專利名稱：降低光伏系統(tǒng)安全風(fēng)險的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所揭示的至少部分實施例是關(guān)于光伏系統(tǒng)，特別但不限于是關(guān)于運輸、安 裝和/或維修光伏系統(tǒng)的安全設(shè)備。
背景技術(shù)：
當(dāng)一個光伏面板或?qū)訅罕┞队谥鄙浠蛏⑸涔庀碌臅r候，可能會產(chǎn)生很高的致命電 壓。在美國所述電壓可能會高達600伏特，而在歐洲或其它地區(qū)所述電壓可能會高達上千 伏特。由于存在電擊的危險，因此太陽能面板制造商和準(zhǔn)則及標(biāo)準(zhǔn)制定組織已經(jīng)做出一 些建議來減小或消除這種危險。一種建議是在光伏面板表面覆蓋一層透明材料例如帆布。然而這種方法自身也存 在安全風(fēng)險，因為當(dāng)大風(fēng)天氣下，安裝人員為控制帆布不被風(fēng)吹走，有可能被風(fēng)吹的帆布從 房頂上帶倒。另外一種建議是在晚上安裝光伏面板，這樣就不會有光照射在光伏面板上，光伏 面板產(chǎn)生電壓的風(fēng)險就很小。但這種建議要求安裝者在光線很弱的環(huán)境下工作，同樣存在 一定的安全隱患。除了有潛在的人身安全之外，對設(shè)備和硬件也會有重大風(fēng)險。在插上和拔掉帶電 插頭時可能會產(chǎn)生電弧而破壞這些連接器、接線盒或者其他電氣元件。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及通過在光伏面板上提供一個安全開關(guān)來減少光伏系統(tǒng)安全風(fēng)險的設(shè) 備和方法。本部分對一些實施例進行概括。在一個實施例中，一個光伏面板其包括至少一個光伏電池；一個從所述光伏面 板輸出能量的連接器；以及一個連接與所述至少一個光伏電池和所述連接器之間的一個開 關(guān)。所述開關(guān)用于在所述光伏面板安裝時將所述至少一個光伏電池自所述連接器斷開，以 及在所述光伏面板安裝之后將所述至少一個光伏電池與所述連接器連接。 在一個實施例中，所述光伏面板其進一步包括一個容置所述連接器的接線盒，其 中所述開關(guān)是集成于所述接線盒內(nèi)。 在一個實施例中，其中所述開關(guān)包括一個第一導(dǎo)電接觸器和一個第二導(dǎo)電接觸 器；以及一個可移動部分；當(dāng)所述可移動部分移動時，連接所述至少一個光伏電池和所述 連接器。例如，所述可移動部分可以包括一個絕緣隔離器，當(dāng)所述絕緣隔離器插入所述第一導(dǎo)電接觸器和第二導(dǎo)電接觸器時，所述開關(guān)斷開；當(dāng)所述絕緣隔離器移開時，所述開關(guān)閉 合。在一個實施例中，所述第一和第二導(dǎo)電接觸器相互彈性擠壓。在一個實施例中，所述可移動部分進一步包括一個附加于所述絕緣隔離器上的標(biāo) 志，其中所述標(biāo)志具有警告觸電的視覺提示。在一個實施例中，其中所述開關(guān)包括一個觸點開關(guān)，所屬可移動部分包括一個磁 鐵，所述觸點開關(guān)為常閉觸點開關(guān)或常開觸點開關(guān)。在一個實施例中，所述開關(guān)包括一個光傳感器來根據(jù)所述光傳感器偵測的光線打 開或關(guān)閉所述開關(guān)；其中所述可移動部分包括一個用于遮擋所述光傳感器的拉片。所述至 少一個光伏電池為所述光傳感器供電。在一個實施例中，所述開關(guān)包括一個半導(dǎo)體開關(guān)裝置(例如場效應(yīng)二極管)或一 個繼電器。在一個實施例中，所述開關(guān)包括一個繼電器和一個從遠端位置控制所述繼電器的 導(dǎo)線連接器。在一個實施例中，所述的光伏面板，其進一步包括一個偵測逆變器負(fù)載的電路，其 中當(dāng)所述電路偵測到一個逆變器負(fù)載時，所述開關(guān)連接所述光伏面板的輸出至所述連接 器；當(dāng)所述電路未偵測到逆變器負(fù)載時將所述輸出自所述連接器斷開。在一個實施例中，一種光伏面板模組，其包括一個電壓模組，用于調(diào)節(jié)多個光伏 電池的輸出；以及一個開關(guān)，連接至所述電壓模組以選擇性地提供輸出。在一個實施例中， 所述電壓模組輸出交流輸出。