天、通訊、能源、農業、辦公設施、交通以及民宅等領域。
值得關注的是太陽能光伏產業發展最快的地方往往也是雷擊災害損失最慘重的地方。本文針對光伏發電系統光伏陣列組件數量極多、布線麻煩、逆變器造價高、雷擊損失慘重等問題提出了智慧型光伏匯流箱的設計方法，具有廣泛的適用性及套用前景。
基本介紹
在太陽能光伏發電系統中，為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線，用戶可以將一定數量、規格相同的光伏電池串聯起來，組成一個個光伏串列，然後再將若干個光伏串列並聯接入智慧型光伏匯流箱，在智慧型光伏匯流箱內匯流後，通過直流斷路器輸出，與光伏逆變器配套使用從而構成完整的光伏發電系統，實現與市電併網。為了提高系統的可靠性和實用性，可在智慧型光伏匯流箱裡配置光伏專用直流防雷模組、直流熔斷器和斷路器等，並設定工作狀態指示燈、雷電計數器等，方便用戶及時準確的掌握光伏電池的工作情況，保證太陽能光伏發電系統發揮最大功效。
對於大型光伏併網發電系統，為了減少光伏組件與逆變器之間連線線，方便維護，提高可靠性，一般需要在光伏組件與逆變器之間增加直流匯流裝置。使用光伏匯流箱，用戶可以根據逆變器輸入的直流電壓範圍，把一定數量的規格相同的光伏組件串聯組成1個光伏組件串列，再將若干個串列接入光伏陣列防雷匯流箱，通過防雷器與斷路器後輸出，方便了後級逆變器的接入。
硬體設計
匯流箱的結構和機櫃本身的製造質量、主電路連線、二次線及電氣元件安裝等應符合下列要求：
a） 機架組裝有關零部件均應符合各自的技術要求；
b） 箱體應牢固、平整，表面應光滑平整，無剝落、鏽蝕及裂痕等現象；
c） 機架面板應平整，文字和符號要求清楚、整齊、規範、正確；
d） 標牌、標誌、標記應完整清晰；
e） 各種開關應便於操作，靈活可靠。
智慧型光伏匯流箱的設計應具有以下特點：
（1） 滿足室外安裝的使用要求
（2） 同時可接入8路光伏陣列，每路配16A,1000Vdc保險絲（可更換其他等級）
（3） 配有光伏專用高壓防雷器，正極負極都具備防雷功能
（4） 採用正負極分別串聯的四極斷路器提高直流耐壓值
（5） 對輸入陣列進行電流監控，本機LED顯示及通過RS485方式輸出電流值
（6） 對匯流後電壓進行監控，本機LED顯示及通過RS485 方式輸出電壓值
光伏匯流箱如下圖所示，就是一款高性能的智慧型光伏匯流箱的外形。具有性能價格比高、外觀漂亮、安裝使用方便、效率高等眾多優點,可以真正達到IP65的防護等級。可以檢測箱體內電氣參數（例如：每路電流、電壓、防雷器狀態、斷路器狀態），並且通過RS485、無線等方式通信，克服光伏系統陣列監測不足，故障無法定位等不易管理缺陷，是光伏系統的高端產品。
匯流箱
在光伏發電系統中，數量龐大的光伏電池組件進行串並組合達到需要的電壓電流值，以使發電效率達到最佳。APV-M系列智慧型光伏匯流箱 主要作用就是對光伏電池陣列的輸入進行一級匯流，用於減少光電池陣列接入到逆變器的連線，最佳化系統結構，提高可靠性和可維護性。在提供匯流防雷功能的同時，還監測了光電池板運行狀態，匯流後電流、電壓、功率，防雷器狀態、直流斷路器狀態採集，繼電器接點輸出等功能，並帶有風速、溫度、輻照儀等感測器接口功能供客戶選擇，裝置標配有RS485接口，可以把測量和採集到的數據上傳到監控系統。
元件設計
智慧型光伏匯流採集裝置是專門套用於智慧型光伏匯流箱，用於監測光伏電池陣列中電池板運行狀態，光伏電池電流測量，防雷器、直流斷路器狀態採集，繼電器接點輸出，帶有風速、溫度、輻照儀等感測器接口，裝置帶有RS485接口可以把測量和採集到的數據和設備狀態上傳。
導軌式光伏匯流採集裝置比起第一代匯流箱，現在的匯流箱技術已向智慧型控制型發展。匯流箱技術可同時選配防反二極體，以保證輸出不會逆流；正負極都帶直流熔斷器，保證後續工作元器件的穩定運行；四級斷路器分別串聯使用，提高電壓保護等級；自供電技術的套用，使得匯流箱本身成本降低的同時也降低了對於獨立電源的消耗成本；智慧型數據採集裝置，使用戶方便掌握每一路光伏組件的工作狀態。室外匯流箱箱體採用IP65防護等級，提高系統運行的安全穩定性。
如上圖所示，AGF系列光伏匯流採集裝置是專門套用於智慧型光伏匯流箱，用於監測光伏電池陣列中電池板運行狀態，光伏電池電流測量，防雷器、直流斷路器狀態採集，繼電器接點輸出，帶有風速、溫度、輻照儀等感測器接口，裝置帶有RS485接口可以把測量和採集到的數據和設備狀態上傳。內部元器件如下圖所示：
光伏匯流採集裝置採用高性能元器件，智慧型化設計。智慧型檢測單元模組化穿孔設計，安裝簡單方便，布局美觀；模組都具有標準的RS485、無線等通訊接口，標準MODBUS規約傳送。浪涌保護器N+1採用國際或國內知名產品(例如：DEHN、PHEONIX、CITEL)。直流熔斷器選用國際或國內熔斷器座與熔芯（例如：BUSSMAN、LITTLEFUSE等）。防反保護二級管也均採用國內國際知名品牌
產品特點
