CN108418547A - 太阳能户外发电测试*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种太阳能户外发电测试***，包括：辐照度计，用于测量太阳能户外发电装置中的光伏组件表面太阳辐照度；测温传感器，设置在光伏组件的背板上，用于测量光伏组件的背板温度；环境信息采集装置，用于采集光伏组件所处环境的环境参数；数据采集器，用于存储太阳辐照度、背板温度及环境参数；数据处理器，连接于数据采集器，用于记录光伏组件的发电参数且计算光伏组件的发电效率，并利用对比图分析发电参数与太阳辐照度、环境参数的关系，发电参数包括光伏组件的输出电压、输出电流、输出功率。本发明提供的太阳能户外发电测试***，将环境因素、背板温度作为测量光伏组件性能的部分因素，全面检测光伏组件的发电性能。
Description
技术领域
本公开一般涉及太阳能发电领域，具体涉及一种太阳能户外发电测试***。
背景技术
随着传统能源的不断萎缩，由于太阳能具有绿色环保、分布广、可持续利用等优点。已逐渐成为了各国发展和研究的热点。其中，光伏发电是太阳能应用领域的重要方面。
目前的光伏发电测试***，通过测量光伏组件表面的日辐照强度，光伏组件温度以及光伏组件的发电功率，获得发电效率的衰减趋势，进而获得光伏发电***的发电情况。另外，目前应用于户外太阳能的光伏发电测试***不普遍，光伏发电测试***主要还是在实验室内的模拟仿真为主。
现有的技术中不能满足对户外光伏产品发电性能的全面检测，没有将环境因素(例如湿度、温度等)、光伏产品以及测量装置自身的背板温度纳入考虑，测量光伏发电产品的发电性能的检测结果的准确度低。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种太阳能户外发电测试***。
本发明提供一种太阳能户外发电测试***，包括：
辐照度计，用于测量太阳能户外发电装置中的光伏组件表面太阳辐照度；
测温传感器，设置在所述光伏组件的背板上，用于测量光伏组件的背板温度；
环境信息采集装置，用于采集所述光伏组件所处环境的环境参数；
数据采集器，用于存储所述太阳辐照度、所述背板温度及所述环境参数；
数据处理器，连接于所述数据采集器，用于记录光伏组件的发电参数且计算光伏组件的发电效率，并利用对比图分析所述发电参数与所述太阳辐照度、所述环境参数的关系，所述发电参数包括光伏组件的输出电压、输出电流、输出功率。
进一步地，所述对比图包括：太阳辐照度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。
进一步地，所述环境信息采集装置包括用于采集环境温度的温度传感器，所述对比图包括：环境温度、背板温度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图；和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集风速的风速传感器，所述对比图包括：风速、输出电压、输出电流、输出功率-时间图；和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集风向的风向传感器，所述对比图包括：风向、输出电压、输出电流、输出功率-时间图；和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集环境湿度的湿度传感器，所述对比图包括：环境湿度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。
进一步地，所述测温传感器包括热电偶传感器或热电阻传感器。
进一步地，太阳能户外发电测试***还包括：用于安装所述数据采集器的采集箱；
所述采集箱内还安装有第一电压变送器、第二电压变送器、电流变送器、充电控制器和蓄电池，所述第一电压变送器的量程小于所述第二电压变送器的量程；
所述光伏组件与所述充电控制器、所述第一电压变送器、所述第二电压变送器、所述电流变送器相连，所述充电控制器分别与所述第一电压变送器、所述第二电压变送器、所述电流变送器和所述蓄电池相连；所述第一电压变送器、所述第二电压变送器、所述电流变送器、所述充电控制器分别与所述数据采集器相连；所述采集箱上安装有与所述第一电压变送器和所述第二电压变送器相连的切换开关。
进一步地，所述采集箱表面设置有用于连接供电电源的六芯航空插头和用于给所述环境信息采集装置供电的四芯航空插头，所述六芯航空插头包括5V电压正负端、12V电压正负端和24V电压正负端，所述四芯航空插头通过导线连接5V电压正负端、12V电压正负端；