所述開關(guān)可以包括一個半導(dǎo)體開關(guān)、一個繼電器、一個觸點開 關(guān)、一個彈性壓力開關(guān)和/或一個控制所述開關(guān)狀態(tài)的光傳感器。在一個實施例中，所述光伏面板模組，其進一步包括用于通過導(dǎo)線控制所述開關(guān) 的狀態(tài)的連接器。本發(fā)明包括執(zhí)行這些方法的方法和設(shè)備，其包括執(zhí)行這些方法的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 以及包含指令的計算機可讀媒體，所述指令在所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上執(zhí)行時，能使所述系統(tǒng) 執(zhí)行這些方法。本發(fā)明的其它特征下面將結(jié)合附圖和具體實施方式
詳細(xì)說明。
本發(fā)明的具體實施例將通過舉例的方式顯示，但并不局限于附圖中所示的結(jié)構(gòu)， 其中附圖中類似的標(biāo)號表示相似的元件。圖1顯示具有本發(fā)明安全開關(guān)的一個太陽能板。圖2-5顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于光伏面板的彈性擠壓安全開關(guān)。圖6-7顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于光伏面板的具有觸點開關(guān)的接線盒。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例用于控制光伏面板安全開關(guān)的光傳感器。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例具有通過輔助導(dǎo)線控制的安全開關(guān)的太陽能板。
具體實施方式接下來的說明及附圖僅僅是本發(fā)明的示例，并不是對本發(fā)明的限定。為提供對本 發(fā)明的全面的理解，描述了很多具體細(xì)節(jié)。然而，在某些實施例中，為避免混淆本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，一些熟知的或現(xiàn)有的細(xì)節(jié)并沒有描述。本發(fā)明所稱的一個實施例或?qū)嵤├⒎侵傅耐粋€實施例，此處的意思表示至少一個實施例。本發(fā)明的一個實施例提供一種在運輸、安裝和/或維修光伏系統(tǒng)期間降低安全風(fēng) 險的方法和系統(tǒng)，而不會引進其他方法的風(fēng)險，例如用透明材料覆蓋光伏系統(tǒng)或者在晚上工作。在一個實施例中，當(dāng)使用交流模組或直流模組時，通過包含一個整合于所述面板 接線盒或整合于所述面板模組的一個常閉開關(guān)提供保護。圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例具有一個安全開關(guān)的一個太陽能面板。在圖1中， 一個太陽能面板10(例如一個光伏面板)包括至少一個當(dāng)暴露于直射或散射光下產(chǎn)生電能 的太陽能電池12 (例如一個光伏電池)、在一些實施例中一個調(diào)節(jié)或調(diào)整所述輸出電壓的 電壓控制器(或者在其他實施例中是調(diào)解電流的電流模組)，以及一個將所述太陽能電池 12自所述太陽能面板的所述輸出連接器選擇性地斷開的開關(guān)16。在其他實施例中，所屬開 關(guān)可以是調(diào)整模組，例如電壓模組14的一部分。在一個實施例中，所述開關(guān)16為一個常閉開關(guān)。在運輸、安裝和/或維修過程中， 所述開關(guān)16被置為打開狀態(tài)以將所述太陽能電池自所述輸出斷開。在安裝或維修之后，所 述開關(guān)被置為閉合狀態(tài)以允許所述太陽能電池與所述太陽能能面板的輸出連接器通電以 通過所述太陽能面板的所述輸出連接器提供電能。所述開關(guān)16和所述電壓模組可以集成到所述太陽能面板的接線盒內(nèi)。在一些實 施例中，所述開關(guān)與所述電壓模組整合為面板模組。