太陽(yáng)能電池利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng),，把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成電能，再通過(guò)電子技術(shù)的轉(zhuǎn)換加以利用或存儲(chǔ),。太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的主要部件是太陽(yáng)能電池,、蓄電池、控制器和逆變器,，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電是指太陽(yáng)能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式,，典型特征為需要蓄電池來(lái)存儲(chǔ)夜晚用電的能量,。獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng),、村級(jí)太陽(yáng)能光伏電站;在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊,、衛(wèi)星廣播電視、太陽(yáng)能水泵,，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng),，如風(fēng)力發(fā)電/太陽(yáng)能發(fā)電互補(bǔ)系統(tǒng)等。

　　圖1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)示意圖

　　小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

　　由于太陽(yáng)能電池板所處環(huán)境為戶(hù)外,，通常設(shè)立在空曠處或高處以保證日照,。按照IEC61000-4-5電氣環(huán)境分類(lèi)，其電源連接線(xiàn)路隸屬于4類(lèi)電氣環(huán)境,，即互連線(xiàn)按戶(hù)外電纜沿電源電纜敷設(shè)并且這些電纜被作為電子和電氣線(xiàn)路的電氣環(huán)境,。依據(jù)IEC對(duì)4類(lèi)電氣系統(tǒng)的防雷保護(hù)要求，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的電力輸入部分需要進(jìn)行防雷保護(hù),，這包括交流電力輸入電路,、充放電回路和逆變電路。保護(hù)級(jí)別依據(jù)線(xiàn)線(xiàn)間2KV，線(xiàn)地間4KV的要求進(jìn)行設(shè)計(jì),。保護(hù)形式可能需要按不同電路位置進(jìn)行一級(jí)至多級(jí)防護(hù),。由于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)工作場(chǎng)合環(huán)境苛刻,，維修周期長(zhǎng),，無(wú)人值守，使用壽命要求高等各種特殊需求,，需要在進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)解決方案的設(shè)計(jì)中,，除了對(duì)過(guò)壓保護(hù)器件的浪涌能力進(jìn)行考慮之外，整個(gè)保護(hù)方案的工作壽命和抗老化能力都需要進(jìn)行評(píng)估;必要時(shí)應(yīng)采用6KV防護(hù)等級(jí),。

　　太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中每一塊太陽(yáng)能電池板電纜首先接入太陽(yáng)能系統(tǒng)控制器的匯流箱,。因此在匯流箱及控制器的輸入端應(yīng)使用如圖2所示的過(guò)壓保護(hù)設(shè)計(jì)。其中A,、B和C為過(guò)壓保護(hù)器件,。對(duì)于電壓較高的、高可靠要求的系統(tǒng)和設(shè)備,，應(yīng)當(dāng)使用氣體放電管(GDT)和壓敏電阻(MOV)串聯(lián)來(lái)作為A,、B和C位置的保護(hù)器件來(lái)完成戶(hù)外電纜的防雷保護(hù)。而對(duì)于電壓低于48VDC的低功率系統(tǒng),，可以直接使用GDT進(jìn)行過(guò)壓保護(hù),。考慮到過(guò)壓保護(hù)器件的失效模式,，需要過(guò)流保護(hù)器件配合保護(hù),。在無(wú)人值守或不易維修的場(chǎng)合，應(yīng)當(dāng)使用可自恢復(fù)的過(guò)流保護(hù)器件,。泰科電子電路保護(hù)部門(mén)對(duì)于此類(lèi)的防雷保護(hù),，針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境和保護(hù)要求有著多種保護(hù)方案。

　　圖2 太陽(yáng)能電池匯流盒,、控制器輸入端防雷保護(hù)

　　對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的直流負(fù)載也可以采用上述的方案來(lái)進(jìn)行防雷保護(hù),。而對(duì)于交流負(fù)載的防雷保護(hù)(即逆變器的輸出端)，則需要使用圖3所示的的保護(hù)電路設(shè)計(jì),。泰科電子電路保護(hù)部門(mén)對(duì)此同樣有著深厚的經(jīng)驗(yàn)積累和多樣的解決方案,。

　　圖3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)交流負(fù)載防雷保護(hù)電路

　　控制器和逆變器的過(guò)壓/過(guò)流/過(guò)熱保護(hù)

