CN106290387A - 一种光反射法检测光伏板清洁度的方法及检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能光伏板的清洁度检测技术，特指一种光反射法检测光伏板清洁度的方法及检测器。此方法是将经周期调制的激光束以一定角度照射到太阳能光伏板上，通过测量光伏板反射激光束的反射光强度来检测太阳能光伏板的清洁度，配套的检测器包括激光器、调制电路，滤光片、光电探测器和信号处理装置；所述的信号处理装置包括直流稳压电源、信号处理电路、微处理器以及通讯电路，主要完成电信号的AD转换、放大以及传输。本发明有测量精度高、装置简单、经济实用、操作简便、抗干扰能力强，并且容易实现在线测量等优点。

Description

一种光反射法检测光伏板清洁度的方法及检测器

技术领域

本发明涉及太阳能光伏板的清洁度检测技术，特指一种光反射法检测光伏板清洁度的方法及检测器。

背景技术

太阳辐射能作为一种自然能源，在化石燃料日趋减少情况下，以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势，已被国际公认为未来最具竞争性的能源之一。而光伏发电技术也已逐步发展成熟，可以产生新兴、无污染的可再生能源，并在国内外得到广泛的应用。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上。

光伏板大多被放置在户外，常常会有积灰落在光伏板上，因此会对光伏板的发电效率有严重影响。为了使工作人员对光伏板上的积灰及时清理，对光伏板清洁度的检测尤为重要，但是现有的技术中，还不能快速测量光伏板的清洁度并准确给出实时量化的数据。

发明内容

基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种光反射法检测光伏板清洁度的方法及检测器的技术方案，该方法能实时量化的监测光伏板的清洁度数据，为工作人员及时清洁光伏板提供重要依据。

一种光反射法检测光伏板清洁度的方法，其原理是经周期调制的激光束以一定角度照射到光伏板表面形成一个狭长的椭圆形光斑，并在光伏板表面发生散射、吸收和反射，随着光伏板表面落尘增多，散射和吸收增强，反射光强度I(v_xy)减弱，检测反射光光强，通过定标、计算即可测得光伏板的清洁度。

一种光反射法检测光伏板清洁度的检测器，包括激光器、调制电路，滤光片、光电探测器和信号处理装置，所述的激光器发出经调制电路控制的脉冲激光束，以小于30度的角度照射到光伏板表面，在光伏板上发生反射，在反射光路上放置一带通滤光片，过滤杂散光，反射光由光电探测器接受，转换为电信号，即可测得反射光的强度，经信号处理装置进行滤波，定标、计算，即可得到光伏板的清洁度。

进一步的，所述的信号处理装置包括直流稳压电源、信号处理电路、微处理器以及通讯电路；所述的直流稳压电源为激光器、信号处理电路、微处理器以及通讯电路供电；所述的探测器接收到反射光信号并将其转换为电信号，所述的微处理器通过控制信号处理电路对接收到的电信号进行A/D转换，信号放大处理和噪声过滤，以及控制通讯电路进行信息传输。

进一步的，所述的激光器采用固体激光器或气体激光器中的一种。

进一步的，所述的光电探测器采用硅光电池或光电二极管中的一种。

进一步的，所述的滤光片采用与激光器发射波长一致的带通滤光片。

进一步的，所述的检测清洁度的方法包括以下步骤：

1)将光伏板清洁度检测器固定在光伏板表面，连接电源，为***上电；

2)***定标：将激光照射区域擦干净，打开激光器，依次在激光照射区放上不同洁净度的标准反射板，测量反射光信号，对***定标(该步骤只在初次使用时执行)。

3)测量：打开激光器，激光束照射到光伏板表面，并在光伏板表面发生反射、吸收和散射；

4)探测器接收反射光信号；

5)探测器对接收到的光信号进行光电转换得到电信号；

6)微处理器通过控制信号处理电路对硅光电池输出的信号进行AD转换、放大处理和噪声过滤，得到反射光的光强I(v_xy)；

7)计算反射光强值与入射激光光强的比值，根据定标曲线，得到光伏板的清洁度。

8)将数据通过通讯***上传到服务器上，对数据进行分析处理。

本发明的有益效果为：本发明采用光反射法测量光伏板的清洁度，与光伏板是不直接接触的，具有测速快和无破坏性。本发明基于光电检测技术，还具有测量精度高、装置简单、经济实用、操作简便、抗干扰能力强，并且容易实现在线测量。

附图说明

图1为本发明的光路原理图；图中(101)为调制电路、(102)为激光器、(103)为滤光片、(104)为探测器。

图2为本发明的***装置框图。

图3为本发明装置的结构示意图；图中(301)为激光器、(302)为滤光片、(303)为探测器、(304)为硬件电路。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明的光路原理图，图2为本发明的***装置框图，图3为本发明装置的结构示意图。本发明的基本原理是：首先微处理器控制调制电路(101)对He-Ne激光器(102)进行周期调制，调制电路输出占空比为50％的方波信号对激光器进行调制，可以提高激光束对环境杂散光的抗干扰能力。同时幅度调制相当于使激光器的工作时间减少一半，从而减少激光器发热量，使光源工作点更稳定。He-Ne激光器发出脉冲激光束激光以小于30度的角度照射到光伏板表面，激光束在光伏板表面发生散射、反射以及折射。光伏板表面积灰越多，散射和吸收增强，反射光强度越弱。反射光经滤光片(103)过滤被位于滤光片后的光电探测器(104)接收，光电探测器(104)将接收到的光信号转化为电信号。信号处理电路对光电探测器(104)输出的信号进行A/D转换、放大处理以及噪声过滤。光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，利用相关积分技术解调过滤掉噪声信号，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。得到反射光光强I(v_xy)，微处理器通过计算即可得到光伏板的清洁度S_a。具体的数学方程如下：

