CN104716902A - 光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法,其中,所述用于光伏组件的最大功率测量装置包括:电压测量电路,所述电压测量电路一端与所述光伏组件的正极相连接,另一端与所述光伏组件的负极相连接,用于测量当前环境的所述光伏组件的开路电压和放电电压;控制器,与所述电压测量电路相连接,用于根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率。本发明的光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法能够测量光伏组件的最大功率和发电量,提高了测量的准确度,且结构简单、可靠性高、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,尤其涉及一种光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法。
背景技术
太阳能作为一种清洁环保的新能源,受到人们越来越多的关注。在光伏电站的运行中,发电量是评价其性能的关键指标。现有技术中,主要有两种方法:
一是数学模型法:利用温度传感器和光强传感器对环境参数进行采集,然后结合光伏电池板的数学模型,计算出该环境参数下光伏电池的输出功率值。该方法的不足在于数学模型较为复杂,需要大量现场环境与电气参数来校正其中参数,降低了其工程实用性。
二是查表法:该方法根据分段线性化的思想,首先建立光伏电池最大输出功率与温度和光强之间的关系表,然后通过实验的方法,测得关系表中各个温度和光强下光伏电池的最大输出功率,并填入表中,作为将来功率预测的参考。该方法的不足在于,在建立光伏电池最大输出功率与温度和光强关系表时,需要采集各种环境下的输出功率,其工作量较大,另外关系表的建立是在光伏电池所在地点进行采集和实验,而当光伏电池所在地点发生变化时,所建立的关系表已不再适用于当前地点,因此该方法适应性不强,如仍基于建立好的关系表去获得最大输出功率,就会导致获得的最大输出功率准确度不高。
发明内容
本发明的实施例提供一种光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法,能够提高测量光伏组件的最大功率和发电量的准确度。
为实现上述发明目的,本发明的实施例提供了一种用于光伏组件的最大功率测量装置,所述装置包括:电压测量电路,所述电压测量电路一端与所述光伏组件的正极相连接,另一端与所述光伏组件的负极相连接,用于测量当前环境的所述光伏组件的开路电压和放电电压;控制器,与所述电压测量电路相连接,用于根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率。
本发明的实施例还提供了一种用于光伏组件的最大功率测量方法,所述方法包括:测量当前环境的所述光伏组件的开路电压和放电电压;根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率。
本发明的实施例还提供了一种用于光伏组件的发电量测量方法,所述方法包括:在预定的时间段内,以设定时间间隔利用上述实施例的用于光伏组件的最大功率测量方法,获取当前环境下的每个时间间隔对应的最大功率;根据预定的时间段的长度、设定的时间间隔以及所述每个时间间隔对应的最大功率通过下式计算所述光伏组件的发电量:
其中,WPV为所述光伏组件的发电量,ΔT为设定时间间隔,i为时间间隔的序号,N为预定时间段内包含时间间隔的个数,P′MPP(i)为第i个时间间隔内对应的最大功率。
本发明实施例提供的光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法,具有如下技术效果:
一方面,本发明是基于测量得到的开路电压和放电电压获取光伏组件的最大功率,相对于现有技术中数学模型法而言,本发明中的开路电压和放电电压测量值准确度高、误差小,从而提高了测量光伏组件最大功率的准确度,且工程实用性强;
另一方面,开路电压和放电电压属于光伏组件内部的电信号参数,相比于现有技术利用外部环境参数(温度和光强)与输出功率的关系表,对光伏组件的输出功率做间接的预测而言,其参数形态更加接近光伏组件的输出功率,并且作为内部电信号参数,其更能体现出被测光伏组件的电学特性,因此,基于该开路电压和放电电压所获得的光伏组件的输出功率会更加准确,且工作量小、适应性强。
附图说明
图1为光伏组件的伏安特性曲线的示意图;
图2为本发明实施例一的用于光伏组件的最大功率测量装置的结构示意图;
图3为本发明实施例二的用于光伏组件的最大功率测量装置的结构示意图;
图4为本发明实施例三的用于光伏组件的最大功率测量方法的流程示意图;