所述采集箱上设置有两芯航空插头，所述两芯航空插头的正输出端连接所述电流变送器的正输入端，所述两芯航空插头的负输出端串接所述充电控制器且所述充电控制器的负端连接所述电流变送器的负输入端，所述充电控制器的负输出端还连接所述切换开关，所述切换开关连接所述第一电压变送器的正输入端或所述第二电压变送器的正输入端，所述充电控制器的负端分别与所述第一电压变送器的负输入端和所述第二电压变送器的负输入端相连；
所述第一电压变送器、所述第二电压变送器和所述电流变送器的电源正负端分别连接24V电压的正负端，且所述数据采集器的电源正负端分别连接12V电压的正负端；
各个变送器的信号输出端连接所述数据采集器的模拟通道输入端；所述环境信息采集装置通过通用总线与所述数据采集器的485接口相连；所述测温传感器与所述数据采集器的模拟通道输入端相连。
进一步地，5V电压正端和5V电压负端连接有第一发光二极管，12V电压正端和12V电压负端连接有第二发光二极管，24V电压正端和24V电压负端连接有第三发光二极管。
进一步地，所述采集箱上还设置有用于连接RS-232/485接口转换器的五芯航空插头，所述五芯航空插头通过导线连接5V电压正负端，所述五芯航空插头还通过通用总线与所述充电保护器、所述数据采集器相连。
进一步地，所述采集箱内还设置有串接的加热模块和与所述加热模块相连的温控开关，所述加热模块背离所述温控开关的一端连接24V电压负端，所述温控开关背离所述温控开关的一端连接24V电压正端。
进一步地，所述数据采集器包括无纸记录仪。
本发明提供的太阳能户外发电测试***，用于测试光伏组件的发电参数(输出电压、输出电流、输出功率)，测得发电参数与太阳辐照度、环境因素的关系；示例地设置热电偶传感器或热电阻传感器，实时监测光伏组件在发电过程中的温度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种太阳能户外发电测试***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的采集箱的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种太阳能户外发电测试***的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的太阳能户外发电测试***应用于不同光伏组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本发明的实施例提供一种太阳能发电测试***，包括：
辐照度计1，用于测量太阳能户外发电装置中的光伏组件表面太阳辐照度；
测温传感器2，设置在所述光伏组件的背板上，用于测量光伏组件的背板温度；
环境信息采集装置3，用于采集所述光伏组件所处环境的环境参数，所述环境参数包括温度、湿度、风速、风向中的一种或多种；
数据采集器4，用于存储所述太阳辐照度、所述背板温度及所述环境参数；
所述数据处理器5连接于所述数据采集器，用于记录光伏组件的发电参数且计算光伏组件的发电效率，并利用对比图分析所述发电参数与所述太阳辐照度、所述环境参数的关系，所述发电参数包括光伏组件的输出电压、输出电流、输出功率。
通过辐照度计测试光伏组件表面的太阳辐照度，环境信息采集装置用于采集光伏组件周围的环境参数(例如环境温度、湿度、风速、风向中的一种或多种)，数据采集器存储光伏组件的发电参数、太阳辐照度、环境参数及背板温度，并且计算出光伏组件的发电效率，分析光伏组件的发电参数与太阳辐照度、环境参数的关系。
例如，根据辐照度和组件面积及输出功率可以计算出组件的实际发电效率，发电效率＝输出功率/(辐照度×组件面积)×100％。
进一步地，所述对比图包括：太阳辐照度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。以时间为横坐标，太阳辐照度、输出电压、输出电流、输出功率为纵坐标，分析光伏组件的发电参数与太阳辐照度的关系。
