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CN102347714A - 集成ac模块接地系统 - Google Patents

集成ac模块接地系统 Download PDF

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CN102347714A CN2011102243606A CN201110224360A CN102347714A CN 102347714 A CN102347714 A CN 102347714A CN 2011102243606 A CN2011102243606 A CN 2011102243606A CN 201110224360 A CN201110224360 A CN 201110224360A CN 102347714 A CN102347714 A CN 102347714A
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Abstract

本发明涉及集成AC模块接地系统。一种光伏(PV)ac-模块接地系统包括多个PV dc-电压模块(34)。每个PV dc-电压模块(34)与对应的dc-ac微逆变器(32)集成以提供对应的PV ac-电压模块(38)。每个PV ac-电压模块(38)包括ac-电压即插即用连接器(42，43)，其包括dc接地导体。每个dc-ac微逆变器(32)与其自己的接地底架或者金属外壳(36)内部电连接，接地底架或者金属外壳(36)进而与对应的dc接地导体(60)电连接。经由dc接地导体(60)通过即插即用连接器(42，43)将dc接地路径(60)贯穿从ac-电压模块(38)到ac-电压模块(38)的ac电力总线。

Description

集成AC模块接地系统
技术领域
本发明一般涉及光伏(PV)系统以及更具体地涉及实现PV ac模块的系统的内部模块dc接地的系统以及方法。
背景技术
在美国几乎所有的电力系统被接地以减轻电火花、线路波动、或者与高压线路无心地接触的影响。大部分PV系统包括带有金属框架以及金属安置架的模块，金属框架以及金属安置架位于暴露的位置，如屋顶，在屋顶它们遭受雷击，或者位于高压传输线路附近，当疾风等等发生的情况下，高压传输线路能与PV阵列发生接触。
在典型PV阵列中的模块具有铝框架，其经常被阳极化。具有与草案2010-NEC规范相同要求且规定PV系统的安装的2008-NEC规范要求暴露的金属表面接地。存在对尤其能产生如600伏特高的电压的dc模块串必须满足的专门的dc配线以及接地要求。在PV层压板的绝缘材料中的故障可允许框架被加电至高达600V dc。
PV系统的安装工被要求将每个模块框架按NEC规范以及UL标准1703接地。必须使用重铜线(如，至少#10规格)以及能切入框架的10-32螺钉来满足内部模块接地。甚至对具有阳极化表面的框架要求额外的保证。在这样例子中的垫片/连接器被用于切入金属框架并且提供最好的电接触。这些过程要求用于安装的额外部件并且要求相当大水平的努力以安装安置支架以及接地线。
接地连续性也必须按照NEC规范来解决。最老的NEC要求必须首先制作接地连接以及最后切断接地连接。并不是所有的安装遵循该实践。电路导体应当在没有适当的完全接地的情况下绝不连接。GFI在该情况下不能防止电击。
图1图示本领域内已知的被配置成生成所希望的dc输出电压的PV dc-电压模块10的系统。PV dc-电压模块10的系统是能够生成高达600V dc的串联构造。因而，在PV层压板的绝缘材料中的故障可允许对应的框架被加电至高达600V dc。按本文所述，PV系统的安装工被要求按照NEC规范以及UL标准1703将每个模块框架12接地。这样的框架到框架的接地典型地使用能切入框架的10-32螺钉以及重规格铜线来完成。更进一步地，采用垫片/连接器以确保发生并且维持可靠的电接触，甚至是对于具有阳极化表面的框架是这样。