图5为本发明实施例四的用于光伏组件的发电量测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例用于光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法进行详细描述。
本发明的用于光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法技术原理是利用电压测量电路测量当前环境下光伏组件的开路电压和放电电压,再基于该开路电压和放电电压、标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流,计算得到光伏组件的最大功率。
为了便于理解本发明实施例,在结合附图对本发明实施例用于光伏组件的最大功率测量装置、方法及发电量测量方法进行详细描述之前,对以下技术名词进行解释说明。
[Ⅰ.光伏组件]
光伏组件(也称太阳能电池板)是太阳能发电***中的核心部分,也是太阳能发电***中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能。
[Ⅱ.光伏组件的伏安特性曲线]
图1为光伏组件的伏安特性曲线的示意图,参照图1,受光照的光伏组件,在一定的辐照度和温度以及不同的外电路负载下,流入的电流和光伏组件端电压的关系曲线。
(i)短路电流(ISC),在一定的辐照度和温度条件下,光伏组件在端电压为零时的输出电流。
(ii)开路电压(VOC),在一定的辐照度和温度条件下,光伏组件在开路情况下的端电压。
(iii)最大功率(PM),在一定的辐照度和温度条件下,光伏组件的功率-电压曲线上的最大功率值;或光伏组件的伏安特性曲线上电流与电压乘积的最大值。
(iv)最大功率点(maximum power point,MPP),在光伏组件的伏安特性曲线上对应最大功率的点,也称最佳工作点。
(v)最大功率点对应的工作电流(IMPP),在光伏组件的伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。
(vi)最大功率点对应的工作电压(VMPP),在光伏组件的伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。
实施例一
图2为本发明实施例一的用于光伏组件的最大功率测量装置的结构示意图,如图2所示,本发明实施例的用于光伏组件的最大功率测量装置包括:电压测量电路11,电压测量电路一端与光伏组件的正极相连接,另一端与光伏组件的负极相连接,用于测量当前环境的光伏组件的开路电压和放电电压;控制器12,与电压测量电路11相连接,用于根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、开路电压和放电电压,获取当前环境下的光伏组件的第二最大功率。
具体的,该电压测量电路无极性,只需引出两端,分别与光伏组件的正极、负极相连接即可。控制器控制电压测量电路测得当前环境下光伏组件的开路电压和放电电压,并反馈给控制器,控制器根据反馈的开路电压和放电电压,再参照标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流,从而获取到当前环境下的光伏组件的第二最大功率。
本发明实施例提供的用于光伏组件的最大功率测量装置,通过在光伏组件的正负极连接电压测量电路测量当前环境的开路电压和放电电压,基于该开路电压和放电电压、标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流就能够获取光伏组件的最大功率。而现有技术一般采用温度传感器和光强传感器获得温度、光强参数,利用这些环境参数预测光伏组件的最大功率。
通过比较分析可以得出本实施例的技术方案具有如下技术效果:
1)本实施例是基于测量得到的开路电压和放电电压获取光伏组件的最大功率,相对于现有技术中数学模型法而言,本发明中的开路电压和放电电压测量值准确度高、误差小,从而能够提高测量光伏组件最大功率的准确度,且提高了工程实用性。相反现有技术的大量现场环境与电气参数测量难度较大,误差也很高,实用性差,基于这些参数得到的光伏组件最大功率的准确度很难保证。
2)开路电压和放电电压属于光伏组件内部的电信号参数,相比于现有技术中查表法而言,本发明参数形态更加接近光伏组件的输出功率,并且作为内部电信号参数,其更能体现出被测光伏组件的电学特性,因此,基于该开路电压和放电电压所获得的光伏组件的输出功率会更加准确,且工作量小、适应性强。相反现有技术在建立光伏电池最大输出功率与温度和光强关系表时需要采集各种环境下的输出功率,工作量较大,且适应性不强,导致获得的最大输出功率准确度低。