圖2-5顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于光伏面板的彈性壓力安全開關(guān)。在圖 2-5中，所述開關(guān)包括兩個由導(dǎo)電金屬或者電鍍復(fù)合材料制成的接觸器102和103。所述接 觸器102和103通常是由彈性合金金屬制成或者具有整體彈性柱設(shè)計(未圖示)。所述接 觸器102和103以相對彈性擠壓的方式設(shè)置或固定來保持兩個接觸器102和103之間的電 性連接。這樣，所述開關(guān)為常閉開關(guān)并且在安裝或維修時不是處于安全狀態(tài)。在圖2中，當(dāng)?shù)镀?04插入所述兩個接觸器102和103之間時可實現(xiàn)安裝或者維 修的安全模式。所述刀片104是由絕緣材料制成的，當(dāng)插入所述兩個接觸器102和103之 間時，所述兩個接觸器102和103之間沒有電性連接。如圖2所示，所述刀片也可以包括一個貼附的標(biāo)志105。所述標(biāo)志105可以是紅色 或其他高度可視顏色，來提供所述面板狀態(tài)的可視指示。在一個實施例中，所述面板和/或具有整合模組的面板可能是通過船載從工廠運 來并帶著所述刀片104和所述標(biāo)志105，而所述刀片插在所述兩個接觸器102和103之間。 所述面板可以安裝和整合所述刀片104和可視標(biāo)志105。安裝者將安裝、握緊以及插上系統(tǒng) 中的所有連接，包括接地。如圖3所示，一旦完成安裝，安裝者將移除所有所述標(biāo)志105標(biāo)示位置的刀片104。 一旦所述刀片104被移除，所述彈性壓力接觸器102和103相互接觸以提供自所述光伏電 池至所述光伏面板的輸出連接器的電性路徑。如果需要額外的工作或者故障處理，可以再次插入所述刀片104和標(biāo)志105，借助 所述刀片104的楔形部分207將所述接觸器102和103在接觸點206的連接斷開。在一些實施例中，所述接觸器102和103具有對稱性。在其他實施例中，所述接觸器102和103是不同的甚至不相似的。所述接觸器102和103是由電性導(dǎo)電材料制成并且 相互物理接觸，以在所述刀片104移除之后保持電性導(dǎo)電路徑206。在至少一些實施例中， 所述電性導(dǎo)電路徑206在所述刀片104未插入所述接觸器102和103之間時保持連接，而 在所述刀片104插入所述接觸器102和103之間的時候被斷開，然后在再次插入一個絕緣 設(shè)備例如所述刀片104時重新建立連接。此外，對于所述標(biāo)志105提供的所述面板模式的視覺指示，所述標(biāo)志也可以是以 文字的形式提供信息，例如“操作之前移除”或者致命電壓警告。圖4顯示一個與光伏面板的一個接線盒308相整合的彈性壓力開關(guān)。所述接線盒 308包括一個通過一條線纜307連接光伏面板產(chǎn)生的太陽能和一個負(fù)載(例如，逆變器、電 壓總線等)的連接器。這樣，當(dāng)所述刀片104和所述可視標(biāo)志插入所述開關(guān)時，所述太陽能 電池產(chǎn)生的電壓自所述線纜307的連接器脫離；這樣，在安裝所述光伏面板或者在所述光 伏面板上執(zhí)行維修任務(wù)時就是安全的。圖5顯示一個光伏面板的接線盒和所述彈性壓力開關(guān)的元件。如圖5所示，所述 接線盒308包括一個開口 409，其提供移除和/或再插入所述刀片104的通道。所述開關(guān)的 接觸器103可以通過將401部分固定于所述接線盒308的一個支撐件，例如印刷電路板上， 而貼附于所述接線盒308。圖6-7顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有觸點開關(guān)的光伏面板接線盒。圖6顯 示一個用于集成于所述光伏接線盒308內(nèi)的觸點開關(guān)510的組合圖。圖7顯示一個剖面來 顯示安裝于所述接線盒308的509位置的所述觸點開關(guān)510磁鐵511和512。 在圖7中，一個觸點開關(guān)通過在所述接線盒308內(nèi)，極接近所述常開觸點開關(guān)集成 一個固定偏置磁鐵510來保持常閉，這樣在沒有磁鐵512的時候所述開關(guān)是閉合的。在一個實施例中，所述磁鐵512插入所述接線盒井509中，這樣反向的極性消除了 強制的磁力線所述觸點開關(guān)打開。