图2图示本领域内已知的被配置成生成所希望的dc输出电压的PV ac-电压模块20的系统。每个ac-电压模块22包括与其集成的dc-ac微逆变器24以生成所希望的ac输出电压。这种紧凑以及有效的微逆变器24以及其与个体dc-电压PV模块26的集成的可用性导致产生120V ac或者240V ac输出的ac模块22的商用实现。2005NEC规范部分960.6针对ac模块。因为所有的dc配线要求如今被认为是ac模块的组成部分且不易取得，在NEC规范中的dc要求不再适用并且安装被简化，因为不再需要提供物理的dc断开开关。
目前，采用微逆变器24的所有商用系统仍要求接地设备，意味着带有金属框架28以及金属安置系统的所有模块不得不通过低电阻路径与共同的大地连接。这样的内模块接地连接仍使用要求金属接头、接线片、穿透垫片、以及电线的使用的过程来进行。所有的这些方法要求传递式接地连接在安装的时候来进行并且通常要求有经验的电工在场。
考虑前述，提供用于实现对PV ac模块的内部模块dc接地、且不必使用金属接头、螺钉、接线片、穿透垫片、支架、电线以及类似物的系统以及方法将是有利的
发明内容
简要地，根据一个实施例，光伏(PV)接地系统包括：
多个dc-ac微逆变器，每个微逆变器包括相应的接地底架(chassisground)，其中每个微逆变器与对应的PV dc-电压模块配置在一起以提供包括金属外壳以及至少一个ac-电力连接器的ac-电压模块，每个ac-电力连接器包括dc-电压接地导体，其与对应的接地底架电连接；以及
框架结构，其包括金属接地框架，其配置成收纳多个ac-电压模块，使得多个ac-电力连接器一起经由多个dc-电压接地导体承载通过多个ac-电压模块从ac-电压模块到ac-电压模块的dc-电压接地连接。
根据另一实施例的光伏(PV)接地系统包括：
多个PV ac-电压模块，每个模块包括金属外壳以及至少一个ac-电力连接器，每个ac-电力连接器包括dc-电压接地导体；以及
框架结构，其包括金属接地框架，其配置成收纳多个PV ac-电压模块，使得多个ac-电力连接器一起经由多个dc-电压接地导体承载通过多个PV ac-电压模块从ac-电压模块到ac-电压模块的dc-电压接地连接。
附图说明
本发明这些和其他特征、方面和优点当参考附图(在其中：类似的字符表示遍及所有附图的类似部件)阅读了下面详细的描述时可以被更好地理解，其中：
图1图示本领域内已知的PV dc-电压模块接地系统；
图2图示本领域内已知的PV ac-电压模块接地系统；
图3图示根据本发明的一个实施例的PV ac-电压模块接地系统；
图4是图示即插即用的ac-电压电力连接器的更详细的图表，该ac-电压电力连接器适合于与图3中的系统一起使用以承载通过多个ac-电压模块从ac-电压模块到ac电压模块的dc-电压接地连接；
图5是图示采用图3与4中所示的即插即用连接器的用于安置多个PV ac-电压模块的导轨结构(rail structure)的透视图表；
图6是图示将PV ac-电压模块插入图5所描绘的导轨结构的透视图表；
图7是图示插入图5与6所描绘的导轨结构的个体的PV ac-电压模块的内部模块的耦合的透视图表；
图8是图示与图3-6中所示的PV ac-电压模块集成的配合ac电力连接器的更详细的图表；
图9图示了根据一个实施例、适合与图3-6中所示的PV ac-电压模块一起使用的公ac电力连接器；以及
图10图示了根据一个实施例、适合与图3-6中所示的PV ac-电压模块一起使用的母ac电力连接器。
尽管以上确定的附图阐明备选的实施例，本发明的其他实施例也可被预期，如本讨论中所提到的那样。在所有情况中，本公开通过代表以及未限制方式呈现了本发明的图示实施例。许多其他的修改以及实施例能由本领域内技术人员想到，它们落入本发明的原理的范围与精神内。
具体实施方式
所有采用微逆变器的商用系统(包括将这样的微逆变器集成在共同的铝模块框架上的产品)仍要求接地设备，意味着带有金属框架以及金属安置系统的所有模块必须通过低电阻路径与共同的大地连接。内部模块的接地连接仍使用要求金属接头、接线片、穿透垫片、电线以及等等的使用的过程来实现。这些方法要求传递式接地连接在安装的时候来进行，并且通常要求有经验的电工在场。