　　由于太陽(yáng)能電池陣列提供直流電的電壓和電流都是不穩(wěn)定的，太陽(yáng)能控制器和逆變器要將其轉(zhuǎn)換成終端負(fù)載或者電網(wǎng)要求的電壓和電流,。避免控制器和逆變器遭受ESD以及其它電磁干擾的損害是必要的,。除了ESD器件外，泰科電子電路保護(hù)部門(mén)推出的2Pro過(guò)流過(guò)壓綜合保護(hù)器件可有效解決太陽(yáng)能控制器和逆變器通訊端口的電路保護(hù)問(wèn)題,。2Pro將聚合物型正溫度系數(shù)(PPTC)可恢復(fù)過(guò)溫過(guò)流保護(hù)器件與傳統(tǒng)壓敏電阻(MOV)貼合在一起使用,。2Pro除了可對(duì)雷擊，浪涌等瞬態(tài)過(guò)壓保護(hù)之外，在電壓波動(dòng)或失中線(xiàn)等長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓故障中,，由于PPTC與MOV貼合在一起,，MOV發(fā)散出來(lái)的熱將觸發(fā)PPTC使其動(dòng)作進(jìn)入高阻態(tài)，因而可以保護(hù)MOV不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓而燃燒損壞,。同時(shí)2Pro還可針對(duì)短路等過(guò)流故障進(jìn)行保護(hù),，并在故障排除之后，自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài),，免去了更換器件等繁重的維護(hù)過(guò)程,。圖4所示為2Pro產(chǎn)品的應(yīng)用電路和實(shí)物圖。

　　圖4 2Pro產(chǎn)品電路和實(shí)物圖由于作為儲(chǔ)能部件的可充電電池在充電程度改變時(shí),，電壓變化范圍較大,。對(duì)于控制器和逆變器的核心控制單元可以使用泰科電子電路保護(hù)部門(mén)的PolyZen器件，PolyZen器件可以更精確地保護(hù)昂貴的控制,、驅(qū)動(dòng)芯片,，防止其在電壓過(guò)高地情況下?lián)p壞。圖5所示的為PolyZen器件的應(yīng)用電路,。

　　圖5 PolyZen器件電路

　　在控制器,、逆變器的電路中，大功率的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件用于電力轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),。這些器件即使在規(guī)定工作條件下運(yùn)行,，也會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)、不可預(yù)測(cè)并且呈現(xiàn)不同阻值的阻性短路,。出現(xiàn)電阻失效時(shí),，僅10W的功率就可能產(chǎn)生溫度在180℃以上的局部熱點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于典型的印刷電路板玻璃躍變溫度(135℃),，造成電路板的環(huán)氧結(jié)構(gòu)損壞,，并產(chǎn)生熱故障事件; 最終可能導(dǎo)致器件及印刷電路板過(guò)熱、冒煙甚至起火,。

　　泰科電子電路保護(hù)部門(mén)新推出的RTP器件具有既適合最高溫度達(dá) 260℃的無(wú)鉛回流焊工藝,，又能在激活后在200℃斷開(kāi)進(jìn)行溫度保護(hù)。200℃的斷開(kāi)溫度高于大部分正常工作的電子器件的正常工作溫度范圍,，有助于防止誤動(dòng)作,，提高系統(tǒng)可靠性。 同時(shí)該溫度低于常見(jiàn)無(wú)鉛焊料熔點(diǎn),。所以,，當(dāng)旁邊的器件在規(guī)定溫度范圍內(nèi)工作時(shí)，RTP器件不會(huì)斷開(kāi)電路,，但在器件脫焊和形成額外短路的潛在風(fēng)險(xiǎn)之前會(huì)斷開(kāi)電路,。這種適合回流焊的表面貼裝溫度保險(xiǎn)器件相對(duì)于需要手工焊接的插腳溫度保險(xiǎn)絲,，在裝配焊接后具有良好的可靠性和一致性。

　　儲(chǔ)能電池組的保護(hù)

　　在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,，儲(chǔ)能電池的性能和安全也是非常重要的,。不管是鉛酸電池還是鋰離子電池構(gòu)成的儲(chǔ)能電池組，在接線(xiàn)安裝過(guò)程中,、在使用中都存在電纜短路,、電池正負(fù)極誤接短路、或電池組溫度過(guò)高等潛在故障,。這些故障輕則損壞設(shè)備電路,，重則造成財(cái)產(chǎn)、人身安全事故,。在電池組中合理使用基于PPTC技術(shù)的過(guò)流保護(hù)和溫度檢測(cè)可有效保護(hù)電池組、減少此類(lèi)故障造成的性能下降和安全隱患,。

