在大型光伏并网发电系统中，光伏汇流箱扮演着至关重要的角色。它位于光伏组件与逆变器之间，不仅简化了线缆连接，而且集中了光伏组件的电流，使其能够被逆变器高效地转换。此外，汇流箱还具备监控功能，能够实时采集和传输回路电流、电压以及温度等关键信息，为系统的稳定运行提供了有力保障。

　　图1、光伏汇流箱

　　值得一提的是，光伏汇流箱具备智能判断能力，能够监测防雷模块、母排和光伏组串的工作状态，从而预防潜在的故障风险。在维护方面，汇流箱确保了光伏组件在检修时与电网的安全隔离，使整体系统能够持续稳定运行。当某一部分的光伏组件出现小故障时，只需对该部分进行隔离维修，而无需中断整个系统的供电，大大提高了维护效率。

　　光伏汇流箱可分为直流汇流箱和交流汇流箱。直流汇流箱一般用于中大型光伏发电系统中，用户将一定数量、相同规格的光伏组件串联起来，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，把光伏阵列的多路输出电缆集中输入、分组连接，不仅使连线井然有序，而且便于分组检查、维护，当光伏组件阵列局部发生故障时，可以局部分离检修，不影响整体发电系统的连接工作。

　　图2、直流汇流箱电路原理图

　　交流汇流箱是承接组串逆变器输出与交流配电柜或升压变压器输入的重要组成部分，可以把多路逆变器输出的交流电汇集后再输出，大大简化组串式逆变器与交流配电柜或升压变压器之间的连接线。同时交流汇流箱的接入，作为逆变器的输出断开点，还可以保护逆变器免受来自交流电网的危害，提高系统的安全性，保护安装维护人员的安全。

　　图3、交流汇流箱电路原理图

　　对于超大型的光伏发电系统，除了汇流箱外，直流配电柜也被用作二、三级汇流设备，以确保电流的集中和高效传输。选择直流汇流箱时，其最大电流和电压等参数是关键考量因素。此外，针对直流汇流箱可能存在的问题，应选择有良好口碑和合适规格的品牌。市场上常见的汇流箱规格有：2路、4路、6路等直至24路，不同规格对应着不同的价格，需要根据实际需求进行选择。光伏汇流箱是由专用汇流排、熔断器、断路器、防雷保护模块和智能监测模块组成，具体如图4所示。

　　图4、光伏汇流箱

　　光伏汇流箱的工作原理，如图5所示：首先把功率一样的光伏组件正负极相连，构成一个光伏串列单元，再把光伏串列通过MC4接头接入光伏直流汇流箱，通常将1-16路的光伏串列接入光伏直流汇流箱中进行汇流。经过光伏汇流箱内汇流后输送至逆变器直流侧，通过逆变器逆变成315V电压的交流电传输给箱式变压器，最后由箱变升压，从而达到并网要求。

　　图5、光伏汇流箱电路原理简图

　　光伏汇流箱选取时主要是根据光伏串的输出路数、开路电压、短路电流、最大输出功率等参数进行选配。光伏汇流箱的研发设计，都需要满足以下前提条件：

　　由于光伏大多数安装于户外，光伏汇流箱需要达到防晒、防风尘、防水、防锈等要求，因此它的防护等级需要达到IP65级。

　　光伏汇流箱可接入1-24路的光伏组串，并且接入的光伏组串可允许输入的最大电流不小于20A，最大的开路电压可以达到1000V。

　　每路光伏组串的正负极都配有2A-30A光伏专用熔断器，对组串出现故障时进行及时保护，熔断器有配套的底座，方便人员检修更换，有效保护设备和人员安全。

　　汇流排输出端要配置直流输出断路器。

　　智能型直流汇流箱，内部装有智能监测模块，还具备RS485/MODBUS-RTU等数据通信串口，能够实时检测光伏汇流箱每条支路运行状态，以及检测它的断路器的分合状态和防雷保护模块等。

　　根据组件串列回路数量，灵活配置不同功能单元模块。

　　汇流箱作为光伏阵列一级汇流设备，是光伏电站电源的源头，而汇流箱里的主要元器件选型直接关系到汇流箱运行的可靠性，因此，汇流箱的器件选型尤为重要。

　　1、汇流排的选型

　　汇流排又叫做母线，通常用于连接多个断路器，将总电流分配至各个用电回路。选型主要注意使用断路器的极数，1P、2p，1p+N、3p，4p，3p+N。不同极数的形式不同。