S_a＝1.546*10^(-9)*x^5-4.005*10^(-7)*x^4+3.363*10^(-5)*x^3-0.0009222*x^2+0.01033*x+0.1199

其中x＝I₀/I(v_xy)，即入射光与发射光的比值。

I₀＝P/A，其中P为激光器功率，A为光斑面积。

获得清洁度的计算公式的实验原理步骤如下：

第一步，取一块尺寸为340*290*25，17.5V/10W 1PCS的多晶硅太阳能电池板，将其表面清洁干净，标定此时光伏板的清洁度为100％，放置于正常光照下，连接万用表实时测量该光伏板的发电电压量。

收集一定量的灰尘，将其均匀平铺在光伏板表面。灰尘量从0开始一点点的增加，当发电电压降低到基本不再发生变化时，认为光伏板足够脏，发电效率已经达到最低，标定在该质量的灰尘覆盖下光伏板的清洁度为0％，收集并称取使用的灰尘的重量，测得为200g。

第二步，按每份10g将灰尘分为20份，在光伏板上安装本设计发明的装置，测量记录入射光与反射光光强比值。首先将光伏板清洁干净，读取第一个数据并记录，然后将1份灰尘样本均匀铺撒在光伏板表面并测量记录光强比值，逐次增加灰尘样本份数并测量记录。

第三步，对第二步重复多次试验，将测得的数据用matlab处理分析，拟合仿真出一条较为准确的曲线，得到其数学方程为：

S_a＝1.546*10^(-9)*x^5-4.005*10^(-7)*x^4+3.363*10^(-5)*x^3-0.0009222*x^2+0.01033*x+0.1199

以下为采用本发明装置针对光伏板清洁度测量的的实验记录：

实施例一：同一地点多块光伏板的清洁度一个月内的变化

1.实验方法

实验采用He-Ne激光器(波长在650nm，发射光功率典型为5mW，能量集中在直径3mm的圆形光斑内，可调制频率可达500kHz)，探测器采用SIEMENS公司生产的BWP34B硅光电池，滤光片采用650nm的带通滤光片，光伏板采用多晶硅太阳能电池板17.5V/10W 1PCS，光伏板尺寸为340*290*25。将清洁度传感器固定于光伏板表面。连接电源和装置的***电路。

实验采用5块型号相同的光伏板，5套本发明装置，测量一个月内的清洁度变化。

2.实验结果：

对同一地点5块光伏板进行测量，结果如表1所示

表1对同一地点5块光伏板一个月内的清洁度测量

实验数据表明，本发明对光伏板清洁度可以进行准确测量，测量偏差小，也表明用该装置及其方法测量光伏板清洁度具有稳定性高、重复性好的特点。

Claims (7)

1.一种光反射法检测光伏板清洁度的方法，其原理是经调制的激光束以一定角度照射到光伏板表面形成一个狭长的椭圆形光斑，并在光伏板表面发生散射、吸收和反射，随着光伏板表面落尘增多，散射和吸收增强，反射光强度I(v_xy)减弱，检测反射光光强，通过定标、计算即可测得光伏板的清洁度。

2.根据权利要求1所述的一种光反射法检测光伏板清洁度的检测器，包括激光器、调制电路，滤光片、光电探测器和信号处理装置，其特征在于：所述的激光器发出经调制电路控制的脉冲激光束，以小于30度的角度照射到光伏板表面，在光伏板上发生反射，在反射光路上放置一带通滤光片，过滤杂散光，反射光由光电探测器接受，转换为电信号，即可测得反射光的强度，经信号处理装置进行滤波，定标，计算，即可得到光伏板的清洁度。

3.根据权利要求2所述的一种光反射法检测光伏板清洁度的检测器，其特征在于：所述的信号处理装置包括直流稳压电源、信号处理电路、微处理器以及通讯电路；所述的直流稳压电源为激光器、信号处理电路、微处理器以及通讯电路供电；所述的探测器接收到反射光信号并将其转换为电信号，所述的微处理器通过控制信号处理电路对接收到的电信号进行A/D转换，信号放大处理和噪声过滤，以及控制通讯电路进行信息传输。

4.根据权利要求2所述的一种光反射法检测光伏板清洁度的检测器，其特征在于：所述的激光器采用固体激光器或气体激光器中的一种。

5.根据权利要求2所述的一种光反射法检测光伏板清洁度的检测器，其特征在于：所述的光电探测器采用硅光电池或光电二极管中的一种。

6.根据权利要求2所述的一种光反射法检测光伏板清洁度的检测器，其特征在于：所述的滤光片采用与激光器发射波长一致的带通滤光片。

7.根据权利要求1、2所述的一种光反射法检测光伏板清洁度的方法及检测器，其特征在于：所述的检测清洁度的方法包括以下步骤：

1)将光伏板清洁度检测器固定在光伏板表面，连接电源，为***上电；

2)***定标：将激光照射区域擦干净，打开激光器，依次在激光照射区放上不同洁净度的标准反射板，测量反射光信号，对***定标(该步骤只在初次使用时执行)；

3)测量：打开激光器，激光束照射到光伏板表面，并在光伏板表面发生反射、吸收和散射；

4)探测器接收反射光信号；

5)探测器对接收到的光信号进行光电转换得到电信号；

6)微处理器通过控制信号处理电路对硅光电池输出的信号进行AD转换、放大处理和噪声过滤，得到反射光的光强I(v_xy)；

7)计算反射光强值与入射激光光强的比值，根据定标曲线，得到光伏板的清洁度。

8)将数据通过通讯***上传到服务器上，对数据进行分析处理。