进一步地，所述环境信息采集装置包括用于采集环境温度的温度传感器，所述对比图包括：环境温度、背板温度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。以时间为横坐标，环境温度、背板温度、输出电压、输出电流、输出功率为纵坐标，分析光伏组件的发电参数与温度的关系，和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集风速的风速传感器，所述对比图包括：风速、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。以时间为横坐标，风速、输出电压、输出电流、输出功率为纵坐标，分析光伏组件的发电参数与风速的关系，和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集风向的风向传感器，所述对比图包括：风向、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。以时间为横坐标，风向、输出电压、输出电流、输出功率为纵坐标，分析光伏组件的发电参数与风速的关系，和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集环境湿度的湿度传感器，所述对比图包括：环境湿度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。以时间为横坐标，环境湿度、输出电压、输出电流、输出功率为纵坐标，分析光伏组件的发电参数与环境湿度的关系，可以用来评估光伏组件封装过程中使用不同阻水膜对防水特性的影响。
优选环境信息采集装置包括一设置在光伏组件附近的安装支架，安装支架上设置有温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风向传感器，获得光伏组件所处环境的温度、湿度、风速、风向，数据采集器获得这些信息参数并提供给数据处理器，作为分析、衡量太阳能发电性能的因素，提高发电测试结果的准确性。
本实施例中，数据采集器优选为无纸记录仪，用来采集并存储上述参数。数据处理器可以为远程计算机，数据采集器与数据处理器之间通讯连接，两者之间可通过有线或无线网络相通讯，数据采集器所记录的上述参数供数据处理器分析光伏组件的发电性能。
进一步地，所述测温传感器包括热电偶传感器或热电阻传感器，便于直接测得光伏组件发电过程中产生的热量，例如热电阻传感器为Pt100温度传感器，便于安装，便于实时采集到背板温度的变化。光伏组件在发电时会发热升温，光伏组件存在电压、电流、功率系数，因此温度变化会影响发电效果，将热电偶传感器或热电阻传感器的探头贴在光伏组件背板的中心位置，监测光伏组件的温度，作为分析、衡量太阳能发电性能的因素，提高发电测试结果的准确性。
进一步地，如图2所示，太阳能户外发电测试***还包括：用于安装所述数据采集器的采集箱；
所述采集箱内还安装有充电控制器6、蓄电池7、电流变送器8、第一电压变送器9和第二电压变送器10，所述第一电压变送器9的量程(例如10V)小于所述第二电压变送器10的量程(例如100V)；
所述光伏组件与所述充电控制器6、所述第一电压变送器9、所述第二电压变送器10、所述电流变送器8相连，所述充电控制器6分别与所述第一电压变送器9、所述第二电压变送器10、所述电流变送器8和所述蓄电池7相连；所述第一电压变送器9、所述第二电压变送器10、所述电流变送器8、所述充电控制器6分别与所述数据采集器5相连；所述采集箱上安装有与所述第一电压变送器9和所述第二电压变送器10相连的切换开关11。
进一步地，进一步地，所述采集箱表面设置有用于连接供电电源的六芯航空插头13和用于给所述环境信息采集装置供电的四芯航空插头14，所述六芯航空插头13包括5V电压正负端、12V电压正负端和24V电压正负端，所述四芯航空插头14通过导线连接5V电压正负端、12V电压正负端；
所述采集箱上设置有两芯航空插头15，所述两芯航空插头15的正输出端连接所述电流变送器8的正输入端，所述两芯航空插头15的负输出端串接所述充电控制器6且所述充电控制器的负端连接所述电流变送器的负输入端，所述充电控制器6的负输出端还连接所述切换开关11，所述切换开关11连接所述第一电压变送器9的正输入端或所述第二电压变送器10的正输入端，所述充电控制器6的负端分别与所述第一电压变送器9的负输入端和所述第二电压变送器10的负输入端相连；
所述第一电压变送器、所述第二电压变送器和所述电流变送器的电源正负端分别连接24V电压的正负端，且所述数据采集器的电源正负端分别连接12V电压的正负端；
各个变送器的信号输出端连接所述数据采集器的模拟通道输入端；所述环境信息采集装置通过通用总线与所述数据采集器的485接口相连；所述测温传感器与所述数据采集器的模拟通道输入端相连。
例如，不具备RS232接口的光伏组件连接两芯航空插头，与充电控制器、电流变送器、第一电压变送器、第二电压变送器将光伏组件的电压、电流对应转换成直流电压模拟信号、直流电流模拟信号输出，并传输给纸质记录仪的模拟信号输入端。
例如能够确定光伏组件串联后的输出电压低于10V，选用第一电压变送器；如果确定光伏组件串联后的输出电压在10V～90V之间，选用第二电压变送器；若不确定光伏组件串联后的输出电压，可选用第二电压变送器。