基于最新NEC规范的接地要求对ac模块而言是不同的，因为dc配线不在模块外部。不再要求系统接地。然而，因为逆变器箱仍是露出金属，该箱被要求接地。该箱接地能经由任何合适的接地设备来完成；而且导体的尺寸不必比电力导体或者在微逆变器电缆中的插脚尺寸要大。本发明人独自认识到也可用作将箱接地的接地设备能通过在ac电缆中包括接地插脚来完成，从而认识到四插脚电缆将是足够的。已知的ac-电压微逆变器构造没有利用电缆与连接器间的空间以用于接地插脚与电线。这种结构的使用将有利地通过提供合适的连接允许暴露的金属框架与导轨使用相同的插脚来接地。
图3图示根据本发明的一个实施例的PV ac-电压接地系统30。系统30包括多个dc-ac微逆变器32。每个微逆变器32与关于图4在本文进一步详细描述的相应的接地底架或者箱36内部连接。每个微逆变器32还与对应PV dc-电压模块34集成以提供对应的ac-电压模块38。每个ac-电压模块38包括金属外壳或者箱40，其包括公ac-电压即插即用连接器42与母ac-电压即插即用连接器43。
根据一个实施例，每个公ac-电压即插即用连接器42如图9所描绘地包括一对120V ac-电压插脚80、中性导体插脚82以及dc接地导体插脚60。每个对应的母即插即用连接器43如图10所描绘地包括一对102V ac-电压槽80、中性导体槽83以及dc接地导体槽61。每个即插即用连接器dc接地导体60在其对应的微逆变器32内部与相应的微逆变器底架/接地线(其可以是例如微逆变器箱36)电连接。
每个微逆变器32的金属箱36经由例如金属框架附连支架44与对应ac-电压模块38的金属框架40机械地并且电附连以形成在微逆变器金属箱36与对应ac-电压模块金属框架40之间的低电阻接地接触。
微逆变器dc输入通过对应的接线盒47连接器48与ac-电压模块38连接。每个接线盒47容置微逆变器32以及PV模块34的标准+/-dc配线/连接器。因为每个微逆变器箱36还与其对应的ac-电压模块38的金属框架40电耦合，在每个即插即用连接器42、43中的接地插脚自动将所有的通过即插即用连接器42、43互连的模块框架40接地。
包括金属接地导轨48的框架结构46被配置成收纳多个ac-电压模块38，使得多个ac-电力即插即用连接器42、43一起经由多个即插即用连接器dc-电压接地导体承载通过多个ac-电压模块从ac-电压模块38到ac-电压模块38的dc-电压接地连接60。即插即用dc接地导体60在每行末端处与接线箱50电连接，接线箱50电连接至ac-电压模块框架40而接地。对应的接地路径关于图4在本文中进一步详细描绘。
图4是图示通过图3中所示的ac-电力即插即用连接器42、43承载的dc接地导体路径60的更详细的图表。即插即用连接器42、43承载通过多个ac-电压模块38从ac-电压模块38到ac-电压模块38的dc-电压接地连接。每个dc-ac微逆变器32包括金属箱36，其经由金属电导的安置支架44与其对应PV dc-电压模块34的金属箱机械连接或者结合。每个ac-电压模块38包括公ac电力连接器42以及母ac电力连接器43。每个电力连接器42、43包括dc接地导体，其如所示的那样在对应的dc-ac微逆变器32内与对应微逆变器32底架/接地线(箱)36连接。每个电力连接器42、43根据一个实施例进一步包括ac-电压插脚62以及中性接地插脚64。因为每个微逆变器箱36与其对应的ac-电压模块38的金属框架40电耦合，当所有ac-电压模块38如图3中所图示地装入框架结构时，在即插即用电力连接器42、43中的接地插脚经由接地路径60自动将所有模块框架40接地。
图5是根据一个实施例图示用于安置多个PV ac-电压模块38的导轨结构的透视图表。导轨结构70包括多个金属的、电导的安置导轨48。每个PV ac-电压模块38如本文规定地包括金属/导电的框架40。