实施例二
图3为本发明实施例二的用于光伏组件的最大功率测量装置的结构示意图,如图3所示,本发明实施例的用于光伏组件的最大功率测量装置包括:电压测量电路21,电压测量电路一端与光伏组件的正极相连接,另一端与光伏组件的负极相连接,用于测量当前环境的光伏组件的开路电压和放电电压;控制器22,与电压测量电路21相连接,用于根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、开路电压和放电电压,获取当前环境下的光伏组件的第二最大功率。
参照图3,虚线框中示出的是电压测量电路,电压测量电路21可包括放电电阻器211、开关器件212和电压表213,其中,放电电阻器211与开关器件212串联组成串联支路,电压表213与串联支路并联,开关器件212响应于控制器22发出的控制信号,控制串联支路的断开或闭合,当串联支路断开时,电压表213测量光伏组件的开路电压,并发送给控制器22,当串联支路闭合时,电压表213测量光伏组件对放电电阻器211放电时的放电电压,并发送给控制器22。该电压测量电路结构简单且可靠性高。
具体的,开关器件可具体为,但不限于,继电器或接触器。也可使用其他的开关器件代替,举例来说,控制器发出控制信号,控制继电器断开,电压表测量得光伏组件的开路电压;控制器发出控制信号,控制继电器闭合,待电流稳定后,电压表测量得光伏组件对放电电阻器放电时的放电电压。
进一步地,电压测量电路还可以包括电感,该电感的一端与放电电阻器相连接,电感的另一端与开关器件相连接,用于避免开关器件闭合时产生的瞬间冲击电流。
在本发明实施例中,放电电阻器为电阻阻值足够小的电阻,在串联支路闭合后,光伏组件通过该放电电阻器进行放电,从而在该放电电阻器两端将产生电压,待电流稳定后,电压表即可测得光伏组件对放电电阻器放电时的电压,即放电电压,由于放电电阻器的阻值足够小,可近似认为流经电阻的电流为短路电流,因此可通过放电电压值和放电电阻器的阻值计算得到短路电流值。
在本实施例的该装置中的电压测量电路由电感、电阻和电压表等简单组成,不需要配置相对较贵的温度传感器和光强传感器等外部设备,因此,降低了结构的复杂度,同时降低了成本。
进一步地,在获得了短路电流值之后,利用光伏组件的工程实用模型经过分析可知,不同环境条件下的短路电流之比与最大功率点对应的工作电流之比相等,不同环境条件下的开路电压之比与最大功率点对应的工作电压之比相等,具体如公式(1)和式(2):
I′SC/I″SC=I′MPP/I″MPP………………………………………………………………式(1)
V′OC/V″OC=V′MPP/V″MPP………………………………………………………………式(2)
其中,I′SC为第一种环境下的短路电流,I′MPP为第一种环境下的最大功率点对应的工作电流,V′OC为第一种环境下的开路电压,V′MPP为第一种环境下的最大功率点对应的工作电压,I″SC为第二种环境下的短路电流,I″MPP为第二种环境下的最大功率点对应的工作电流,V″OC为第二种环境下的开路电压,V″MPP为第二种环境下的最大功率点对应的工作电压。
这里,需要说明的是不同的环境条件一般是指光伏组件的辐照度和环境温度,光伏组件的功率主要受到辐照度和环境温度的影响。
那么,假设第一种环境为当前环境,第二种环境为标准环境,即辐照度为1000W/m2,环境温度为25℃,在标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流均为已知数值,控制器就可以通过以下公式(3)和式(4)根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、开路电压和放电电压,获取当前环境下的光伏组件的第二最大功率:
其中,V′SC为测量得到的当前环境下光伏组件的放电电压,R为放电电阻,I′SC为当前环境下光伏组件的短路电流,V′OC为测量得到的当前环境下光伏组件的开路电压,P′MPP为光伏组件的第二最大功率,PMPPN为标准环境下的第一最大功率,VOCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电压,ISCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电流。
在本实施例中,基于电压测量电路直接测得的放电电压计算得到短路电流,并在将标准环境作为其中一种环境条件的前提下,利用不同环境条件下,短路电流与最大功率点对应的工作电流的比例关系、开路电压与最大功率点对应的工作电压的比例关系以及标准环境下光伏组件的参数,就能够获取当前环境光伏组件的最大功率,其计算方式简便,并且最终得到的光伏组件最大功率的准确度高。下面结合具体的示例,来进一步更直观地说明一下本发明实施例的具体应用。