　　注意电流的大小，是否符合电路的安全载流量，不能小于断路器的额定电流。

　　注意位数就是你这能安装这个级数断路器的个数。换而言之就是汇流排的长度太短不行，太长用不到容易浪费。

　　注意选择的时候尽量选择断路器相同品牌的汇流排。因为不同开关的设计尺寸及孔位都有差异。配合起来使用方便，安全，外观风格更加统一。

　　图6、汇流排

　　2、熔断器的选型

　　熔断器是一种用于保护电路的电子器件，它在电路中起到了“自动开关”的作用。熔断器(fuse)是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开;运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。对于熔断器的选择，我国规范尚不健全。这里参考《美国国家电气规范》(NEC，2011版)690.35(B)条，对于浮地系统(我国的光伏直流汇集系统一般采用浮地的方式)，组串的正、负极均安装熔断器。因为光伏直流汇集系统的短路电流主要由光伏组件提供，不像交流系统那么大，因此光伏直流汇流箱的熔断器应选择能适应这一特点的光伏专用熔断器。

　　图7、熔断器

　　熔断器的额定电压一般不应低于1500V/1000V(IEC)。熔断器的额定电流一般应不小于1.56Isc，并不大于组件厂家允许的最大熔断器额定电流。之所以这样选择1.56Isc，是根据《美国国家电气规范》(NEC，2011版)690.8(A)条的规定。该规定假设组件最大电流是Isc的125%，其原因是在某种云覆盖的条件下，云相当于放大镜，光照强度比STC对应的辐照度(1000W/m2)可高出25%。二是美国国家电气规范(NEC，2011版)690.8(B)条，要求熔断器必须能承受125%的组件最大电流。最终结果是，断路器的额定电流按照125%的1sc的125%选择，即为156%1sc。

　　3、断路器的选型

　　断路器能接通、承载以及分断电流的一种机械开关电器。由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器等构成，发生故障时可切断故障电路进行保护。短路时，大电流产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构，开关瞬时跳闸;过载时，电流变大发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作，使开关跳闸。电流越大，动作时间越短。断路器灭弧能力强，可分断大短路电流，并可多次保护，整体保护特性不受时间、环境影响变化。

　　图8、断路器

　　若干组串并联后，一般通过直流断路器作为保护器件，经过直流断路器后输出。直流断路器一般采用4P直流断路器、每两极串联作为一极的方式，以达到1500V/1000V的耐压水平(现阶段许多厂家陆续推出3P直流断路器，采用2个正极端子串联以2P+/1P-方式输出，以减少壳架体积，降低设备成本)。直流断路器的额定电流亦按照1.56Isc选择。

　　4、防雷保护模块的选型

　　光伏直流汇流箱输出端应配置防雷器，正极、负极都应具备防雷功能。规格应满足如下要求：

　　最大持续工作电压Uc：Uc>1.3Uoc(STC);

　　最大放电电流Imax：1max(8/20)≥40kA，标称放电电流In：I(8/20)≥20kA;

　　电压保护水平Up，Up是在标称放电电流In下的测试值，具体应用要求见图9;

　　防雷器应具有脱离器和故障指示功能。

图9、防雷器电压保护水平

　　可以采用两只低电压的防雷器串联来提高电压等级，但两只串联防雷器的保护水平之和应小于4kV。

　　5、智能监测模块

　　智能监测模块主要由开关电源、霍尔传感器、开关量采集模块、RS485通讯接口、就地显示模块、就地键盘控制等元器件组成。为方便用户及时准确地掌握光伏组串的工作情况，保证太阳能光伏发电系统发挥最大功效，光伏直流汇流箱中一般装有智能监测模块。智能监测模块可监测每个输入回路的电流、直流母排的电压和防雷器的工作状态。智能监测模块一般建议采用自供电的方式，以避免大范围、长距离供电的问题。智能监测模块一般采用485通信方式【总线串行接口通讯，RS485最大传输速率为10Mbps，最大传输距离为1500m，其逻辑特性表示为：逻辑“1”以两线间的电压差+(2~6V表示);逻辑“0”以两线间的电压差-(2~6V表示)，接口电平一般比末端低以保护电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可与TTL电路连接】，为防止从通信线中将感应雷引起的过电压引入到光伏直流汇流箱中，要求在光伏直流汇流箱的485接口安装信号防雷器，并且通信线应采用铠装屏蔽或穿钢管敷设的方式。

　　图10、智能监测模块

　　光伏汇流箱在器件选型方面，隶属于电力电子领域，对稳定性、可靠性和安全性方面要求会比消费类电子略高，相应的芯片及模块选型和项目设计工作会更难。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了丰富的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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