进一步地，5V电压正端和5V电压负端连接有第一发光二极管16，12V电压正端和12V电压负端连接有第二发光二极管17，24V电压正端和24V电压负端连接有第三发光二极管18。其中，第一发光二极管5V供电的指示灯，第二发光二极管为12V供电的指示灯，第三发光二极管为24V供电的指示灯，分别用于指示各电压端正常供电。
进一步地，所述采集箱内还设置有串接的加热模块19和与所述加热模块相连的温控开关20，所述加热模块背离所述温控开关的一端连接24V电压负端，所述温控开关背离所述温控开关的一端连接24V电压正端。
由于数据采集器(例如无纸记录仪)工作温度范围是0到50℃，到冬天时，室外温度低于0℃，则无法正常工作，所以采用加热模块对采集箱进行升温。温控开关用于监测采集箱内的温度，使温度能保持在设定的温度范围内，超温后自动停止加热。
上述实施例提供的发电测试***适用于不具备RS232接口的光伏组件，可与两芯航空插头相连接。
如图3所示，本实施例提供的发电测试***适用于具有RS232接口的光伏组件。在上述实施例的基础上，所述采集箱上还设置有用于连接RS-232/485接口转换器的五芯航空插头，所述五芯航空插头通过导线连接5V电压正负端，所述五芯航空插头还通过通用总线与所述充电保护器、所述数据采集器相连。
该实施中，光伏组件具有RS232接口，光伏组件的RS232接口通过RS-232/485接口转换器12连接五芯航空插头，进而通过通用总线与所述采集器的RS485接口相连。
进一步地，为保证光伏组件能充分吸收太阳光，本发明任一实施例提供的太阳能户外发电测试***包括追日***，追日***包括用于支承光伏组件的双轴太阳能跟踪装置，双轴太阳能跟踪装置包括用于安装光伏组件和辐照度计的安装架，该安装架上设置追日传感器。
作为优选的实施方式，本实施例提供的双轴太阳能跟踪装置还包括基于STM32的追日控制器，追日控制器与追日传感器、驱动安装架转动的两个电机(实现光伏组件水平方向旋转及竖直方向俯仰)相连，追日控制器、追日传感器、电机均与电源装置相连接。追日***的电源连接24V电压的正负端。
追日传感器用来采集太阳位置信号反馈给追日控制器，通过追日控制器驱动安装支架的转动，以在有光照的情况下使得光伏组件随时正对太阳，进而提高光伏组件的发电效率，提高累计发电量，进一步提高发电测试***的测试结果的准确性。
例如，累计发电量通过数据处理器计算而得到，累计发电量＝输出功率×累计采集时间，例如采样参数设置为每隔5秒采集一次，采集到的输出功率为120W，则累计发电量为120×5＝600wh。
由于光伏组件规格较多、发电功率不同，本申请优选将太阳能发电测试***优选使用如图2所示的采集箱。
例如，并排或阵列设置有多个双轴太阳能跟踪装置，双轴太阳能跟踪装置所包括的安装架上设置有光伏组件、辐照度计、追日控制器、追日传感器以及电机，相应地得到并排或阵列分布的光伏组件，并且在光伏组件所在的区域处设置环境信息采集装置，环境信息采集装置与纸质记录仪相连接。
如图4所示，例如光伏组件包括：不具有RS232接口的第一光伏组件和具有RS232接口的第二光伏组件。第一光伏组件的输出端分别与电压变送器(第一电压变送器或第二电压变送器)和电流变送器的输入端相连，进而接入纸质记录仪的模拟信号输入端。使用一个RS232/485接口转换器，将第二光伏组件与纸质记录仪相连。
例如，在一片区域内集中设置有两种规格的光伏组件(如第一光伏组件和第二光伏组件)进行发电，在任一安装架上安装一辐照度计以采集太阳辐照度，在该区域内附近设置环境信息采集装置，在第一光伏组件的背板上设置第一测温传感器，在第二光伏组件的背板上设置第二测温传感器，辐照度计、环境信息采集装置、第一测温传感器、第二测温传感器与数据采集器相连。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种太阳能户外发电测试***，其特征在于，包括：
辐照度计，用于测量太阳能户外发电装置中的光伏组件表面太阳辐照度；
测温传感器，设置在所述光伏组件的背板上，用于测量光伏组件的背板温度；
环境信息采集装置，用于采集所述光伏组件所处环境的环境参数；
数据采集器，用于存储所述太阳辐照度、所述背板温度及所述环境参数；
数据处理器，连接于所述数据采集器，用于记录光伏组件的发电参数且计算光伏组件的发电效率，并利用对比图分析所述发电参数与所述太阳辐照度、所述环境参数的关系，所述发电参数包括光伏组件的输出电压、输出电流、输出功率。