图6是图示将PV ac-电压模块38插入导轨结构70的透视图表。PV ac-电压模块38的一个边缘72首先插入安置导轨48中的一个。该PV ac-电压模块38的相反边缘74然后朝向相反的安置导轨48旋转并且进入相反的安置导轨48以捕获PV ac-电压模块38并且将PV ac-电压模块38保持在适当的位置。
图7是图示被插入导轨结构70的个体PV ac-电压模块38的内部模块的耦合的透视图表。新插入的PV ac-电压模块38沿着安置导轨48滑向已在导轨结构70中安装的且最接近新插入的PV ac-电压模块38的PV ac-电压模块38，直至其基本相对于先前插入的模块38齐平。每个PV ac-电压模块38包括参照图9-10对一个实施例在本文进一步详细所述的公与母微逆变器ac-电压连接器42、43。将一对PV ac-电压模块38一起滑动直至基本齐平促使ac-电压连接器的对应的公-母连接器对42、43以电配合并且完成在此刻配合的PV ac-电压模块38之间的ac-电压以及dc-接地连接。
图8是根据一个实施例图示与PV ac-电压模块38集成的配合公-母ac电力连接器42，43的更详细的图表。公电连接器42与PV ac-电压模块框架40的最内侧集成，同时配合的母电连接器43与另一个PV ac-电压模块框架40的最外侧集成，或者反之亦然。
配合的公-母电ac-电力连接器42、43因而实现对具有金属/导电框架40的PV ac-模块38系统的内部模块的dc接地。当传统的方法要求在安装期间附连接地电线或者导电线夹(clip)(其是耗时且增加安装成本)时，公-母电连接器42、43通过给为模块38提供互连的ac-电压电连接器42、43增加接地连接器插脚以及通过设置接地连接器插脚以与对应微逆变器底架、箱或者接地设备36电连接来回避这些要求，并且对于微逆变器32的箱36在其附连时将其接地至模块框架40。
根据图9中所图示的一个实施例，每个公微逆变器42包括一对ac-电压(如，120V ac)插脚80，中性导体插脚82、以及接地设备(dc-电压接地)连接器插脚60。图10中所图示的对应的微逆变器母连接器43包括一对ac-电压插脚槽81、中性连接器插脚槽83、以及接地设备连接器插脚槽61。公与母连接器42、43优选地如根据图9与10中一个实施例描绘地锁上以当即插即用模块38滑至一起时确保合适的电对准。
总地来解释，每个微逆变器32内部地将其对应正dc模块导体接地插脚60接地。内部的接地结合(经由dc接地故障保护电路，NEC690.5)要求逆变器具有dc接地电极端子，其位于逆变器箱36的外部上。当逆变器箱36使用星形垫片或者其他保证低电阻、可靠欧姆接触的附连过程与ac-电压模块框架40附连时，则模块框架40与逆变器箱36具有共同的接地设备。逆变器电连接器42、43提供第四导体插脚60。将第四导体插脚60与逆变器32内部接地结合连接当连接器42、43配合在一起实现捕获/即插即用太阳能电力系统时，提供在共同插入与捕获导轨70上的所有模块38的接地路径。
根据一个方面，电连接器42、43的每一个与底架接地连接一起配置以当发生电连接时确保安全的接地。底架接地连接被配置成与国家电气规范(NEC)维持一致，NEC要求关于底架接地连接符合先作再断的规则。该特征消除当将额外的PV ac-电压模块38安装入采用接地安置架/导轨48的捕获/即插即用太阳能电力系统时对在模块38之间物理地安装接地电线或者线夹的需要。
尽管本发明的仅某些特征在本文被图示以及描述，许多修改以及变化对于该领域的技术人员是可以想到的。因此，必须理解附上的权利要求书目的在于覆盖所有这些修改和变化，它们落入本发明的真实精神范围内。
部件列表
  10   PV dc-电压模块系统   12   PV dc-电压模块框架
  20   PV ac-电压模块系统   22   AC-电压模块
  24   微逆变器   26   PV dc-电压模块
  28   AC-电压模块框架   30   PV dc-电压模块接地系统
  32   DC-AC微逆变器   34   PV dc-电压模块
  36   DC-AC微逆变器底架/箱   38   AC-电压模块