在一個實施例中，所述磁鐵512在工廠就被安裝于所述接線盒內(nèi)；并且粘在所述 磁鐵512上粘貼一個標(biāo)志105 (圖6和圖7中未顯示)。所述磁鐵是可以通過所述接線盒井 移除和/或再插入的。在另一個實施例中，可以使用常閉觸點段子取代所述常開觸點端子510和所述磁 鐵511，以避免需要額外的靜止磁鐵。一旦所述安裝和集成完成，所述磁鐵512可以移除或者廢棄。當(dāng)所述觸點開關(guān)512 處于閉合狀態(tài)時，所述接線盒的電源線可以通過所述半導(dǎo)體開關(guān)或者繼電器(未圖示)通 H1^ ο在一些實施例中，可以用一個半導(dǎo)體開關(guān)(圖7中未顯示)來接通所述接線盒308 的電源線。所述面板接線盒308或逆變器(圖7中未顯示)可以包括一個具有看門狗電路 的控制器單元，用于周期性地發(fā)送信號來保持所述面板輸出和所述組串的連接。當(dāng)所述信 號超時或者缺失時，所述面板的輸出通過一個半導(dǎo)體開關(guān)裝置(未圖示)斷開。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一個用于控制光伏面板的安全開關(guān)的一個光 傳感器。在圖8種，在印刷電路板711上安裝有一個光傳感器單元700和一個光傳感器701。 此外，彈簧702和712在類似于前面討論的標(biāo)志105的一個位置握持一個隔離器703，所述 隔離器可以通過使用一個拉片沿箭頭704的方向移動。圖8未顯示所述外殼，所述外殼可以包括機械元件，例如線纜連接和將所述隔離器703導(dǎo)入和導(dǎo)出所述單元的導(dǎo)向元件。在一個實施例中，在所述電路板711的一面設(shè)有額外電路(圖8中未顯示)，例如 影響開/關(guān)切換的控制電路或其他適合的電路。所述控制電路在某些實施例中是使用場效 應(yīng)晶體管，或者在其他實施例中，是使用繼電器例如雙穩(wěn)態(tài)繼電器。所述操作電源可以來自 所述太陽能系統(tǒng)本身或者可以由輔助接線提供。在其他一些實施例中，繼電器可以通過一個輔助線遠程控制來關(guān)閉和打開所述電 路。所述方法的好處是不會把拉片(標(biāo)志或者刀片)忘記在屋頂上。在一個實施例中，在所述面板集成一個機械裝置和/或電路來確定來自逆變器的 負(fù)載并在偵測到負(fù)載時將所述面板連接至所述面板輸出。當(dāng)空載時，斷開所述面板輸出。這 種功能也可以通過使用一個半導(dǎo)體開關(guān)裝置或者其他合適的裝置(例如繼電器)以及一些 傳感電路實施，當(dāng)出現(xiàn)所述回路閉合和負(fù)載連接時，允許自動重新連接。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有通過輔助接線控制的安全開關(guān)的太陽能 面板。在圖9中，連接一條單獨的線從遠程位置來控制所述開關(guān)16。例如，所述開關(guān)可以通 過來自開門狗電路、遠程開關(guān)或控制器等等的信號來控制。上述說明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的具體實施方式
。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的 技術(shù)人員對本發(fā)明的具體實施方式
所做的任何改動均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。 相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實施方式
。
權(quán)利要求