2.根据权利要求1所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，所述对比图包括：太阳辐照度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。
3.根据权利要求1所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，
所述环境信息采集装置包括用于采集环境温度的温度传感器，所述对比图包括：环境温度、背板温度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图；和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集风速的风速传感器，所述对比图包括：风速、输出电压、输出电流、输出功率-时间图；和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集风向的风向传感器，所述对比图包括：风向、输出电压、输出电流、输出功率-时间图；和/或，
所述环境信息采集装置包括用于采集环境湿度的湿度传感器，所述对比图包括：环境湿度、输出电压、输出电流、输出功率-时间图。
4.根据权利要求1所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，所述测温传感器包括热电偶传感器或热电阻传感器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，还包括：用于安装所述数据采集器的采集箱；
所述采集箱内还安装有第一电压变送器、第二电压变送器、电流变送器、充电控制器和蓄电池，所述第一电压变送器的量程小于所述第二电压变送器的量程；
所述光伏组件与所述充电控制器、所述第一电压变送器、所述第二电压变送器、所述电流变送器相连，所述充电控制器分别与所述第一电压变送器、所述第二电压变送器、所述电流变送器和所述蓄电池相连；所述第一电压变送器、所述第二电压变送器、所述电流变送器、所述充电控制器分别与所述数据采集器相连；所述采集箱上安装有与所述第一电压变送器和所述第二电压变送器相连的切换开关。
6.根据权利要求5所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，
所述采集箱表面设置有用于连接供电电源的六芯航空插头和用于给所述环境信息采集装置供电的四芯航空插头，所述六芯航空插头包括5V电压正负端、12V电压正负端和24V电压正负端，所述四芯航空插头通过导线连接5V电压正负端、12V电压正负端；
所述采集箱上设置有两芯航空插头，所述两芯航空插头的正输出端连接所述电流变送器的正输入端，所述两芯航空插头的负输出端串接所述充电控制器且所述充电控制器的负端连接所述电流变送器的负输入端，所述充电控制器的负输出端还连接所述切换开关，所述切换开关连接所述第一电压变送器的正输入端或所述第二电压变送器的正输入端，所述充电控制器的负端分别与所述第一电压变送器的负输入端和所述第二电压变送器的负输入端相连；
所述第一电压变送器、所述第二电压变送器和所述电流变送器的电源正负端分别连接24V电压的正负端，且所述数据采集器的电源正负端分别连接12V电压的正负端；
各个变送器的信号输出端连接所述数据采集器的模拟通道输入端；所述环境信息采集装置通过通用总线与所述数据采集器的485接口相连；所述测温传感器与所述数据采集器的模拟通道输入端相连。
7.根据权利要求6所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，
5V电压正端和5V电压负端连接有第一发光二极管，12V电压正端和12V电压负端连接有第二发光二极管，24V电压正端和24V电压负端连接有第三发光二极管。
8.根据权利要求6所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，
所述采集箱上还设置有用于连接RS-232/485接口转换器的五芯航空插头，所述五芯航空插头通过导线连接5V电压正负端，所述五芯航空插头还通过通用总线与所述充电保护器、所述数据采集器相连。
9.根据权利要求6所述的太阳能户外发电测试***，其特征在于，所述采集箱内还设置有串接的加热模块和与所述加热模块相连的温控开关，所述加热模块背离所述温控开关的一端连接24V电压负端，所述温控开关背离所述温控开关的一端连接24V电压正端。
10.根据权利要求1-4、6-8任一项所述的太阳能发电测试***，其特征在于，所述数据采集器包括无纸记录仪。
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