　　任何類(lèi)型的儲(chǔ)能電池組在運(yùn)輸,、安裝及使用時(shí)都有可能遭遇外部短路。為防止電池組短路引起的嚴(yán)重后果,，過(guò)流保護(hù)是必須的,。除了PolySwitch自恢復(fù)保險(xiǎn)絲以外，泰科電子電路保護(hù)部門(mén)還研發(fā)了MHP混合器件,。這種MHP器件采用了一種新的混合式技術(shù),，它可提供一種可恢復(fù)得、緊湊,、穩(wěn)健的電路保護(hù)器件,。它能在額定電壓超過(guò)30VDC的情況下提供30A以上的工作電流。這種金屬混合PPTC器件(MHP)由一個(gè)雙金屬片保護(hù)器和一個(gè)聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件并聯(lián)而成,。這種組合既能提供可復(fù)位的過(guò)電流保護(hù)功能,，又可利用PPTC器件的低電阻特性來(lái)防止雙金屬片在大電流條件下產(chǎn)生電弧，同時(shí)還能加熱雙金屬片,，使其保持在打開(kāi) 鎖定狀態(tài),。這種器件避免了電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的拉弧，故而延長(zhǎng)了觸電的壽命,。由于該器件是密封且無(wú)弧,，特別適合防暴場(chǎng)合的應(yīng)用。

　　圖6 MHP30-36實(shí)物圖和機(jī)械尺寸圖

　　圖6所示的MHP30-36器件是泰科電子規(guī)劃的MHP產(chǎn)品系列中的首批器件,，最大額定值為36VDC/100A,，在100A (@25°C)條件下的跳閘時(shí)間小于5秒。這些器件的工作電流為30A,，初始電阻不到2mΩ,，低于常見(jiàn)雙金屬保護(hù)器的初始電阻(通常為3至4mΩ),。該系列的產(chǎn)品能為太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)提供更可靠和安全的電路保護(hù)。

　　由于充,、放電及能量密度等方面的優(yōu)勢(shì),，越來(lái)越多的鋰離子電池組用于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中。鋰離子電池組的安全保護(hù)的要求更加嚴(yán)格,。除了傳統(tǒng)過(guò)流,、過(guò)溫(過(guò)沖引起的)保護(hù)要求之外，高串鋰離子電池的均衡以及電壓檢測(cè)電路的保護(hù)問(wèn)題均隨之而來(lái),。泰科電子電路保護(hù)部門(mén)成功為高串鋰離子電池組客戶(hù)提供了涉及過(guò)溫檢測(cè)保護(hù),，以及均衡及電壓檢測(cè)電路短路保護(hù)的解決方案，并在客戶(hù)應(yīng)用中得到了很好的驗(yàn)證,。圖7所示即為PPTC在高串鋰離子電池組中的應(yīng)用,，主要用于檢測(cè)電池組內(nèi)部溫度實(shí)現(xiàn)過(guò)溫保護(hù)和防止電池在均衡或者電壓檢測(cè)過(guò)程中的短路狀況。

　　圖7 PPTC在高串鋰離子中的應(yīng)用：溫度檢測(cè)保護(hù)以及均衡/電壓檢測(cè)短路保護(hù)

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載可以是多種多樣的子系統(tǒng)或設(shè)備,，譬如LED照明燈具,，野外無(wú)人值守檢測(cè)、記錄或通訊設(shè)施等,。依據(jù)子系統(tǒng)的特征和使用環(huán)境不同,，子系統(tǒng)及設(shè)備也需要不同等級(jí)的電路保護(hù)。在設(shè)計(jì)這些保護(hù)時(shí),，應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)的角度出發(fā),，協(xié)同耦合各設(shè)備、各子系統(tǒng)保護(hù),，以達(dá)到最好的保護(hù)系統(tǒng)的效果,。在這方面，泰科電子瑞侃電路保護(hù)部擁有豐富的經(jīng)驗(yàn),，竭誠(chéng)為業(yè)內(nèi)客戶(hù)提供完整的解決方案,。