一種光伏面板，其包括至少一個光伏電池；一個從所述光伏面板輸出能量的連接器；以及一個連接與所述至少一個光伏電池和所述連接器之間的一個開關(guān)，所述開關(guān)用于在所述光伏面板安裝時將所述至少一個光伏電池自所述連接器斷開，以及在所述光伏面板安裝之后將所述至少一個光伏電池與所述連接器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏面板，其進一步包括一個容置所述連接器的接線盒，其中所述開關(guān)是集成于所述接線盒內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏面板，其中所述開關(guān)包括一個可移動部分，當(dāng)其移動時能 夠?qū)⑺鲋辽僖粋€光伏電池與所述連接器相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的光伏面板，其中所述開關(guān)進一步包括一個第一導(dǎo)電接觸器和一 個第二導(dǎo)電接觸器；所述可移動部分包括一個絕緣隔離器；當(dāng)所述絕緣隔離器插入所述第 一和第二接觸器之間時，所述開關(guān)斷開；當(dāng)所述絕緣隔離器移開時，所述開關(guān)閉合。
5.如權(quán)利要求4所述的光伏面板，其中所述第一和第二導(dǎo)電接觸器相互彈性擠壓。
6.如權(quán)利要求4所述的光伏面板，其中所述可移動部分進一步包括一個附加于所述絕 緣隔離器上的標(biāo)志。
7.如權(quán)利要求6所述的光伏面板，其中所述標(biāo)志具有警告觸電的視覺提示。
8.如權(quán)利要求3所述的光伏面板，其中所述開關(guān)包括一個觸點開關(guān)，所屬可移動部分 包括一個磁鐵。
9.如權(quán)利要求8所述的光伏面板，其中所述觸點開關(guān)為常閉觸點開關(guān)。
10.如權(quán)利要求3所述的光伏面板，其中所述開關(guān)包括一個光傳感器，所述開關(guān)根據(jù)所 述光傳感器偵測的光線打開或關(guān)閉；其中所述可移動部分包括一個用于遮擋所述光傳感器 的拉片。
11.如權(quán)要求10所述的光伏面板，其中所述開關(guān)包括一個半導(dǎo)體開關(guān)裝置或一個繼電器。
12.如權(quán)利要求10所述的光伏面板，其中所述半導(dǎo)體開關(guān)裝置包括一個場效應(yīng)二極管。
13.如權(quán)利要求10所述的光伏面板，其中所述至少一個光伏電池為所述光傳感器供電。
14.如權(quán)利要求1所述的光伏面板，其中所述開關(guān)包括一個繼電器和一個控制所述繼 電器的導(dǎo)線連接器。
15.如權(quán)利要求1所述的光伏面板，其進一步包括一個偵測逆變器負(fù)載的電路，其中當(dāng)所述電路偵測到一個逆變器負(fù)載時，所述開關(guān)連 接所述光伏面板的輸出至所述連接器；當(dāng)所述電路未偵測到逆變器負(fù)載時將所述輸出自所 述連接器斷開。
16.一種光伏面板模組，其包括一個電壓模組，用于調(diào)節(jié)多個光伏電池的輸出；以及 一個開關(guān)，連接至所述電壓模組以選擇性地提供輸出。
17.如權(quán)利要求16所述的光伏面板模組，其中所述電壓模組輸出交流輸出。
18.如權(quán)利要求16所述的光伏面板模組，其中所述開關(guān)包括一個半導(dǎo)體開關(guān)、一個繼 電器、一個觸點開關(guān)以及一個彈性壓力開關(guān)。
19.如權(quán)利要求16所述的光伏面板模組，其中所述開關(guān)包括一個光傳感器來控制所述 開關(guān)的狀態(tài)。
20.如權(quán)利要求16所述的光伏面板模組，其進一步包括電線連接器來控制所述開關(guān)的 狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過在光伏面板上提供一個安全開關(guān)來減少光伏系統(tǒng)安全風(fēng)險的設(shè)備和方法。在一個實施例中，一個光伏面板其包括至少一個光伏電池；一個從所述光伏面板輸出能量的連接器；以及一個連接與所述至少一個光伏電池和所述連接器之間的一個開關(guān)。所述開關(guān)用于在所述光伏面板安裝時將所述至少一個光伏電池自所述連接器斷開，以及在所述光伏面板安裝之后將所述至少一個光伏電池與所述連接器連接。
文檔編號H01L31/042GK101849292SQ200880114564
公開日2010年9月29日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者D·基基尼斯, 什穆?！ぐ柕系? 厄爾基·G·鮑威爾, 羅恩·哈達爾 申請人:迭戈能源有限公司