选取5种光伏电池板,功率等级为210W-300W。光伏电池板的使用规格书给出了标准条件(1000W/m2,25℃)和非标准条件(800W/m2,20℃)这两种条件下的最大功率值PMPPN和PMPP。
采用本发明实施例的该装置,测量非标准条件下的开路电压和放电电压,由测得的放电电压计算得到短路电流,通过前述计算公式(4)可获得非标准条件下光伏电池板的最大功率,然后将获得非标准条件下光伏电池板的最大功率与规格书中给出的非标准条件下光伏电池板的最大功率做对比,结果如下表1所示:
表1
序号 | PMPPN | PMPP | V′OC | I′SC | P′MPP | 误差(%) |
1 | 210W | 152.1W | 28.6V | 7.13A | 157.85W | 3.78 |
2 | 220W | 160.5W | 28.1V | 7.19A | 164.35W | 2.40 |
3 | 240W | 175.1W | 34.8V | 6.81A | 178.68W | 2.04 |
4 | 250W | 182.4W | 34.2V | 7.01A | 186.50W | 2.25 |
5 | 260W | 189.7W | 34.4V | 7.25A | 194.27W | 2.41 |
6 | 280W | 204.2W | 36.7V | 7.76A | 209.36W | 2.53 |
7 | 290W | 211.5W | 41.9V | 7.16A | 216.85W | 2.53 |
8 | 300W | 218.8W | 42.7V | 7.10A | 223.40W | 2.10 |
由表1中的误差结果可知,采用本发明实施例的该装置获得的光伏电池板的最大功率能够把误差控制在5%之内,完全符合工程应用的标准。
实施例三
图4为本发明实施例三的用于光伏组件的最大功率测量方法的流程示意图,如图4所示,用于光伏组件的最大功率测量方法包括:
步骤301:测量当前环境的光伏组件的开路电压和放电电压。
步骤302:根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、当前环境下的开路电压和放电电压,获取当前环境下的光伏组件的第二最大功率。具体的,根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、当前环境下的开路电压和放电电压,获取当前环境下的光伏组件的第二最大功率的处理利用下式(5)和式(6)实现:
其中,V′SC为测量得到的当前环境下光伏组件的放电电压,R为放电电阻,I′SC为当前环境下光伏组件的短路电流,V′OC为测量得到的当前环境下光伏组件的开路电压,P′MPP为光伏组件的第二最大功率,PMPPN为标准环境下的第一最大功率,VOCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电压,ISCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电流。
本发明实施例提供的用于光伏组件的最大功率测量方法,通过测量当前环境的开路电压和放电电压,基于该开路电压和放电电压、标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流就能够获取光伏组件的最大功率。与现有技术相比,具有如下技术效果:
1)本实施例是基于测量得到的开路电压和放电电压获取光伏组件的最大功率,相对于现有技术中数学模型法而言,本发明的开路电压和放电电压测量值准确度高、误差小,从而提高了测量光伏组件最大功率的准确度。
2)本实施例测量得到的开路电压和放电电压可直接反映出被测光伏组件的电学特性,相对于现有技术中查表法,并利用外部环境参数与输出功率的关系表,对光伏组件的输出功率做间接的预测,本实施例基于该开路电压和放电电压做进一步的功率计算会更为准确。
3)本实施例是基于直接测得的放电电压计算得到短路电流,并利用不同环境条件下,短路电流与最大功率点对应的工作电流的比例关系、开路电压与最大功率点对应的工作电压的比例关系以及标准环境下光伏组件的参数,从而获取当前环境光伏组件的最大功率,其测量准确度高,且计算方式简便。提高了工程实用性,且适应性强。
实施例四
图5为本发明实施例四的用于光伏组件的发电量测量方法的流程示意图,如图5所示,用于光伏组件的发电量测量方法包括:
步骤401:在预定的时间段内,以设定时间间隔利用如实施例三所述的用于光伏组件的最大功率测量方法,获取当前环境下的每个时间间隔对应的最大功率。