  40   AC-电压模块金属外壳/箱   42   公ac-电压连接器
  43   母ac-电压连接器   44   金属框架附连支架
  46   框架结构   47   接线盒
  48   接地导轨   50   接线箱
  60   DC接地导体插脚   61   DC接地导体槽
  62   AC-电压插脚   64   中性插脚
  70   导轨结构   72   PV ac-电压模块的边缘
  74   PV ac-电压模块的相反边缘   80   AC-电压插脚
  81   AC-电压槽   82   中性连接器插脚
  83   中性连接器槽

Claims (10)

1.一种光伏(PV)接地系统，包括：
多个dc-ac微逆变器(32)，每个微逆变器(32)包括相应的接地底架(44)，其中每个微逆变器(32)与对应的PV dc-电压模块(34)配置在一起以提供包括金属外壳(40)以及至少一个ac-电力连接器(42，43)的ac-电压模块(38)，每个ac-电力连接器(42，43)包括与对应的接地底架(44)电连接的dc-电压接地导体(60)；以及
框架结构(46)，其包括金属接地框架(48)，所述金属接地框架(48)配置成收纳所述多个ac-电压模块(38)使得所述多个ac-电力连接器(42，43)一起经由所述多个dc-电压接地导体(60)承载通过所述多个ac-电压模块(38)从ac-电压模块(38)到ac-电压模块(38)的dc-电压接地连接。
2.如权利要求1所述的PV接地系统，其中每个ac-电压连接器(42，43)进一步包括中性电压导体以及一个或者多个ac-电压导体。
3.如权利要求1所述的PV接地系统，其中所述dc-电压接地导体包括先作后断的接地导体。
4.如权利要求1所述的PV接地系统，其中每个ac-电压连接器(42，43)从120V-ac连接器与240V-ac连接器中选择。
5.如权利要求1所述的PV接地系统，其中每个微逆变器接地底架(44)经由相应固定的不可插入的金属接地元件(44)与其对应的ac-电压模块外壳(40)电连接。
6.如权利要求1所述的PV接地系统，其中至少一个ac-电压模块外壳(40)经由相应固定的不可插入的金属接地元件(44)与所述接地框架(48)电连接。
7.如权利要求1所述的PV接地系统，其中至少一个ac-电压连接器(42，43)包括公连接器(42)并且至少一个其他的ac-电压连接器包括母连接器(43)，其中每个公ac-电压连接器(42)被锁定以确保与每个母ac-电压连接器(43)的正确电对准。
8.一种光伏(PV)接地系统，包括：
多个PV ac-电压模块(38)，每个模块(38)包括金属外壳(40)以及至少一个ac-电力连接器(42，43)，每个ac-电力连接器(42，43)包括dc-电压接地导体；以及
框架结构(46)，其包括金属接地框架(48)，所述金属接地框架(48)配置成收纳所述多个PV ac-电压模块(38)使得所述多个ac-电力连接器(42，43)一起经由所述多个dc-电压接地导体承载通过所述多个PV ac-电压模块(38)从ac-电压模块(38)到ac-电压模块(38)的dc-电压接地连接(60)。
9.如权利要求8所述的PV接地系统，其中每个PV ac-电压模块(38)进一步包括：
PV dc-电压模块(34)；以及
dc-ac微逆变器(32)，其包括与对应的dc-电压接地导体(60)电连接的接地底架(44)，其中所述PV dc-电压模块(34)以及所述dc-ac微逆变器(32)一起被配置成生成所希望的ac-电压。
10.如权利要求9所述的PV接地系统，其中每个dc-ac微逆变器接地底架(44)经由相应固定的不可插入的金属接地元件(44)与其对应的ac-电压模块外壳(40)电连接，并且进一步地，其中至少一个ac-电压模块外壳(40)经由相应固定的不可插入的金属接地元件(44)与所述接地框架(48)电连接。
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