測量元件採用霍爾感測器，隔離測量可接受正極或負極匯流測量方式可選電壓功能，最高測量電壓DC1kV提供外部感測器輸入接口標配單路RS485接口多種供電方式可選擇
產品功能
光伏電池串開路報警，狀態檢測帶開關量輸入，用於採集直流斷路器、防雷器等元件的動作狀態帶繼電器輸出，可以設定為點動方式，用於驅動直流斷路器的自動分合閘提供溫度、輻照、風速等類型感測器輸入接口可輸出DC24V電源給外部感測器供電就地數碼管循環顯示每通道的輸入電流，並具有自動關閉節能顯示模式RS485接口，支持Modbus RTU通訊協定，通訊地址、波特率、數據方式都可自由設定
技術參數
| 產品型號 | AGF-M4R | AGF-M6R | AGF-M8R | AGF-M12R | AGF-M16R |
| 輸入路數 | 4路 | 6路 | 8路 | 12路 | 16路 |
| 輸入範圍 | DC 0~±12A | ||||
| 反應時間 | 1s | ||||
| 測量精度 | 光伏電池測量0.5級、外部模擬量0.2級 | ||||
| 溫度係數 | 300ppm/℃ | ||||
| RS485通訊 | RS485/ModBus-RTU協定，4800/9600/19200/38400bps | ||||
| 附加功能 | |||||
| 繼電器輸出 | 2組常開5A/AC250V（5A/DC 30V） | ||||
| 開關量輸入 | 3組外部狀態輸入（光耦或無源接點方式） | ||||
| 模擬量輸入 | PT100、DC 0(4)~20mA、DC 0~10V | ||||
| 通用技術參數 | |||||
| 溫度/濕度 | 工作溫度:-25~+60℃，濕度95%，無凝露、無腐蝕性氣體場所 | ||||
| 海拔 | ≤2000m | ||||
| 絕緣電阻 | ≥100MΩ | ||||
| 工頻耐壓 | 電源//光伏輸入//繼電器輸出//通訊//光電池電壓輸入--AC 2.5kV/1min（注） 感測器輸入+開關量輸入//通訊--DC1kV/1min 註：當選擇DC24V電源供電時，開關量輸入供電將直接使用外部DC24V供電 | ||||
| 輔助電源 | AC85V～265V或DC300～880V 或DC24V(±10%) | ||||
防雷器
匯流箱輸出端應配置防雷器，正極、負極都應具備防雷功能。規格應滿足如下要求：
a) 最大持續工作電壓（Uc）: Uc>1.3Uoc(STC)
b) 最大放電電流(Imax): Imax (8/20): ≥40kA ，標稱放電電流In: In (8/20): ≥20kA
c) 電壓保護水平（Up）: Up 是在標稱放電電流In 下的測試值，具體套用要求見下表
| 匯流箱額定直流電壓Un(V) | 電壓保護水平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 |
| *可以採用兩隻低電壓的防雷器串聯來提高電壓等級，但兩隻串聯防雷器的保護水平之和應小於4kV | |
d) 防雷器應具有脫離器和故障指示功能。
保險絲
在任何電力系統中，保險絲被用來保護電子器件免受過電流的危害，如果不加保護，此過電流有可能導致電子器件失靈、過熱、損壞甚至起火。如果保險絲等級過大，無法提供保護功能，如果過小，則無法正常工作。因此在選擇保險絲時，需要根據光伏組件的額定等級以及相關標準要求而定。
保險絲的最小等級可由光伏組件的短路電流計算而得，如果當地標準沒有特殊要求，建議系統中使用的保險絲及接線的額定值需要滿足最小1.56倍的Isc取值。
根據以上說明，假設匯流箱所配的保險絲等級為1000V/16A，因此計算出每路光伏組件的最大短路電流為16/1.56=10.25A。因為熔絲根據用戶需要選配，因此以上的16A 僅為示例，若匹配其他等級的熔絲，用戶需要與以上說明進行核對，以確定是否滿足要求。
安裝注意事項
光伏匯流箱設計的一般正常使用環境條件為：
a） 使用環境溫度：-25℃～+55℃（無陽光直射）；相對濕度≤95%，無凝露；
b） 符合GB 7251.1中6.1.2.3 中污染等級≤3 的規定；
c） 海拔高度≤2000m；
d） 無劇烈震動衝擊, 垂直傾斜度≤5º；
e） 空氣中應不含有腐蝕性及爆炸性微粒和氣體。
白天安裝光伏組件時，套用不透光的材料遮住光伏組件，否則在太陽光下，光伏組件會產生很高的電壓，可能導致電擊危險。
保險絲承受來自逆變器和光伏陣列的高壓。嚴禁在工作時觸碰保險絲。檢查和更換保險絲前必須將直流斷路器斷開，但注意此時直流斷路器的所有端子仍會有高壓，必須更換與原型號相同等級的熔絲。
結束語
光伏發電和其它可再生能源的資源不受限制，取之不盡，用之不竭。可再生能源的大規模套用，可以節約常規能源，達到可持續發展的目的。
光伏併網發電系統的大規模套用有助於改善電網質量，加強電網的調峰能力，抗災害能力和電網的延伸能力，是未來中心電站向分散式電站模式過渡的必不可少的組成部分。
光伏併網發電在城市中的大規模套用，有利於提高全民的能源節約和環境保護意識，提高政府和民眾對光伏產業的認知度和認同度。