步骤402:根据预定的时间段的长度、设定的时间间隔以及每个时间间隔对应的最大功率通过下式(7)计算光伏组件的发电量:
其中,WPV为光伏组件的发电量,ΔT为设定时间间隔,i为时间间隔的序号,N为预定时间段内包含时间间隔的个数,P′MPP(i)为第i个时间间隔内对应的最大功率。具体的,举例来说,如果预定时间段为一天,即24小时,以5秒固定时间间隔获取每个时间间隔对应的最大功率,那么,以固定时间间隔对发电量进行累加求和,即可获得当天发电量。
本发明的用于光伏组件的发电量测量方法,通过在预定的时间段内,以设定时间间隔利用实施例三所述的用于光伏组件的最大功率测量方法,获取当前环境下的每个时间间隔对应的最大功率,再以固定时间间隔对由最大功率求得的发电量进行累加求和,从而计算得到光伏组件的发电量,提高了测量光伏组件发电量的准确度。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于光伏组件的最大功率测量装置,其特征在于,所述装置包括:
电压测量电路,所述电压测量电路一端与所述光伏组件的正极相连接,另一端与所述光伏组件的负极相连接,用于测量当前环境的所述光伏组件的开路电压和放电电压;
控制器,与所述电压测量电路相连接,用于根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率。
2.根据权利要求1所述的最大功率测量装置,其特征在于,所述电压测量电路包括放电电阻器、开关器件和电压表,所述放电电阻器的阻值足够小,使得流经所述放电电阻器的电流接近短路电流;
所述放电电阻器与所述开关器件串联组成串联支路,所述电压表与所述串联支路并联,所述开关器件响应于所述控制器发出的控制信号,控制所述串联支路的断开或闭合,当所述串联支路断开时,所述电压表测量光伏组件的开路电压并发送给所述控制器,当所述串联支路闭合时,所述电压表测量光伏组件对所述放电电阻器放电时的放电电压并发送给所述控制器。
3.根据权利要求2所述的最大功率测量装置,其特征在于,所述电压测量电路还包括电感,所述电感的一端与所述放电电阻器相连接,所述电感的另一端与所述开关器件相连接,用于避免所述开关器件闭合时产生的瞬间冲击电流。
4.根据权利要求2或3所述的最大功率测量装置,其特征在于,所述开关器件具体为继电器或接触器。
5.根据权利要求1所述的最大功率测量装置,其特征在于,所述控制器通过以下公式执行根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率的处理:
其中,V′SC为测量得到的当前环境下光伏组件的放电电压,R为放电电阻,I′SC为当前环境下光伏组件的短路电流,V′OC为测量得到的当前环境下光伏组件的开路电压,P′MPP为所述光伏组件的第二最大功率,PMPPN为标准环境下的第一最大功率,VOCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电压,ISCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电流。
6.一种用于光伏组件的最大功率测量方法,其特征在于,所述方法包括:
测量当前环境的所述光伏组件的开路电压和放电电压;
根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率。
7.根据权利要求6所述的最大功率测量方法,其特征在于,所述根据标准环境下的第一最大功率以及第一最大功率点对应的工作电压和工作电流、所述开路电压和放电电压,获取当前环境下的所述光伏组件的第二最大功率的处理利用下式实现:
其中,V′SC为测量得到的当前环境下光伏组件的放电电压,R为放电电阻,I′SC为当前环境下光伏组件的短路电流,V′OC为测量得到的当前环境下光伏组件的开路电压,P′MPP为所述光伏组件的第二最大功率,PMPPN为标准环境下的第一最大功率,VOCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电压,ISCN为标准环境下第一最大功率点对应的工作电流。
8.一种用于光伏组件的发电量测量方法,其特征在于,所述方法包括:
在预定的时间段内,以设定时间间隔利用如权利要求6或7所述的用于光伏组件的最大功率测量方法,获取当前环境下的每个时间间隔对应的最大功率;
根据预定的时间段的长度、设定的时间间隔以及所述每个时间间隔对应的最大功率通过下式计算所述光伏组件的发电量:
其中,WPV为所述光伏组件的发电量,ΔT为设定时间间隔,i为时间间隔的序号,N为预定时间段内包含时间间隔的个数,P′MPP(i)为第i个时间间隔内对应的最大功率。
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